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유니버설 로봇, 로봇과 레이저가 함께 이룬 성공

로봇과 레이저는 오랜 역사를 함께하고 있습니다. 이제는 비용 효율적이고 사용이 간편한 로봇과 비용을 낮춘 새로운 레이저가 완벽한 조합을 이루어 다양한 조각 및 마킹 분야에 사용되고 있습니다.세계적인 판각 및 마킹기 제공업체 그라보테크(Gravotech)의 서부 지역 관리자인 빅토르 아모림(Victor Amorim)은 "요즘은 모든 일은 숫자를 요구합니다"라고 말합니다. 아모림은 2010년에 벌어졌던 석유 유출 사고를 예로 듭니다. 당시 브리티시페트롤리엄(BP)는 트레이서빌리티(Traceability) 번호가 없었기 때문에 관련 하청 업체들의 책임 소지를 파악할 수 없었다고 설명합니다. 오늘날에 만들어지는 거의 모든 것에는 제조업체, 부품 번호, 날짜 코드 및 일련번호와 보증 정보를 명시하도록 되어 있습니다.자동 마킹 시스템으로 생산 라인을계속 가동시키는 그라보테크최근 그라보테크는 UR5 로봇을 사용하여 새롭게 자동화한 레이저 및 도트 핀 마킹 솔루션을 선보였습니다. UR5는 필요한 부품 종류 및 마크 유형별로 구분하여 그라보테크 LW2 Class 1 레이저 구역에 자동 배치하고, F30 파이버 레이저로 마킹 할 수 있게 하거나 부품을 XF510CP 도트 핀 마커 아래쪽에 놓습니다. UR 로봇은 빠르고 정교하며 조정이 가능하고 제어하기가 쉽습니다. 또한 즉석으로 터치스크린 인터페이스를 이용하여 프로그래밍을 변경할 수도 있습니다. 그리고 안전 센서가 내장되어 있어 담당 작업자 바로 옆에서 검사 또는 관련 공정을 안전하게 할 수 있습니다.그라보테크는 생산을 안정적이고 일관성 있게 이루어지도록 하는 자동 마킹 솔루션에 대한 관심이 더욱 커질 것으로 기대하고 있습니다. 아모림씨는 "우리는 군사, 의료, 자동차, 오일, 가스 등 다양한 산업에 솔루션을 제공하며, 그들은 부품 마킹을 위해 우리 솔루션을 사용할 수밖에 없습니다. 왜냐하면, 마킹을 하지 않으면 선적할 수가 없고 선적하지 않으면 이익을 창출할 수가 없기 때문이죠. 따라서 이것은 공정의 너무나도 중요한 부분이고, 이 로봇과 레이저 머신이 있으면 작업을 계속할 수 있습니다. 우리 고객들은 이 솔루션으로 문제를 해결했습니다”라고 말합니다.그라보테크와 오스틀링 레이저(Ostling Laser)가 UR 로봇을 어떻게 전개했는지 확인해 보십시오.사람의 개입 없이 정밀한의료 부품을 마킹하는 오스틀링오스틀링은 세계적인 마킹 시스템 제공하는 또 다른 업체입니다. 이 업체는 UR 로봇을 활용하여자동화된 초과 다이오드 펌프 솔리드-스테이트 레이저 마킹 시스템을 선보이고 있습니다. 제품 지원 매니저인 브라이언 와츠(Brian Watts)는 로봇이 레이저 마커 프로세스를 위한 회전 제어 및 위치뿐만 아니라 Z축에 대한 전체 제어를 관리한다고 설명합니다. 또한 로봇은 육안으로 마크를 검사하거나 절단 또는 용접 시스템을 확인하기 위해 비전시스템과 통합될 수 있습니다.UR 로봇은 자동화 시스템에 중요한 능력을 가져다 줍니다. 와츠는 "UR 로봇은 프로그래밍하기가 정말 쉽습니다. 유닛의 협업 특성을 이용하여 쉽게 설정할 수 있습니다. 게다가 안전합니다. 과거에 사용하던 로봇에서는 수많은 프로그래밍이 필요했고, 안전은 늘 문제였습니다. UR 로봇의 경우에는 엔드 이펙터를 잡아 원하는 위치로 옮긴 다음 티치 펜던트를 사용하여 세부 설정이 되도록 다이얼을 돌리기만 하면 됩니다."라고 말합니다.UR3 로봇은 z-축 포커싱에 대한 전체 제어 및 레이저 마킹 공정의 회전 제어와 로케이션을 관리합니다.오스틀링은 작업자가 일관성과 반복성을 유지하기 어렵고 사람이 하기에는 인체공학적으로 문제가 있는 대용량 마킹 작업의 경우 턴키 시스템의 잠재력을 긍정적으로 평가하고 있습니다. 오스틀링 시스템은 사람과 부품의 상호작용이 전혀 없는 Class 10,000 클린룸에서 해야 하는 의료 마킹 작업에 이상적입니다. 이 경우 로봇은 마크 위치를 확인하는 비전 시스템을 통해 부품을 집어 올리고 검사할 수 있어 사람이 개입할 필요가 없습니다.와츠는 “복강경 또는 내시경 수술의 경우처럼 아주 미세한 눈금선 또는 식별 마크가 있는 경우도 있습니다. 우리는 레이저와 로봇과 협력하면서 부품의 올바른 위치에 마킹이 제대로 되고 있는지 알아야 합니다. 그것은 트레이서빌리티를 위해서도 좋습니다. 우리는 그 위에 ID를 마킹한 다음 비전 시스템 아래에 놓아 로봇이 모든 포지셔닝 작업에서 그것을 실제로 사용하게 합니다. 그런 다음 비전 시스템으로 와서 확인을 하고 데이터베이스에 저장한 후 최종 생산 부품으로 출시하거나 마킹이 정확하지 않은 경우에는 거부하여 폐기합니다.” 라고 말합니다.오스틀링은 의료 분야를 넘어 항공 산업에도 관심을 보이고 있습니다. 자동차 산업처럼 정밀한 부품의 인간 오염 가능성 없이 로봇이 끈임 없이 일할 수 있는 산업이기 때문입니다.             UR5 로봇이 레이저 판각을 위해 티타늄 명함을 집고 이동시킵니다.고미술품 복원에서 로봇 레이저판각 사업으로 뛰어든 ‘더 링 로드’이 시스템이 현재 이용되고 있는 시스템이지만, 다른 자동화 로봇-레이저 시스템도 성공적으로 제작되고 있으며, 일부는 깜짝 놀란 만한 용도에 사용될 것입니다. 더 링 로드(The Ring Lord)는 체인 메일 공급으로 비즈니스를 시작하여 매일 백만 개의 "점프 링"을 생산하고 있습니다. 이 작은 와이어 링은 각종 장신구 구성품을 연결하는 데에도 사용됩니다. 꾸준히 성장하고 있는 이 회사는 이러한 성장세를 유지하기 위해 여러 번의 변화를 거쳤으며, 레이저 판각 사업에 뛰어든 이후 현재와 같은 자동화 공정을 이뤄가고 있습니다.더 링 로드는 인식표, 스케일, 링 등을 생산하는 회사였습니다. 이후 이 회사는 맞춤형 판각 명함 사업을 확장하기로 결정했습니다만, 머지않아 인체공학적 과제에 직면했습니다. 이 회사의 소유주 중 한 사람인 존 다니엘스(Jon Daniels)는 그들이 직면한 문제에 대해 이렇게 이야기 합니다. "레이저 마킹기에서 8초에서 10초 짜리 부품을 가공한 후 새 부품을 넣을 때 금속 판을 수동으로 교체하는 작업은 정말 고역이었습니다. 명함을 완성하는 데에는 20~40초 정도가 걸리고, 그 시점이 되면 몸의 상태가 완전히 달라지기 시작합니다. 그 정도 속도로 부품을 직접 교체하는 것은 정말 끔찍한 일이 되죠. 죽도록 피로한 상태가 되면 사람의 작업 능률은 바닥으로 떨어집니다.”하지만 로봇에게 위와 같은 사항은 문제가 되지 않습니다. 다니엘스는 몇 가지 선택지를 검토한 끝에 유연하면서도 가벼운 UR5을 사용하기로 결정했습니다. 프로그래밍이 쉽다는 것도 큰 장점이었습니다. 다니엘스는 UR5를 사용하는 것에 대해 "일반 스마트폰을 사용하는 것과 다를 바 없다."고 말합니다.푸텍(FUTEK)이 운용하는 UR5는 로보티크 그리퍼와 통합되었으며 키엔스(Keyence) IV-G300CA 비전 시스템을통해 가이드됩니다.야간 근무를 담당하는 UR5남캘리포니아에 위치한 테스트 및 측정 장비 공급업체인 푸텍에서는 UR5 로봇이 레이저 판각기에 증폭기 케이싱을 공급합니다. 푸텍의 기계 기술자 하비에르 루이즈(Javier Ruiz)는 UR5를 도입한 이후로 생산량이 40-50% 증가했고 기존의 작업 인력 활용을 최적화할 수 있었다고 말합니다. “부품 하나를 판각하는 데 7분이 소요되기 때문에 전담 직원이 공정을 감시하는 것은 효율이 떨어지는 일이었습니다. 그 인력을 생산 라인의 다른 곳에 재배치했고, 로봇을 세 번째 교대조로 가동 했습니다." 루이즈는 로봇의 정확한 반복성 덕분에 제품 품질이 얼마나 향상되었는지도 강조해서 설명합니다. 
이용우 2018-09-10
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자동차 경량화 플라스틱과 복합재료 2

자료제공: 소재종합솔루션센터(www.matcenter.org), 화학소재정보은행(www.cmib.org) 지식정보 심층보고서지난 8월호 ‘IV. 미국의 자동차용 플라스틱과 고분자 복합재료의 경제적 파급효과’에 이어서… V. 자동차산업 지속을 위한 고분자 복합재료 SusChem 보고서는 여러 다른 기관과의 단계적인 절차와 협력의 결과로 만들어졌다. SusChem 이사회는 경량 재료와 복합재료를 조사 우선순위로 정하였으며, SusChem 전략적 기술혁신과 연구의제(SIRA)로 보고하였다. 자동차용 복합재료에 관한 SusChem 조사위원회는 화학산업, 자동차산업, 자동차 부품 공급업체와 학계의 전문가들로 구성되었으며, 유럽의 권위 있는 센터들의 자문과 함께 이 정책지침서를 발행하도록 추천하였다. 이 보고서 발행을 위하여, 복합재료 관련 10개 유럽 클러스터의 지도자들을 인터뷰하였다. 7개 클러스터는 또한 본 조사위원회에 참가하였으며, 화학산업, 자동차산업 및 학계 전문가들이 보고서 발행 전에 본 보고서에 대해 논평해주었다.연료효율 제고와 배기가스 규제에 따른 시장 성장 세계 자동차용 복합재료 시장은 2011년 24억 2천만 유로(28억 달러)에서 2017년 37억 2천만 유로(43억 달러)에 이를 것으로 예상되며, 이는 연간 7%의 상승률을 나타내는 수치로, 유럽의 화학 및 복합재료 산업에 큰 기회를 제공하고 있다. 그러나 평균 자동차 재료 목록 중 현재 복합재료 점유율은 3.6%로 철, 알루미늄과 경쟁하고 있다. 놀랍게도 자동차 부문에서는 선박이나 소비재와 같은 다른 첨단부문에 비해 복합재료 사용 비율이 가장 낮다. 자동차산업에서는 대량 생산, 조립 공정, 연결 재료 특성 등에 대한 문제점을 해결해야만 한다. 자동차산업은 차량 경량화를 위한 복합소재의 잠재력을 더 많이 활용할 수 있다. 고성능 섬유 강화 플라스틱(FRP) 복합재료는 강철과 알루미늄의 성능을 능가할 수 있지만, 오늘날 강철과 알루미늄 제조업체들이 대량 생산 차체에서 효과적으로 중량을 줄이는 데에 성공했다. 유럽의 배기가스 규제(2015년 130g CO2/km 이하에서 2021년 95g CO2/km 이하로 감축)에 따르기 위해 연비효율 개선 및 배기가스 감축을 위한 차체 무게 경량화가 필요하다. 복합재료는 현재 주로 사용되는 철과 알루미늄에 비해 더 효과적으로 무게를 감축할 수 있다.   복합재료는 현재 주로 사용되는 철과 알루미늄에 비해 더 효과적으로 무게를 감축할 수 있다[(유리섬유강화 복합재료(GFRP)로 15~25% 무게 감축, 탄소섬유강화 복합재료(CFRP)로 25~40% 무게 감축 가능]. 차량 경량화를 이루면 EU에서 CO2 8백만 톤을 줄일 수 있게 된다. 이는 이론적으로 유럽 차 전체의 10%에 대한 33% 무게 감소로 발생되는 값이다. 2007년 유럽에서 자동차로 인해 5억 톤 이상의 CO2가 배출되었다는 것을 감안할 때, 경량 복합재료로 유럽 배기가스의 1.4%를 개선하게 된다.그러나 재료의 높은 가격 및 대량 생산방법의 결여, 재활용 공정의 고비용이 미래 성장의 걸림돌이 된다. 바이오 기반 매트릭스 재료와 섬유는 복합재료의 환경 문제에 도움이 될 것이다. 이러한 문제점을 극복하기 위해, 복합소재 및 자동차 경량화 소재 혁신 클러스터(MAI Carbon Augsburg, CiC UK, AZL Aachen, Jules Verne IRT Nantes, IMAST)의 수립과 같은 다양한 공공-민간 협력 이니셔티브가 EU 회원국에서 시작되었다. 자동차와 화학산업(Toray-Daimler, SGL-BMW, SGL-VW, Toho Tenax-GM) 사이의 민간 협업도 부각되었다. BMW-SGL이 2억 달러를 투자하여 CFRP 공장의 생산능력을 3배로 늘린 것과 같이 이 분야에 많은 자원이 투입되었다. 그러나 미국이나 일본과는 달리, EU의 정책 및 R&D 프로그램은 자동차용 복합재료에 대한 전문성과 역량을 강화하기 위해 국가 차원에서 조정되고 있다.에너지 효율이 높으며 에너지 소비량이 낮은 차량을 추구하는 화학산업의 중심역할 : 가치 사슬을 가지고 긴밀하게 협력유럽위원회의 ‘Horizon 2020’ 프로그램은 실제 사회와 산업에 큰 영향을 줄 수 있는 적절한 R&D&I 투자를 목적으로 한다. Horizon 2020은 NCAP 5성급 안전수준을 제공하는 경량 차량을 위한 기술과 시장장벽 극복에 절대적으로 기여할 수 있을 것이다. 일부 OEM은 에너지 회수 개선에 중점을 두지만, 경량화는 전기적 이동성 증진에 잠재적인 조력자로 탄소 배출량 절감에 기여한다. 대형 R&D&I 프로젝트는 EU의 자동차 및 화학산업체들에게 고성능 FRP 채택을 가속화시킬 수 있다. 유럽 화학산업은 가치사슬 관련 협력업체들과의 긴밀한 협력을 통해 이러한 변화의 핵심 역할을 지속할 것이다. SusChem은 2004년 창립 당시부터 비전과 임무를 달성하기 위한 핵심 미래 기술로 첨단 소재를 꼽았다. SusChem은 SusChem의 전략적 기술혁신 및 연구 의제(SIRA)에 수집된 고급 재료가 자동차를 포함하는 주요 최종 사용자 시장에 실제로 채택되도록 혁신 우선순위를 정하였다. SIRA는 현재 Horizon 2020의 일반적인 프레임 워크에서 업데이트되고 있다. 이러한 목적에 부합하며 도로운송 경량화를 위해 하위 기술과 화학의 연결을 추진하는 SusChem 및 자동차연구개발 협회 EARPA는 지난 2017년 10월 15일 프랑크푸르트에서 “자동차 복합재료 및 바이오 기반 재료에 대한 교차 기술혁신 기회 탐색”이라는 공동 워크샵을 개최했다. 이 워크숍의 결과 및 후속 조치에 대한 여러 가지 주요 결론 및 권장 사항이 본 보고서에 요약되어있다.주요 목표: 경쟁력 있고 에너지 효율적인 자동차 복합재료 연구와 기술혁신을 위한 유럽 전역 프로그램 확립 및 적절한 지원 보장 Suschem의 SIRA 로드맵과 주요 자동차 로드맵을 고려하여, 이 보고서는 생산 장비 관련 업체를 포함한 주요 이해 관계자의 구체적인 정보를 가치 사슬 전반에 통합하였다. 이 보고서는 유럽 경제의 경쟁력을 강화시키고 자동차산업에서 첨단 복합재료 경량화 기술혁신을 더 빠르게 진척시킬 수 있는 구체적인 권장사항을 제공한다. 많은 관련 업계는 경량 자동차 소재와 특히 (C)FRP에 대한 EU의 지속적인 자금 지원에 대한 불확실성이 기술장벽 극복을 위한 실질적인 추진에 어려움을 줄 것으로 보고 있다. Horizon 2020 프로그램 내용에서, SusChem의 재료기술 실무 그룹은 위에서 언급한 주요 산업 이해 당사자들의 의견을 취합하고, 2016-17년 Horizon 2020 의제에 직접 입력해야 할 필요성을 이해한다. 소재와 차량 분야 간의 협력을 통해 장벽을 제거할 수 있는 R&D&I 주제 패키지를 제시하기 위한 목적으로 일련의 구체적인 과제가 정의된다. 첨단 복합재료의 가속화 실행을 향한 가장 중요한 요구사항 중 일부는 다음과 같다.- 재활용 특성이 향상된 새롭고 혁신적인 고분자 복합소재 원재료- 대량 자동차산업에 특화된 저비용 적응성, 유연하고 효율적인 제조 및 조립 공정- 다수의 재료로 된 구조에서도 다수의 특성 디자인을 최적화- 다중 재료와 복합재료용 자동 접합 기술- 복합재료 부품에 보이지 않는 손상감별 및 복원 기술 그러나, 높은 의욕 수준에서 개별주제 파악을 넘어서서, SusChem은 유럽 여러 지역의 우수한 기술과 전문성을 활용하며 기술혁신을 가져올 수 있도록 장기 연구비를 가지고 유럽 전역의 R&D&I 조정역할을 구상하고자 한다. 조정된 R&D&I 프로그램과 더불어, 유럽 자동차 복합재료 역량 네트워크의 설립을 제안한다. R&D&I 중점 프로그램 간 네트워크는 다음과 같은 방법으로 지역 지식 중점 센터 간 조정을 개선할 수 있다.1. 가치 사슬을 통해 공급자들과 대량 생산 공정에 대한 공동 개발을 촉진2. 자동차 설계자와 엔지니어가 신차에 복합재료를 성공적으로 결합하는데 필요한 기술 개발3. 자동차 설계, 생산, 조립 및 수명에 관련된 직원들에게 필요한 기술을 제공할 수 있는 교육 프로그램 확립4. 재료 모델로부터의 모의실험 및 차량설계 도구에 이르기까지 설계 도구의 단일화 및 단순화 Ⅵ. 친환경 자동차용 고분자 복합재료 고분자 복합재료는 고분자 매트릭스(열경화성 또는 열가소성 수지)와 보강재인 섬유(일반적으로 유리, 탄소 또는 천연 섬유)의 조합으로 만들어진 재료로 정의된다. 결과적으로 섬유강화플라스틱(FRP)을 의미한다. FRP 복합재료는 필러, 개질제 및 첨가제를 함유하고 있으며, 이는 복합재료의 특성을 조절하고 성능을 향상시킨다. [그림 5]는 고분자 복합재료 개요를 나타낸다.[그림 5] 고분자 복합재료 개요FRP 복합재료는 등방성이 아닌 이방성 재료이다. 등방성 재료는 모든 방향에서 균일하며 동일한 특성을 나타내는 반면, FRP 복합재료는 방향에 따라 달라지기 때문에 최상의 기계적 특성은 섬유 배치 방향에 달려있다. 많은 구조물과 부품에서 응력과 하중은 방향에 따라 다르다. 결과적으로 FRP 복합재료는 더 효율적인 구조 설계를 가능하게 한다. 또 다른 장점으로는 경량화, 무게대비 고강도, 내식성 및 내후성, 장기 내구성, 낮은 유지 보수 및 치수 안정성이 있다.FRP 복합재료의 정확한 조성은 사용하려는 용도에 따라 결정된다. 구성 물질의 유형, 양, 그리고 제조공정이 최종 복합재료의 특성에 영향을 준다. 전반적으로 복합재료 설계 시 고려해야 할 가장 중요한 요인에는 섬유(종류, 양 및 방향), 수지 유형, 사용 환경, 제품의 가격, 제조공정 및 생산량이 포함된다.이용 가능한 복합재료 제조공정과 장단점 및 한계를 잘 이해하면 가장 효율적인 공정을 선택할 수 있다. 고려해야 할 핵심 인자에는 생산량 및 속도, 제품의 형태 및 크기, 경제 목표, 표면 복잡성, 재료와 성능 요구사항이 포함된다.  [그림 6]은 생산 공정 개요를 보여 주는 그림이다.[그림 6] 생산 공정 개요제조공정에는 Open Moulding(OM)과 Closed Moulding(CM)의 두 가지 주요 범주가 있다. OM에서는 몰드의 한쪽만 사용하기 때문에 겔 코트와 라미네이트가 공정 중 대기에 노출되는 반면, CM에서는 몰드의 양면을 사용하는 한 세트 내에서 가공된다. OM 및 핸드 레이업은 FRP를 제조하는 가장 보편적이며 널리 사용되는 방법이다. OM으로는 외장 부품에서 내장 부품까지 제작할 수 있다. OM은 수작업으로 처리할 수 있는 한 매우 큰 부품을 만들 수 있다. 이는 매우 노동 집약적이며 적은 양을 생산할 수 있고, 저비용 공정이며 배기가스가 문제가 될 수 있다. 한편 CM은 배기가스 기준을 충족하며 새로운 전략을 제시할 수 있다. 추가적인 장점으로는 일관된 방법으로 대량 생산이 가능하다는 것과 인건비 및 마감 작업 절감, 적은 폐기 비율, 적은 금형으로 부품 자동화가 가능하다는 것이다. 최근, 점점 더 많은 부품이 복합재료로 만들어지고 있으며, 이 과정에서 전통적인 재료를 대체하고 있다. [표 7]에 지난 5년간 시장에서 자동차 부품에 사용된 복합재료의 몇 가지 예에 대해 나타냈다.[표 7] 자동차 부품에 사용된 복합재료의 예또한, 자동차 제조업체들은 섀시, 내장 및 외장 부품과 같은 복합재료 개발 가능성이 있는 일부 자동차 부품을 목표로 삼고 있다. 이들 부품의 예는 아래와 같다.о GFRP: (Interior headliner, un-der body system, air intake manifold, instrument panel, bumper beam, air cleanerо CFRP: Chassis/monocoque, roof, tailgate, hood, floor panel, side panels, trunk lid, hood frame, fender, rear spoiler, bumper  Ⅶ. 유럽 자동차용 복합재료 공급 가치 사슬화 자동차용 복합재료 가치 사슬은 현재 대대적으로 재설계가 진행되고 있다. 자동차 분야의 복합재료는 과거 Formula 1의 스포츠카와 슈퍼카 부문에서 큰 성공을 거두었다. 이는 전문 지식을 요하는 다양한 소형 첨단기술 산업체로 구성된 단편적인 지원 산업을 창출해냈다. 최근 몇 년 동안 CFRP 사용은 최첨단 고급 분야에서 대량 생산 차량으로 이어지고 있다. 복합재료 공급업체들은 대량 생산부문에 자체 전문성을 활용할 수 있게 하기 위해서 이들의 능력을 발전시켰다. 주요 복합재료 생산에서의 경험과 산업화의 결여는 OEM이 복합재료 가치 사슬을 증대시킬 수 있는 믿을 수 있는 업체를 찾게 하였다. 2009년부터 업계에서는 수많은 자동차 제조업체가 복합재료 공급업체와 협력 관계를 맺어왔다. 대량 생산 요구조건에 맞추기 위해서, 현재 비싼 재료 가격, 긴 작업 사이클 시간과 자동화의 결여, 배출가스 규제에 맞는 산업화 제조 등이 해결해야 할 과제이다. Tier 1 공급업체와 OEM은 가치 사슬 수직 통합을 허용하기 위해 다양한 전략을 택하였다. 여기에는 협업, 합작 투자 및 합병이 포함되며, 이러한 전략의 예를 [표 8]에 나타냈다. [그림 7]은 자동차용 복합재료 가치 사슬과 관련된 다양한 회사들을 요약한 것이다.[표 8] 대량 자동차 복합재료의 수직 통합을 위한 OEM 및 Tier 1 공급업체의 전략[그림 7] 자동차용 고분자 복합재료의 가치 사슬 개요유럽의 과학 및 기술 우수성최근 유럽 전반에 걸쳐 정부는 자동차용 복합재료 분야의 기회를 인식하기 시작했다. 대학 및 기업의 협력 파트너와 공동으로 연구 센터를 설립하기 위해 많은 투자가 이루어졌다. [그림 8] EU의 자동차 복합재료 허브 지표미국과 일본의 발전에 따라, 유럽은 산업의 주도권을 유지할 필요가 있다. 선도 국가 중 하나로 인식되고 있는 독일은 플라스틱, 복합재료 및 자동차산업, 학계 및 정부 간 협력을 포함하는 여러 센터를 운영하고 있다. 뮌헨-아우크스부르크-잉골슈타트(MAI) Carbon은 2007년에 설립되었다. 그다음 AZL Aachen(2013), Hybrid Open Labfactory(2013)과 Arenna 2036(2013)과 같은 다른 센터들이 설립되었다. [그림 8]은 EU 자동차용 복합재료 허브 지표를 보여 주고 있다.영국은 2011년 국가복합재료센터(NCC)를 포함하는 25개 기관의 컨소시움을 2011년에 창립했다. 이는 2014년 2단계에 진입했으며, 영국의 고부가가치 제조시설로써의 기능을 더욱 잘 수행할 수 있는 확장된 시설을 갖추고 있다. 이 센터는 GE, Rolls-Royce, TenCate 및 Bristol 대학과 협력하여 지역 복합재료 센터들을 조정하며 2009년 시작한 영국 복합재료 전략을 지원한다. 이는 영국의 복합재료 공급망을 경쟁력 있게 준비하기 위해서 숙련된 인력, 기술과 공정에 대한 미래 글로벌 수요에 적합한 경쟁력에 대응할 수 있도록 개선하는 것을 목표로 한다. 2012년에 창립된 프랑스의 Jules Veme IRT, 이탈리아의 IMAST 및 스웨덴의 복합재료 센터와 같은 유럽에서의 발전은 유럽 정부들이 미래 자동차용 복합재료의 제조와 사용을 위한 새로운 방법 개발의 중요성을 인지하여 이루어지고 있다. 또한, 최근에 협력 프로젝트에서 협력 연구가 결실을 보여 주었다.자동차용 복합재료 세계 시장 전망지난 몇 년간의 투자 덕분에 유럽은 자동차 복합재료 기술의 최첨단을 유지해왔다. 그러나 설립된 센터들은 종종 서로 연결되지 않은 상태로 민간 제조업체, 연구소 및 정부 사이의 독립적인 협력 형태이다. 이러한 다양한 이니셔티브와 전문 분야를 활용하면 향후 수십 년간 미국과 일본과 같은 다른 지역의 경쟁이 치열해지는 가운데 산업을 발전시켜 나갈 수 있을 것이다. о 미국미국 역시 이 부문에 기회가 있다는 것을 인식하고 있다. 2012년에 발표된 기업 평균 연비(CAFE) 규제는 2025년까지 신규 차량의 연비를 갤런 당 54.5 마일로 높여서 국가 석유의존도를 낮추는 것을 목표로 한다. 이러한 규제의 압력은 연료효율 목표달성을 위해 차량 경량화와 같은 솔루션을 사용해야 한다는 것을 의미한다. 이를 위해 미국 화학협회는 2014년 3월 ‘자동차 시장을 위한 플라스틱 및 고분자 복합재료 기술 로드맵’을 발표해  2030년까지 우선적인 자동차용 소재로써의 복합재료 확립을 위한 9가지 지침에 대해 설명했다. 이는 자동차, 플라스틱 및 복합재료 산업이 긴밀하게 협력하는 것을 의미한다. 해결해야 할 목표에는 대량 생산 공정, 가치 사슬의 다른 부분 간의 협력 개선 및 복합재료 부품비용 절감이 포함된다.궁극적으로 이러한 수행 우선순위 시행을 구현하면 미국의 자동차 복합재료 회사들이 긴밀하게 협력하여 세계 시장에서 미국의 위상을 향상시킬 수 있을 것이다. 복합재료 사용을 촉진하기 위해 1988년에 설립된 Automotive Composites Alliance와 같은 로비 단체들은 헌츠만, 오웬 코팅과 같은 회원을 보유하고 있으며 업계가 이러한 정책에 관심을 갖고 참여하게 하고 있다. 최근 연방정부 이니셔티브는 자동차 응용을 포함한 첨단 복합재료 사용을 권장하고 있다. 2015년 1월부터, 미국 에너지부는 122개 산업체, 대학 및 비영리 단체로 구성된 컨소시엄과 함께 7천만 달러를 투자하여 첨단 복합재료 제조연구소 설립에 1억 8천만 달러 이상을 투자할 예정이다. 이 계획의 OEM 회원으로는 폭스바겐, 혼다 및 포드가 포함되어 있다. 테네시주 Knoxville에 본부를 둔 이 연구소는 모든 응용 분야에서 첨단 복합재료의 제조비용을 낮추고 복합재료 생산에 필요한 에너지를 절감하며 재활용성 개선을 목표로 하고 있다. 이 연방정부 이니셔티브는 민간 이니셔티브를 따른다. Rocky Mountain Institute(RMI)는 2013년 6월 Autoc-omposites Commercialization Lau-nchpad(ACL)를 발족하여 2050년에는 화석연료를 사용하지 않는 미국의 교통수단을 더욱 가볍게 전환하는 것을 목표로 삼고 있다. ACL에는 2개의 핵심 중점분야가 있다. 대량 생산으로 자동차에 CFRP 부품을 결합시킨 공급 사슬을 통합하는 산업화 프로젝트 개발과 FRP 산업에서 R&D를 집중화하고 조정하는 데 중점을 둔 혁신 허브 마련이다.о 일본일본은 전통적으로 자동차 복합재료 강국으로, Toray, Teijin, Fuji 중공업과 같은 대기업을 가지고 있다. 새로운 대량 생산방법 개발 및 제조비용 절감이 요구됨에 따라, 2013년 나고야 대학에 국가복합재료센터가 설립되었다. 이곳은 CFR 열가소성 부품개발과 공정을 개발하고 산업화하는 것을 목표로 한다. 일본의 화학 회사들은 국내외에서 사업을 확장하고 있다. Toray그룹은 자동차 부품을 비롯한 다양한 제품 생산시설에 약 3억 유로를 투자하였으며, 일본의 생산 설비뿐만 아니라 미국, 프랑스 및 한국의 생산 설비에도 투자하였다. 사실, 일본 제조회사들은 외국 협력업체, 합작 투자 및 인수를 통해 자신의 역량을 강화하고 있다. 앞서 언급한 것 이외에도 Toray는 저비용 탄소섬유 전구체 수요증가에 대응하기 위해 Zoltek Inc를 4억 6,800만 유로에 인수하였다. Teijin은 GM과 파트너십을 맺고 새로운 탄소섬유 기술을 개발하기 위해 미시간에 수백만 달러를 투자하였다.복합재료 시장 수요: CRP/GRP 동향세계 자동차 복합재료 재료부문은 2011년 약 28억 달러에서 2017년 43억 달러까지 성장하며 연간 약 7%의 성장률을 보일 것으로 예상된다[그림 9]. 이는 오늘날 운송, 특히 자동차 때문이며, 알루미늄 또는 철강과 같은 경쟁 재료에 비해 복합재료는 낮은 점유율(3.6%)을 차지하고 있다[그림 10]. 이러한 수치는 자동차 분야 복합재료를 대량으로 적용할 수 있는 큰 기회가 있다는 것을 나타낸다.[그림 9] 용도별 전 세계 FRP 출하량[그림 10] 경쟁 재료(강철, 알루미늄) 대비 각 시장 부문에서의 복합재료 점유율탄소섬유 복합재료와 CFRP 시장2013년, CFRP에 대한 전 세계 수요는 약 72,000톤이었으며 매출액은 75억 6천만 달러였다. CFRP는 총 탄소섬유 복합재료 시장의 64%(147억 달러)를 차지했다. CFRP 소비량은 2020년까지 10.6%로 성장하여 146,000톤의 수요와 160억 달러의 매출을 올릴 것으로 예상된다. CFRP 내에서, 열경화성 플라스틱은 76%(매출액 71억 5천만 달러), 열가소성 플라스틱은 24%(매출액 22억 5천만 달러)이며, 열가소성 플라스틱의 많은 부분은 폴리프로필렌, 폴리우레탄과 폴리이미드를 활용한다. CFRP 시장의 대부분을 차지하는 두 가지 제조 범주는 Pultrusion 및 Fila-ment-Winding 법으로 전체 시장의 40%를 차지하며, Prepreg layup 제조법이 37%를 차지한다. 북미는 CFRP 시장의 34%(50억 7천만 달러)를 점유하며, 서유럽은 32%(47억 달러), 일본은 15%(22억 1천만 달러)를 차지한다.유리섬유 복합재료와 GRP 시장2013년 GFRP의 EU 생산량은 2.2Mn톤(단섬유 열가소성 플라스틱을 제외한 경우 1.043Mn톤), 총 가격은 50억 9,300만 달러에 해당한다. 이 수치는 2004년 절대값과 같다. 2013년 1.043Mn 톤에 초점을 맞추면, 85% 이상이 열경화성 재료를 차지하는 반면, Glassmat 강화 열가소성 플라스틱(GMT)과 장섬유 강화 열가소성 플라스틱(LFT)은 11%를 차지한다. 독일(자동차산업)과 영국(건설부문) 같은 유럽 국가들의 성장은 상대적으로 평균 이상인 반면, 생산 및 소비 또한 BRIC 국가로 이동하고 있다. 응용 산업별 GFRP 분포와 관련하여, 수송부문은 전체 생산량의 1/3을 소비한다(35%, 357,000톤). 운송부문에는 도로 주행차, 철도 기관차, 보트와 항공기가 포함된다.[그림 11] EU에서 다양한 응용산업을 위한 GFRP 생산(좌), 2004년 이후 유럽연합의 GFRP 생산량(우)차량용 복합재료 사용에 대한 동기 부여와 추진 요인자동차용 복합재료 시장의 성장은 금속 부품의 부식을 줄여야 하는 필요성에 의해 성장하였다. 그러나 금속 부품 부식방지를 위해 금속 부품에 아연을 코팅하기 시작하였다. 자동차 제조업체들은 미적인 이유로 복합재료를 사용하여 독특한 모양, 질감 및 외관을 가진 부품을 차량에 설치할 수 있게 되었다. 이에 대한 한 예가 BMW M3이다. 특히 소량 생산에서, 복합재료는 부품생산에 필요한 장비 및 기계 부품비용이 저렴하여 실행 가능한 옵션이 되었다. 이들 차량이 요구하는 프리미엄 가격은 제조업체가 더 비싼 복합재료 부품을 사용할 수 있게 해준다.오늘날, 차량 경량화는 세계 자동차용 복합재료 시장의 급속한 확장을 견인하는 중요한 요소이다. 다른 경량 재료들도 자동차 재료로 혼합되어 사용되어 왔지만 [그림 12]에서 보여 주는 바와 같이, 고강도 철, 알루미늄과 플라스틱 복합재료 사용이 점점 더 증가 되고 있다. 재료의 경량성 및 강성으로 인해 플라스틱 복합재료는 차량 무게를 줄일 수 있는 유용한 옵션이다. 차량의 무게를 줄이는 것은 아래에 설명된 요인들로 인해 더욱 두각을 나타내고 있다.[그림 12] 자동차 혼합 재료CO2규제 및 연비 향상첫째, 유럽의 탄소 배출 규제는 2015년 130g/km CO2에서 2021년 95g/km CO2로 km당 허용되는 CO2 배출량을 낮추게 될 것이다. CO2 배출 허가량은 2030년까지 68~75g/km CO2 수준으로 제안되었다. 이는 OEM이 차량 연비를 향상시키도록 장려한다. 가능한 한 가지 방법은 복합재료로 만든 부품을 사용하여 차량의 무게를 줄이는 것이다. 그러나 일부 OEM은 세계의 다른 지역에 비해 더 엄격한 규제에 대하여 우려를 표시하였다. 이로 인해 제품 또는 기술 개발에 추가 비용이 발생할 수 있기 때문이다.엄격한 규제의 영향으로 인해 소비자들은 더 연비가 좋은 차를 요구하고 있다. 기후 변화에 대한 사회적 인식이 높아지고 높은 연료 가격과 환경 문제가 강조됨에 따라 소비자들은 연료효율이 더 좋은 차를 찾는 것이다. 자동차의 연비는 소비자들의 구매 결정에서 점점 더 주요한 인자가 되고 있다. 이는 구매자들이 차량 사용 기간의 총비용을 고려하기 때문이다. 규제를 충족하고 시장 수요에 매력을 가지는 두 가지 목표를 갖고 있는 자동차 OEM은 경량화와 같이 연비가 높은 차를 만들기 위한 방법을 개발하고 있다.전기차 활용 증가 많은 전문가들은 전기차가 차량 무게 감소 전략에서 kg당 더 많은 비용을 절약할 수 있다고 생각한다. 한편 일반적인 내연기관 기반 대량 생산 차량은 대부분 kg당 2~3유로만 절약되지만, 일부 전문가들은 전기차에 대해서 kg당 7~8유로를 절약할 수 있는 수준이라고 제시했다. 일반적으로, 차량이 무거울수록 더 많은 에너지를 소비한다. 대부분의 자동차 제조업체들은 내연기관 차량 및 전기차 모두에서 복합소재 경량화 전략의 일환으로 복합소재를 점점 더 많이 찾고 있다. 전기차에서, 차체를 경량화시키면 운행 거리는 그대로 유지하면서 배터리의 크기를 줄일 수 있다. 차체 및 배터리 팩 무게를 줄이면 브레이크 시스템 및 드라이브 트레인 부품과 같은 다른 부품의 소형화를 가능하게 하여 전체 차량의 중량 감소에 대한 복합 효과가 발생한다. 내연기관 차량의 경우 무게가 가벼울수록 배기가스 배출량이 감소하고 에너지 효율성이 개선된다. 물론 복합재료를 이렇게 활용하기 위해서는 여러 가지 기술적 그리고 전반적인 문제들을 극복해야만 된다.복합재료 제조공정과 접합 기술복합재료 제조공정에서 원자재 가격은 제조업체가 OEM과 소비자에게 경쟁력 있는 가격으로 제공하기에는 너무 고가이다. CFRP는 탄소섬유 제조에 관련된 복잡한 공정으로 인해 기본 재료 가격보다 훨씬 비싸다. 섬유를 꼬아 엮고(weaving), 엉키지 않게 하고 사전 함침(pre-impregnation) 시키는 공정으로 인해 고가의 CFRP가 만들어지게 된다. GFRP는 이보다 저가로 생산할 수 있기 때문에 더 다양한 분야에 활용될 수 있다. 낮은 가격의 탄소섬유를 얻는 것은 자동차 제조업체가 CFRP를 더 많이 사용하기 위한 전제 조건이다.복합재료는 섬유를 포함하기 때문에 금속보다 연성이 적으며 손상 정도가 다르다. 손상은 표면 아래쪽에서 자주 일어나기 때문에 가시적으로는 거의 보이지 않는다. 또한 소형 복합재료 품목에 적용할 수 있는 비파괴 시험법을 자동차에 통합된 부품에는 적용할 수 없다. 손상 탐지와 평가는 중요한 구조 부품에서 필수적으로 진행되어야 하는 부분이다.자동차에 복합재료를 도입하면 차량의 총 중량이 감소한다. 복합재료는 기존의 금속 부품과 함께 사용되는데, 그 이유는 금속은 복합재료에 비해 특정 용도에 더 적합한 몇 가지 구조적 특성을 갖기 때문이다. 이러한 조합은 여러 종류의 재료로 구성되는 부품과 차체를 만든다. 이러한 재료는 안정적이고 신뢰할 수 있는 공정으로 결합되어야 한다. 성형된 복합재료의 표면 역시 결합기술에 활용될 수 있도록 만들어져야 한다. 금속을 접합시키는 용접 같은 접합기술은 복합재료에 사용할 수 없다. 복합재료를 금속에 접합시키는 것뿐만 아니라, 복합재료를 다른 재료로 된 복합재료에 결합시키는 것 역시 해결해야 할 과제이다. 접착제 결합과 같은 기술이 다중 재료 차체에 사용되고 있지만, 이는 비용을 더 들게 할 수 있다. 자동화 확대와 더 빠른 접착제 결합이 이에 기여할 수 있을 것이다. 현재 업계에서는 공급업체 간에 이러한 공정과 재료에 대해 표준화가 되어있지 않은 상태이다. 이러한 접합 기술의 구조 강도, 수리 가능성 및 성능에 대한 평가 또한 표준화되어 있지 않기 때문에 다중 재료 차체에서의 복합재료의 적용 가능성을 저하시키고 있다. 복합재료로 만든 자동차 부품[그림 13]은 최근 일본에서 복합재료를 이용하여 만든 차량 부품의 예시이다. ▪GFRP: Interior headliner, under body system, air intake manifold, instrument panel, bumper beam, air cleaner.▪CFRP: Chassis/monocoque, roof, tailgate, hood, floor panel, side pa-nels, trunk lid, hood frame, fender, rear spoiler, bumper[그림 13] 일본에서 복합재료를 이용하여 만든 차량 부품 예시
이용우 2018-09-06
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삼보계량시스템(주), 서클피더

- 파우더, 입체 공급의 모든 문제점을 한번에 해결!- 원료의 선입선출로 입도분리, 브릿지 문제 해소서클피더란?서클피더는 파우더나 입체, 엉키기 쉬운 선상(線狀) 등의 원료의 파손을 최소화하여 일정한 양을 배출해주는 분·입체 공급장치(Powder & Granular Feeder)다.주로 화학(컴파운딩, 레진 업체)이나 재활용, 식품, 의약품 분야에서 사용되며, 원료의 크기나 형태와 상관없이 먼저 투입된 원료가 먼저 배출되는 ‘선입선출’과 ‘입도분리 방지’가 가장 주된 특장점이다.
박애영 2018-09-06
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우리 생활에 없어서는 안될 유용한 플라스틱 제품을 만드는 사출성형기 이야기 2

2-2. 사출장치 구조에 따른 분류사출 장치란 고체상태의 수지를 고온 용융시켜 공급하고, 높은 압력과 속도를 이용하여 금형 내로 주입하는 장치다. 사출장치는 다음의 3가지 공정으로 이루어진다.● 계량: 과립상 또는 대상(帶狀) 수지의 일정량을 용융하고 혼련한다(가소화).● 사출: 용융한 수지를 금형에 주입하여 금형 공간부(Cavity)를 수지로 충전한다.● 보압: 수지가 냉각 및 고화하는 과정에서 수축이 되는 것을 방지하기 위해 압력을 가한다.
박애영 2018-09-06
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한국과학기술연구원, 이산화탄소로부터 플라스틱 원료 생성하는 저가의 고내구성 촉매 개발

- 고부가가치 화학 원료 생산 및 온실가스 자원화 기술로 각광, 기후 변화 대응 기대화석 연료 기반의 에너지 소비는 대기 중의 이산화탄소 농도를 지속적으로 증가시키고, 지구온난화를 야기하고 있다. 2015년 UN의 新 기후변화협약에 따라 세계 각국은 온실가스 배출량을 감축하기 위해서, 이산화탄소를 사용하는 기술개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 이 중에서 전기화학적 이산화탄소 전환은 태양광과 같은 신재생에너지기술과 융합할 수 있어 주목받고 있다. 특히, 이산화탄소와 물과 같은 풍부한 자연 원료로부터 고부가가치의 화학 원료를 직접 생산하게 된다면 경제적 가치 창출뿐 아니라, 이산화탄소 저감에도 기여할 수 있어 기후 변화 대응의 핵심기술이 될 것으로 기대된다.
이용우 2018-09-05
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UNIST 로드니 루오프 특훈교수팀, A5 크기·400㎚ 두께 접는 데 성공

- “접으면 더 강해져요!”… 12번 접은 ‘그래핀 복합체’- 그래핀 복합체 강도 높일 효과적 방법… Advanced Materials에 발표종이 한 장은 얇고 약하지만, 여러 번 접어 두꺼워진 종이는 단단하다. 종이처럼 얇은 그래핀(Graphene)도 접으면 접을수록 기계적 특성이 좋아진다. 최근 12번까지 그래핀 복합체를 접어 기계적 강도를 향상시킨 연구가 나와 주목받고 있다.UNIST(총장 정무영) 자연과학부의 로드니 루오프 특훈교수(기초과학연구원 다차원 탄소재료 연구단장)가 이끄는 연구진은 ‘접어서(folding)’ 대면적 단층 그래핀과 고분자를 결합한 복합체를 효과적으로 만들 수 있고, 기계적 특성(강성, 강도, 인성)까지 높일 수 있다는 걸 밝혔다.
관리자 2018-09-05
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UNIST 백종범 교수팀, 강자성 가지는 유기화합물 구조(p-TCNQ) 개발

- 순수한 유기화합물 자석으로 주목… Cell 자매지 ‘CHEM’ 저널 게재자석은 일반적으로 철을 비롯한 금속으로 만든다. 그런데 금속이 아니면서 자석 같은 성질(자성)을 지니는 물질이 개발됐다. 탄소 원자가 포함된 순수한 유기화합물이 실온에서 자성을 띠는 ‘플라스틱 자석’으로 구현된 최초 사례다.UNIST(총장 정무영) 에너지 및 화학공학부의 백종범 교수팀은 TCNQ1라는 유기화합물에 반응을 일으켜 자성을 띠는 구조로 만드는 데 성공했다. “p-TCNQ”로 이름 붙여진 플라스틱 자석은 세계적 권위지 셀(Cell)의 자매지, 켐(CHEM)지 8월 2일 자에 공개됐다.
이용우 2018-09-05
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체온으로 전기 생산한다… 화학(연), 인쇄 공정으로 간단하게 만들 수 있는 유연한 열전소재 개발

- 국제 학술지인 Advanced Functional Materials 표지논문 선정한국화학연구원 조성윤 박사 연구팀은 열을 전기 에너지로 바꾸어주는 새로운 유연 열전소재를 개발했다. 기존 열전소재의 단점인 공기 중 취약성을 극복하고 인쇄 공정으로 간단하게 만들 수 있는데다 유연하게 휘어지는 특성도 가지고 있어, 향후 웨어러블 기기에 적용될 수 있는 새로운 가능성을 열었다.
이용우 2018-09-05