[오늘의 과학자]미래車 경량소재도 성형하는 프레스 개발

강재훈 박사가 쎄다 프레스 옆에서 사진 포즈를 취하고 있다/사진=기계硏

한국기계연구원 광응용기계연구실 강재훈 박사팀은 회전속도·위치 등을 자유롭게 제어할 수 있는 서보 모터를 이용해 경량소재도 정밀하고 빠르게 성형할 수 있는 첨단 프레스를 개발했다고 26일 밝혔다.

'쎄다(SEDA, Smart and Ecological Dual servo motor driven Advanced mechanical press) 프레스'로 이름 붙여진 이 프레스는 한 방향으로 단순 회전 운동하는 일반 모터 대신, 회전속도와 방향을 자유롭게 제어하는 서보 모터(Servo Motor)를 사용했다.


연구팀은 2개의 서보 모터를 마치 사람의 팔 같이 좌우 대칭 형태로 배치해 누르는 힘의 크기를 고효율로 키울 수 있는 고유 메커니즘을 개발했다고 설명했다.

프레스 성형 후 좌우 양끝의 처짐 변형량(양단 편심량)을 9마이크로미터(㎛) 이내가 되도록 능동제어 할 수 있는 기술이 나온 건 이번이 처음이다.

기존에는 가격이 비싸면서 크고 무거운 서보 모터 1개를 이용했기 때문에 프레스 가격이 높을 뿐더러, 상부가 무거운 '가분수 구조'였다. 반면, 쎄다 프레스는 출력이 낮은 2개 서보 모터를 사용하면서도 최대 50배 이상 프레스 가압력을 낸다.


현재 우리나라 프레스 시장은 약 8500억 원 규모이다. 이 중 30~40%가 서보 프레스로 대체될 것으로 전망된다. 연구팀은 "이번 기술로 기존 프레스 가격을 75%까지 낮췄다"며 "70% 수준까지 낮추기 위해 기술 개발을 계속 진행 중"이라고 설명했다.

이번 기술의 또 다른 특징은 경량재의 정밀 부품화이다. 알루미늄이나 마그네슘 합금, 고장력판과 같이 미래형 자동차나 대형 디스플레이, 항공·군수기기 부품에 사용되는 난성형의 경량재는 복원력이 뛰어나고, 파단이나 균열이 발생돼 기존 프레스 기술로 성형이 어려웠다.

이번 기술을 적용할 경우, 성형 공정에서의 속도나 지연 시간 조절이 자유로워, 프레스의 동작을 원하는 대로 설정할 수 있다. 따라서 이 같은 소재 성형에 어려움을 극복할 수 있다.

강 박사는 "지금까지 프레스는 공작기계의 첨단화되는 성능과 기능 발전을 따라가지 못했다"며 "이번에 개발한 서보프레스는 PC기반으로 운용되는 작업자 친화형의 조작 프로그램과 함께 성형 상태를 실시간으로 보여주는 그래픽 기능 등도 다양하게 갖춰 비숙련자들도 쉽게 다룰 수 있다"고 말했다.

◆용어설명

▶난성형(難成型, Difficult to deform) 경량재: 일반 프레스로는 성형이 곤란하여 사용을 기피해 왔으나 경량의 특성으로 인하여 최근 소재 대체화가 필연적으로 요구되는 첨단 신소재.