[포커스] 부천국제금형콘퍼런스, 포스트 코로나 시대의 금형산업을 위한 혁신 기술 소개
‘2020 부천국제금형콘퍼런스’가 지난 11월 6일 온라인으로 진행되었다. 부천국제금형콘퍼런스는 글로벌 금형산업 동향과 미래 발전을 위한 정보를 공유하는 자리로 진행되어 왔다. 올해는 ‘포스트 코로나 금형산업 혁신 기술’을 주제로, 4차 산업혁명의 중심에 있는 스마트 공장과 3D 프린팅 등 신기술로 금형산업의 불확실성에 대비하려는 시도를 집중 조명했다. ■ 정수진 편집장
한국금형공업협동조합이 지난 9월까지 금형 수출 실적을 잠정 집계한 결과, 3분기 금형 수출은 19억 3000만 달러로 지난해 동기대비 5.8% 하락하였다. 하반기 들어 신규 금형 수주가 사라지고 주요 금형 수요 산업이 부진한 것이 금형수출에 영향을 미친 것으로 금형조합은 분석했다. 한편으로 다른 기계 업종의 수출이 30% 가까이 감소한 것과 비교하면 ‘선방’이라고 보는 시각도 있다.
국내외의 어려운 경기 상황에서 제조산업 전반에 4차 산업혁명이나 언택트 등의 패러다임 변화 속도는 더욱 빨라질 것으로 전망된다. 금형 산업에서도 공정 지능화를 비롯해 혁신 기술의 도입이 확산되고 있는 가운데, 이번 콘퍼런스에서는 3D 프린팅, 사물인터넷(IoT), 인공지능 등을 금형산업과 접목할 수 있는 방법과 사례 등이 소개되었다.
이외에도 이번 콘퍼런스에서는 ▲금속 표면상의 펨토초 레이저 유도 주기 구조물과 구조색의 응용 ▲사출압축 성형기술 및 플라스틱 재활용 기술 ▲향후 자동차 산업에서 금형산업 변화와 대응 방안 등 다양한 내용이 소개되어 우리 금형산업이 위기의 돌파구를 찾을 수 있는 자리가 마련되었다.
금형과 제품의 생산기술로 확장하는 3D 프린팅
스트라타시스의 제이 베버스도프 매니저는 디자인과 엔지니어링 영역에서 새로운 가능성을 열 수 있는 3D 프린팅 기술을 소개했다. 전통적으로 3D 프린팅은 디자인 검토나 테스트를 위한 시제품(프로토타입)을 만드는데 많이 쓰였다. 제품을 디자인한 후 최종 생산하기 전 단계에서 시제품을 만들어 시장에서 어떤 문제가 일어날 수 있고 어떻게 해결할지를 검토하는 과정을 거치게 된다. 3D 프린팅 기술이 발전하면서 색상, 소재, 마감처리 등이 더욱 정교한 시제품을 만들 수 있게 되었다.
한편으로, 최근에는 제조용 보조 공구나 실제 부품 및 제품을 만드는데에도 3D 프린팅이 쓰이면서 활용도가 넓어지고 있다. 해외에서는 지그(jig)나 픽스처(fixture) 등의 제조 공구를 만드는 ‘툴링’ 분야에 3D 프린팅을 많이 활용하고 있다. 많은 제조기업에서는 알루미늄이나 철 소재를 CNC 가공해 공구를 만드는 비용이 높고 공구의 사용이 불편하다는 과제를 안고 있는데, 3D 프린팅은 기존의 공구와 같은 기능을 하면서 더 가볍고 인체공학적인 공구를 낮은 비용으로 만들 수 있다. 이를 통해 근로자의 생산성을 높이는 효과를 얻을 수 있다.
3D 프린팅은 생산 기술로서도 점차 활용도가 늘고 있다. 3D 프린팅으로 금형을 만들거나, 인젝션 금형을 대체해 맞춤형 제품을 주문제작할 수 있는 것도 3D 프린팅의 활용사례이다. 또한, 3D 프린팅 중심의 자동화 제조라인을 만들면 수작업에 따른 사고를 막고 제조 효율을 높일 수 있다.
베버스도프 매니저는 “3D 프린팅은 맞춤형 제품을 반복 제작하는 경우 이점이 있다. 또한, 3D 설계 데이터만 있으면 어디서든 제작이 가능하기 때문에 맞춤형 부품이나 예비 부품의 생산 비용과 효율을 높일 수 있다. 최근에는 온라인 마켓플레이스에서 3D 프린팅을 위한 부품의 모델 데이터를 판매하는 비즈니스 모델도 등장했다”고 소개했다.
▲ 스트라타시스 제이 베버스도프 매니저는 시제품뿐 아니라 제조 보조 공구나 부품 생산 등 3D 프린팅의 활용도가 넓어지고 있다고 소개했다.
사물인터넷으로 금형 관리를 향상시킨다
사물인터넷, 증강현실(AR), 사이버-물리 시스템(CPS), 인공지능(AI), 빅데이터, 클라우드 등 IT(정보기술)와 OT(운영기술)를 접목한 기술들이 등장해 제조산업에 도입되고 있는데, 이들 기술은 공작기계의 생산 과정에서 발생하는 다양한 정보를 수집하고 시스템에 접목해 생산 효율을 높이는데 쓰일 수 있다.
이번 콘퍼런스에서 건솔루션의 차승학 이사는 IIoT(산업용 사물인터넷) 센서를 활용해 금형의 세팅이나 관리를 개선할 수 있는 기술 개발 내용을 소개했다. 사출금형의 세팅은 수작업으로 이뤄지는 경우가 많다. 금형을 가공한 후 측정부서로 옮겨서 측정하고, 불량을 판정하거나 재가공하는 과젓은 시간이 걸리고 오류가 발생하기도 한다. 차승학 이사는 측정을 위한 금형의 세팅을 자동화하고, 프로브 센서를 이용해 빠르게 세팅할 수 있는 기술 개발 내용을 설명했다. 이 기술은 CAD/CAM 데이터를 기반으로 세팅 포인트를 생성하고, 포스트 출력 - NC 데이터 생성 - 작업지시서 생성 - 공작기계에 데이터 송출 - 세팅 진행까지 자동으로 이뤄진다.
또한 차승학 이사는 IIoT 센서 비콘을 금형에 장착해서 위치 기반으로 금형을 관리할 수 있는 시스템 개발 사례도 소개했다. 비콘과 비콘 스캐너가 현장에서 서로 통신하면서 비콘이 장착된 금형의 동선을 인식하고, 시스템에서 그 정보를 수집해 전체적인 현황을 파악할 수 있는 것이 특징이다. 특히 대량의 금형을 다루는 기업에서 이런 기술을 활용하면, 금형 위치를 찾고 투입하는 등 관리에 드는 시간을 줄여서 생산성을 높일 수 있을 것으로 보인다.
차승학 이사는 “IIoT를 활용해 창고나 생산 현장에서 금형의 이동, 투입 현황 등 이력을 효율적으로 관리할 수 있다. 또한, 생산 현장과 설비를 3D로 모델링해 관리 시스템 내에 탑재하면 모바일 디바이스에서도 금형의 위치와 현황을 파악할 수 있다”고 전했다.
건솔루션은 금형뿐 아니라 정밀가공을 위한 공작기계까지 관리할 수 있는 시스템도 개발했다. 이 시스템은 금형 설비에 장착된 IoT 센서를 통해 가공 정보뿐 아니라 진동이나 온도 정보까지 다양한 데이터를 수집하고, 이를 분석해 설비의 현황 파악뿐 아니라 예측까지 가능하다.
▲ 건솔루션의 차승학 이사는 사물인터넷으로 생산 현장의 정보를 수집, 분석해 관리 효율을 높이는 방안을 설명했다.
사출성형과 인공지능의 만남
브이엠테크의 최권일 이사는 ‘빅데이터 기반의 인공지능 사출성형 시스템’ 개발에 관한 내용을 소개했다. 사출 품질을 결정하는 주된 요소로는 사출 조건, 형상 정보, 수지 물성 등이 있는데, 브이엠테크는 인공지능을 이용해 이들 요소 사이의 함수관계를 도출하고, 최적의 사출조건을 자동으로 얻을 수 있을 것이라는 점에 착안해 기술 개발을 진행 중에 있다.
사출성형에 인공지능을 적용하는 기술은 국내외에서 활발히 연구 및 개발되고 있는 상황이다. 최권일 이사는 “사출성형에 인공지능을 적용하기 위해서는 인공지능의 학습을 위한 양질의 CAE 데이터와 실험 데이터가 필요하다. CAE 데이터는 상대적으로 쉽게 확보할 수 있지만 신뢰도가 낮은 편이고, 실험 데이터는 확보하기까지 많은 노력이 필요하다. 브이엠테크는 이를 보완하기 위해 CAE로 패턴을 학습하고 실험 결과로 보정하는 ‘트랜스퍼 러닝’을 적용했다”고 설명했다.
또한, 브이엠테크는 사출 품질을 높이는 형상 정보를 얻기 위해 CAD에서 기하학 정보를 자동으로 추출하는 소프트웨어를 개발했다. 비교적 쉽게 얻을 수 있는 체적이나 표면적 데이터뿐 아니라 두께 정보를 정밀하게 얻는 것이 어려운 점으로 꼽히는데, 최권일 이사는 “캐비티 수, 게이트 수, 게이트 직경 등을 검색해 두께를 계산하는 알고리즘을 적용했다. 이를 바탕으로 CAD 데이터 임포트시 제품과 러너 형상을 구분하고 메시 생성 - 계산 - 기하 정보 추출까지 자동화한 형상정보 추출 프로세스를 구축했다”고 전했다. 이외에도 브이엠테크는 인공지능을 적용한 지오메트리 기반 CAE 솔버 및 정밀 유동 해석 기술 등의 개발을 진행하고 있다고 소개했다.
▲ 브이엠테크 최권일 이사는 사출성형의 품질을 높이기 위한 인공지능 기반의 해석 기술 개발 내용을 소개했다.
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작성일 : 2020-11-30
