Meltio 기술을 선택한 이유
자동화 및 로봇 시스템 통합 전문기업 ACNS는 다양한 금속 적층제조 기술과 기존 제조 방식을 비교한 결과, Meltio의 산업용 와이어 레이저 금속 증착 기술을 선택했습니다.
ACNS가 Meltio 기술을 선택한 주요 이유는 소재 활용의 효율성, 정밀한 공정 제어, 유연한 시스템 통합에 있습니다.
- 분말 대신 와이어 사용
Meltio는 금속 분말 대신 와이어를 소재로 사용합니다.
금속 와이어는 상대적으로 가격이 저렴하고 인증된 등급의 소재를 쉽게 확보할 수 있으며, 공급된 와이어를 증착에 활용할 수 있다는 장점이 있습니다.
또한 유해 금속 분말을 취급할 필요가 없어 별도로 격리된 전용 시설 없이 일반적인 제조 작업장에서도 사용할 수 있습니다.
- 아크 대신 레이저 사용
Meltio의 레이저 기반 증착 방식은 와이어 아크 적층제조(WAAM, Wire Arc Additive Manufacturing)와 비교해 더 미세한 비드(Bead)를 형성하고 열 투입량을 줄일 수 있습니다.
이를 통해 보다 정밀한 치수 제어가 가능하며, 후속 절삭가공을 위해 남겨야 하는 가공 여유량도 줄일 수 있습니다.
- 개방형 시스템 통합
Meltio는 금속 증착을 위한 핵심 엔진을 제공하며, ACNS는 이를 기반으로 고객의 요구사항에 맞는 제조 셀을 구축합니다.
Meltio 헤드는 FANUC과 같은 표준 산업용 로봇에 통합할 수 있기 때문에 로봇의 작업 범위에 따라 제조 가능한 영역을 확장할 수 있습니다.
또한 하나의 제조 셀에서 금속 증착과 절삭가공을 결합한 하이브리드 제조 공정을 구현할 수 있습니다.
- ACNS의 Meltio 로봇셀 활용
ACNS는 부품을 직접 생산하는 제조업체보다는 자동화 및 로봇 시스템 통합 전문기업으로, Meltio 로봇셀을 다음과 같은 목적으로 활용하고 있습니다.
– 제조 기술 및 공정 개발
– 공정 적합성 검증(Qualification)
– 잠재 고객 대상 기술 시연
– 고객 및 대학·연구기관을 위한 제조 가능성 검토용 부품 제작
ACNS가 적층제조 기술을 도입한 배경에는 기존 제조 방식으로 대응하기 어려운 고객 요구사항이 있습니다.
대표적으로 소량 생산이 필요한 대형 부품, 조달 기간이 긴 마모 부품의 교체, 단품 툴링 제작, 기존 절삭가공으로 접근하기 어려운 복잡한 내부 형상 등이 있습니다.
ACNS는 적층제조 기술을 기존 절삭가공이나 용접을 대체하는 기술이 아니라, 이들 공정을 보완하는 제조 기술로 활용하고 있습니다.
기존 드릴 가공의 한계를 극복한 냉각 채널 설계
이번 기술 시연 프로젝트에서 ACNS가 주목한 과제는 다양한 산업에서 중요한 열관리(Thermal Management) 기술입니다.
냉각 성능은 금형, 산업용 장비 및 고성능 기계 부품의 설계에서 중요한 요소입니다.
이번 프로젝트에서 구현한 기술은 다음과 같은 분야에 적용할 수 있습니다.
– 금형 및 툴링의 형상 적응형 냉각(Conformal Cooling)
– 에너지 및 공정 설비의 냉각 하우징과 매니폴드
– 고성능 기계 부품의 내부 냉각 구조
- 기존 냉각 채널 제조 방식의 한계
기존 냉각 채널은 일반적으로 드릴 가공으로 제작됩니다.
따라서 냉각 채널의 위치와 형상은 드릴이 접근할 수 있는 방향과 깊이에 따라 제한됩니다.
이러한 제약으로 인해 설계자가 원하는 냉각 경로를 그대로 구현하기 어렵고, 가공 가능한 형상에 맞춰 설계를 변경해야 하는 경우가 발생합니다.
또한 기존 방식에서는 드릴로 가공한 냉각 유로와 이를 막기 위한 플러그(Plug), 밀폐용 커버 등을 조합해 냉각 구조를 구성하는 경우가 많습니다.
이러한 다중 부품 조립 방식은 별도의 밀봉 및 조립 공정을 필요로 합니다.
- Meltio 기술을 활용한 일체형 냉각 채널 구현
Meltio의 와이어 레이저 금속 증착 기술을 활용하면 부품을 제작하는 과정에서 내부 냉각 채널을 함께 형성할 수 있습니다.
냉각 채널을 별도로 드릴 가공하는 대신, 냉각이 필요한 표면의 형상을 따라 냉각 유로를 설계하고 증착 공정 중 구현하는 방식입니다.
이를 통해 기존의 여러 부품으로 구성된 냉각 구조를 하나의 일체형 부품(Monolithic Part)으로 제작할 수 있습니다.
- 일체형 구조의 주요 장점
– 누설 발생 가능 지점 감소
: 여러 부품을 연결하는 구조를 줄임으로써 냉각 유체가 누설될 수 있는 경로를 최소화할 수 있습니다.
– 부품 수 감소
: 기존에 개별적으로 제작하고 조립해야 했던 부품을 하나의 구조로 통합할 수 있습니다.
– 밀봉 및 조립 공정 제거
: 플러그, 밀폐용 커버 등 별도의 밀봉 및 조립 작업이 필요하지 않도록 설계할 수 있습니다.
– 냉각 채널 설계 자유도 향상
: 기존 드릴 가공의 접근 방향에 구애받지 않고 냉각이 필요한 부위에 맞춰 냉각 채널을 설계할 수 있습니다.
Meltio 기술을 통해 냉각 채널은 기존 가공 방식의 제약에 맞춰 설계해야 하는 구조가 아니라, 냉각 성능에 따라 자유롭게 설계할 수 있는 요소가 됩니다.
제조 비용 절감 및 산업적 활용 효과
이번 프로젝트는 실제 고객의 양산 부품이 아닌 기술 시연용 부품(Demonstrator)을 제작한 사례입니다.
따라서 기존 고객 부품의 제조 원가나 양산 수량에 대한 비교 기준이 없어 구체적인 비용 절감 수치는 제시되지 않았습니다.
그러나 일체형 구조를 적용함으로써 제조 공정에서 발생할 수 있는 비용 절감 요인은 명확하게 확인할 수 있습니다.
① 조립 및 밀봉 공정 제거
기존 다중 부품 구조에서 필요했던 조립과 밀봉 작업을 제거할 수 있습니다.
이를 통해 부품 제조 후 수행해야 하는 추가 공정을 줄일 수 있습니다.
② 부품 수 감소
여러 개의 부품으로 구성된 냉각 구조를 하나의 일체형 부품으로 제작함으로써 전체 부품 수를 크게 줄일 수 있습니다.
③ 소재 사용량 절감
기존 절삭가공에서는 최종 형상을 구현하기 위해 상당량의 소재를 제거해야 할 수 있습니다.
반면 Meltio의 금속 증착 방식은 필요한 위치에 소재를 증착하기 때문에 불필요한 소재 제거량을 줄일 수 있습니다.
- 일반 제조 현장에서의 도입 가능성
Meltio 헤드는 표준 산업용 로봇에 통합할 수 있기 때문에 기존 제조 작업장에서도 해당 기술을 도입할 수 있습니다.
특수한 금속 분말 전용 시설이나 고도로 전문화된 적층제조 작업 인력에 대한 의존도를 줄일 수 있다는 점도 장점입니다.
또한 동일한 제조 셀을 활용해 신규 부품을 제작할 뿐만 아니라 기존 마모 부품의 수리 및 재생 작업도 수행할 수 있습니다.
대량 생산과 소량·고부가가치 부품 제조의 차이
ACNS는 Meltio 기술이 모든 제조 환경에서 기존 공정을 대체하는 것은 아니라고 설명합니다.
특히 산업용 금속 부품을 대량으로 생산하는 경우에는 주조(Casting), 단조(Forging), 절삭가공(Machining)과 같은 전통적인 제조 방식이 여전히 경쟁력을 갖고 있습니다.
반면 Meltio 기술은 다음과 같은 제조 조건에서 높은 활용 가치를 제공합니다.
- 단품 및 소량 생산
대량 생산을 위한 별도의 금형이나 복잡한 제조 준비 과정 없이 필요한 수량의 부품을 제작하는 데 적합합니다.
- 대형 금속 부품 제조
산업용 로봇의 작업 범위를 활용하여 중대형 금속 부품을 제작할 수 있습니다.
- 고부가가치 부품 수리
기존 부품의 마모되거나 손상된 영역에 금속 소재를 추가 증착하여 수리 및 재생하는 작업에 활용할 수 있습니다.
- 복잡한 내부 형상 제조
기존 절삭가공으로 제작하기 어려운 내부 구조를 구현하는 데 적합합니다.
이번 프로젝트에서 제작한 **내부 냉각 채널을 갖춘 일체형 냉각 실린더(Monolithic Cooling Cylinder)**가 대표적인 사례입니다.
ACNS는 Meltio 기술이 특히 단품, 소량 생산, 대형 부품, 고가 부품의 수리 및 복잡한 내부 형상 제조에 적합하다고 평가하고 있습니다.
