철보다 가벼운데 10배 강한 탄소섬유복합소재 구현
비행기·자동차 경량부품 제조
한국생산기술연구원(생기원)은 이석우 생산시스템그룹 수석연구원 공동 연구팀이 경량부품 생산을 위한 탄소섬유복합재 가공기술을 개발했다고 13일 밝혔다.
탄소섬유복합재(Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP)는 고강도의 탄소섬유를 금속·고분자 재료에 분산시켜 만드는 소재다.
무게는 철의 ¼ 이하이면서도 10배 정도의 강도를 지닌다.
경량화가 필요한 분야에서 상당히 매력적인 소재이지만, 원재룟값과 공정 비용이 많이 드는 데다 품질을 확보하기가 까다롭다.
특히 적층 구조로 이뤄진 소재 특성상 절삭이 어렵고, 뜯기거나 갈라지는 결함이 자주 발생해 생산성을 높일 수 있는 기술 개발이 절실했다.
탄소섬유복합재 드릴링 가공 모습 ⓒ 한국생산기술연구원
공동 연구팀은 항공기용 대형부품에 적합한 대량생산방식과 다양한 차종부품 생산에 유리한 유연 생산방식의 투트랙 전략으로 기술 개발에 착수했다.
먼저 워터젯(초고압 물에 고체 연마제를 첨가해 절단하는 방식)과 드릴링 절삭 기능을 하나의 공구로 통합한 8ｍ×4ｍ급 복합가공 장비를 만들었다.
이를 바탕으로 공간효율을 1.7배가량 높여 항공기용 대형부품 생산성을 높였다.
아울러 광학 스캐너를 활용해 부품 표면과 내부 불량을 1초 만에 파악하는 3차원(3D) 광학 고속 검사기술도 세계 최초로 구현했다.
공동 연구팀은 다관절 로봇을 최적 위치에 배치해 부품 형상·생산량을 조정할 수 있는 유연 가공시스템을 갖췄다고 설명했다.
극저온·초음파 가공 같은 첨단 가공공정과 모니터링 소프트웨어를 함께 최적화해 패키지형 탄소섬유복합재 가공기술을 완성했다.
생기원이 주관한 연구에는 14개 기관이 참여했다.
한국정밀기계, 기가비스, 씨에스캠, 시그널링크, 티오피에스, 연세대, 중앙대, UNIST, 광주과학기술원, 영남대, 미국 퍼듀대, 한국기계연구원, 한국탄소융합기술원 등이다.
전체적으로 성과를 내기까지 3년이 걸렸다고 생기원 측은 전했다.
이석우 생기원 수석연구원은 “국내 탄소섬유복합재 산업생태계 조성에 꼭 필요한 부품가공 역량을 갖추게 됐다”며 “지속적인 성능 테스트를 거쳐 장비 성능을 안정화하는 한편 연구 데이터를 축적해 완성도를 높일 것”이라고 말했다.
- 연합뉴스 제공
- 저작권자 2018.02.14 ⓒ ScienceTimes