전문가에게 물어보세요:가공의 미래에 대한 Georgia Tech 교수

박사. Georgia Tech의 가공 전문가이자 연구원인 Thomas Kurfess는 자동 공구 경로 생성으로 5축 기계의 생산을 극적으로 향상시키는 알고리즘을 개발했습니다. 여기에서 우리는 Kurfes와 함께 업계의 가장 최근 발전과 가공이 어디로 향하고 있는지에 대해 논의합니다.

1차원 가공은 수십 년 전만 해도 이동, 이송 및 필요한 속도에 대한 결정만 필요로 하는 매우 간단한 프로세스였습니다. 오늘날의 CNC 장비의 기능은 조금 더 고급입니다. 5축 가공을 통해 제조업체는 5개의 다른 축을 따라 절삭 공구를 동시에 이동할 수 있으므로 매우 복잡한 부품과 디자인을 만들 수 있습니다.

그리고 혁신은 이제 막 확장되기 시작하고 있다고 ‎Georgia Institute of Technology의 Fluid Power and Motion Control 교수이자 HUSCO/Ramirez 석좌교수인 Thomas Kurfess 박사는 말합니다. 그의 작업은 복잡한 제품 생산 및 최적화를 목표로 하는 고급 제조 시스템의 설계 및 개발에 중점을 둡니다.

그는 자동 공구 경로 생성을 허용하는 5축 기계용 알고리즘을 연구했습니다. 이는 사용자 상호 작용의 양과 공구 경로 준비 시간을 줄여 생산성을 크게 높일 수 있는 기능입니다. Kurfess는 또한 고급 공구 형상에서 공구 마모를 정량화하는 것이 부적절함을 강조하는 연구에 참여했으며 공식적으로 백악관에서 근무했습니다. 2012년부터 2013년까지 그는 Obama 대통령 밑에서 근무하는 Office of Science and Technology Policy에서 첨단 제조 담당 부국장을 역임했습니다.

우리는 Kurfes와 함께 다축 가공의 현재 상태와 미래가 어디로 향하는지에 대해 논의합니다.

5축 기계의 자동 공구 경로 생성에 대한 연구를 수행했습니다. 과거, 현재, 미래의 도전에 대해 말씀해 주시겠습니까?

커프스: 나는 작은 기계 공장에서 자랐습니다. 당시에는 NC 또는 수치 제어였습니다. 미래를 향해 나아가는 지금, 우리는 5축 가공의 시대에 있습니다. 2축 또는 3축 밀링은 비교적 간단하지만 5축을 사용하면 사물이 다른 각도로 흔들리고 때로는 프로그래밍하기 어려울 수 있습니다. 솔직히 말해서 우리는 1980년대부터 기계의 프로그래밍 능력을 향상시킬 필요는 없었고, 상당한 경험을 가진 고도로 훈련된 프로그래머가 필요한 매우 복잡한 작업이 여전히 남아 있습니다. 이것은 단순히 파일을 다운로드하고 인쇄하는 문제로 인식되는 3D 프린팅과 극명한 대조를 이룹니다. 제 학생들은 종종 "우리는 부품을 3D 인쇄하지 않는 이유는 무엇입니까?"라고 질문했습니다. 그러나 수백만 달러의 공작 기계가 있는 실제 공장에 들어가면 공작 기계가 있고 쉽게 또는 저렴하게 교체할 수 없기 때문에 사용하게 될 것입니다. 따라서 업계는 아직 갈 길이 멀다. 또한 적층 제조는 일반적으로 플라스틱 부품을 만듭니다. 금속으로 구조물을 만들 수는 있지만 한계가 있습니다. 고급 공작 기계 프로그래밍을 가능하게 하는 기술 중 하나는 그래픽 처리 장치 또는 GPU입니다.

GPU에 대해 좀 더 자세히 설명해 주시겠습니까?

KURFESS:나 그래픽 보드가 있는 컴퓨터를 구입하면 GPU가 있습니다. 게임이 주요 시장이지만 우리는 그 기능을 사용하여 5축 가공 궤적을 생성합니다. GPU는 작은 슈퍼 컴퓨터와 같으며 프로그래밍을 위한 게임과 유사한 인터페이스를 제공하여 인간 프로그래머의 인지 부하를 크게 줄여줍니다. GPU의 슈퍼컴퓨팅 기능을 통해 우리는 전문 프로그래머라도 고려할 시간이 없는 다양한 전망과 다양한 시나리오를 모두 볼 수 있습니다. G-code는 우리를 멀리 데려갔지만 제한적이며 이 기술은 오늘날 우리가 보고 있는 그 어떤 것보다 훨씬 빠르게 우리를 움직일 것입니다.

종합헤딩에서 다축가공 및 머시닝의 미래를 어디에서 보십니까?

커프스: 나는 특히 몇 가지를 예측한다. 먼저 공작기계를 프로그래밍하기 쉽게 만드는 방향으로 나아갈 것입니다. 둘째, 많은 사람들이 우리가 완전히 자동화될 것이라고 말하지만 나는 반드시 그렇게 믿지는 않습니다. 누군가 나에게 가져온 훌륭한 식기 세척기 비유가 있습니다. 제 평생에 식기 세척기가 자동으로 언로드되는 것을 보지 못할 것이라고 생각합니다. 싣고 내리는 데 전문성과 복잡성이 있기 때문입니다. 기계도 마찬가지입니다. 프로그래머가 사용할 도구와 완전한 5축 연속 모드에서 프로그래밍할 방향과 같은 선택을 하도록 도와줌으로써 기계를 더 쉽게 사용할 수 있도록 해야 합니다. 마지막으로 게임 시스템에서 경험할 수 있는 것과 유사한 그래픽 사용자 인터페이스로의 이동이 보입니다. 이러한 인터페이스는 생산성을 높이는 데 도움이 될 수 있으며, 사실 현재 직원은 제 아이들과 같은 게임 인터페이스를 사용하는 데 매우 능숙합니다.

오늘날 이러한 기계의 활용도가 낮은 측면이 있습니까? 이 기계를 최대한 활용하기 위한 조언은 무엇입니까?

커프스: 고급 기계를 최대한 활용하는 것이 중요하며 가장 큰 문제는 교육입니다. 우리는 인근 커뮤니티 칼리지 및 기술 대학과 긴밀하게 협력하고 있으며, 이러한 복잡한 공작 기계에 대해 준학사 수준의 교육을 제공하는 것은 어렵고 비용이 많이 듭니다. 교육 실험실에 $500,000 공작 기계를 보유하는 것은 상당히 비용이 많이 들지만 특히 다축 가공의 경우 교육이 매우 중요합니다. 회사에서 개인을 훈련시키는 것도 어려운데, 한 번 잘하면 주변에 두는 것이 어렵기 때문입니다. 간단히 말해 수요가 많습니다.

자동 공구 경로 생성에 도움이 되는 알고리즘을 개발하기 위한 연구를 수행했습니다. 그 연구와 그곳에서 극복하려고 했던 도전에 대해 말씀해 주십시오. 결과는 어땠나요? 오늘날 자동 공구 경로 생성은 어디에서 볼 수 있으며 어디로 향하고 있다고 생각하십니까?

커프스: 도구 경로 생성과 관련하여 픽셀 대신 복셀에서 작업합니다. 디자인을 취하고 복셀화하는 3D 픽셀입니다. GPU의 자연스러운 형식인 디지털 체적 처리를 수행합니다. CAD 모델에 있는 부품 설계를 꺼내 GPU에서 처리할 수 있도록 복셀화합니다. 이 접근 방식은 부품 가공 및 공작 기계에 적층 가공(적층 및 절삭 가공)을 결합하는 하이브리드 기계에 적합합니다. 회사는 고급 문제와 함께 복셀을 점점 더 많이 사용하기 시작했습니다. 느리지만 확실하게 복셀은 다양한 제품으로 발전하고 있습니다. 2년차 디자인 빌드 과정인 Georgia Tech에서는 클라우드 기반 고성능 컴퓨팅 플랫폼을 사용하여 복셀 기반 도구를 사용하여 회전 부품을 설계하는 학생들이 있었는데 학생들이 좋아했습니다. 그들이 사용하는 시스템은 그 어떤 것보다 훨씬 빠릅니다. 그래서 그들은 부품을 그리는 과정에서 현재 설치된 툴링 패키지로 선반에서 부품을 생산할 수 있는지 여부에 대해 실시간으로 피드백을 받고 있습니다.

복잡한 형상의 공구 마모를 정량화하는 연구도 했습니다. 그 연구와 당신이 발견한 것에 대해 알려주십시오.

커프스: 우리는 이 분야에서 꽤 많은 일을 하고 있지만 우리의 가장 큰 승리에 대해 말씀드리겠습니다. 우리는 가공하기 힘든 매우 진보된 니켈 기반 초합금의 가공을 하고 있었습니다. 목표 형상을 달성하는 것은 어려웠지만 부품의 입자 구조를 손상시키지 않는 것에 대해서도 우려했습니다. 가공하는 동안 표면에 열 손상(균열, 표면 아래 손상 등)이 발생할 수 있습니다. 열이 가장 큰 피해를 주기 때문에 열 관련 문제에서 발생합니다. 이 경우에 우리는 새로운 세라믹 인서트를 제공받았고 속도가 엄청나게 빨라서 공작 기계 파트너에게 가서 공작 기계를 교체할 수 있는지 물어야 했습니다. 훨씬 더 빠른 속도의 스핀들이 필요했습니다. 세라믹을 사용하고 있었기 때문에 인서트에 열충격을 일으키거나 부서지지 않도록 냉각수 사용을 피해야 했습니다. 속도에도 불구하고 냉각수 없이도 믿을 수 없을 정도로 잘 작동했습니다. 실제로 우리는 열 전달 속도를 능가할 정도로 빠르게 기계를 가공할 수 있었습니다. 즉, 열이 부품으로 들어갈 수 없었습니다. 그래서 가공이 끝나면 부품을 느낄 수 있고 시원했습니다. 이는 지하 손상을 최소화하는 데 도움이 되었습니다. 부품에 대한 열 손상을 제거하고 훨씬 더 높은 재료 제거율을 실행했으며 칩에 냉각수가 들어 있지 않아 재활용이 훨씬 쉬워졌습니다.

제조 기술 격차에 대해 어떻게 생각하십니까? 어떻게 보고 있으며 어떻게 개선할 수 있다고 보십니까? 모든 규모의 제조업체는 미래에 필요한 인재를 찾는 데 어떤 조치를 취해야 하나요?

커프스: 실력차이는 현실입니다. 요즘 아이들은 20~30년 전처럼 G-code 프로그래밍에 관심이 없습니다. 물론, 우리의 고급 비디오 게임은 Pong이었고 우리는 종이 테이프를 펀칭했습니다! 우리의 차세대 인력은 그래픽 중심적이며 다른 기술 세트를 보유하고 있습니다. 따라서 더 많은 그래픽 인터페이스로 이동하면 이 차세대를 실제로 참여시키는 데 도움이 됩니다. 많은 사람들은 기계공이나 엔지니어가 되려면 뛰어난 수학 천재가 되어야 한다고 생각합니다. 현실은 당신이 천재일 필요는 없다는 것입니다... 당신은 훌륭하고 좋아해야 합니다. 또한 저는 SME의 사장으로 재직 중이며 Tooling U-SME와 같은 운영을 위한 차세대 교육 제품이 기술 교육 및 개발 측면에서 차세대 및 현세대 인력을 실제로 어떻게 참여시키고 있는지 확인합니다. 사용되는 접근 방식은 최신식이며 매력적이고 매우 효과적입니다. 더욱이 이 교육은 표적화되고 개인화되기 시작했습니다. 우리는 기계가 귀하가 적절하게 훈련을 받았는지 알 수 있는 영역으로 이동하고 있으며 기계를 실행하고 활용하는 방식을 개선하기 위해 귀하에게 교육을 권장할 것입니다. 또한 3축 기계에서 수행한 성과에 따라 교육을 받고 5축 기계로 승급할 것을 권장하는 3축 기계에서 멀지 않습니다.

기술 격차를 줄이는 데 제조업체가 어떤 역할을 해야 한다고 생각하십니까?

커프스: 평생학습에 관한 것입니다. 직원과 고용주 모두 지속적인 평생 교육이 보다 수익성 있는 운영과 길고 안전하며 성공적인 경력에 이르는 길이라는 것을 이해하도록 문화를 변화시켜야 합니다. 지속적인 훈련이 좋은 것이라는 모드로 모든 사람을 끌어들여야 합니다. 30년 동안 아무것도 배우지 않았다면 기술 공룡이 될 것이고 공룡에게 무슨 일이 일어났는지 우리는 알고 있습니다! 관련성을 유지하려면 기술을 최신 상태로 유지하는 것이 중요합니다.

귀하의 배경은 또한 자동차 분야에서 일한 시간을 보여줍니다. 그것에 대해, 당신이 한 일과 현재 그 산업이 어디에서 보고 있는지, 그리고 미래에 대해 말씀해 주시겠습니까?

커프스: 저는 1994년부터 2005년까지 Georgia Tech에 있었습니다. 2005년에는 Clemson University – International Center for Automotive Research에서 학업 및 연구 프로그램을 시작했습니다. 일반적으로 2축 및 3축 가공으로 간단한 부품을 생산하는 것은 비교적 간단했습니다. 그러나 5축 부품에 관해서는 우리가 정말로 차이를 만들고 있었습니다. 다시 말하지만, 고급스럽고 복잡한 작업은 고도로 훈련된 개인이 실제로 빛을 발하고 높은 급여를 받는 곳이었습니다!

당신이 주의 깊게 관찰하는 다른 특정 수직 산업 혁신이 있습니까? 현재와 ​​가까운 미래에 어떤 제조 혁신이 교차하고 영향을 미칠 수 있다고 보십니까? 제조업체가 실제로 주의해야 할 사항은 무엇입니까?

커프스: 내가 오바마 대통령의 과학기술정책실 첨단제조기술포인트였을 때 나는 사물에 대한 큰 관점을 얻었다. 양 당사자 모두에게 제조가 중요합니다. 저는 몇 주 전에 소위원회에서 우리가 제조업체를 위한 사물 인터넷의 중요성을 강조한 소위원회에서 증언하고 있었습니다. 우리는 제품과 프로세스에 대한 많은 정보를 추출하는 기계를 보고 있습니다. 이것은 훨씬 더 나은 제품과 효율적인 프로세스를 만드는 데 도움이 될 뿐만 아니라 현대 노동력의 취업 기회와 경쟁력을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 해당 소위원회의 모든 대표자들은 이를 이해했으며 이러한 유형의 기술과 기능을 발전시키는 데 지원했습니다.

자동화 측면에서 기술의 발전이 실제로 필요한 인력이 적은 기술 격차를 해소하는 데 도움이 될 수 있다고 생각하십니까?

커프스: 자동화가 증가함에 따라 더 높은 기술을 가진 더 적은 인력이 필요할 것입니다. 직원들이 고급 축 프로그래밍을 수행하면 회사에서 이를 얻을 수 있습니다. 그들은 이 기계가 더 낫다는 것을 깨닫고 더 많이 살 것이고 궁극적으로 더 많은 사람이 필요하다는 것을 알게 될 것입니다. 물론 사람들이 모든 프로그래밍을 수행할 것이기 때문에 작업의 중심에는 여전히 인간이 필요합니다. 일반 인력이든 개인이든 상관없이 평생 학습의 문제이며 이러한 기계가 누군가를 한 차원 높은 수준으로 끌어올릴 것이라는 점을 이해하는 것입니다. 따라서 저숙련 직업은 사라지지만 훨씬 높은 급여를 받는 고급 직업이 크게 확대될 것입니다!

마지막으로 고성능 가공에 대해 잠시 살펴보겠습니다. 그 분야에서 새롭고 혁신적인 발전이 있습니까?

쿠페스: 컨트롤러에 관한 모든 것입니다. 사용 용이성, 연결성 ... 모든 정보를 하나로 모으는 것, 그것이 바로 미래입니다. 여전히 내 첫 PC처럼 보이는 80년대 CNC 컨트롤러를 압도합니다!

귀하의 공장은 5축 가공을 채택했습니까? 어떤 문제에 직면해 있습니까? 그리고 자동 공구 경로 생성기를 사용하여 기계를 프로그래밍할 수 있습니까? 아래 댓글 섹션에 알려주십시오.