에어본(Airborne), 복합소재 제조를 위한 완전 자동화 픽-앤-웰드 프리포밍 시스템 공개

복합소재 제조 자동화 솔루션 제공업체 에어본(Airborne, 네덜란드 헤이그)이 건식 섬유와 열가소성 복합소재로 복합소재 프리폼을 생성하기 위한 완전 자동화되고 유연한 제조 공정인 자동화 프리포밍 시스템(Automated Preforming system)을 개발했다. 회사에 따르면, 이 시스템은 모든 프리폼 형상과 크기 생성 자유도(자유형 에지와 100% 넷-셰이프, 두께 변이 가능) 및 플라이 중간에 컷아웃 제작이 가능하며, 전체적으로 높은 생산량 유지, 효율성 개선, 고비용 제거를 제공한다.

솔루션은 세 단계 기반이라고 에어본은 말한다: 컨베이어 커터나 테이프 피더에서 소재 절단, 로봇에 의한 소재 픽업, 플라이 배치와 스팟 용접으로 안정화된 프리폼 생성. 이 시스템은 비용 최적화를 위해 기존 광폭 소재 롤과 호환된다. 또한 절단과 용접에 기존 공정을 사용하므로 새로운 설계나 자격 인증이 필요하지 않다. 필요에 따라 생산성, 정확도, 유연성에 최적화된 다양한 변형 공급이 가능하다. 아래 동영상에서 프리포밍 시스템 작동을 확인할 수 있다.

일반적으로 프리폼 생성 공정은 비용이 많이 든다고 에어본은 지적한다. 프레스 통합, 프레스 성형, 진공 성형, 다이어프램 성형 같은 많은 복합소재 성형 공정은 맞춤형 2D 프리폼이나 블랭크 사용을 기반으로 한다. 성형 공정은 보통 자동화되지만, 이들 공정에 투입되는 블랭크나 프리폼은 종종 수작업으로 제작된다. 이는 기술과 집중력을 요구하는 반복 공정이다. 생산 속도가 높아지면 작업자가 품질을 유지하며 생산을 따라가기 점점 어려워진다. 그리고 공정 자동화를 고려하더라도 많은 경우 엔지니어링과 프로그래밍 시간이 지나치게 많이 들어, 특히 다양한 제품 믹스를 가진 공장에서는 더욱 그렇다.

에어본은 자사 신규 시스템이 이러한 과제를 해결한다고 말한다. 자동화된 프로그래밍으로 프로그래밍 없이 짧은 시작 시간 가능. 설계 파일을 머신에 직접 로드하여 개입 없이 프리폼 제작 가능. 에어본에 따르면 시스템은 건식 섬유와 열가소성 복합소재 소재를 다양한 형태(UD, 원단, 코어 소재, 표면 필름, 접착 필름 등)로 처리한다. 필요에 따라 기능 추가 가능(품질 관리, 프리폼 오프로딩, 추가 소재 피드, 대용량 소재 피드 등).

"시스템의 기본 원리는 매우 간단합니다: '픽 앤 웰드(pick and weld)'. 로봇에 의한 픽-앤-플레이스 동작 중 플라이를 스팟 용접합니다."라고 에어본 CTO 마르쿠스 크레머스(Marcus Kremers)는 말한다. "이 개념적 단순성이 공정을 매우 견고하고 유연하며 다재다능하게 만듭니다. 물론 디테일에 악마가 있어 올바른 품질로 일관되게 작동하게 만드는 것이 과제입니다. 많은 경우 고객들은 다양한 소재와 제품 설계를 다룹니다. 그들의 이상적 상황은 단일 자동화 기술인데, 그게 우리가 제공할 수 있는 것입니다."