ENGEL, 대량 생산용 적외선 기반 로봇 셀로 열가소성 복합재 효율적 제조 실현

ENGEL의 생산 셀은 적외선 복사를 사용하여 서로 다른 두께의 세 개의 오르가노시트를 가열 및 성형하고, 동일한 사출 성형 공정 단계에서 고품질의 외관 표면을 형성합니다. 출처 | ENGEL

사출 성형기 제조업체이자 시스템 솔루션 공급업체인 ENGEL 오스트리아(ENGEL Austria)는 K 2019 전시회(독일 뒤셀도르프, 10월 16-23일)에서 열가소성 사출 오버몰딩이 결합된 복합재 프리포밍을 특징으로 하는 제조 셀의 일부로 적외선 경화 기술을 도입한다고 발표했습니다.

ENGEL은 오르가노멜트(organomelt) 공정을 사용하여 자동차 도어 모듈에 대한 최신 혁신을 반영한 데모 부품을 생산할 예정입니다. ENGEL의 생산 셀은 세계 최초로 적외선 복사를 사용하여 서로 다른 두께의 세 개의 오르가노시트를 가열 및 성형하고, 동일한 사출 성형 공정 단계에서 고품질의 외관 표면을 형성하는 시스템이라고 합니다. 이 시스템에는 세 대의 ENGEL 이지스(easix) 관절 로봇이 동시에 작동하도록 장착될 예정입니다.

"열가소성 복합재는 자동차 산업의 경량화에 있어 갈수록 중요해지고 있습니다."라고 ENGEL의 경량 복합재 기술 센터장인 노르베르트 뮐러(Dr. Norbert Müller) 박사는 말합니다.

이에 대한 두 가지 주요 이유가 있습니다. 첫째, 일관된 열가소성 접근 방식은 섬유 강화 프리프레그의 성형과 기능화를 효율적으로 통합하여 단위 비용을 절감할 수 있습니다. 둘째, 전적으로 열가소성 폴리머만 사용하면 재활용 전략 수립이 더 쉬워집니다.

"복합재 부품을 수명 종료 시 소재 루프로 되돌리는 것은 전기차 분야의 지속적인 개발 우선순위 중 하나입니다."라고 뮐러는 언급합니다. "열가소성 솔루션이 이제는 항공기 제조에서도 점점 더 빈번한 방법이 되고 있습니다."

지속가능한 운송에 대한 ENGEL의 답은 오르가노멜트입니다. 오르가노멜트 공정에서는 오르가노시트와 테이프 같은 열가소성 매트릭스를 가진 섬유 강화 프리프레그를 가열하여 금형에 삽입하고, 그곳에서 성형한 후 열가소성 수지로 직접 오버몰딩합니다. 이 공정은 이미 대량 생산에 사용되어 왔으며, ENGEL 오르가노멜트는 프론트 엔드 캐리어 같은 품목의 완전 자동화 생산에 사용되었습니다.

공정이 더욱 발전함에 따라 ENGEL은 고객 및 파트너들과 함께 목표 하중 분배를 위한 복합재 부품 설계의 생산 측면을 연구하고 있습니다.

"미래에는 각 부품마다 여러 개의 다른 프리프레그를 결합하여 경량 구조 특성을 관련 부품의 형상과 부품 내부 개별 영역의 다양한 응력에 맞게 조정할 것입니다."라고 뮐러는 설명합니다. "K 쇼의 생산 셀은 이 엄청난 잠재력을 명확히 보여줄 것입니다."

성형 공정은 자동차 부품 공급업체인 브로제(Brose, 독일 코부르크)와의 파트너십으로 개발되었습니다. ENGEL은 이 생산 셀이 현재 0.6mm에서 2.5mm 두께의 서로 다른 형상의 세 개의 오르가노시트를 통합된 IR 오븐을 포함한 완전 자동화 공정에서 동시에 처리할 수 있는 세계 유일의 시스템이라고 말합니다. 개별 부품 영역의 다양한 응력은 하중 분배를 기반으로 한 오르가노시트의 표적 선택으로 처리할 수 있는데, 이는 다양한 시뮬레이션 공정을 통해 브로제가 보장하는 결과입니다. 예를 들어 K 쇼에서 생산될 데모 부품은 도어 내부보다 창틀 영역에서 더 강성이 높습니다.

개별 부품 영역의 다양한 응력은 하중 분배를 기반으로 한 오르가노시트의 표적 선택으로 처리할 수 있습니다.

출처 | ENGEL

초소형 IR 오븐 통합

오르가노시트 가공의 과제 중 하나는 프리프레그 가열입니다. 가열 및 냉각 시간은 두께에 따라 달라집니다. 소재를 손상시키지 않고 빠르게 가열하는 것이 중요하며, 가열된 프리프레그가 금형으로 빠르고 원활하게 이동하는 것도 중요합니다. 이 때문에 ENGEL의 오르가노멜트 생산 셀은 듀오 3660/800 사출 성형기를 기반으로 하며, 이를 위해 두 개의 통합된 IR 오븐을 포함합니다. 클램핑 유닛 바로 위에 수직 IR 오븐이 배치되어 0.6mm 두께의 얇은 오르가노시트를 가열합니다. 이렇게 하면 얇은 오르가노시트가 금형에 빠르게 도달하여 아직 냉각되지 않고 성형 불가능해지는 것을 방지합니다. 표준 수평 IR 오븐은 무빙 플라텐 위의 받침대에 설치되어 두꺼운 두 개의 오르가노시트(1mm 및 2.5mm)에 사용됩니다. 이 배열은 오븐과 금형 사이의 거리를 단축할 뿐만 아니라 오븐이 별도의 바닥 공간을 필요로 하지 않기 때문에 공간도 절약합니다. 두 IR 오븐 모두 ENGEL이 자체 개발 및 제조했습니다. 이들과 세 대의 이지스 로봇은 IMM의 CC300 제어 장치와 완전히 통합되어 기계 디스플레이를 통해 중앙에서 제어할 수 있습니다.

세 개의 오르가노시트가 동시에 가열됩니다. 세 대의 이지스 로봇 중 두 대가 오르가노시트 핸들링을 담당합니다. 이들은 클램핑 유닛 위에 나란히 위치합니다. 첫 번째 로봇은 두 개의 두꺼운 오르가노시트를, 두 번째 로봇은 가장 얇은 시트를 담당합니다. 전체 가열 과정 동안 두 번째 로봇은 수직 복사장 앞에 오르가노시트를 고정하여 설정된 가열 기간이 끝나면 금형에 배치할 수 있도록 합니다. 세 번째 로봇은 클램핑 유닛 옆에 위치하며, 성형된 부품을 꺼내는 동시에 세 개의 오르가노시트 중 하나를 금형에 이동시켜 사출 성형 공정을 진행합니다.

중국 원자재 생산업체 킹파(Kingfa, 중국 상하이)에서 조달한 오르가노시트는 유리 섬유로 만들어졌으며 매트릭스 소재로 폴리프로필렌을 사용합니다. 금형(조지 카우프만 포르멘바우Georg Kaufmann Formenbau, 스위스 레메츠빌 제작)이 닫히면 오르가노시트가 성형됩니다. 즉시 동일한 금형 내에서 유리 섬유 강화 폴리프로필렌으로 오버몰딩됩니다. 부품 뒷면에는 보강 리브가, 보이는 면에는 가죽 느낌의 그레인이 형성됩니다.

"오르가노시트를 직접 오버몰딩할 때, 이전에는 오르가노시트로는 불가능하다고 여겨졌던 뛰어난 그레인 가죽 외관을 구현할 수 있습니다."라고 뮐러는 말합니다. "이 점에서 우리는 향후 오르가노멜트 공정을 사용하여 대형 구조적 열가소성 도어 구조물을 생산하는 기반을 마련하고 있습니다."

자동화가 핵심 역할 수행

ENGEL의 경량 복합재 기술 센터에서 개발된 생산 솔루션은 높은 효율성과 비용 효율성으로 특징지어지며, 이는 대량 생산 애플리케이션의 필수 요건입니다.

"ENGEL의 상당한 자동화 전문성이 주요 역할을 합니다."라고 ENGEL의 자동화 및 복합재 시스템 부문 부사장인 발터 아우마이어(Walter Aumayr)는 말합니다.

세 대의 ENGEL 이지스 관절 로봇이 동시에 작동하는 ENGEL 전시관의 오르가노멜트 셀은 통합 복합재 가공의 최첨단 사례를 제공하며, ENGEL이 전시회에서 선보인 가장 복잡한 생산 셀입니다.

"공정 단계가 많고 생산 셀에 포함된 개별 시스템이 많을수록 전체 공정이 더 복잡해집니다."라고 아우마이어는 말합니다. "시스템 솔루션 공급업체로서 ENGEL은 셀 전체에 일관된 운영 로직과 공동 데이터 관리를 보장하여 관절 로봇 사용을 훨씬 쉽게 만들었습니다. 이지스 로봇은 현장의 사출 성형 작업자들이 비교적 간단하게 조작할 수 있습니다."

ENGEL 시스템의 특별한 점은 IR 오븐도 CC300 제어 장치에 완전히 통합되어 전체 공정에 대한 균일한 운영 로직을 보장한다는 것입니다. 또한 성형기, 로봇, 주변 장치가 모두 ENGEL 시스템 솔루션에서 동일한 데이터베이스에 접근하므로 오류 위험이 감소하고 효율성이 증가합니다. 추가 하드웨어 없이 이지스 관절 로봇은 코어 풀이나 이젝터 같은 금형 내 움직임과 움직임을 동기화할 수 있습니다.

"그 결과, 특히 대규모 시스템의 경우 사이클 타임과 자본 지출을 모두 줄일 수 있습니다."라고 아우마이어는 말합니다.