칸핏, 이스라엘 하늘에서 땅으로... 항공우주 제조의 개척자

기업가 정신이 이스라엘에서 살아 숨 쉬고 있습니다. 그 예가 칸핏(Kanfit Ltd., 이스라엘 미그달 하에멕)으로, 나사렛 시 근처에 있습니다. 1986년 군용 제트기 제작에 풍부한 경험을 가진 항공우주 엔지니어 샤이 파인(Shai Fine)이 복합재 툴 워크숍으로 설립한 칸핏은 오늘날 주로 빌드-투-프린트 시설로, 일부 빌드-투-스펙 작업도 수행합니다. 샤하르 파인(Shachar Fine), 샤이 파인의 아들이자 칸핏의 사업 개발, 마케팅 및 영업 담당 수석 부사장이 말하는 '핏-앤-플라이(fit-and-fly)' 어셈블리를 위해 복합재와 금속 부품을 모두 만듭니다. 사업 초점은 물론 항공우주 산업(군용, 상용 및 일반 항공)뿐만 아니라 의료 기기, 풍력 에너지, 레이싱, 지상 방위 응용 분야도 포함합니다.

최고의 인재로 모든 것을 수행

"우리는 원스톱 숍입니다"라고 파인은 말합니다. "그리고 제로-메인터넌스 하청업체입니다." 이는 회사가 툴 제작, 프로토타이핑, 초도 품목 검사, 궁극적으로 양산까지 수행할 역량을 갖췄음을 의미합니다. 복합재 부품 생산 기술에는 RTM, 인퓨전, 프리프레그 핸드 레이업, 습식 레이업, 오토클레이브가 포함됩니다. 부품 예시는 콕핏 및 기체 구조물, 일회용 의료 기기부터 채프 및 플레어 매거진(아래 자세히), 프로토타이핑용 혁신적 툴링까지 다양합니다.

인증에는 AS9100D와 나드캡이 포함됩니다. 파인은 "칸핏은 RTM 가공으로 나드캡 인증을 보유한 이스라엘 유일의 회사입니다"라고 말합니다. 현재 위치에서 4년간 있으며, 이전 바닥 면적의 2배인 3,200m² 건물에, 금속 부품 작업은 1층, 복합재 가공은 2층에 있습니다. 모든 실험실 역량은 광범위하게 사내에 있으며, 비용과 리드 타임 이점을 위해 그렇습니다.

하지만 샤하르 파인은 CW에게 말합니다: "우리의 이유는 이스라엘 북부에 양질의 일자리를 가져오는 것입니다." 칸핏의 188명 직원 중에는 토종 이스라엘인들과 독일, 에티오피아, 미국, 구 소련 위성 국가들로부터 온 이민자들이 포함됩니다: "칸핏은 스타트업 네이션의 축소판입니다"라고 파인은 설명합니다. "우리는 이스라엘에 최고이고 가장 똑똑한 엔지니어들이 있다고 믿습니다. 이는 우리 국가의 후츠파(chutzpah)와 결합되어 이 경쟁적인 비즈니스 환경에서 성공의 열쇠입니다."

칸핏은 또한 테크니온(이스라엘 공과대학) 공학대학과 협력하여 학생들에게 툴링, 복합재 설계, 소재를 배울 일자리와 인턴십을 제공합니다. 칸핏이 지원하는 분야 중 하나는 포뮬러 SAE입니다: "우리는 그들이 페어링이나 드라이버 시트 같은 툴과 부품을 설계하도록 돕습니다. 그들이 우리 시설에 있을 때 자신의 손으로 부품을 만들도록 고집합니다. 엔지니어가 설계를 더 잘하게 한다고 믿기 때문입니다. CATIA에서는 모든 것을 설계할 수 있지만, 생산에서는 부품을 만들 수 없다는 것을 알게 됩니다." 칸핏은 또한 장애인 근로자를 강력히 지원한다고 파인은 말하며, 환경 프로그램도 마련되어 있습니다.

칸핏의 다양한 인력은 똑같이 다양한 복합재 및 금속 부품을 만듭니다. 항공우주 고객용으로는 윙팁 페어링, 날개-동체 페어링, 날개-배면 페어링, 메인 랜딩 기어 도어, 레이돔이 비즈니스 제트기, 군용 및 방위 프로젝트용으로 포함됩니다. 이들 중 일부는 허니컴 코어드이며, 파인은 그런 프로그램들을 위해 10,000개 이상의 부품 번호가 생산되었다고 말합니다.

칸핏은 보잉사(미국 일리노이주 시카고) 787, 에어버스(프랑스 툴루즈) A380, 엠브라에르(브라질 상파울루) ERJ 및 E2, 봄바디어(캐나다 몬트리올) C시리즈, CRJ, 글로벌 시리즈, 챌린저, 벨 헬리콥터 텍스트론(미국 텍사스주 포트워스)의 티어 2(또는 하위) 공급업체입니다. 기타 고객으로는 시니어 에어로스페이스 UK(영국 릭맨스워스), 엘빗 시스템즈(이스라엘 하이파), 조디악 이노베이티브 파워 솔루션즈(미국 뉴저지주 이튼타운), 플라산(이스라엘 사사), 이스라엘 항공우주 산업(IAI, 이스라엘 로드), 라파엘(이스라엘 하이파), BAE 시스템즈 로카르(이스라엘 예루살렘), 버드 에어로시스템즈(이스라엘 헤르츨리야), 오빗 커뮤니케이션 시스템즈(이스라엘 네타냐)가 있습니다. 칸핏은 또한 이스라엘 공군(IAF)과 이스라엘 국방부에도 공급합니다.

또한 칸핏은 여러 대형 독점 무인 항공기(UAV) 프로그램을 공급하고 있으며, 2013년부터 이스라엘 우주 산업용 부품을 공급하고 있습니다. 이에는 위성 안테나용 전개형 디쉬가 포함됩니다. 그리고 여러 고객을 위해 수많은 의료 기기를 조립했습니다.

칸핏은 상당한 연구 개발 활동에도 관여하고 있으며, 2018년 5월 인거솔 머신 툴(미국 일리노이주 록포드)제 로봇 암 마운트 헤드 자동 섬유 적층(AFP) 머신을 인도받았습니다. 파인은 이 머신이 고도로 복잡한 부품의 프로토타이핑을 위해 구매되었다고 말합니다: "칸핏은 자동화된 복합재 가공을 위한 이스라엘의 AFP 국가 지식 센터가 될 것입니다." 그는 예를 들어, 드라이 탄소 섬유가 폼 코어 위에 자동으로 배치된 후 RTM으로 가공되는 원피스 구조 프레임(아래 자세히)을 인용합니다. 이 프레임들은 상용 항공기 격벽 프레임용 프로토타입입니다.

또 다른 R&D 프로젝트는 EC 호라이즌 2020이라는 유럽 프로그램과, 그 안에서 나노 다이아몬드를 사용한 새로운 암 검출 방법을 개발하는 하이퍼다이아몬드(Hyperdiamond)라는 컨소시엄을 포함합니다. 이 기술은 매우 강력한 자석을 사용하며, 자석은 강하면서도 가벼운 복합재 지그 내에 고정되거나 구속되어야 합니다: "복합재가 이 프로젝트의 인에이블러였습니다"라고 파인은 말합니다.

칸핏이 진입한 또 다른 영역은 3D 프린팅이지만, 현재 이 모든 작업은 금속 분말, 주로 티타늄을 사용하여 수행됩니다. 회사는 EOS(독일 크라일링) 머신을 사용하지만, 파인은 칸핏이 금속을 복합재 소재와 통합하는 작업을 진행 중이라고 말합니다.

유기적 성장, 디지털 도구

CW의 투어는 칸핏의 품질 관리 사무실에서 시작되며, 인스트론(미국 매사추세츠주 노우드) 머신이 쿠폰 테스트에 사용됩니다. 파인은 테스트 쿠폰이 절단되는 작은 CNC 머신을 가리킵니다: "우리는 모든 진공 백 부품마다 파괴 테스트용 테스트 쿠폰을 만듭니다." 파인은 칸핏이 OKAPI(이스라엘 개발)라는 인공지능 앱을 사용하여 핵심 성과 지표(KPI)를 모니터링하여 워크플로를 간소화하고 효율성을 높인다고 말합니다. 한 복도를 따라 차트가 게시되어 직원들의 KPI 데이터가 표시되어 있어 우호적인 경쟁을 촉진합니다.

파인은 또한 수천 가지 유형과 크기의 패스너로 가득 찬 방을 CW에게 잠깐 보여줍니다. '패스너 담당자'는 부품이 생산에서 나올 때 저스트 인 타임(JIT)으로 조립 패스너 키트를 준비하는 역할을 합니다. 같은 복도를 따라 두 개의 복합재 클린룸이 보입니다. 하나는 탄소 섬유 강화 부품용, 다른 하나는 유리 섬유 강화 부품용입니다. 바코드는 전체 생산 경로를 따라 체크되어 각 부품의 진행 상황을 문서화합니다.

복합재 부품용으로 최근 구매한 새로운 CNC 머신은 예를 들어 채프-앤-플레어 '매거진'을 트리밍하는 데 사용됩니다. 이는 C-MUSIC 상용 제트기 보호 시스템의 핵심 구성 요소인 직사각형 다중 캐비티 부품 컨테이너입니다. (전체 시스템 설명은 CW의 엘빗 플랜트 투어 참조.) 이는 어깨 발사 미사일로부터 항공기를 보호합니다; 채프는 레이더를 혼동시키기 위해 무선 신호를 반사하는 알루미늄 코팅 플라스틱 필름의 작은 조각 모음입니다; 플레어는 기본적으로 적외선 호밍 장치를 혼동시키는 적외선 신호를 생성하는 작은 폭죽입니다. IAF로부터 받은 피드백에 따르면, 칸핏의 채프와 플레어는 다른 회사들이 제조한 것보다 우수한 성능을 보였습니다. 칸핏은 전 세계 공군에서 사용하기 위해 8,000개 이상의 채프-앤-플레어 매거진을 제조했다고 보고되었으며, 제조 결함으로 인한 단일 배치 실패도 보고되지 않았습니다.

CNC 트리밍 머신이 그 목표 달성에 도움이 되었다고 파인은 말합니다: "국제 항공우주 시장에서 '선호 공급업체'가 되는 우리의 목표를 실현하기 위해, 우리는 경쟁사보다 우위를 점하고 고객에게 부가 가치를 제공해야 한다는 것을 이해합니다. 우리는 대량 생산에 필요한 새로운 기술 공정을 지속적으로 내재화할 것입니다."

파인은 2층에 전시된 복합재 부품들, 주로 의료 프로젝트용 앞에서 잠시 멈춥니다. 복합재 외골격 부품과 전립선암용 직장 프로브(복합재로 더 얇은 부품 가능) 등이 포함됩니다. 글라이드 폭탄용 날개도 전시되어 있습니다. 파인은 이 날개가 100장 이상의 탄소 섬유 플라이로 만들어졌다고 말합니다. 겉보기에는 과해 보이지만, 강성 요건을 충족하기 위해 필요합니다: "우리는 RTM을 사용하여 날개를 제조했고 60% 섬유 부피율을 달성했습니다."

전시된 또 다른 부품은 심장 수술용으로, 구리 코일이 같은 평면에 정렬된 RTM 처리된 유리/에폭시 도넛 모양으로 구성됩니다. 이 장치는 극도로 엄격한 공차(±0.01mm)로 제작되어야 했습니다. 파인은 "우리는 RTM 공정에서 ±5미크론의 치수 정확도에 도달할 수 있습니다. 우리는 이것이 항공우주 복합재 산업에서 과소평가된 기술이라고 생각합니다."

칸핏은 드라이 텍스타일과 주입 수지를 사용하여 프리프레그 대신 사용함으로써 소재 비용을 줄이고, 허용 가능한 보이드 함량으로 경화된 부품을 훨씬 더 빠르게 생산할 수 있기 때문에 RTM을 선호합니다. 파인은 덧붙입니다: "오토클레이브 부품은 제 생각에 과설계되었습니다. 예를 들어 거의 하중을 받지 않는 페어링 같은 것들. 우리는 부품을 오토클레이브에서 RTM으로 이동시켰는데, 이는 기본적으로 '가난한 자의 오토클레이브'라고 봅니다. 고객과 필요한 생산 속도에 따라 사이클 타임이 달라지므로 엄청난 유연성을 제공합니다. 열과 빠른 사이클 타임 또는 상온 경화 등 비즈니스 케이스를 성립시키는 데 필요한 것을 무엇이든 사용할 수 있습니다."

AI 기반 작업량 관리

파인은 또 다른 시간 절약 장치를 가리킵니다. 생산 현장은 주어진 순간에 약 4,000개의 작업 주문을 처리할 수 있습니다. 이를 관리하기 위해 각 작업 주문(또는 트래블러)에는 트리키아이(이스라엘 텔아비브) 개발 인공지능 소프트웨어 시스템에 연결되는 블루투스 센서가 부착됩니다. 센싱 시스템이 모든 센서를 추적하며, 트래블러가 잘못된 위치에 있거나 분실되면 센서가 경고를 발령합니다. "RFID 태그를 사용할 수 없었습니다"라고 파인은 말합니다. "건물에 금속이 너무 많기 때문입니다. 이 시스템이 우리 전체 생산 공정을 정말 간소화했습니다."

다음으로 CW는 완제품 물리 테스트 랩을 방문합니다. 랩의 기술자들은 모든 오토클레이브 복합재 부품이 검사와 비파괴 테스트를 거친다고 지적합니다. 파인은 계측 구역을 거쳐 최종 검사 구역으로 안내합니다. 여기서 부품들은 초음파 테스트를 거치며, 올림푸스(미국 매사추세츠주 월섬) A-스캔 머신 2대가 비파괴 테스트(NDT)에 사용되고, 패로암(Faro Technologies, 미국 플로리다주 레이크 메리)과 크레아폼(캐나다 퀘벡주 레비스)제 레이저 스캐너가 사용됩니다. 파인은 칸핏의 실험실 역량이 물리적 특성 테스트(섬유 부피율, 보이드 함량, 수지 함량, 밀도), 기계적 특성 테스트(단보 시어 강도, 클라이밍 드럼 필, 압축 강도, 인장 강도), 그리고 플랫와이즈, 랩-시어, 4-포인트 벤딩 등 추가 테스트를 포함한다고 지적합니다.

투어의 다음은 가공 구역으로, 여러 하스(미국 캘리포니아주 옥스나드) VF 4SS 가공 센터가 설치되어 있습니다. 또 다른 고속 CNC 라우터가 시트 형태의 다양한 소재를 절단하며 작동 중이었는데, 에보니크(독일 마를) 공급 로하셀 폼을 절단하고 있었습니다. 한 번의 절단 사이클에 40개 부품 번호를 네스팅할 수 있다고 파인은 지적합니다. 샌딩 구역과 도장 부스도 여기에 있으며, 알루미늄 알로다인(부식 방지) 처리를 위한 화학 처리 구역도 있습니다. 금속 가공 단계에서 사용된 모든 물은 수집되어 재활용됩니다.

다음으로 투어는 더 새로운 오토클레이브 건물로 이동합니다. 파인이 지적하듯, 850m² 규모의 부속 건물로 완전히 '그린' 건물입니다. 즉, 에어컨 없이 수동 시스템으로 난방과 냉방을 모두 해결합니다. 3년 전에 지어진 이 건물에는 28페이지에 사진으로 나온 5.5x2.1m ASC 프로세스 시스템즈(미국 캘리포니아주 발렌시아) 오토클레이브가 있습니다. 건물 안의 사진 벽은 오토클레이브를 국내로 반입하고 건물에 설치하기까지 지연되고 길었던 과정을 기록하고 있습니다: "2014년 LA 항구 노조 파업이 시작되었을 때," 파인은 회상합니다, "오토클레이브는 이스라엘로 선적되기 위해 부두에서 대기 중이었습니다. 우리는 오토클레이브를 휴스턴 항구[미국 텍사스주]로 트럭으로 운송하여 두 번째 화물선에 실을 방법을 찾아냈습니다." 파인은 첫 번째 오토클레이브가 이제 거의 풀 캐파로 가동 중이므로 곧 두 번째 오토클레이브를 구매할 준비가 되었다고 말합니다.

여기서 또 다른 클린룸, ISO 클래스 7 등급, 양압에서 이스트만 머신(미국 뉴욕주 버팔로)제 자동 평판 커터가 인근 냉동고에 보관된 소재에서 플라이와 키트를 절단합니다. 칸핏은 플라테인(미국 매사추세츠주 월섬, 이스라엘 텔아비브) 네스팅 소프트웨어를 절단에 사용합니다. 천장에 장착된 얼라인드 비전(미국 매사추세츠주 첼름스포드) 레이저 프로젝터가 키팅 작업과 레이업을 지원합니다. 인근에 새로운 벨로티 스파(이탈리아 수이소) 5축 CNC 머신이 툴과 복합재 부품 모두의 트리밍, 드릴링, 가공 작업에 사용됩니다. X/Y/Z 작업 범위는 5x2x1.6m입니다. 툴 준비 구역은 ASC 오토클레이브에 인접해 있습니다.

지속적인 확장

투어는 건물 로비로 돌아가며, 수백 개의 부품이 전시되어 있습니다. "하이브리드 구조물이 복합재의 미래입니다"라고 파인은 말하며, 예를 들어 회사의 복잡한 비즈니스 제트기 플라이트 덱 구조물에서 복합재와 금속의 결합이 대형 복합 드롭인 어셈블리를 가능하게 한다고 지적합니다. 칸핏의 사업은 40% 복합재, 60% 금속이며, 복합재 쪽이 금속보다 10% CAGR로 더 빠르게 성장하고 있습니다. 칸핏의 성장 분야는 항공우주, 방위, 의료, 특히 전자기 응용 구조물(레이돔 및 의료 부품)입니다.

전시된 다른 부품 중 주목할 만한 것은 특허 설계된 탄소 복합재 CT 스캔 튜브로, 파인은 "많은 영업 비밀이 들어 있습니다"라고 말합니다. 독점 군용 고객을 위해 옥스-코어 허니컴으로 개발된 석영 섬유/에폭시 레이돔. 또한 전시: 상용 고객용 복합재 VOR(108-117.95 MHz 범위의 무선 신호) 안테나; 파인은 안테나 금속 부품을 복합재 라미네이트에 쉽게 임베드할 수 있다고 말합니다. "우리는 동일한 무게로 기존 금속 중심 설계 대비 40% 낮은 비용으로 향상된 안테나 성능을 고객에게 제공할 수 있었습니다." 이 안테나는 최근 캘리포니아주 롱비치에서 열린 제조 엔지니어 협회(SME) 에어로디프 컨퍼런스에 전시되었습니다.

파인은 결론짓습니다: "우리는 성장하고 있습니다... 그리고 새로운 기술을 적극적으로 추구하고 있습니다. 예를 들어, 새로운 인거솔 로봇 AFP로 헤드를 교체하여 열가소성 소재를 레이업하고 다시 열경화성으로 바꿀 수 있습니다. 우리는 확장을 계속할 것이며, 향후 3년 내에 또 다른 건물을 지을 예정입니다."