다이나믹 밀링 툴패스, 소프트젤 위탁제조사 맞춤 부품 비즈니스 성장 견인

NC 숍, 다이나믹 밀링 툴패스로 맞춤 부품 비즈니스 확대

일반의약품과 전문의약품 소프트젤 제조 시 각 젤캡에 충전되는 용량은 정밀해야 한다. 따라서 제형을 계량하는 시스템도 동일한 수준의 정밀도를 요구한다. 선도적인 영양제·의약품 소프트젤 위탁제조사들은 계량 펌프와 생산 장비의 정확성과 신뢰성을 유지하기 위해 프로그레시브 툴 앤 매뉴팩처링(Progressive Tool & Manufacturing Inc., 노스캐롤라이나주 그린즈버러)을 찾는다.

"위탁제조사들은 매우 특정한 비율로 약액을 펌핑하는 맞춤 기계를 사용합니다. 당연히 정확성과 일관성이 중요하죠. 10년 넘게 의료용 계량 펌프 부품을 제작·리퍼비시해 왔습니다." - 라이언 톰슨, 프로그레시브 툴 설계 엔지니어

다니엘·리처드 톰슨 형제가 1984년 설립한 프로그레시브 툴은 노스캐롤라이나 중부에서 특수 기계 부품과 게이지를 제작해 왔다. 주로 맞춤 부품을 소량(평균 5~10개 런) 생산하며 양산 가공은 하지 않는다. 고객은 의료, 방산, 시제품 테스트하는 항공우주 기업 등 다양하다. "1년에 한두 번 300~400개 양산하는 정도고, 주로 '물건을 만들고, 측정하고, 조립하는 것'을 만드는 숍입니다."라고 라이언은 말했다.

전 직원이 숙련 툴메이커

프로그레시브 툴은 일반 머신숍과 차별화된다. 창업자 리처드 '딕' 톰슨(라이언 부친)에 따르면 전 직원이 숙련 툴메이커다. "견습생도 툴메이커 견습생입니다. 누구나 도면부터 제조까지 전 과정을 수행할 수 있죠."

딕에 따르면 툴메이커는 소재 셋업과 정밀 정렬, CNC 머신 가동, 프로그램 작성, 자체 지그·픽스처 제작까지 모두 수행한다. "단순 머신 오퍼레이터나 파트 로더는 없습니다."

30년간 금형·툴메이킹 견습 훈련을 지원해 왔다. 전 직원이 4년 견습을 수료했거나 현재 견습 중이다.

특수 부품 제작을 위해 4축 CNC 밀링 머신, 다축 CNC 선반, CNC 싱커·와이어 EDM을 강력한 CAD/CAM 소프트웨어와 연계해 극한 공차를 달성한다.

"모든 CNC 머신을 마스터캠[CNC Software Inc., 톨랜드 개발]으로 제어합니다. '필수적인 연결고리'죠. 우리 툴메이커들은 머신에서 프로그래밍하지 않습니다. 모두 소프트웨어로 처리합니다." - 딕 톰슨

맞춤 부품 최고 품질 숍 평판은 정확성 타협 없는 데서 온다. 대부분 작업이 초정밀 공차 부품이다. 의료 작업을 예로 들면: "하드닝 스테인리스 슬라이드 밸브를 0.0002인치(0.005mm) 평행도/평면도로 연마해 0.500×2×10인치(12.7×50.8×254mm) 부품에서 6마이크로인치(0.1524μm) 마감을 달성합니다."

"보통 솔리드 모델로 시작합니다. 마스터캠에서 툴패스 생성하고 모델 원본 설계 지오메트리로 툴패스를 구동하죠. 일부 고객은 2D 도면 와이어프레임·설계 데이터를 쓰지만, 우리는 솔리드 모델을 선호합니다." - 딕 톰슨

다이나믹 밀링으로 업그레이드

프로그레시브 툴은 약 20년간 마스터캠을 써왔다. 서브 스핀들, C·Y축, 라이브 툴링 장착 선반 구매 시점에 마스터캠 2017로 업그레이드했는데, 툴메이커들을 놀라게 한 새 툴패스 기능이 탑재됐다.

다이나믹 밀링(다이나믹 모션 기술)은 소프트웨어에 프로그래밍된 독자 알고리즘으로 공구가 절삭 중 소재 변화를 자동 감지한다. 공구가 소재와 계속 인게이지돼 공기 절삭을 최소화하고 머신을 풀 용량으로 가동할 수 있게 한다. 톰슨은 툴메이커들이 처음엔 시연을 보고 회의적이었다고 회상했다. "하지만 베어풋 CNC(노스캐롤라이나주 모건턴) 마스터캠 리셀러 교육을 받고 돌아오더니 다시는 뒤돌아보지 않았습니다."

딕은 다이나믹 밀링이 모든 부품·작업에 적합하진 않다고 덧붙였다. 하지만 적절한 적용과 절삭 공구 조합이면 "단지 작동하는 게 아니라, 놀랍습니다."라고 했다. 304 스테인리스 부품 하나가 기존 러핑+피니싱 1시간 걸리던 게 18분으로 단축됐다. "기존 방식보다 3~4배 빠릅니다."

또 다른 작업(플라스틱 절삭)은 200 ipm(5 m/min), 6000 rpm으로 가동 중. 알루미늄·강철 절삭 시 50 ipm(1.2 m/min)까지 밀어붙일 수 있다(절삭 깊이에 따라). "보통 공구 직경 1~1.5배 깊이로 가공합니다. 3/4인치(19.05mm) 커터면 3/4~1.25인치 깊이가 편합니다."라고 라이언이 설명했다.

요즘 툴메이커들은 머신을 더 밀어붙이고 있다. "다들 얼마나 더 빨리 갈 수 있는지 시험 중입니다."

속도 향상에도 불구하고, 같은 공구로 러핑과 피니싱을 한번에 끝낸다는 건 "하늘과 땅 차이"다. 기존엔 엔드밀로 깊이 방향 절삭만 해 바닥 0.050~0.100인치(1.27~0.254mm)만 깎았는데, 이제는 전 깊이 절삭과 증분 스텝오버를 엄청난 속도로 수행한다. 고속 가공에 공구 수명까지 늘어나 "비용을 크게 아낍니다."

더 많은 작업 수주로 이어져

소프트웨어와 신규 생산 장비 결합으로 더 많은 작업을 수주하고 비즈니스를 확장할 발판이 마련됐다. "10~20개 제작 때도 시간 절약 효과가 상당합니다." 라이언은 장비 업그레이드 필요성도 언급했다. "80년대 머신으론 더 이상 못 따라갑니다."

2017 소프트웨어 업그레이드로 인한 추가 변화: 서브 스핀들·다축 액티브 라이브 툴링 선반으로 수많은 새 비즈니스 가능성 개척. "밀-턴으로 10여 개 셋업이던 부품을 원셋업으로 해결합니다. 시간 절약뿐 아니라 더 많고 다양한 작업을 수주할 수 있게 됐습니다!"

소프트웨어 업그레이드로 마스터캠 베리파이(Verify) 솔리드 모델 절삭 검증/머신 시뮬레이션 기능도 확보. 딕은 "모든 툴패스에서 '거대한 시간 절약'입니다."라고 했다. "베리파이로 작업하다 '안 되겠다, 이 방식으론 안 돼. 뒤로 돌아가서 치고 새 툴패스를 효율적으로 다시 짜자'고 판단한 프로젝트가 여럿 있습니다."

오늘날 신규 장비와 소프트웨어 조합에 대한 자신감으로, 프로그레시브 툴은 복잡한 형상과 초정밀 공차 프로젝트를 수주하며 장기 특기인 맞춤 부품 사업을 확장 중이다.

"다이나믹 밀링의 시간 절약 효과만으로도 더 많은 일감을 따낼 유리한 위치에 섰습니다. 의료, 방산, 자동차, 원자력 어떤 분야든 고객은 정확하고 공정한 견적을 기대합니다. 소프트웨어가 견적에도 도움이 됩니다." - 라이언 톰슨

두 톰슨 부자에 따르면 마스터캠 2017 업그레이드로 리드타임·생산시간 단축, 공구 수명 연장 효과를 봐 비즈니스 목표 달성과 맞춤 부품 평판 유지를 동시에 이뤘다.