[Beckhoff 제공] 첨가제 제조 공정은 단일 작업으로 가장 복잡한 형상을 가진 부품을 생산할 수 있다. 그러나 이러한 3D 프린팅 부품의 사후 처리에는 많은 시간과 비용이 소요된다. 생산 공정에서 이러한 병목 현상을 제거하기 위해 PostProcess Technologies는 세제 및 연마제의 혁신적인 화학 작용을 활용하는 일련의 기계를 개발했다. 가장 최근의 예는 하이브리드 DECI 듀오다. 다기능 기계는 서포트 재료와 표면 마감재를 제거한다. 그것은 Beckhoff의 제어 기술로 자동화했다.

첨가제 제조에서 인쇄 후 처리의 문제점은 표면 마무리 및 서포트 재료의 제거를 포함한다. 특히 3D 프린터를 통해 복잡한 기하학적 구조 및 구조물을 제작할 때 돌출부 또는 기타 비대칭인 윤곽선에는 서포트 재료를 사용해야 한다. 이렇게 하면 생산 중에 공작물이 붕괴하지 않도록 할 수 있으며, 인쇄 중 파트의 정확한 모양도 유지 가능하다. 또한 고급 열가소성 수지, 광경화 수지 및 금속과 같은 소재로 인쇄한 부품은 정확한 크기, 질감 및 정밀도에 대한 요구 사항을 충족하면서 완성한 부품의 원하는 모양과 느낌을 얻기 위해 마감이 필요한 경우가 많다.

Beckhoff의 EtherCAT 기반 드라이브 기술은 커미셔닝 시간을 크게 단축시켰다. © Beckhoff Automation

3D 프린터가 시작된 작업 완료

뉴욕 버팔로에 본사를 두고 있는 Startup NY Technologies의 PostProcess Technologies는 2013년에 설립해 인쇄 후 병목 현상을 해소하고 경제적인 시리즈 생산으로 나아가는 방식으로 첨가제 제조에 혁명을 일으켰다. 목표는 수동 마감의 부지런함과 정확성을 빠르고 자동화된 마무리 공정으로 변환하는 것이었다. PostProcess는 절삭 공구를 사용하는 대신 세제 및 연마제는 물론 압력 및 온도의 획기적인 화학작용을 활용하는 완전히 새로운 공정을 개발했다.

PostProcess 솔루션의 핵심은 독점적인 Automat3D 소프트웨어다. 이 소프트웨어는 회사의 Agitation Algorithms(AGA)에 따라 인쇄 후 처리 과정에서 다른 교반 또는 강도 수준을 용이하게 한다. PostProcess 창립자이며, 현재 회장 및 CTO인 Daniel J. Hutchinson의 소프트웨어 개발에 대한 폭넓은 배경지식을 바탕으로 만들어졌다. 프로세스 매개 변수를 개별적으로 적용함으로써 솔루션은 중요한 구조를 파괴하지 않고도 가장 다양한 부품 형상의 요구 사항을 충족시킬 수 있다.

Michael Frauens 주요 공정 개발 엔지니어는 이것이 얼마나 중요한지 설명한다. 그는 “완료하는 동안 부품에 대한 손상은 단순한 선택 사항이 아니다. 종종 이러한 부품의 가격은 수만 달러에 달하며, 설계 및 제작에 수주 또는 수개월이 소요될 수 있다”며, “이것은 Automat3D 소프트웨어의 중요성을 강조한다. 형상에 관계없이 모든 부품을 정확하게 가공할 수 있다”고 말했다.

액세스하기 어려운 부품 내부의 내부 구조조차도 이러한 방식으로 처리할 수 있다. PostProcess Technologies의 Jeff Mize CEO는 “우리의 솔루션은 전례 없는 방식으로 하드웨어와 소프트웨어 및 화학을 결합한다. 추가 부품에 대한 재료 및 형상의 인쇄 후 처리를 자동화한다. 또한 지능적이며 포괄적인 제품을 제공함으로써 인더스트리 4.0을 더욱 가속화한다”고 설명했다.

공간 절약형 하이브리드 DECI Duo 시스템은 단일 다기능 시스템에서 가장 까다로운 지원 제거 및 표면 처리 어플리케이션에도 적합하다. © Beckhoff Automation

3D 프린팅 과제에 대한 해답: 자동화 및 IT 융합

PostProcess가 글로벌 맞춤형 제조업체인 Keller Technology와 파트너십을 맺고 기계를 구현하기 시작했다. 회사는 검증되고 강력한 자동화 구성 요소가 필요하다는 것을 알고 있었다. 대부분의 3D 프린터는 PLC로 구동되지 않고 PC로 구동되기 때문에 Beckhoff의 PC 기반 제어 기술을 사용하기로 했다.

PostProcess는 서포트 재료 또는 표면 마감재를 제거하기 위한 다양한 기계를 개발했다. 제품 오퍼링에 가장 최근에 추가한 것은 하이브리드 DECI Duo(Dual Hybrid DECI Duo)다. 양 공정을 단일 소형 시스템에 결합한 최초의 다기능 기계로 소중한 생산 공간을 최적화할 수 있다.

TwinCAT 3 소프트웨어와 함께 7인치 터치스크린 및 쿼드 코어 Intel Atom 프로세서가 장착된 CP6706 Panel PC는 하이브리드 DECI 듀오 시스템을 위한 올인원(all-in-one) 컨트롤 및 HMI 역할을 한다. Hutchinson은 “Visual Studio 기반의 Windows OS와 자동화 도구를 결합한 PC 기반 플랫폼은 엔지니어를 구체적으로 통제하지 않고 컴퓨터 과학에 더 기울어져 있다. 프로그래밍 작업에 이상적인 셈”이라고 언급했다.

TwinCAT 3 PLC와 NC/PTP는 DECI Duo 시스템의 백엔드 역할을 하며 부품 가공 작업의 실시간 자동화를 제공한다. PostProcess는 Beckhoff의 모션 시스템에서도 표준화되어 있으며 One Cable Technology(OCT) 및 AX5100 EtherCAT 서보 드라이브가 장착된 AM8000 시리즈 서보 모터로 구성된다.

Hutchinson은 “AM8000 시리즈 모터는 우리의 요구를 완벽하게 충족한다. 콤팩트한 사이즈와 최소화된 케이블링은 우리의 요구 사항 목록의 최상위에 있었으며, 이 모터는 모든 적합한 마크를 받았다. 더불어 OCT 모터, 서보 드라이브 및 EtherCAT을 드라이브 버스로 결합하는 등 시운전이 매우 간단해졌다”고 말했다.

Hutchinson은 EtherCAT의 장점을 Hybrid DECI Duo의 시스템 버스로 설명한다. 그는 “EtherCAT은 모든PostProcess Production 시리즈 기계에 대한 유일한 통신 프로토콜이다. 마이크로초 수준의 통신 속도는 타의 추종을 불허한다. EtherCAT은 또한 유연한 토폴로지와 타사 하드웨어의 사용을 지원한다”고 덧붙였다.

EtherCAT I/O 터미널은 모든 PostProcess 생산 라인에 설치된다. Hutchinson에 따르면 이는 유연성을 극대화하고 향후 확장을 간소화한다. 안전 기술은 EtherCAT I/O 시스템에도 통합돼 있다. TwinSAFE I/O 터미널을 통해 e-stop 및 가드 도어와 같은 특수 안전장치를 쉽게 연결할 수 있다.

7인치 터치 스크린이 장착된 CP6706 Panel PC는 컨트롤러 및 HMI로 사용되어 Automat3D 소프트웨어에 쉽게 액세스하고 PostProcess로 작성된 시각화를 제공한다. © Beckhoff Automation

프로그래밍 시간 및 비용 절감은 성공적인 프로세스의 일부

개발 시간 단축은 PC 기반 제어 및 EtherCAT 구현 시 PostProcess가 실현한 가장 중요한 이점이었다. Marc Farfaglia 엔지니어링 매니저는 “Beckhoff 시스템으로 개발 시간이 절반으로 줄어들었다”며, “이것의 대부분은 TwinCAT 3 소프트웨어의 유연성과 후속 기계에서 기능 블록 및 기타 코드를 재사용 할 수 있는 능력 때문”이라고 추켜세웠다.

또한 TwinCAT은 Automat3D 소프트웨어와 매우 잘 조화된다. 엔지니어링에 더 많은 이점을 제공하는 것이다. Hutchinson은 “Microsoft Visual Studio, Visual Studio Team Services 및 타사 확장과 같은 업계 표준 개발 도구와 구성 관리 서비스를 사용할 수 있다. 개발자의 개발 시간, 조직 및 학습 곡선이 크게 향상된다”고 말했다.

그는 개발 도중 소프트웨어 전용 시뮬레이션 모드를 통해 하드웨어 및 소프트웨어 통합 시간을 크게 단축할 수 있었다고 지적하기도 했다. 3D 프린팅 및 첨가제 제조 시장이 빠른 속도로 계속 발전함에 따라 PostProcess와 같은 OEM이 업계의 미래를 구체화하는 데 도움이 되는 것은 바로 ‘유연성’이다.

[인더스트리뉴스 기자 (webmaster@industrynews.co.kr)]

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