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생기원, 탄소섬유복합재 가공기술 개발

- 우주·항공·車 경량부품 생산 및 산업 생태계 조성 기대

신근순|2018-02-13
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▲ 탄소섬유복합재 드릴링 가공(左) 및 가공 후의 모습 
한국생산기술연구원(원장 이성일)이 차세대 수송기기용 경량부품 생산을 위한 탄소섬유복합재(CFRP) 가공기술을 확보해 탄소섬유복합재산업 생태계 조성에 기여할 전망이다.

생기원은 생산시스템그룹 이석우 수석연구원이 이끄는 공동연구팀이 탄소섬유복합재 가공기술 개발에 성공했다고 13일 밝혔다.

연구팀이 이번에 확보한 기술은 탄소섬유복합재 가공에 필요한 각종 장비, 검사, 공정 및 모니터링 기술을 패키지화한 원천기술이다.

탄소섬유복합재는 무게는 철의 1/4 이하이면서 10배 정도의 강도를 지니고 있어 경량화 소재로 각광받고 있지만, 원재료와 공정비용이 높은데다 항공기, 자동차 등 품질기준이 엄격한 최종제품에 사용되기 때문에 가공과정에서 품질 확보가 중요하다.

특히 적층구조로 이루어진 소재 특성상 절삭이 어렵고, 뜯기거나 갈라지는 결함이 자주 발생해 품질 및 생산성을 높일 수 있는 기술 개발이 절실한 상황이다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 항공기용 대형부품에 적합한 대량생산방식과 다양한 차종부품 생산에 유리한 유연생산방식의 투트랙(Two-Track) 전략으로 기술 개발에 착수했다.

먼저, 워터젯과 드릴링 절삭기능을 하나의 공구로 통합한 8mx4m 급 ‘복합가공장비’를 개발, 2개의 공구를 사용하던 기존 장비보다 공간효율을 1.7배가량 높여 항공기용 대형부품의 생산성을 제고했다.

또한 광학 스캐너를 활용해 가공된 부품 표면과 내부 불량을 1초 만에 파악하는 ‘3D 광학 고속 검사기술’을 세계 최초로 개발, 대형부품 품질검사의 속도를 높였다.

이밖에도 다양한 형태의 자동차 부품생산을 위해 워터젯·드릴링·분진흡입 등 각각의 기능을 전담하는 다관절 로봇을 최적의 위치에 배치, 시장의 수요 변화에 맞춰 부품의 형상 및 생산량을 조정할 수 있는 유연가공시스템을 개발했다.

연구팀은 이러한 하드웨어를 기반으로, 극저온·초음파 가공과 같은 첨단 가공공정 및 모니터링 소프트웨어를 최적화함으로써 패키지형 탄소섬유복합재 가공기술을 완성했다.

이 기술이 상용화될 경우 국내에도 탄소섬유복합소재를 부품으로 가공해 제품화하는 산업생태계가 조성될 전망이다. 이에 2012년 12조원 규모에서 2030년 100조원 규모로 커질 것으로 전망되는 탄소섬유복합재 세계시장에서 미국, 일본, 독일 기업들과 경쟁이 가능해질 것으로 기대된다.

이석우 수석연구원은 “이번 기술 개발을 통해 국내 탄소섬유복합재 산업생태계 조성에 꼭 필요한 부품가공 역량을 갖추게 됐다”고 말하며, “앞으로 지속적인 성능 테스트를 거쳐 장비 성능을 안정화하고 연구데이터를 축적해 기술 완성도를 높이겠다”고 밝혔다.

한편 이번 연구는 지난 2015년부터 생기원 주관으로 △한국정밀기계㈜ △기가비스㈜ △씨에스캠㈜ △시그널링크㈜ △티오피에스㈜ △연세대학교 △중앙대학교 △UNIST △광주과학기술원 △영남대학교 △Purdue대학교 △한국기계연구원 △한국탄소융합기술원 등 14개 기업 및 기관이 참여했다. 현재까지 총 53건의 특허가 출원돼 10건(해외 2건)이 등록된 상태이다.

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