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[Special] 지능형 정밀 가공시스템
작성일 2023-11-15 오후 3:49:09
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Special

 

 

지능형 정밀 가공시스템 

 

제조환경 시장 변화에 대응 가능한 진화형 공작기계 

제품설계 및 개발에 대한 동시공학(CE)으로 효율 극대화

 

산업계의 기술 발달과 시장 전환 속도가 빨라지면서 공작기계 산업 전반에도 변화의 바람이 불고 있다. 글로벌 경쟁이 치열한 자동차, 가전, 전자산업 분야는 모델 다양화와 잦은 설계 변경, 신소재 채택 등으로 시장 트렌드를 좇고 있다. 공작기계 산업 역시 제조환경의 변화에 맞춰 ICT 기반 융합기술을 접목하는 가운데 고속화, 단축화, 복합화, 정밀화를 추구하고 있다. 중소기업기술정보진흥원의 중소기업로드맵(’23~’25) 자료를 토대로 지능형 정밀가공시스템 시장현황 및 기술동향을 살펴봤다.  

 

 

제조환경 변화로 지능형 정밀 가공시스템 부상

지능형 정밀 가공시스템이란 1㎛ 이하의 가공 품질을 구현할 수 있는 3축 이상 가공기를 의미한다. 이 시스템에는 초정밀 베어링 기술, 공간 오차 보정 기술, 초정밀 유체베어링 스핀들 기술, 환경제어 기술 등이 적용된다. 최근 스마트폰, 스마트 자동차 등 제품에 센서 및 카메라 수요가 급증함에 따라 핵심 렌즈 부품에 대한 수요가 커지고 있다. 이에 따라 렌즈 금형 가공기에 대한 수요가 국내 및 해외에서 크게 증가하고 있다. 현재 IT 고사양 제품에 세라믹 재료의 채용이 적극적으로 검토되고 있다. 이런 경향에 따라 가공면 품위 향상을 위한 초음파 가공 스핀들 및 가공시스템, 공정에 대한 개발 요구도 커지고 있다. 

지능형 정밀 가공시스템은 일종의 하이브리드 가공시스템이라 할 수 있다. 하이브리드 가공시스템이란 두 개 이상의 각기 다른 공정(화학, 물리, 제어 등)을 하나의 공정으로 통합해 동시에 또는 순차적으로 작동하는 복합 가공시스템이다. 예를 든다면, 절삭가공에 연삭이나 연마가공을 조합한 것, 가공 후 열처리 및 접합 절단작업을 할 수 있는 레이저 기능을 부가한 것, 또한 가공과 조립을 동시에 처리할 수 있는 것 등이다. 현재 하이브리드 가공은 다양한 방식으로 발전하고 있다. 

동시 공정의 대표적 사례를 든다면 ‘레이저 보조 가공(LAM, Laser-Assisted Machining)’을 말할 수 있다. 이는 고경도 난삭 재료를 레이저 열원을 통해 예열하고 연화된 부위를 절삭하는 가공방법이다. 가공의 유연성 등이 특징으로 다양한 가공 분야에서 적용 범위가 점차 확대되고 있다. 레이저 보조 가공법은 레이저로 인한 비접촉 가공 및 최소 열영향부를 갖는 장점과 가공 시 재료를 높은 온도로 연화시킬 수 있다. 이를 통해 선삭 또는 밀링가공 할 때 미리 재료를 예열해 가공 툴의 수명을 연장하고, 가공 절삭력을 감소시키는 등 최종 가공품질 향상에 도움에 되는 장점들이 존재한다. 레이저 보조 가공법이 갖고 있는 효율적인 장점 때문에 적용범위를 넓히기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 또한 지능형 정밀 가공시스템에는 제조의 단점인 정밀도를 절삭공정으로 보완할 수 있는 것으로 적층 제조 공정시스템도 있다. 

 

 

산업 발전과 시장 변화에 따른 가공시스템 진화 

국내외 시장 경쟁이 치열해지면서 제품 개발기간, 생산 착수기간 및 비용 단축이 절실하게 요구되는 상황이다. 모든 산업 분야에서 제품의 시장 도입 시기, 즉 제품의 납기를 앞당기려는 여러 가지 시도가 진행 중이다. 

자동차, 가전제품 분야는 빠르게 발전하며 변화하고 있다. 하지만 제조업체에서는 기계 가공 분야의 숙련기술자 부족, 원가절감 등 복합적인 문제가 존재한다. 

공간을 차지하는 신규라인의 증설을 억제하고 있다. 또한 JIG & FIXTURE, 메인 가공기, Tool, Loading and Unloading 장비를 점차 줄여나가는 추세다. 현재 글로벌 경쟁이 치열한 자동차, 가전, 전자산업 및 건축 등의 분야에서는 제품 모델을 다양화하고, 빈번하게 제품 설계를 변경하는 것이 필수적인 상황이다. 

지능형 정밀 가공시스템은 현재 산업계가 안고 있는 많은 문제를 해소할 수 있는 해결방안으로 주목받고 있다. 제품 설계 및 개발에 대한 동시공학(CE, Concurrent Engineering) 추구가 가능하고, 소요 비용 및 시간을 획기적으로 단축함으로써 제품의 다양성, 납기 등과 같은 시장의 요구를 만족시킬 수 있다. 또한 제품 적응력을 제고할 수 있는 제품 제작기법으로 각광받고 있다. 

정밀가공은 산업구조의 고도화와 제조업의 경쟁력 강화를 실현하기 위한 핵심 산업으로 전후방 산업 관련 효과가 크다. 특히, 정보통신기술(IT, Information Technology), 생명공학기술 (BT, Biology Technology), 나노기술(NT, Nano Technology) 등 미래 신산업 분야의 핵심 기반 산업이라고 할 수 있다. 정밀가공 분야의 경쟁력 확보를 위한 중요한 수단 중 하나는 AI 및 센서를 기반으로 한 4차 산업혁명의 핵심기술을 보유하는 것이다. 

 

 

출처_Kugler Webpage, Ultra-Precise-Mechanik-Pinole

 

  

 

 

또한 핵심기술을 통한 연결화-자동화-지능화-인프라가 융합된 획기적인 공정의 개선과 자동화를 비롯한 생산방식의 혁신 역시 필수적으로 요구된다. ICT 기반 융합기술을 적용함으로써 첨단의 고부가가치 부품 및 제품 생산이 가능하며 스마트 공장 구축에 대응할 수도 있다. 이를 위해서는 스마트 가공장비 플랫폼의 실시간 모니터링, 센서융합/네트워킹, 설비상태 감시/진단, 운용 등을 위한 ICT 기반 융합기술의 적용이 필요한 상황이다. 

 

 

공작기계 고속화 단축화 복합화 정밀화 추세 

공작기계 기술의 주된 흐름은 고속화, 단축화, 복합화, 정밀화라고 할 수 있다. 최근 제조업은 다품종 소량생산, 변종변량생산, 짧은 납기, 원가절감, 경량화, 기능의 복합화에 따라 복잡형상부품이 증가하는 추세다. 또한 여기에 필요한 숙련된 작업자나 기능 인력들의 숫자도 부족해지고 있다. 제조 환경의 변화에 대응하는 제조장비들도 나타나고 있다. 빅데이터 수집을 기반으로 하는 고속화된 가공시스템들도 개발이 진행 중이다. 더불어 티타늄 합금, 니켈 합금과 같은 초합금 첨단소재가 활용되면서 가공 기술은 발전하고 있다. 

공작기계 분야는 산업 구조의 고도화와 제조업의 경쟁력 강화를 실현하기 위한 핵심 산업으로 전후방 산업 관련 효과가 매우 크다. 특히 초정밀 가공기술을 기반으로 하는 공작기계 산업은 IT, BT, NT 등 미래 신산업 분야의 핵심 기반이라고 할 수 있다. 최근에는 1대의 공작기계에서 다양한 기능성 가공을 수행하는 가공 기계가 보편화되는 추세다. 공정이동 간 발생하는 비가공 시간, 공정교체 시 발생하는 치공구 오차 등을 제거할 수 있는 장점이 있기 때문이다.

현재 공작기계 분야에서는 정밀 가공·소성 등 기반 공정 기술, 메카트로닉스 등 공통기반의 원천기술 혁신 전략이 요구되는 시기다. 주력산업과 신성장 산업 분야에서는 소재의 경량화, 고강성화(복합재) 등의 요구가 커지고 있다. 


 

기술속도 대응하는 금속 3D프린팅 기술 부상 

복합가공기가 담당하는 범위는 시대와 함께 변화하고 있다. 초기에는 머시닝센터를 복합가공기라고 부른 시기도 있었던 것이 사실이다. 공구 교환이 가능한 범위에서 가공 종류가 한정되는 것과 무엇보다 절삭 가공의 범위를 벗어나지 못한다는 등의 단점이 존재했다. 그런 이유로 다른 공정이 하나의 공정 영역에서 동시에 또는 순차적으로 작용하는 새로운 하이브리드 가공기가 등장한 것이다. 

최근 자동차와 항공기 산업의 지속적 발달에 따른 공작기계의 기술적 대응도 빨라지고 있다. 유럽 및 일본을 중심으로 이종 공정간 하이브리드 가공기(즉, 레이저+절삭, 초음파+연삭, 래핑공정+평면연삭, 드라이아이스 분위기+레이저 세척기, 기어가공+내면연삭, 절삭+적층)가 개발 중이다. 

금속 3D프린팅 기술 개선에 따라 자동차, 항공우주, 방산, 발전·플랜트 등 산업분야에서 3D프린팅 기술융합이 확대되고 있다. 글로벌 금속 3D 프린팅 소재 및 장비 시장은 지난 2020년 각각 5.7억불과 8.0억불을 기록했지만, 다가오는 2026년에는 각각 16.1억불과 20.5억불 규모로 매출이 성장할 것으로 전망된다. 글로벌 주요 3D프린팅 공급기업은 코로나 팬데믹으로 인한 2020년 실적 하락분을 거의 회복한 상황이다. 3D시스템즈와 스타라타시스가 공개한 ’20년과 ’22년의 기업보고서를 살펴보면 두 기업 각각 ?12.4%에서 20.8%, -18.1%에서 16.3%로 실적이 상승했다. 

현재 글로벌 공작기계 기업들은 한 기계에서 다양한 범위의 작업을 수행할 수 있는 하이브리드 가공기들을 앞다투어 출시하고 있다. 새롭게 선보이는 가공기들은 대체적으로 단일?다종, 고융점?난삭 소재의 다양한 일체형 형상 제품을 정밀?고속 제작하기 위해 적층?가공?열처리 등의 모든 공정을 하나의 기계에서 수행할 수 있도록 구성한 제품들이다. 

실례로 독일의 DMG Mori, 일본의 Mazak 등은 공작기계 플랫폼에 적층?열처리?기계가공 헤드를 장착한 하이브리드 가공기를 경쟁적으로 출시 중이다. 노르웨이 금속적층 제조기업인 Norsk Titanium은 절삭?적층 혼합 하이브리드 가공으로 티타늄 합금 부품을 항공기 제작업체 Airbus에 공급한 바 있다. Airbus에서는 비행기 1대당 200~300만달러의 비용 절감 효과를 예측했다.

 

 

 

국내외 초정밀 가공시스템 시장 동향

세계 초정밀 및 하이브리드 가공시스템 시장은 2021년 592억 달러를 기록했으며, 연평균 성장률 15.25%가 예상되는 가운데 2026년에는 약 1,204억달러 규모까지 증가할 것으로 전망된다. 세계 정밀기계 시장 규모를 살펴보면 2021년 1522억달러를 기록했으며, 연평균 9.69% 성장할 것으로 보이며 2026년에는 2,417억달러 규모로 증가할 것으로 예측된다. 

미국은 정부 주도로 소재, 전자기기, 바이오, 환경, 에너지, 제조 등의 원천기술 확보에 주력하고 있다. 현재 3차원 실리콘 관통전극(3D TSV, 3D Through Silicon Via) 반도체 및 차세대 반도체 제조 등의 기술 선점을 위해 정부 주도의 산학연 컨소시엄 형태로 기술개발 및 연구가 진행되고 있다. 이 반도체 기술개발에는 미국 반도체 연구개발 컨소시엄(SRC), 미국 반도체 제조 기술 컨소시엄(SEMATECH)이 참여하고 있다. 일본는 5대 전략기술 로드맵(IT, Life-Science, EE, 나노 소재, 제조 기술)을 바탕으로 기초 및 응용연구를 주도하고 있다. 5차세대 반도체 및 인쇄전자 기술을 연구소-기업 컨소시움 형태로 연구를 진행하고 있다. 유럽에서는 EU 주도하에 여러 국가들이 공동으로 Health, Bio, IT, 나노 소재, 에너지, 환경, 운송, 우주기술 등의 분야를 공동 R&D 사업으로 추진하고 있다. 

우리나라의 가공 공작기계 산업은 시장규모가 2021년 23조원을 기록했으며, 2026년에는 36.4조원 규모까지 성장할 것으로 전망된다. 2021년부터 2026년까지의 연평균 성장률은 9.60%로 예상된다. 특히 레이저 복합 가공 시스템이 포함된 초정밀 및 하이브리드 가공시스템의 국내시장은 2021년 10.1조 원에서 2026년에는 12.6조 원으로 증가할 것으로 전망된다. 

 

 

 

 

현재 국내에서는 로봇 기술개발에 집중적인 투자가 진행되고 있다. 국내 공작기계 산업이 미래 경쟁력을 키우기 위해서는 로봇 기술과의 연계도 필요한 상황이다. 공작기계 업계에서는 로봇 기술을 제조 장비와 융합하거나 연계해 시스템 상품화를 구현하려는 노력이 아직까지는 미흡한 실정이다. 

지능형 정밀 가공시스템은 미국, 일본이 최고기술국으로 평가되고 있다. 우리나라는 최고기술국 대비 78.2%의 기술 수준을 보유하고 있으며, 최고기술국과의 기술격차는 2.1년으로 분석된다. 국내 중소기업의 기술경쟁력은 최고기술국 대비 69.2%, 기술격차는 2.7년으로 평가된다. 최고기술국을 기준으로 봤을 때 EU는 96.7%, 중국은 84.5%, 한국은 78.2% 순이다. 

지능형 정밀 가공시스템은 6.73의 기술수명주기를 지닌 것으로 파악된다. 참고로 기술수명주기(TCT, Technical Cycle Time)는 특허 출원연도와 인용한 특허들의 출원연도 차이의 중앙값을 통해 기술 변화속도 및 기술의 경제적 수명을 예측하는 것이다. 

 

 

 

 

지능형 정밀 가공시스템 기술개발 이슈 동향

하이브리드 공정 장비 플랫폼화

지능형 정밀 가공시스템에서는 하이브리드 공정과 장비의 기반이 되는 ‘플랫폼화’가 진행되고 있다. 현재 지능형 정밀 가공시스템의 구성 방향은 크게 두 가지로 나타난다. 하나는 기존 공작기계 또는 3차원 프린터를 플랫폼으로 하고, 여기에 새로운 기능을 추가하는 것이다. 두 번 째는 하이브리드 제조공정을 위한 연구실 기반으로 새로운 플랫폼을 구성하는 것을 들 수 있다. 전자는 상용으로 현재 기업에서 추구하는 공정 플랫폼 방향이며, 후자는 새로운 하이브리드 제조공정을 연구하기 위한 플랫폼으로 활용이 가능하다. 

가공 시스템의 각 공정마다 필요한 환경적 요인을 모듈화하고 표준화하는 흐름도 주목할 만하다. 하나의 플랫폼에서 다양한 하이브리드 제조공정을 진행할 수 있으며, 이를 통해 소비자의 요구에 맞게 유연하게 대체할 수 있는 장점이 있다. 하드웨어와 소프트웨어 즉, 플랫폼과 모듈을 병합할 수 있는 통합기술 관련 연구도 활발한 상황이다. 설계, 제조, 제어 등을 통합하기 위한 요인들을 연구해 플랫폼과 모듈을 합치는 통합기술은 각 공정의 단점을 보완하고 장점을 최대화할 수 있다. 

 

 

 

가공시스템의 신소재 난삭재 가공 

세계적으로 친환경성이 강조되면서 가공시스템 분야도 예외일 수는 없다. 금속보다 가볍고 중량대비 고강도 특성을 갖는 티타늄 합금, 니켈 합금, 탄소섬유복합재(CFRP)와 같은 단단한 첨단소재를 다루기 위해 난삭재를 이용한 가공기가 활용되고 있다. 난삭재의 가공 기술과 관련된 기술개발은 크게 공작기계, 공구 및 신가공 기술로 나누어 접근해 볼 수 있다. 

공작기계 분야는 독일과 일본이 중심이 돼서 고성능 난삭재 가공을 위한 공작기계 개발을 주도하는 상황이다. 반면, 우리나라는 아직 연구개발 실적이 미흡한 편이다. 난삭재 가공을 위한 공구 개발의 경우 미국, 스위스 및 일본이 기술력을 확보하고 있으며, 공구의 코팅 및 형상 개발 위주의 개발을 진행 중이다. 국내에서는 일부 기업들만이 관련 연구를 활발히 하고 있다. 초음파, 레이저 등을 이용한 신가공 기술은 대만과 호주, 독일이 중심이 되어 기술 개발을 진행하고 있으며, 국내의 경우 일부 대학과 연구소에서 연구를 진행 중이다. 

 

LAM(Laser-Assisted Machining) 

고출력 레이저의 발전과 활용 가능성이 확대되는 추세다. 레이저 예열 가공, 즉 LAM(Laser-Assisted Machining)의 경우 난삭재 가공에서 크게 주목받고 있으며 연평균 10% 이상의 고성장을 이루고 있다. LAM은 세계적으로 대부분 선삭 공정에 적용되고 있으며, 마이크로 엔드밀에 일부 적용된다. 캐나다는 복합재료의 선삭 가공에 LAM 기술을 성공적으로 적용했고, 미국 퍼듀대학(Purdue University)에서는 세라믹과 티타늄 재료를 위한 LAM 공정 연구를 진행하고 있다. LAM 관련 연구는 국내에서도 활발한 편이다. 광주과기원은 실리콘웨이퍼의 다이아몬드 터닝 가공에서 레이저를 다이아몬드 칩을 통해 공급하면서 웨이퍼 가공 깊이를 50% 이상 증가시킨 연구 결과를 발표하기도 했다. 이외에 기계연구원, 대학(한국해양대, 국민대) 및 ㈜아메코는 공동연구로 새로운 개념의 레이저 복합가공기를 출시하기도 하기도 했다. 이 가공기는 세라믹 부품 가공의 생산성을 높일 것으로 보인다.

 

가공시스템 적용 가능한 신 공구 개발 

가공시스템에 적용 가능한 신 공구의 개발도 기술 선도국을 중심으로 활발히 이뤄지고 있다. 미국의 경우, DCDMM(National Center for Defense Manufacturing and Machining), NSF의 I/UCRC(Industry/University Cooperation Research Center) 프로그램 등을 중심으로 티타늄 및 복합재료 가공을 위한 공구 코팅 개발 연구를 진행 중이다. 

스웨덴 Sandvik 및 미국 Kennametal 등의 공구업체들은 난삭재 가공을 위한 공구시스템(밀링, 터닝, 드릴링)을 시장에 공급하고 있다. 특히 Sandvik이 공급하는 CoroMill390(다품종 생산을 위한 램핑 가공용 다목적 직각 밀링 커터), CoroDrill 854/856(복합재에 고품질 홀 가공을 위한 솔리드 초경 드릴) 등은 높은 작업 효율성을 보이고 있다. 

우리나라의 난삭재 가공 관련 기술개발은 일부 공구업체 위주로 진행되고 있지만, 연구인력과 기술력 한계로 일부 초경 공구 형상 및 코팅 개발에 머물고 있는 상황이다. 

 


 

 

다품종 대응하는 고능률 가공시스템 

정밀 가공시스템은 정밀 복합형상 부품, 산업 부품 등을 도면만 있으면 고능률 생산이 가능하다. 더불어 정밀 가공기 하나로 여러 개의 부품 생산이 가능해 기계산업의 성장을 이끌 것으로 전망된다. 애플에서 시작된 모바일용 가공부품의 적용이 확산되고 있다. 삼성 등 국내기업에서도 단순 홀 가공에서 벗어나 휴대폰 메탈 케이스의 형상 가공을 요구하는 상황이다. 라이프 사이클이 짧은 모바일기기의 대량 가공생산체제를 만족할 수 있는 가공시스템 구축이 필요하다. 

모바일 분야와 자동차부품, 의료, 광부품은 알루미늄 합금이나 폴리머 등 경량 재질로 소형화, 경량화를 실현하고자 가공부품을 대체하는 추세다. 또한 형상 및 윤곽 가공까지 가공 수준 요구에 대응할 수 있는 고유연, 고정밀 가공시스템이 요구된다. 

 

IT부품 가공 대응 초정밀 가공기 

최근 스마트폰 및 자동차 카메라 렌즈 모듈 등 기계가공 부품의 경면 및 렌즈금형 정밀도를 구현하는 초정밀 가공기에 대한 수요가 국내외 부품 제조업계에서 커지고 있다. 일본(Toshiba Machine) 및 미국(Moore Nanotechnology, Precitech) 등 선진업체의 경우 최근 산업계의 요구에 부응해 IT 부품 가공에 특화된 양산형 초정밀 가공기를 개발하고 있다. 또한, 최근 중국 스마트폰용 디스플레이 제조업계에서는 기능성 필름 제조 단계에서 평판선삭형 초정밀 가공기의 수요가 급증하고 있다. 

 

초정밀 초미세 가공의 하이브리드화

초정밀 초미세 하이브리드화 가공시스템의 수요도 급증하고 있다. 초정밀 미세 가공 분야에서는 차세대 신기술이라고 할 수 있다. 향후 국가 초정밀 기술의 한계극복과 함께 실용화를 위한 지속적인 연구개발이 필요한 분야다. 

특히, 일본, 독일 같은 선진국의 경우, 하이브리드 가공 기술과 시스템 관련 사항은 기술 유출방지를 철저히 하고 있다. 세계 우위 선점을 위해 경쟁 상대국에는 판매하지 않고 장비를 무기화하고 있는 상황이다. 우리나라에서는 한국기계연구원이 고경도 재료를 연삭공정 대신 고정밀 선삭으로 필요한 표면 조도를 달성할 수 있는 하이브리드 하드터닝기술 개발에 성공한 바 있다. 

 

 


 

 

복합가공기로 적층가공 공정 장비 개발

하이브리드 가공기를 이용한 적층가공 공정 및 장비 개발에 대한 관심도 커지고 있다. 직접식 금속 적층 제조공정은 전통적 제조공정으로 제작하기 어려웠던 것들을 가능하게 해준다. 절단공정, 주조공정, 분말 소결 공정(PM Sintering), 금속 사출 공정 (Metal Injection Molding: MIM) 등을 통해 형상 복잡성이 높고 소량의 금속 제품 생산 영역에 적용이 수월하다. 

하이브리드 적층 가공 공정 장비 개발은 1990년대 초중반에 연구가 시작됐다. 미국 미주리 대학의 LAMP(Laser aided manufacturing process) 공정과 독일 프라운호퍼 연구소에서 개발한 CMB(Combined metal build-up)로부터 출발해 최근까지 10여 종 이상의 하이브리드 적층 가공 장비가 개발되고 있다. 최근에는 일부 특수 부품 및 제품을 집적식 금속 적층 제조공정을 이용해 직접 제품을 생산하는 단계까지 이르렀다. 항공기 및 의료 부품이나 금형 및 난삭성 재료를 사용하는 부품을 금속 적층 공정을 이용해 생산하고 있다.

 

기술 주도국의 정밀 가공시스템 연구 동향

공작기계 산업의 선진국인 일본의 경우 여러 기업에서 정밀 가공시스템 관련 기술을 활발히 개발 중이다. 아시아 권역에서는 일본 이외에 한국, 싱가포르, 대만 등이 정밀 가공시스템에 대한 높은 관심을 갖고 연구개발에 주력하고 있다. 특히 싱가포르의 경우 관련 기술 개발이 활발한 편으로 산업계의 주목을 받고 있다. 

초미세 하이브리드 공정에 대한 모델에 대해서는 세계 각국의 대학들과 연구소를 중심으로 연구가 활발한 상황이다. 미국 Nebraska 대학, 일본의 고베 대학, 독일의 공작 기계연구소, 영국의 Cranfield 대학 등이 주도적으로 연삭과 절삭, 전기화학, 에너지 등의 하이브리드 공정 최적화를 위한 연구를 진행 중이다. 미국의 초정밀 가공기용 운동 요소는 로렌스 리버모어 국립연구실의 초정밀 가공기 연구개발을 시작으로 출발했다. 실제 공기베어링 및 이를 이용한 운동 요소에 있어서 가장 성공적으로 상용화 시키고 다수의 모듈기업이 활동 중이다. 미국이 보유한 초정밀 기술의 근간이 되는 전문기업들은 Danaher Motion, Aerotech, Professional Instruments, Precitech, Moore, Nelson Air, Newway 등이 있다. 

 




일본 역시 다양한 지능형 정밀 가공시스템 기술을 보유한 기업들이 많다. FANUC의 터닝기반 5축 가공기, Robo Nano에 적용된 공기베어링 스핀들과 이송계는 회전정밀도 50nm와 나노미터의 이송분해능 요소들을 적용했다. 회전과 직선 이송이 동시에 가능한 공기테이블, 공기 베어링을 이용한 스크류 동력전달 등의 기술을 포함하고 있다. Robo Nano는 일본의 초정밀 가공 기술을 한 단계 발전시킨 모델로 평가받고 있으며, 일본 자국 외에는 판매하지 않는 상황이다. Toshiba 기계는 V-V 롤러를 이용하는 독자 기술을 개발해 이를 초정밀 가공기에 적용했으며, 이를 통해 진직도(Straightness) 300nm를 달성했다. Sodick은 초정밀 머시닝센터인 Nano100을 통해 최대 5축의 초정밀 가공기를 개발한 바 있으며, 이외에 워터젯과 와이어 방전의 Hybrid 가공시스템 및 모듈 등을 개발하기도 했다. 

Mazak과 DMG MORI는 단일 플랫폼에, One-Chucking Multi-Machining, Done-In-One(All-In-One) 등 융복합 장비를 개발했다. 초음파/레이저 등 비절삭 공정을 절연삭 공정에 가미해, 가공 품질과 생산성을 향상시키고 있다. 

유럽에서는 독일이 전통적으로 초정밀 기술을 보유한 나라라고 할 수 있다. 대표적으로 독일의 Kugler Precision는 3축에서 5축의 다양한 구성이 가능한 초정밀 가공기를 개발하고, 이송계 모듈 및 회전 테이블 등의 요소들을 상품화한 기업이다. 또 다른 독일 기업, Kummer의 경우 하드터닝 시 필요한 높은 강성을 구현하기 위해서 롤러 방식의 Preload 가이드를 채택한 바 있다. 백레쉬(Backlash) 효과를 줄이기 위해 리니어 모터(linear motor)를 사용했으며, 그와 동시에 부가 가공을 위해 100,000rpm 그라인드 스핀들을 장착해 하이브리드 하드터닝 시스템을 개발했다. 

싱가포르의 Mikrotool은 하이브리드 가공이 가능한 마이크로 가공시스템을 최근 상용화했다. 대만에서는 관련 연구기관 및 대학에서 하이브리드 가공 및 초정밀 마이크로 가공장비의 개발을 수행 중이다. 

 

 

공작기계 미래 경쟁력위해 관련기술 개발 시급

우리나라의 경우 해외 기술 선도국에 비해 지능형 정밀 가공시스템에 대한 연구가 뒤 떨어져 있는 것이 사실이다. 공작기계의 미래 경쟁력을 위해서라도 가공시스템에 대한 하드웨어 및 소프트웨어 관련 연구개발이 시급한 상황이다. 

국내에서는 고속 가공 및 절삭 가공의 고도화를 위해 고속 가공시 발생할 수 있는 정밀도 보정에 대한 기술 연구가 필요하다. 정밀 고속 가공을 제어하는 SW 기술, 고속 가공 시 발생하는 진동 등을 제어하는 기술 등을 개발해 고속 가공의 성능, 효율을 높여야 한다. 

고속 가공 기술에 접목할 수 있는 다기능 멀티 주축 기술의 발굴도 요구된다. 이를 통한 고속 가공의 효율을 높이고, 가공 정밀도가 높은 멀티 주축의 기술개발, 고속가공 기술에 동반되는 지능화된 멀티 주축의 제어 기술 개발이 요구된다. 더불어 다양한 제품 형상, 재료 특성의 가공기술 구현, 원터치 다기능 클램프 기술, 다기능 공구 기술, 공구 세팅 기술 등의 단위 기술 혹은 복합 기술 등의 지속적인 발굴도 이어져야 할 것이다. 장비, 작업장 등에서 수집된 많은 물리적 정보 데이터를 수집하고, 정보저장과 추출, 처리, 판단 등의 기술 개발도 서둘러야 진정한 지능형 융복합 가공 시스템을 구축할 수 있을 것이다.