3D설계로 맞춤형 금형제품 만든다

생산기술연구원, 디지털 유연성형 토탈 솔루션 개발

유연성형기술로 제작한 두개골 임플란트 및 성형 샘플. 생산기술연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국생산기술연구원 유연생산연구부문 박남수·송정한 박사팀은 추가 금형 없이 3D 설계 데이터만으로 맞춤형 금속 제품 생산이 가능한 '디지털 유연성형 토탈 솔루션'을 개발했다고 11일 밝혔다. 이 기술은 자동차, 의료기기, 전자 분야 등 다양한 산업에 적용될 수 있으며, 현재 자동차 부품, 가전제품, 의료기기 등 다양한 생산현장에서 기업들과 실증 테스트를 진행 중이다.

기존의 금속 성형 공정은 제품의 형상이 조금만 바뀌어도 새로운 금형 제작이 필요해 시간과 비용이 많이 소모되는 문제를 안고 있었다. 특히, 컴퓨터 수치 제어(CNC) 장비를 이용한 점진성형기술은 반복적인 판재 누름 방식으로 원하는 형상을 만드는 데 사용되지만, 성형 시간이 길고 반복적 접촉으로 인한 자국이나 흔적이 남는 단점이 있었다. 또한, 강도 높은 소재에 대한 적용이 어려운 문제도 존재했다.

연구진은 이를 극복하기 위해 시뮬레이션, 공정 최적화, 장비 제어기술을 통합했다.

우선 3D CAD 설계 데이터를 기반으로 성형 경로, 속도, 마찰 조건을 자동으로 산출하고 제어하는 기술을 개발했다. 이 기술은 시뮬레이션을 통해 소재의 물리적 특성을 정밀하게 분석하고, 점진적 성형 과정에서 발생하는 변형을 예측할 수 있어 최적의 가공조건을 도출할 수 있도록 돕는다. 또한, 3D CAD 설계 데이터를 CNC 장비가 이해할 수 있는 언어로 변환하는 G코드 자동 변환기술도 개발해 설계 데이터가 성형 공정에 바로 반영될 수 있도록 했다.

다음으로 성형 공구의 반복적 접촉으로 인한 자국이나 흔적 문제를 해결하기 위해 진공 기반 성형 모듈을 개발했다. 이 모듈은 진공 방식으로 판재를 고정해 성형 중 소재가 불규칙하게 움직이는 것을 방지하고, 성형 압력을 균등하게 분산시킨다. 이를 통해 공구 압력으로 인한 표면 손상을 줄이는 동시에 넓은 면적을 한 번에 성형할 수 있어 성형 시간을 단축할 수 있다.

또한 두 개의 CNC 장비를 실시간으로 동기화하는 제어 시스템도 개발했다. 이 시스템은 장비 하단에 국부 열원 모듈을 적용하여 성형 정밀도를 높였다. 두 개의 성형 공구가 상·하부에서 독립적으로 직동하여 국부적으로 가해지는 힘을 제어할 수 있어 복잡한 형상도 세밀하게 조정할 수 있다. 또한, 특정 부위에 열을 가하는 국부 열원 모듈을 적용하여 타이타늄, 마그네슘 등 성형이 어려운 소재도 정밀하게 가공할 수 있게 됐다.

현재 실증 과정에서는 프레스 성형과 점진 성형을 결합한 복합 생산 공정을 적용해 제품 디자인에서 요구되는 날렵한 모서리 형상을 구현하는 기술도 개발했다.

박남수 수석연구원은 "기존 CNC 장비를 교체하지 않고도 개발된 모듈과 제어기술을 적용하면 추가 금형을 제작할 필요 없이 맞춤형 생산이 가능한 유연성형기술"이라고 설명했다. 총괄책임자인 이호년 수석연구원은 "금형 없이도 복잡한 형상을 정밀하게 구현할 수 있어 기존 대량생산 방식과 달리 제품별로 맞춤형 유연생산이 가능하다"며, "실증을 거쳐 실제 제조 현장에 적용하기 위한 테스트를 진행 중"이라고 말했다.

[e-mail] 김만기 기자

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