휴대용 측정의 파워: 3D 레이저 스캔이 시작부터 끝까지 금속 성형 프로세스를 강화하는 방법
저자: Orlando Perez, 제품 마케팅 부문 디렉터, FARO Technologies
가공의 한 분야인 금속세공의 일종이라고 할 수 있는 금속 성형은 가정에서 사용되는 소비재의 금속 스탬핑부터 항공기와 자동차의 많은 구성품까지 다양한 부품 조립에 사용되는 기초적인 프로세스입니다. 매우 많은 제품의 성패가 달려 있고 수십억 달러가 투입된 경우, 정확성과 정밀성, 반복성이 핵심입니다.
특히 미국이 Covid-19 팬데믹에서 벗어나고 있고 2019년 2200억 달러로 평가되던 글로벌 금속 스탬핑 시장이 2020~2027년 2.8%의 연간 성장률을 기록할 것으로 예상되는 가운데 840억 달러(역시 2019년)에 달하는 글로벌 금속 단조 시장이 같은 기간 5% 이상의 성장률을 보일 것으로 전망하고 있기 때문에 이 부분이 특히 중요합니다. 마찬가지로, 국제통화기금(IMF)이 1월 전망에서 6%의 GDP 급등을 예견하고 있어 다른 경제 부문에서도 국제적인 경기 회복세를 보일 것입니다. 이와 같은 성장 환경에서는 생산 장애, 많은 비용이 초래되는 재작업, 공차를 벗어난 제품, 안전 문제가 발생해서는 안 됩니다.
따라서 비접촉 휴대용 측정 ScanArm 기술을 통한 3D 레이저 스캔은 그 품질 보증 및 검사 소프트웨어와 함께 개별 부품이 원래의 CAD 설계 또는 청사진과 일치할 뿐 아니라 궁극적인 완성품 자체의 성형 작업에 사용되는 프레싱과 성형 및 다이 기반 기계가 사양에 따라 작동한다는 것을 보장하기 위해 계속해서 품질 엔지니어의 필수 도구로 각광받고 있습니다. 스탬핑(기본적으로, 파괴되지 않으면서 가해진 고압을 통해 형상을 변화시키는 물질의 성질을 활용하는 변형 공정)이든, 개방 또는 폐쇄 다이에서의 "강한 열을 이용한 스탬핑"으로 비유되는 단조든 관계없이 이 도구가 필수적이라는 데는 변함이 없습니다.
‘압력’ 해제
최신 ScanArm 기술과 다중 축 스캔 턴테이블 플랫폼 덕분에, 정밀 측정이 그 어느 때보다 쉽고 빨라집니다. 작동 방식은 간단합니다. 관절식 휴대용 좌표 측정 암(PCMM)에는 실시간 X, Y, Z 좌표를 측정하고 가상 환경에서 3D 데이터를 디지털화하는 비접촉식 레이저가 장착되어 있습니다. ScanArm의 경우, 레이저 스트라이프가 스캔 중인 부품에 의해 반사되어 데이터를 기록하는 카메라로 들어가, 스캔된 전체 표면의 X, Y, Z 좌표를 포함하는 디지털화된 모델인 3D 포인트 클라우드를 생성합니다.
강력하면서도 사용자 친화적인 소프트웨어와 함께 이러한 두 가지 기술, 즉 ScanArm/레이저 및 턴테이블을 사용하면 공칭 조건에서 벗어난 부품 기능을 신속하게 식별(공차 범위를 벗어나는 상황이 발생하기 전 기계를 신속하게 조정할 수 있도록 함)하고, 공정 도중 부품을 검사하고, 관련 청사진이나 CAD 도면이 없는 리버스 엔지니어링 부품에 대한 디지털 측정 데이터를 캡처할 수 있습니다.
금속 성형 워크플로 관점에서 보면, 오늘날의 첨단 3D 계측 하드웨어 및 소프트웨어 솔루션은 많은 시간이 소요되는 작업을 수행하기 위해 캘리퍼나 마이크로미터와 같이 오류가 발생하기 쉬운 수동 공구를 사용해야 했던 번거로운 과정을 대폭 간소화했습니다. 그런데 금속 스탬핑은 그 속성상 제품의 다양성을 높이는 복잡한 다단계 작업으로, 대부분의 경우 측정하기 까다로운 "유기적" 또는 불규칙한 형상이 포함됩니다.
고정형 CMM 조차도 측정이 어렵습니다. PCMM 계열과 달리 CMM은 부피가 크고 이동성이 없으며 고급 엔지니어링 프로그래밍에 대한 전문 지식이 필요할 뿐 아니라 특별한 온도 조절 계측실에 보관해야 합니다. 아마도 가장 중요한 점은 고정형 CMM이 부품(또는 기계)을 공정 내에서 측정할 수 없다는 사실입니다. 제조된 구성품을 운반해야 하기 때문에 검사 병목 현상이 발생하고 추가 비용이 초래됩니다.
예를 들어, 자동차에서는 차체 패널, 프레임, 도어, 그리고 수많은 작은 구성품을 제조하는 데 스탬핑이 필요합니다. 항공기 역시 구조적 구성품, 산소 발생 시스템, 군용기 하우징과 인클로저, 중계기, 스위치 및 조명 시스템을 포함하여 광범위한 스탬핑 부품이 필요합니다. 금속 성형 공정과 3D 레이저 스캔이 각 단계에서 어떻게 도움이 될 수 있는지를 평가할 때에는 몇 가지 요소를 고려해야 합니다.
- 설계 기능에 미치는 스탬핑 효과 - CAD 모델의 지정된 공차 이내로 부품이 스탬핑되고 있습니까? 첫 검사만이 아니라 후속 검사에도 해당되는 사항입니다.
- 부품이 사양에 따라 스탬핑되고 있습니까? - 부품이 공차를 벗어나고 있는지 여부를 판별하는 데 도움이 될 수 있는 통계적 공정 제어(SPC) 시스템에 스캔 소프트웨어의 데이터를 공급할 수 있습니다.
- 다이에서 동일한 사양의 부품이 계속 생산되고 있습니까? – 또는 공구 마모 때문에 부품이 공차를 벗어나고 있습니까? 그렇다면 다이 자체에서 3D 측정 검사를 수행할 때입니다.
- 안전이 최우선입니다 – 부품이 안전하고 정상 작동하며 특정 업계 또는 국가 요건을 준수하고 있습니까?
- 필요한 시간 – 생산과 품질 관리 측면에서, 더 적은 불량률에 더 큰 처리량은 어떤 가치가 있을까요?
실제 환경에서 워크플로 개선
앞에서 알아본 것처럼, 3D 레이저 스캔은 금속 성형 워크플로 공정에서 필수적인 역할을 수행할 수 있습니다. 제품 완성까지 각 단계에서, 레이저 스캔은 개별/구성 부품 모두에 대해, 그리고 기계 자체에서 수행하는 측정의 속도와 품질을 대폭 개선할 수 있습니다.
확대해 보면 금속 성형 워크플로를 세부적으로 확인할 수 있습니다. 쉽게 따라할 수 있는 다음 방법을 참조하십시오.
1단계, 엔지니어링: 이 프로세스는 설계 엔지니어와 금속 작업자가 돔, 원뿔, 반구형, 사각형, 아이볼 또는 타원형을 포함한 다양한 형상과 개체 개발 시 시작됩니다. 개발된 후에는 금속을 성형하는 다이를 만드는 데 사용됩니다.
2단계, 승인 및 조치: 제품 도면이 승인되고 다이가 만들어지면 프로세스가 금속 스탬핑 팀으로 넘어갑니다. 여기서 제품 도면을 평가하고 사용할 금속 스탬핑 공정과 장비를 결정합니다.
3단계, 맞춤형 작업: 도면, 다이 및 계획이 준비된 상태에서 금속 스탬핑이 시작됩니다. 필요한 구체적인 공구와 하위 단계는 사용되는 자재와 생산 규모 및 스탬핑할 제품에 따라 다릅니다.
4단계, 조립: 제품의 복잡도에 따라 조립이 필요할 수 있습니다. 즉, 구성 부품을 스탬핑된 제품에 장착해야 하는데, 이때 바인딩, 용접 또는 절곡 작업이 필요할 수 있습니다. 조립 후에는 완성 전 모든 제품의 정확성을 검사하는 것이 중요합니다. 이때 3D 레이저 스캔 솔루션이 가장 중요하며 비용 절감과 효율성 제고에 도움이 됩니다.
5단계, 종료: 조립이 완료되면 제품이 가공으로 완료될 수 있습니다. 여기에는 태핑, 드릴링, 톱질, 밀링, 연삭, 샌드블라스팅 등이 포함될 수 있습니다. 도장, 밀봉 또는 프라이밍으로 공정이 완료됩니다.
3분기는 세계 경제가 정상 궤도에 오르는 시기
이러한 모든 단계를 확인한 후에는 최종 검사를 통해 금속 성형된 제품이 공용 또는 산업용으로 사용할 준비가 되었는지 확인하며 높은 처리량으로 기계 가동 중지 시간을 줄이고 자재 폐기로 인한 비용을 줄여 매출을 극대화할 수 있습니다.
세계 최고의 경제학자들은 이번 달(7월)부터 시작되는 2021년 3분기가 세계가 처음으로 정상궤도로 복귀하기 시작하는 지점이 될 것으로 보고 있습니다. 그리고 세계 경제가 실제로 6% 성장 전망을 충족시키기 위해 필요한 힘을 축적하기 시작하는 지점이 될 것입니다.
소비자들이 "코비드 쿠션"을 태우기 시작함에 따라(Bloomberg Economics는 미국인들의 팬데믹으로 인해 지출하지 않고 비축된 돈이 1조 3천억 달러에 달한다고 추정함) 지금이 금속 성형 업계에서 생산하는 제품이 무엇이든, 그리고 그 제품을 생산하는 기계가 무엇이든 공차 이내로 작동하고 있다는 확신을 가지고 운영에 박차를 가해야 할 때입니다. 그러한 필수적인 품질 관리 가시선을 달성하는 최상의 방법은 3D 레이저 스캔 솔루션과 관련 소프트웨어 제품을 사용하는 것입니다.
휴대용 측정의 파워가 이처럼 강력한 적은 없었습니다.