초록 ▼

3. 개발결과 요약
※ 최종목표
○ CFRP 및 CFRP-metal stack 부품 생산을 위한 드릴링/워터젯 복합 & 유연가공기, 가공데이터 연동 검사장비 및 개방형제어기 등을 포함한 패키지형 가공시스템 개발

※ 개발내용 및 결과
□ 탄소섬유복합재 가공을 위한 테이블 크기 8×4 m급 드릴링/워터젯 복합가공시스템
○ CFRP 드릴링/라우팅 복합 가공을 위한 고속, 고출력 스핀들 및 2축 틸팅 헤드 기술 개발 => (45 kW / 30,003 rpm)
○ CFRP 고속/고정밀 가공을 위한 고압

3. 개발결과 요약
※ 최종목표
○ CFRP 및 CFRP-metal stack 부품 생산을 위한 드릴링/워터젯 복합 & 유연가공기, 가공데이터 연동 검사장비 및 개방형제어기 등을 포함한 패키지형 가공시스템 개발

※ 개발내용 및 결과
□ 탄소섬유복합재 가공을 위한 테이블 크기 8×4 m급 드릴링/워터젯 복합가공시스템
○ CFRP 드릴링/라우팅 복합 가공을 위한 고속, 고출력 스핀들 및 2축 틸팅 헤드 기술 개발 => (45 kW / 30,003 rpm)
○ CFRP 고속/고정밀 가공을 위한 고압(4,000 bar급) AWJ 모듈(catcher 포함) 개발 완료
○ CFRP 3차원 곡면형상 제품 고정용 유연지그시스템 설계 제작 기술 확보
○ 공구 수명 향상을 위한 틸팅헤드, 복합헤드 적용 CFRP 분진흡입장치 개발 완료
○ 급속이송 (40 m/min급) 겐트리형 5축 복합가공기 개발 및 가공특성 평가를 통한 장비 개발 장비의 검증 => (급속이송: 40.6 m/min, 가공 성능 평가(Cmk): 1.81)

□ 최대 직경 13 mm, 최대 깊이 20 mm 탄소섬유복합체 고속 검사 시스템
○ 가공 홀 결함 고속 검사를 위한 고속 레이저 3D 스캔 광학 검사 모듈 개발 => (홀 검사시간: 0.5sec)
○ 가공 홀 표면 및 내부 결함 검사 소프트웨어 개발 및 구축
○ 검사 속도 및 정밀도 향상을 위한 검사 모듈 반력 보상 시스템 개발
○ 후가공을 위한 초음파 스핀들 설계 기술 확보 => (발진주파수 30kHz, 진폭 45um의 변위를 갖는 초음파 스핀들 설계 제작)
○ 테이블 크기 5×3 m 급 CFRP 제품의 가공 결함을 고속으로 검사하기 위한 경량화 된 겐트리형 축 검사 5 및 후가공 시스템 개발 및 특성평가
○ 6축 다관절 시스템의 검사 최적화 모델 구축

□ 탄소섬유복합재 부품 가공시스템용 공정제어/모니터링 기술 및 개방형제어기
○ CFRP 가공시스템용 네트워크 기반 모니터링 장비 개발 및 전용 앱 및 웹 서버 개발을 통한 개발 기술 상용화
○ 개방형제어기 핵심요소기술 및 CFRP 가공공정 최적화기술 확립
○ CNC 기능확장 및 로봇 가공기 제어 적용(로봇 가공기의 제어를 통해 가공정밀도 10배 향상)
○ 네트워크 기반 HMI를 위한 공정정보 분석기술 모델 개발 및 구축
○ 개방형제어기 플랫폼 개발 및 가공시스템 적용/평가 완료

□ 다양한 형태의 탄소섬유복합재 부품 생산을 위한 제거가공용 로봇 기반 유연가공시스템
○ 로봇 기반 AWJ 트리밍/피어싱 가공시스템 기술 개발 완료
=> 가공 치수 정밀도 0.1714um
○ 로봇 기반 드릴링 /라우팅 가공시스템 장비 개발 완료
=> 가공 정밀도 0.1785um
○ 로봇 기반 CFRP 제품 셋팅 및 취출 시스템 설계 및 제작
○ CFRP 부품 유연가공시스템 설계, 통합 운영기술 확보
○ 로봇 기반 스트링커 트리밍 (Stringer Trimming) 시스템 기술 개발 완료

□ 탄소섬유복합재 부품의 고품질·고생산 가공을 위한 제거가공 (절삭가공 및 워터젯 가공) 공정기술
○ CFRP 부품의 고품질 가공을 위한 가공기술 개발 및 데이터 확보
○ CFRP-metal stack 소재의 결함발생 최소화 기술 개발 및 결함 메커니즘 분석
○ 가공 부하를 고려한 로봇 정밀 모션제어 및 가공 특성 분석
○ CFRP 소재/제품 특성 안정화 및 가공특성 양산 기술개발 및 노하우 확보
○ CFRP 가공 시 발생하는 미절삭, 버 등 CFRP 홀 입구/출구 결함등을 제거하기 위한 결함제거 공정기술 분석 및 개발
○ CFRP 가공시스템용 최적 공구경로 생성기술 및 해석 모델 개발
○ CFRP, CFRP-metal stack 부품 가공 시 응력/박리 등의 예측을 위한 수치해석 모델 개발 및 다양한 소재에 대한 절삭 메커니즘 시뮬레이션 기술 개발
○ CFRP, CFRP-metal stack 가공 DB 통합화 및 운용기술 확보
○ 공구마모 메커니즘 분석을 통한 공구 마모를 최소화하여 생산성을 향상시킬 수 있는 가공공정기술 및 공구 제작
○ 탄소섬유 직조구조, 적층구조 등 CFRP 소재 특성에 따라 박리 및 버 형성 최소화를 위한 밀링, 브러쉬사상 등의 가공기술
○ 가공장비의 종류 (겐트리구조 가공시스템, 로봇기반 가공시스템)에 따른 가공특성 비교

※ 기술개발 배경
ㅇ항공·자동차·디스플레이 산업에서 사용이 증가하고 있는 탄소섬유복합재 (CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastics) 제품/부품 생산을 위한 생산 장비 중 가공·검사·제어 및 운영 소프트웨어 기술들이 종합적으로 적용된 가공시스템을 패키지로 개발 필요
- CFRP는 인장강도가 높고 (일반강의 5-10배), 피로 및 부식이 없는 고경도 경량 소재로 항공/우주, 자동차, 선박, 스포츠 등 다양한 분야에서 차세대 구조재 및 부품의 소재로 사용이 증가하고 있음
- 고강도의 탄소섬유와 폴리머매트릭스가 결합된 CFRP는 경도가 높아 가공이 어렵고 가공 시 박리(delamination), 미절삭(uncut fibers) 등의 결함이 발생하기 쉬워 생산성에 문제가 있음
- 품질과 생산성을 향상시키면서 CFRP 부품을 생산하기 위해서는 소재의 특성이 반영된 장비개발, 공정기술 및 제어, 운용 기술들이 종합적으로 개발되어야 함

※ 핵심개발 기술의 의의
ㅇ글로벌 가공장비업체들은 항공, 자동차 등 고부가가치 제조산업 대응을 위한 탄소섬유복합재 전용가공장비를 상용화하였거나 기술개발을 통하여 급증하는 수요산업 대응 중이나 국내 탄소섬유복합재 전용가공장비 개발 사례는 없음 (국내 최초 탄소섬유복합재 전용 가공시스템 개발)
○ 탄소섬유복합재 제품 생산라인에 적용하기 위해 가공시스템을 패키지화 (소재특성에 따른 공정기술, CFRP 전용 가공기, 개방형 제어기 등)
ㅇ탄소섬유복합재 부품의 품질 향상을 위한 검사․후가공 복합시스템화 (레이저스캔 비전 기반 인라인 품질 검사, 결함 수정을 위한 초음파 가공)
ㅇ탄소섬유복합재 소재 특성을 고려한 고품질·고생산 가공을 위한 제거가공 공정(절삭가공 및 워터젯 가공) 원천기술 및 공구마모/장비 이상상태 검출 모니터링 시스템을 통한 가공 품질 및 생산성 향상
ㅇ다품종 부품 생산 대응을 위한 CFRP 제거가공(드릴링, 워터젯)이 가능한 로봇기반 유연가공시스템을 통해 경쟁력 확보
ㅇ탄소섬유복합재 뿐만 아니라 기타 첨단 난삭소재 가공을 위한 고토크/고강성 장비의 다양한 라인업을 통해 장비 경쟁력 확보
ㅇ두산, 송월 등 수요기업 적용을 통한 탄소섬유복합재 가공시스템 실증 적용 및 안정화 기술 확보 중이고, 대한항공, KAI, 광성 등 국내 핵심 항공 및 자동차 부품 기업으로 확대 중

※ 적용 분야
○ 자동차, 항공, 우주 분야의 난삭재 부품가공 산업 및 금형, 의료 등 다양한 절삭가공 산업군
- 항공기 동체/날개/부품 및 인공위성 구조체 부품 등 우주·항공분야
- 차체 프레임, 구조체 부품, 보강대 등 자동차 산업 분야

(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 24
• 목차 ... 55
• 제 1장 서론 ... 57
• 제 1절 과제의 개요 ... 57
• 1. 개발 대상 기술/제품의 개요 ... 57
• 2. 기술 개발의 필요성 ... 58
• 3. 국외 기술 개발 동향 ... 58
• 4. 국내 기술 개발 동향 ... 61
• 제2장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 62
• 제 1절 최종 목표 및 평가 방법 ... 62
• 1. 최종 목표 ... 62
• 2. 최종 목표 세부 내용 ... 62
• 3. 개발기술의 평가 방법 및 평가 항목 ... 64
• 제 2절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 72
• 1. 탄소섬유복합재 가공을 위한 테이블 크기 8x4 m급 드릴링/워터젯 복합가공시스템 개발 ... 72
• 2. 최대 직경 13 mm, 최대 깊이 20 mm 탄소섬유복합체 홀 검사모듈, 초음파 스핀들 개발 및 고속 검사·후가공 복합시스템 개발 ... 90
• 3. 탄소섬유복합재 부품 가공시스템용 공정제어 /모니터링 기술 및 개방형제어기 개발 ... 108
• 4. 다양한 형태의 탄소섬유복합재 부품 생산을 위한 제거가공용 로봇 기반 유연가공시스템개발 (티오피에스+생기원) ... 162
• 5. 탄소섬유복합재 부품의 고품질·고생산 가공을 위한 제거가공(절삭가공 및 워터젯 가공) 공정기술 개발 ... 180
• 제3절 수행 결과의 보안등급 ... 254
• 1. 보안등급의 분류 및 해당 사유 ... 254
• 2. 과제 보안등급 분류 및 심사 기준 ... 254
• 제 4 절 유형적 발생품 (연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 255
• 제3장 결과 ... 269
• 제1절 연구개발 최종 결과 ... 269
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 269
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 275
• 3. 기술개발 결과 ... 282
• 제2절 연구개발 추진 체계 ... 285
• 1. 기술개발 추진 체계 ... 285
• 2. 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 291
• 3. 각 기관/기업별 기술개발팀 편성도 ... 293
• 제3절 고용 창출 효과 ... 294
• 제4절 자체보안관리진단표 ... 296
• 제5절 안전관리 이행 현황 ... 303
• 제4장 사업화 계획 ... 312
• 제1절 시장 현황 및 전망 ... 312
• 제2절 사업화 계획 ... 314
• 제 3절 향후 추가 기술 개발 계획 ... 320
• 부 록 (시험성적서, 도면 및 설계도) ... 322
• 부 록 1. 시험성적서(정량적 목표 최종 항목) ... 322
• 부 록 2. 도면 및 설계도 ... 348
• 끝페이지 ... 354