기계연, 사람 닮아 똑똑한 '쎄다 프레스' 개발(05.26)

서보 모터 2개로 최대 50배 힘 출력…제품가격 낮추고 전기소비량은 감소해

방혜리 인턴 기자hyelee2239@hellodd.com

▲강재훈 박사와 50톤급 기계식 서보프레스. <사진=기계연 제공>

사람 닮아 똑똑하고 훨씬 강력한 '쎄다 프레스'의 개발로 작업환경이 크게 개선될 전망이다. 

한국기계연구원(원장 임용택) 광응용기계연구실 강재훈 박사팀은 경량소재도 정밀하고 빠르게 성형할 수 있는 첨단 프레스를 개발했다.

'쎄다(SEDA·Smart and Ecological Dual servo motor driven Advanced mechanical press) 프레스'로 이름 붙인 이 프레스는 서보 모터를 이용해 만들었다. 특히 서보 모터 2개를 사람의 팔처럼 좌우 대칭 형태로 배치해 누르는 힘의 크기를 고효율로 키울 수 있는 고유 메커니즘을 개발했다.

▲200톤급 기계식 서보프레스. <사진=기계연 제공>

서보 모터(Servo Motor)는 한 방향으로 단순 회전 운동을 하는 일반 모터와 달리 외부 신호에 의해 회전 속도와 위치, 지연 시간, 방향을 자유롭게 제어할 수 있는 모터다.

쎄다 프레스는 세계 최초로 프레스 성형 후 좌우 양 끝의 처짐 변형량(양단 편심량)을 9㎛ 이내가 되도록 능동제어 가능하다. 또한 출력이 낮은 서보 모터 2개로 기존의 최대 50배 이상 프레스 가압력을 낸다. 기존 프레스는 가격도 비싸고 크고 무거운 서보 모터 1개를 사용해 상부가 무거운 '가분수 구조'였다.

또 다른 특징은 경량재의 정밀 부품화다. 알루미늄이나 마그네슘 합금, 고장력판 등 미래형 자동차나 대형 디스플레이, 항공·군수기기 부품에 사용되는 난성형 경량재는 복원력이 뛰어나고 파단·균열이 발생돼 기존 프레스 기술로 성형이 어려웠다. 그러나 이번 기술 개발로 프레스의 동작을 원하는 대로 설정하고 이러한 소재의 성형에 적용이 가능해졌다.

현재 우리나라 프레스 시장은 약 8500억 원 규모이며, 이 중 30~40%가 서보 프레스로 대체될 것으로 전망된다. 이번에 개발된 기술로 기존 프레스의 75%까지 가격을 낮췄으며, 70% 수준까지 낮추기 위한 기술 개발을 진행 중이다. 

연구책임자인 강재훈 박사는 "지금까지 프레스는 공작기계의 첨단화되는 성능과 기능 발전을 따라가지 못했다"며, "이번에 개발한 서보프레스는 PC기반으로 운용되는 작업자 친화형 조작 프로그램과 함께 성형 상태를 실시간으로 보여주는 그래픽 기능도 다양하게 갖춰 비숙련자들도 쉽게 다룰 수 있다”고 밝혔다.

임용택 원장은 "최근 국제적 추세는 대형의 유압 또는 기계 프레스뿐 아니라 저에너지 사용 서보프레스를 통해 점진적으로 복잡한 형상을 성형하는 방식을 개발 중"이라며, "본 연구 개발을 통해 성형기계의 환경친화성과 성형품의 정밀도 향상에 크게 기여하고, 국내 뿌리산업과 기계산업 경쟁력 강화에 큰 발전을 이룰 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이 기술과 관련하여 현재 국내특허가 5건 등록됐고, 국제특허 출원도 추진할 예정이다. 약 30% 이상의 절전 효과도 기대할 수 있어 향후 에코 인증화를 도입하는 등 스마트 공작기계로 거듭나도록 후속 연구를 진행해 첨단 서보프레스의 기술경쟁력을 확보할 예정이다. 

▲스마트 서보프레스 구성도. <사진=기계연 제공>