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「SIMTOS 2014」에는 다양한 톱기계, 절단용 밀링머신, 워터젯 커팅 장비, 레이저 커팅기 등 각각 절단 방법을 달리하는 대부분의 금속절단 장비들이 출품됐다. 특히 ‘고출력’과 ‘파이버레이저’, 그리고 ‘복합기능’을 키워드로 하는 레이저 가공기들의 각축장이 되었다. 현재의 레이저 커팅 기술 트렌드는 절단 속도와 절단 품질이 지속적으로 향상된다는 것, 그리고 3D 커팅 기술, 5축 레이저 가공기가 대세라 할 수 있다.
◆ 금속절단…가공의 시작
「SIMTOS 2014」에는 다양한 톱기계, 절단용 밀링머신, 워터젯 커팅기, 레이저 커팅기 등 각각 절단 방법을 달리하는 금속절단 장비들이 출품됐다. 전통적으로 이 분야를 대표하는 톱기계가 있고, 레이저 커팅기, 워터젯, 플라스마 커팅기 등이 전시됐다.
톱기계는 밴드쏘 머신이 대종인데, 최근 CNC를 탑재하여 제어 성능을 높이고, 제어 패널을 터치스크린으로 대체하여 사용의 편의성을 증대시키는 한편 톱대나 소재를 서보 이송하여 정밀절단을 실현시키고 있다. 밴드쏘 머신은 절단 생산성 측면에서도 초경 톱날을 적용하여 절단 속도를 크게 향상시키고, 절삭률을 자동으로 제어하거나 톱날 선속도의 조절, 고효율 감속기를 적용하여 절삭성을 향상시키는 등의 기술을 부가하는 추세다.
절단용 밀링머신은 한 번의 세팅으로 4면을 동시 커팅하는 양두(2-Head)밀링 장비들이 출품된다. 최대 두께의 금속을 절단하기 위해 기계 베이스가 고강성화 하는 동향이고, 클램프 장치도 후판 소재에 맞게 파워풀한 것이 특징이며, 인덱스 테이블을 적용하는 추세다.
워터젯 커팅기는 금속뿐 아니라 다양한 소재 커팅이 가능하다는 점과 화학적 변형이 없어 절단 품질이 우수하다는 점, 폭발성이나 휘발성 소재의 절단에 적합하여 안정적인 수요 범위를 갖고 있다. 금속의 워터젯 절단은 열처리로 경화된 소재나 고경도 재질에 적용한다.
플라스마 절단은 다른 금속소재 절단기에 비해 최대의 절단 두께 범위와 절단 속도를 자랑한다. 장비가격이 상대적으로 낮아 보급이 많이 되어 있는 편이다.
레이저 커팅기는 이미 절단 기능을 넘어서 프레스 성형된 강판의 외곽 곡면을 따라 절단하는 3D 커팅 기술, 5축 레이저 커팅기의 등장이라는 새로운 동향을 보이고 있다.
「SIMTOS 2014」에는 글로벌 레이저 가공기 메이커들과 국내 업체가 대규모 부스를 구성하여 최신 기술을 적용한 레이저 가공기를 선보였다. 레이저 절단은 응용기술 축적이 풍부하고, 현재는 그 기술이 매우 안정되어 있다. 최근에는 레이저의 출력이 높아짐에 따라 가공속도가 빠르게 향상되고 빔 품질도 좋아져 종래 적용이 어려웠던 알루미늄 같은 난삭재 가공에도 쓰임이 많아지고 있다.
현재의 레이저 커팅 기술 트렌드는 절단 속도와 절단 품질이 지속적으로 향상된다는 것, 그리고 3D 커팅 기술이 대세라 할 수 있다. 3차원 형상의 절단 기술은 최근에 부상한 기술동향으로, 최근 자동차의 경량화를 위해 고장력 강판 사용이 확대되면서 기술적용이 급증하고 있다. 종전에 고장력 강판의 커팅은 프레스가 성형과 함께 담당했다. 그러나 고장력 강판을 프레스로 커팅하면 금형의 마모가 심하기 때문에 프레스로 성형한 다음 레이저로 외곽을 커팅하는 생산방식을 적용한다.
금속 판재의 절단은 후, 박판의 커팅에 맞춤한 능력을 가졌는가를 따져야 할 뿐 아니라, 어떤 소재를 절단할 것인가, 특히 계속해서 등장하는 새로운 난삭재질의 커팅에 적용할 솔루션을 갖는지도 고려해야 할 관전 포인트다.
판재의 커팅과 더불어 이번 「SIMTOS 2014」에서 만나게 될 절단기는 파이프나 앵글의 가공에 적용하는 절단기이다. 파이프의 단면을 원하는 각도로 커팅하는 것은 물론 곡면을 다양한 형상으로 커팅하는 레이저 가공기들이 출품됐다. 레이저 가공기가 단순한 판재 절단을 넘어 성형의 영역에 근접한 기술 동향을 보여줄 것이다.
◆ 용접…경량화를 위한 이종 재질의 용접 트렌드
용접에 있어서도 레이저는 기술을 선도하고 있다. 자동차 제조에서 고출력 레이저가 커팅 다음으로 많이 쓰이는 공정은 용접이다. 자동차 용접공정의 경우 기존 저항용접을 레이저로 대체하는 추세이며, 특히 최근에 많이 적용되는 공정은 테일로드블랭크(Tailored Blank) 용접이다. 이 기술은 두께와 재질이 다른 두 판재를 레이저로 용접하여 프레스로 성형하는 것으로, 차체의 강성을 높이면서 부품수의 삭감, 공정의 감소, 경량화를 이루는 기술이다.
저항 용접을 대체하는 리모트 웰딩 기술은 이미 국내에서 적용되고 있으며, 향후 그 적용은 확대할 전망이다. 리모트 웰딩 기술은 경량화와 생산성, 재료개발 측면에서 새로운 신소재들을 용접할 수 있는 기반이 되는 기술이다.
한편 판재가 두꺼운 조선산업 분야와 가스를 공급하는 파이프의 용접 등에는 기존 아크용접과 레이저 용접을 접목한 하이브리드 용접기술이 개발되어 일부 적용하는 경향이 있다. 조선산업에서 용접공정이 매우 큰 비중을 차지한다. 국내 조선산업이 앞으로 유럽과 같이 크루즈선의 건조가 많아질 것으로 전망되면서 레이저 용접기술 적용은 더 확대될 것이다.
레이저가 산업적으로 응용되기 시작한 초창기에 출력이 높은 CO2 레이저 가공기가 대세였다. 10㎛ 파장대의 CO2 레이저는 현재까지 빔 품질이 좋고 선폭도 좁아 커팅 공정용으로서 잡샵에서도 가장 많이 쓰인다. 빔 퀄리티는 커팅면의 품질을 결정하기 때문에 CO2 레이저는 오랜 기간 커팅 공정에서 인기를 누렸다. 하지만 CO2 레이저는 파이버로 전송을 하지 못한다. 미러를 써야하기 때문에 빔 딜리버리가 복잡하고 장비가 크며 메인터넌스도 많은 단점이 있다. 가스를 구입하고 이에 따른 비용과 관리, 교체의 문제가 따른다.
이어 등장한 것이 Nd-YAG 레이저다. 이 역시 높은 출력을 낼 수 있는 레이저로 램프, 다이오드 펌프타입이 있으며 파이버 전송이 가능하여 빔을 핸들링하기 좋다. 때문에 주로 용접공정에 쓰이면서 일부 CO2 레이저 가공기를 대체하기도 했다. Nd-YAG 레이저의 단점은 빔 퀄리티가 썩 좋지 않다는 것이다. 때문에 용접공정에는 쓸 수 있지만 커팅에는 적합하지 않아 커팅 분야에서 CO2 레이저를 넘보지 못했다.
이번 「SIMTOS 2014」는 파이버 레이저 장비의 각축장이 될 예정이다. 대형 국내외 업체들이 모두 파이버 레이저 장비를 주력 제품으로 출품했다. 최근 수년 전부터 파이버 레이저와 디스크 레이저가 나와 고출력 레이저 가공기에 탑재되고 있다. 파이버 레이저는 파이버 자체가 레조네이터(Resonator; 공진기)여서 진동 자체가 안정적이고 컴팩트하며, 커팅 품질도 좋다. 램프, 다이오드 타입보다 10kW라는 훨씬 고출력의 파이버 레이저가 나왔으며, 대형 커팅장비 새로운 시장이 열리고 있는 트렌드다.
한편 CO2 레이저 가공기의 기득권도 만만치가 않다. 현재까지 시장을 가장 많이 점유하고 있을 뿐 아니라 오랜 기간 축적한 풍부한 공정기술, 그리고 기술의 발전 추세도 후판의 절단 범위를 크게 확장하고 있다.
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