月: 2023年10月

사출 성형기란?

사출성형기는 플라스틱 등의 수지를 성형하는 사출성형을 하는 기계를 말합니다.

사출 성형의 제조 공정은 먼저 가열하여 연화시킨 수지를 금형에 주입합니다. 이후 높은 압력을 가하여 금형에 성형하고, 냉각된 제품을 꺼내면 완성 입니다. .

사출 성형은 플라스틱 등의 수지를 성형하는 방법으로 가장 많이 사용되는 방법입니다. 자동차 부품, 가전제품 부품은 물론 문구류, 휴대폰 부품 등 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 많은 제품들이 사출성형으로 제작되고 있습니다.

사출성형기의 사용 용도

사출성형기는 생활용품의 대부분을 제조하는 데 사용되고 있습니다. 사출성형기는 수지를 성형하는 데 특화되어 있기 때문입니다. 사출성형기가 성형할 수 있는 재료는 열경화성 수지, 열가소성 수지, 엘라스토머 등 다양한 수지 재료를 성형할 수 있습니다.

사출성형기로 생산되는 제품으로는 자동차 내-외장 부품 등이 있습니다. 자동차 내-외장 부품은 대부분 사출 성형기로 성형된다. 또한 선풍기, 전자레인지, TV, 세탁기 등 생활용품의 외관은 대부분 사출성형기로 제작됩니다.

사출성형기는 소형 부품부터 대형 제품까지 우리 생활과 밀접한 제품 생산에 없어서는 안 될 필수품입니다.

사출성형기의 구조

사출성형기의 구조는 수지를 주입하는 ‘사출부’와 제품을 성형하는 ‘금형부’로 나뉩니다. 먼저 사출부에서는 약 200℃의 고온으로 수지를 녹여 금형에 흘려보냅니다. 주입할 양과 온도를 기계에 설정하기만 하면 자동으로 흘러나오는 것이 특징입니다.

금형 체결부에 설치되는 것이 금형입니다. 이 금형에는 수지가 달라붙지 않도록 이형제를 섞어 온도를 높여야 합니다. 사출부에서 금형에 주입된 수지를 높은 압력으로 금형에 주입하여 성형합니다.

성형 후 수지를 냉각시키면 완성됩니다. 꺼낸 수지에는 버가 발생하기 때문에 버를 제거하거나 검사를 통해 제품이 완성됩니다.

사출성형기의 종류

사출성형기의 종류는 성형하는 재료와 사출성형기의 구조에 따라 분류됩니다. 사출성형기가 사용하는 재료는 크게 ‘열가소성 플라스틱용’과 ‘열경화성 플라스틱용’ 두 가지로 나뉩니다.

• 열가소성 플라스틱: 열을 가하면 변형이 가능한 플라스틱
• 열경화성 플라스틱: 열을 가하면 경화되는 플라스틱

일반적인 사출 성형기는 대부분 열가소성 플라스틱용입니다. 또한, 사출 장치의 종류에는 ‘플런저식’, ‘프리플런저식’, ‘스크류식’의 세 가지 유형이 있습니다.

1. 플런저식

피스톤 형태의 플런저를 사용하여 재료를 사출하는 방식입니다. 이 방식은 1960년대까지만 해도 일반적이었으나 현재는 특수한 용도로만 사용되고 있습니다.

2. 프리 플런저식

2개의 실린더를 결합한 방식입니다. 실린더는 각각 가열용 실린더와 사출용 실린더로 구성되어 있으며, 두 개의 실린더를 사용하기 때문에 높은 사이클의 성형이 가능합니다.

3. 스크류식

1개의 스크류로 재료의 계측과 사출을 하는 방식입니다. 스크류 인 라인 방식이라고도 하며, 현재 가장 일반적인 방식으로 사용되고 있습니다.

사출 성형기를 선택할 때는 사용 재료와 구조의 종류를 잘 이해해야 합니다. 조합이 잘못되면 제품이 제대로 성형되지 않을 수 있기 때문입니다.

또한, 성형에 실패하면 비용이 더 많이 들기 때문에 주의해야 합니다.

사출성형기 기타 정보

사출 성형기의 장단점

사출 성형기의 장점은 생산 효율이 매우 높다는 점입니다. 작은 부품을 제조할 때, 효율적인 생산을 위해 하나의 금형에서 얻을 수 있는 제품 개수가 최대한 많아지도록 제작되어 있습니다.

또한, 사출성형 방법이 간단하고 사출성형기는 상당히 자동화가 잘 되어 있습니다. 따라서 생산성이 매우 높다는 점이 큰 장점이라고 할 수 있습니다.

사출성형기의 단점은 비용이 많이 든다는 것 입니다. 사출 성형기는 사출부의 높은 압력을 견딜 수 있는 강도가 필요합니다. 또한 금형 체결부에서는 정밀도가 높은 금형을 제작해야 합니다.

사출부의 고강도와 금형의 고정밀도를 맞추기 위해 개발 비용과 가공 비용이 많이 들어갑니다. 원하는 제품에 맞춰 개별 금형을 제작하기 때문에 초기 비용이 많이 소요됩니다.

화이버 센서란?

화이버 센서는 수지나 석영 유리로 만든 가느다란 섬유 형태의 광섬유 내부를 광도파로 만들어 이를 이용하여 제조 현장에서 다양한 센싱을 하는 것을 말합니다.

광섬유 센서는 유연하고 가느다란 케이블과 작은 센서 헤드로 좁은 공간에서 감지하거나 작은 물체를 감지할 수 있고, 전자기적 영향을 받지 않아 다양한 환경에서의 감지에 적합하다는 특징이 있습니다. 광섬유 피막 커버의 재질에 따라 고온의 환경이나 기름이나 약품이 있는 현장에서도 사용할 수 있습니다.

화이버 센서의 사용 용도

화이버 센서의 주요 용도는 물체 감지입니다. 빛이 조사되는 감지 영역의 물체 유무, 통과, 이동 속도 등을 감지할 수 있습니다.

빛의 차광이나 반사로 감지하기 때문에 금속뿐만 아니라 목재나 수지와 같은 일반적인 고체의 유무와 색상뿐만 아니라 투명한 유리 등도 감지할 수 있어 비접촉식 일반 제품 감지부터 좁은 공간에서의 극소형 제품 감지 및 위치 결정 등 다양한 제조 현장에서 폭넓게 활용되고 있습니다.

또한, 고체뿐만 아니라 액체의 검출, 왜곡, 온도도 감지할 수 있으며, 도체에 흐르는 전류 값을 비접촉으로 측정하는 전류 센서도 실용화되어 있습니다.

화이버 센서의 구조

화이버 센서는 빛을 통과시키면서 조사하는 케이블 형태의 화이버 유닛부와 광원 및 광증폭 기능을 갖는 화이버 앰프부로 구성된 발광부와 이를 수신하는 수광부로 구성된다.

화이버 유닛의 중심이 되는 광섬유는 주로 석영유리나 플라스틱 등에 의해 가늘게 형성된 굴절률이 높은 중심부의 코어와 그 주위를 감싸는 굴절률이 낮은 클래드의 이중 구조로 형성되어 있으며, 이 광섬유 내에서 빛이 전 반사되는 현상을 이용하여 광도파로 사용됩니다.

광섬유 증폭기는 주로 투광소자와 수광소자 사이에 광증폭기와 검출회로를 갖춘 구조로, 가장 중요한 광증폭 매체에는 희토류 도핑된 광섬유가 사용되며, 여기광의 유도방출을 통해 입사광을 증폭시켜 검출합니다. 이러한 기능에 따라 감도 조정이나 임계값 설정 및 변경 기능을 갖춘 제품도 있습니다.

화이버 센서는 크게 화이버 유닛과 화이버 앰프가 분리된 타입과 내장된 타입으로 구분되며, 검출 방식도 투과형, 반사형, 회귀반사형, 제한반사형 등이 있으며, 센서 헤드의 다양한 형상에 따라 다양한 검출이 가능합니다.

화이버 센서의 원리

화이버 센서는 발광부에서 조사된 빛의 정보(파장, 광량)와 수광부에서 수신된 빛의 정보를 바탕으로 다양한 검출을 수행합니다.

1. 일반적인 물체 감지

발광부에서 수광부로의 빛이 차단됨으로써 물체의 유무를 감지하는 가장 기본적인 감지 원리입니다. 단시간의 차단으로 통과임을 감지하거나, 발광부 측에 수광 수단을 함께 구비하여 반사 시간을 측정하여 물체의 이동속도를 측정할 수도 있습니다.

유리와 같은 투명한 물체는 빛이 투과되어 검출이 어렵지만, 표면에서의 굴절률 변화(공기⇔유리)에 따른 광량 변화를 정밀하게 측정하여 검출할 수 있습니다.

2. 액체 감지

화이버 센서는 액체가 빛을 굴절시키는 특성을 이용하여 고체뿐만 아니라 액체 감지에도 사용되며, 튜브 장착형과 접액식이 실용화되어 있습니다.

튜브 장착형은 튜브의 벽면에서 빛을 투광합니다. 튜브 내에 액체가 없으면 빛은 직진하고, 액체가 있으면 굴절되어 수광측으로 빛이 입사합니다. 이를 통해 액체의 유무를 감지합니다. 이 타입은 투명한 액체는 감지할 수 있지만, 빛을 투과하지 않는 불투명한 액체는 감지할 수 없습니다.

접액식은 끝이 원뿔형인 수지 튜브 안에 투광기와 수광기가 평행하게 설치되어 있으며, 접액하지 않을 때는 원뿔부에서 빛이 굴절되어 수광측으로 되돌아오도록 되어 있습니다. 접액 시에는 굴절률이 변화하여 빛이 돌아오지 않습니다. 이를 통해 접액을 감지합니다.

이렇게 화이버 센서를 이용하여 액체의 존재, 액면 감지, 누수 감지를 합니다. 액체 감지에서는 수지 튜브의 재질은 테프론 계열이 많으며, 약액이나 고온의 물에도 사용할 수 있어 폭넓은 용도에 적용할 수 있습니다.

3. 색상 감지

물체의 색은 조사된 빛의 파장(색)에 대한 반사율과 굴절률에 따른 반사광의 파장 분포에 의해 결정됩니다. 이를 이용하여 화이버 센서로 색을 검출할 수 있습니다.

4. 온도, 왜곡 감지

광섬유는 직경 방향에 대해 코어부와 클래드부의 이중 구조를 가지고 있는데, 제조 공정에서 특수한 자외선을 조사하여 부분적으로 굴절률이 다른 영역을 축 방향에 대해 일정한 간격으로 생성할 수 있으며, 이를 FBG(Fiber Bragg Grating)라고 부릅니다. 이 때 광섬유의 이미지는 FBG를 양단으로 하는 원통을 직렬로 늘어놓은 형태가 됩니다.

FBG는 생성된 간격과 굴절률에 따라 특정 파장만 반사하기 때문에 온도 변화에 따라 광섬유가 늘어나거나 줄어들면 반사되는 빛의 파장과 반사광이 돌아오는 시간이 달라집니다. 이를 통해 온도 센서로 사용할 수 있습니다.

또한, 구조물에 설치하면 구조물의 변형에 따라 광섬유 길이가 변하기 때문에 변형 센서로도 활용할 수 있습니다. 대형 건축물이나 터널, 파이프라인 등뿐만 아니라 재생에너지 중 하나인 해상풍력발전과 같이 항상 외부의 힘이 가해지는 구조물에 적용된다. 추를 연결하면 추가 움직일 때 가해지는 가속력에 따라 광섬유의 길이가 변하기 때문에 가속도 센서로도 활용할 수 있습니다.

5. 전류값 검출

화이버 센서에 의한 전류값 검출은 패러데이 효과를 이용합니다. 도체에 전류가 흐르면 오른쪽 나사의 법칙에 따라 동심원 형태의 자기장이 발생합니다. 이 자기장을 따라 광섬유를 통과하는 빛의 편광면이 자기장의 세기에 따라 회전하는 현상이 패러데이 효과입니다. 이 편광면의 회전 각도를 측정하여 전류 값을 검출합니다.

화이버 센서에 대한 추가 정보

화이버 앰프에 대하여

화이버 센서는 일반적으로 LED 빛을 사용하며, 그 빛을 광섬유로 감지부까지 운반하여 렌즈 등을 사용하여 조사합니다. 이 센서에서 자주 발생하는 문제로는 LED 빛의 노화나 렌즈에 먼지가 부착되는 경우가 있습니다. 이러한 상태가 되면 조사광의 광량이 저하되어 오검출의 원인이 되어 설비 트러블로 이어지기 때문에 파이버 앰프가 사용됩니다.

화이버 앰프의 기능은 광량 저하를 자동으로 감지하여 자동으로 보정하는 기능을 가진 것으로, LED 빛의 노화 변화를 감지하고 이에 따라 출력을 높여 광량을 일정하게 유지합니다. 또한, 물체 감지를 광량 감소량이 아닌 감소율로 설정하는 것으로, 발광과 수광의 상대적인 광량 비율로 판단하여 자동 보정합니다.

이처럼 화이버 센서의 단점을 보완하는 제품 및 기능이 속속 개발되고 있으며, 이를 잘 활용하면 문제를 예방할 수 있습니다.

산업용 커넥터란?

산업용 커넥터는 산업용 기기에서 전기를 연결하기 위한 커넥터입니다. 전원을 공급하기 위해 사용될 뿐만 아니라 데이터 교환을 비롯한 전기적 정보를 교환하기 위해 사용되고 있습니다.

산업용 커넥터는 전기의 교류에 있어 뛰어난 확장성과 편리성을 자랑합니다. 예를 들어, 컴퓨터에 기록매체를 설치하고자 할 때 전기 회로에 납땜으로 회로를 신설하는 방법도 있지만, 커넥터를 통해 기록매체를 연결하는 것이 더 편리합니다.

산업용 커넥터의 사용 용도

산업용 커넥터는 다양한 산업용 기기에 사용되고 있습니다. 컴퓨터에서는 메모리 소켓, 프린트 기판용 커넥터, 인터페이스용 커넥터 등이 사용되고 있습니다. 메모리 소켓은 PC의 기판과 RAM 메모리 등 PC에 탑재된 메모리를 연결하기 위한 커넥터입니다. 인터페이스용 커넥터가 컴퓨터 자체와 외장하드 등 컴퓨터 외부의 메모리를 연결하는 것에 비유할 수 있습니다. 인쇄 회로 기판용 커넥터는 서로 다른 역할을 하는 인쇄 기판을 연결하기 위해 이용되고 있습니다. 산업용 커넥터는 산업용 로봇이나 공작기계, 건축 차량 및 철도, 발전소 및 석유 플랜트 등에도 활용되고 있습니다.

산업용 커넥터의 원리

커넥터는 접점, 하우징, 쉘, 구멍 등으로 구성되어 있습니다. 접점은 접촉자이며, 커넥터끼리 통전할 때 전기가 흐르는 통로가 됩니다. 하우징은 절연체로 형성되어 있으며, 접점을 고정하는 부품입니다. 쉘은 접점과 하우징을 외력으로부터 보호하기 위한 구조로, 두 부품을 덮도록 설치됩니다. 아일렛은 커넥터끼리 외부에서 고정하기 위한 부품입니다. 불의의 탈락을 방지합니다.

또한 콜렉터는 플러그와 소켓 두 가지로 나뉘며 용도가 다릅니다. 플러그는 돌출된 접점을 가지고 있고, 소켓은 움푹 들어간 접점을 가지고 있습니다. 플러그의 접점이 소켓의 접점에 결합하여 통전됩니다. 플러그와 소켓은 서로 다른 규격의 커넥터가 잘못 연결되지 않도록 하기 위해, 그리고 확실한 통전을 위해 사용됩니다.

산업용 커넥터

1. 방수 커넥터

방수 커넥터는 일반 커넥터와 달리 물의 침입을 방지할 수 있는 특수용도의 커넥터입니다. 이 방수 커넥터를 필요로 하는 용도는 비가 내리는 차량용이나 분무기 등에 의한 물기가 부착될 우려가 있는 농기계나 공장의 산업용 및 옥외 설치형 전기기계 등에서 물의 침입을 방지하여 커넥터 단자부에서의 물기 침입으로 인한 회로 단락을 방지하는 것이 방수 커넥터의 특징 입니다.

일반 커넥터는 단순히 암측 단자와 수측 단자가 있어 각각을 연결하면 전기적 연결이 가능한 회로 연결용 커넥터가 됩니다. 실내에서 사용되어 물의 침입을 고려하지 않은 가전제품이나 사무기기, 정보기기, 게임기 등에서 범용적으로 사용되고 있습니다. 그러나 물의 침입 가능성이 있는 전기기기에서는 일반적인 커넥터 기능 외에 추가로 물의 침입을 방지하는 기능이나 구조를 갖춘 방수 커넥터가 필요합니다.

이 방수 기능의 주요 구조는 일반 커넥터에 방수용 커버를 추가한 사양이 가장 일반적입니다. 흔히 볼 수 있는 것은 커넥터 단자부에 수분 유입을 차단하기 위한 캡이나 커버를 추가한 커넥터나 스트레이너 부착 커넥터 등으로 불리는 외부에서 유입되는 이물질을 제거하는 메커니즘을 가진 커넥터가 있기도 합니다. 어느 쪽이든 그 구조가 일반 커넥터보다 복잡해지기 때문에 소위 산업용이나 고신뢰성 제품에 채택되고 있습니다.

2. 유체 커넥터

유체 커넥터는 산업용 커넥터 중에서도 상당히 특수한 커넥터입니다.
그 기능의 특징은 우선 공기 등의 공기나 불활성 가스 등의 기체 및 액체 질소나 액화천연가스와 같은 액체와 같은 유체 전반의 통과를 최우선적으로 고려하여 설계되어 있습니다.

유체 커넥터의 통과를 고려한 설계에는 세 가지 타입이 있는데, 첫 번째는 기체 또는 액체를 통과시키는 수지 재질의 단관형입니다. 그리고 두 번째는 액체, 가스, 제어신호 모두 같은 커넥터로 통과할 수 있는 복합형이 있으며, 개폐밸브도 함께 제공됩니다. 모든 타입에 있어서도 탈착 메커니즘은 밀어서 끼우고 당겨서 빼는 푸시풀 메커니즘을 채택하고 있습니다.

따라서 쉽게 빠지지 않고, 반대로 탈부착이 필요할 때 작업이 용이하며, 기술의 발전과 함께 소형화도 이루어지고 있습니다. 또한, 유체 커넥터는 진동이나 나사 풀림, 충격에 강하고 인장강도도 충분하여 가혹한 환경에서도 견딜 수 있어 신뢰성이 매우 높습니다. 이러한 이유로 유체 커넥터는 고신뢰성이 요구되는 환경에서 유체 제어를 하는 기기, 특수한 곳에서 단시간의 연결 작업이 필요한 장치 외에도 각종 의료기기 및 산업용 기기에서 채택되고 있습니다.

모바일 로봇이란?

모바일 로봇은 간단한 반송 작업을 할 수 있는 로봇을 말합니다.

최근 들어 현장에서 많이 도입되고 있는 모바일 로봇이지만, 이전에는 제조 라인의 이동과 같은 반송 작업은 주로 사람이 하는 것이 주를 이루었습니다. 하지만 기술의 발달로 자동화에 대한 요구가 높아지면서 인력 부족과 생산성 향상에 도움이 되는 모바일 로봇이 보급되어 많은 생산현장에서 활약하고 있습니다.

그 결과 모바일 로봇은 단순히 운반만 하는 중노동, 단순 작업에서 벗어나 안전과 품질 측면에서도 도입의 이점이 커졌습니다. 최근에는 AI 기능을 탑재한 로봇이 늘어나면서 로봇이 스스로 최적의 경로를 판단해 짐을 운반하는 로봇이 등장하고 있으며, AI 기능을 갖춘 로봇은 음식점 등에서도 조금씩 도입되고 있습니다.

모바일 로봇의 사용 용도

모바일 로봇은 공장에서 많이 도입되고 있으며, 그 용도는 운반뿐만 아니라 기존에 사람이 하던 작업을 대신하기도 합니다.

1. 자동차 부품 제조 공장

무거운 부품을 운반하거나 사람이 하면 실수나 누락이 발생하기 쉬운 단순 작업을 수행합니다. 또한, 자동제어장치를 결합하여 동작의 시작, 정지, 이동 등의 프로그램을 구성할 수 있습니다.

2. 반도체 공장

반도체 공장에서는 좁은 공간에서도 혼잡이나 장애물을 피해 효율적으로 운반할 수 있습니다. 이를 통해 공장의 인력난 해소와 시간 단축에 도움이 됩니다.

3. 식품 공장

식품 공장의 생산라인은 계절이나 신제품 출시에 따라 생산라인을 변경하는 경우가 많습니다. 모바일 로봇을 도입하면 본래 시간이 많이 소요되는 생산라인 변경에도 인력과 시간 없이 유연하게 대응할 수 있다. 또한, 포장, 박스 포장, 라벨 부착도 가능하기 때문에 무인화된 공장도 존재합니다.

4. 물류 창고

많은 물동량이 오가는 물류 공장에서는 로봇 컨트롤러가 최적이다. 로봇의 현재 위치와 작동 상태를 확인할 수 있어 효율적으로 운반하고 실수를 방지할 수 있습니다.

모바일 로봇의 원리

모바일 로봇은 개개인의 성능이 다르다릅니다. 이번에는 마그네틱 테이프 등을 필요로 하지 않는 반송 전용 모바일 로봇의 4가지 기능과 그 원리에 대해 설명하겠습니다.

1. 안전 주행

내장된 레이저 스캐너를 통해 360도 시야를 확보하여 자신의 진행 방향을 판단하고, 장애물을 피하여 부딪히지 않고 통과할 수 있습니다. 또한 양측면, 후방, 전방에 센서가 장착되어 있어 충돌을 방지할 수 있습니다.

2. 견고성

견고한 금속 커버 등을 장착하여 무거운 짐을 운반할 수 있습니다. 최대급 모바일 로봇의 경우 1.5t의 중량물을 운반할 수 있는 제품도 있습니다.

3. 모니터링 기능

여러 대를 사용하는 경우 실시간으로 움직임을 모니터링하고 제어합니다. 지도 정보를 로봇에 입력하고, 통신장비를 이용해 여러 대의 로봇에 일괄적으로 지시를 내릴 수 있습니다.

4. 안전 기능

전원 켜기, 끄기 버튼은 물론 비상 정지 버튼이 있어 긴급 정지에 대응할 수 있습니다. 대차나 터치스크린이 장착된 로봇도 있습니다.

모바일 로봇의 기타 정보

모바일 로봇 시장

모바일 로봇 시장은 해마다 활성화되고 있습니다. 그 배경에는 일본 등 선진국이 겪고 있는 노동력 부족 문제와 최근 전 세계적으로 유행하고 있는 신종 코로나바이러스로 인한 사회적 거리두기의 필요성으로 인해, 전 세계적으로 인력 절감에 적극적으로 나서고 있는 기업이 계속 증가하고 있는 것이 원인입니다.

로봇이 가진 유연성과 사양이 다양해짐에 따라 도입하는 기업이 해마다 증가하고 있으며, 향후 식품, 반도체, 자동차 설비 공장 이외의 생산 현장에서도 도입이 확대될 것으로 예상됩니다.

프로덕션 프린터란

프로덕션 프린터는 상업용 인쇄물이나 기업에서 사용하는 인쇄물을 고속으로 정밀하게 인쇄하는 대형 프린터입니다.

다양한 크기의 인쇄물에 대응하는 것은 물론, 다양한 용지 두께와 재질에 대응하는 것이 특징입니다. 프로덕션 프린터를 도입하면 선명하고 많은 색감을 표현할 수 있는 인쇄물을 자체적으로 제작할 수 있으며, 명함이나 봉투, 클리어 파일, 영업용 용지를 많이 소비하는 경우 비용을 절감할 수 있습니다.

프로덕션 프린터의 사용 용도

프로덕션 프린터의 용도는 대량의 프레젠테이션 자료 인쇄, 컬러 사진의 고속 인쇄, 명함, 브로슈어, 초대장, 디자인 봉투, 상품 패키지 인쇄, 광고용 포스터, 디자인 클리어 파일 등이 있습니다.

프로덕션 프린트를 이용하면 다양한 인쇄 대상물에 대해 생생한 인쇄물을 고속으로 인쇄할 수 있습니다. 프로덕션 프린터는 1대당 천만 원 정도로 매우 고가의 제품이기 때문에 선택시 필요한 기능 등을 충분히 고려해야 합니다..

프로덕션 프린터의 원리

생산 프린터는 크게 급지 장치, 감광체 드럼, 정착 공정 장치, 제본 시스템, 각 기구에 인쇄 대상물을 운반하는 장치로 구성되어 있습니다. 생산 프린터의 급지 장치에서는 다양한 인쇄 대상물을 정착 공정 장치 등에 급지합니다.

다양한 인쇄 대상물에 대응하기 위해 에어를 사용하여 인쇄 대상물을 진동시키거나 감아 올려 고속으로 원활하게 급지할 수 있도록 각 사별로 다양한 방법 논의가 이루어지고 있습니다.

감광체 드럼에서는 빛을 전하로 변환하여 인쇄 대상물에 정전기를 발생시켜 토너를 흡착시킵니다. 정착 공정 장치에서는 감광체 드럼에서 전사된 토너를 열처리를 통해 정착시킵니다. 여기서도 다양한 인쇄 대상물에 대응하기 위해 열처리 시 정착 정도를 변경하는 등의 방법이 있습니다.

제본 시스템에서는 인쇄물이 브로슈어 등 제본이 필요한 경우 열처리와 펀칭 구멍을 뚫어 제본합니다.

프로덕션 프린터 시장

최근 들어서는 그동안 프로덕션 프린터가 공략해왔던 시장이 변화하고 있습니다.

예를 들어, 고객에 대한 접근 수단으로서의 인쇄물(브로셔, 초대장, DM)은 스마트폰의 보급과 함께 포털 사이트나 검색 엔진에 표시되는 온라인 광고로 대체되고 있습니다. 또 한편으로는 기업의 상거래와 관련된 장부 문서의 종이 데이터 출력 업무를 사무용 복합기를 이용한 분산 처리 등으로 대체하거나, 페이퍼리스화 흐름에 따라 아예 필요 없어지기도 합니다. 이처럼 한동안 프로덕션 프린터 시장은 축소되는 추세였습니다.

반면, 2010년경부터 지속적으로 출시되기 시작한 산업용 고속 잉크젯 프린터가 프로덕션 프린터 시장에서 성장하여 현재는 1/3을 차지할 정도로 성장하고 있습니다(수치: 야노경제연구소 조사). 잉크젯은 종이와 같은 대상물에 직접 접촉하지 않기 때문에 지금까지 인쇄할 수 없었던 천이나 골판지 등에 인쇄할 수 있게 된 것이 성장의 원인으로 꼽힙니다다. 산업용 고속 잉크젯 프린터의 등장으로 의류나 소량의 과자 패키지 인쇄 등 지금까지 프로덕션 프린터가 대상이었던 새로운 시장이 개발되면서 시장 축소 추세는 완만해지고 있습니다.

프로덕션 프린터와 POD

필요할 때 필요한 부수를 인쇄하는 기술을 POD(Print On Demand, 주문형 인쇄)라고 합니다다.

지금까지 프로덕션 프린트는 아날로그적인 수단(예를 들어, 신문 인쇄에 사용되던 활판 인쇄. 화질이 우수함)을 이용하여 동일한 내용의 인쇄물을 대량으로 인쇄하는 것을 의미했습니다. 최근에는 디지털 기술과 MEMS(미세전자기계시스템) 기술의 발전으로 포스터와 같은 인쇄물보다 화질적으로 뛰어난 표현력을 가진 POD 대응 생산용 프린터도 시장에 출시되고 있습니다.

POD는 브로셔나 다이렉트 메일에 고객 이름을 직접 인쇄하거나 고객의 취향에 맞는 광고 이미지를 한 장씩 인쇄할 수 있어 향후 시장 확대에 기여할 것으로 기대됩니다.

이오나이저란?

이오나이저는 기계 오작동의 원인이 되는 제조 현장 등에서 발생하는 정전기를 제거하는 장치입니다. 이오나이저는 정전기 제거장치, 서전기 등으로도 불립니다.

정전기를 띤 물체는 양과 음의 전기적 균형이 깨진 상태입니다. 이오나이저는 정전기를 띤 입자(이온)를 정전기를 띤 물체에 부딪치게 합니다.

이렇게 대전된 물체를 전기적으로 균형 잡힌 상태, 즉 정전기가 없는 상태로 변화시키는 것이 이오나이저의 원리입니다. 구체적으로 이오나이저는 식품 트레이나 컵 내부의 정전기 제거를 통한 이물질 부착 방지, 카메라 모듈의 정전기 파괴 방지 등에 사용되고 있습니다.

이오나이저의 종류와 특징

여기서는 이오나이저의 종류와 특징에 대해 설명하겠습니다. 이오나이저는 일반적으로 제전 속도와 이온 밸런스 등의 평가 항목이 있지만, 이오나이저에서 이온을 발생시키는 원리에는 몇 가지 종류가 있습니다.

전압 인가 방식

코로나 방전을 일으켜 생성된 이온을 조사하는 ‘코로나 방전식’, 미약한 X선을 조사하는 ‘연 X선식’, α선이나 β선을 조사하는 ‘방사선식’ 등의 방식이 있지만, 안전성과 경제성 측면에서 코로나 방전식이 많이 채택되고 있습니다.

피정전기 제거체(장치 등)는 플러스 또는 마이너스로 대전되어 있으며, 이온을 조사하는 방식도 AC방식과 DC방식이 있습니다.

코로나 방전

코로나 방전은 끝이 가느다란 국소에 고전압을 인가했을 때 발생하는 방전 현상으로, 이때 이온이 생성됩니다. 코로나 방전식 이오나이저는 이 원리를 이용하여 의도적으로 이온을 발생시키고, 그 이온을 조사하여 정전기 제거를 하는 방식입니다.

AC 방식

하나의 방전침에서 플러스/마이너스 이온을 번갈아 가며 발생시킵니다. 콘센트의 AC 전압을 그대로 사용하며, 이온 밸런스가 좋지만 정전기 제거 속도가 느리다는 특징이 있습니다.

DC 방식

두 개의 방전침에서 각각 플러스/마이너스 이온을 발생시키는 방식입니다. 직류 전압을 계속 인가하기 때문에 이온 극성이 플러스 또는 마이너스 중 하나만 발생한다는 특징이 있습니다.

용도별 타입

이오나이저는 용도별로 4가지 타입이 있습니다. 따라서 설치 환경과 조건을 고려해 효과적인 타입을 선택해야 합니다

바 타입

막대 모양의 이온화 장치입니다. 광범위한 고속 제전에 적합하며 기본 성능이 가장 높은 것이 특징입니다.

스팟 노즐 타입

노즐에서 좁은 범위를 제전하는 이오나이저입니다. 크기가 작기 때문에 좁은 부분을 핀 포인트 제전할 수 있습니다.

팬 타입

팬에서 발생하는 바람을 이용하여 이온을 분사하는 이온화 장치입니다. 바 타입에 비해 제전 범위가 좁지만, 크기가 작아 탁상용으로 사용할 수 있습니다.

건 타입

압축 방출된 공기와 결합하여 이온을 방출하는 이오나이저입니다. 제전뿐만 아니라 표면에 부착된 이물질 제거도 동시에 할 수 있습니다.

이오나이저 선택 방법

이오나이저를 선택하는 주요 요소는 ‘제전 거리’, ‘제전 범위’, ‘제전 속도’의 세 가지입니다. 종류에 따라 특성이 다르기 때문에 제전 대상물과 이오나이저와의 관계를 잘 고려해야 합니다.

제전 거리

제전 거리란 이온화기가 대상물과의 제전 가능한 거리를 말합니다. 예를 들어, 스팟 노즐 타입은 이오나이저의 크기가 작기 때문에 제전 거리가 짧고, 바 타입은 제전 거리가 1m 이상 떨어져도 제전이 가능하다는 특징이 있습니다.

제전 범위

제전거리란 이오나이저가 제전할 수 있는 폭 방향의 길이를 말합니다. 바 타입은 1m 이상의 제전이 가능하지만, 블로어 타입은 1m 미만의 제전 범위가 되므로 어느 정도의 폭을 제전할 것인지 고려해야 합니다.

제전 속도

제전속도는 이오나이저가 얼마나 빨리 제전할 수 있는지를 나타내는 성능입니다. 이 제전속도가 짧을수록 고성능 이온화장치라고 할 수 있습니다.

세정장치란?

세정장치(영어: cleaning system)는 화학적, 물리적 성질을 이용하여 재료 표면에 부착된 불순물을 제거하는 장치 입니다.

정밀기기, 반도체, 디스플레이 등의 제조 공정에 사용됩니다. 세정장치를 제대로 사용하지 않으면 불량품이나 수율 저하가 발생할 수 있습니다.

세정 방법은 초음파 세정, 스프레이 세정, 브러시 세정, 건식 세정, 솔벤트 세정 등 다양합니다. 반도체 제조의 경우 제조 공정이 500개 이상인데, 그 중 세정 공정이 30%~40%를 차지하는 것으로 알려져 있습니다.

세정장치의 사용 용도

구체적인 세정 장비의 사용 사례는 다음과 같습니다.

• 반도체 공정에서 실리콘 웨이퍼의 세정
• 금속 필터의 메쉬에 부착된 먼지의 세정
• 절삭 후 금속 표면에 부착된 금속 분말 제거

세정 장비는 오염물의 종류, 세정 대상의 크기, 세정 시간, 세정 정밀도 등을 고려하여 선택합니다. 또한 세정 방법, 세정제, 건조 방법 등도 중요합니다.

세정장치의 원리

반도체 공정에서 세정의 역할은 웨이퍼의 먼지를 제거하는 것입니다. 먼지는 눈에 보이지 않는 작은 쓰레기인 파티클, 사람의 비듬이나 비듬에 포함된 유기물, 땀 등의 유분, 공장 내에서 사용하는 금속에 의한 오염 등이 있습니다.

세정 장치는 이 오염을 용제나 순수한 물로 씻어내는 역할을 합니다. 세척 후에는 건조가 필수입니다. 드라이 인 드라이 아웃(Dry In Dry Out)이라고 하는데, 반드시 건조시킨 후 웨이퍼를 장비에서 꺼내야 합니다.

세정 장비의 대표적인 방식은 초음파 세정, 스프레이 세정, 브러시 세정, 건식 세정, 솔벤트 세정 등이 있습니다.

1. 초음파 세척 장치

초음파 세정장치는 약액 속에 세정 대상물을 넣고 내부를 초음파로 진동시켜 세정하는 장치입니다. 세정 대상에 따라 진동의 크기와 주파수를 선정합니다.

2. 스프레이 세정 장치

스프레이 세정 장치는 노즐에서 기체나 액체를 분사하여 대상물을 세정하는 방식입니다. 핸디형 세정장치도 있으며, 세정대상이 크더라도 대응이 가능합니다.

3. 브러시 세척 장치

브러시 세정 장치는 브러시를 이용해 먼지를 제거한 후 용액이나 스프레이 세정을 이용해 먼지를 씻어내는 장치입니다. 브러시라는 물리적인 방법으로 세척하기 때문에 잘 지워지지 않는 오염물질을 세척할 수 있습니다.

4. 건식 세척 장치

건식 세정 장치는 UV(자외선)를 세정 대상물에 조사하여 오존과 활성산소를 생성하고, 활성산소와 먼지를 반응시켜 먼지를 제거하는 방식입니다. 반도체 및 디스플레이 제조 현장에서 주로 사용됩니다.

5. 용제 세정 장치

솔벤트 세정 장치는 용매의 용해력을 이용해 먼지를 녹여 제거하는 장치이다. 매우 위험한 용매를 사용하는 경우가 있으므로 주의가 필요합니다.

세정장치의 구조

세정장치의 기본 구성은 반송계, 처리조, 순수조, 건조 스테이지로 이루어져 있습니다. 반송계는 대상물을 반입, 반출하는 장치로 처리조 안에서 대상물을 세척합니다. 순수조는 대상물에 부착된 약액을 씻어내는 탱크, 건조 스테이지는 대상물을 건조시키는 장치입니다.

한 종류의 처리액으로 세정할 수 있는 오염물질은 1개가 원칙이며, 여러 개의 오염물질을 세정할 경우 여러 개의 처리조와 순수조가 필요합니다. 반도체 제조 공정에서는 여러 장의 웨이퍼를 한꺼번에 처리하는 배치식과 웨이퍼를 한 장씩 처리하는 웨이퍼 한 장 한 장씩 처리하는 엽식 장비가 사용됩니다.

배치식은 캐리어라는 케이스에 웨이퍼를 한꺼번에 넣고, 캐리어마다 처리층에 넣어 세척하는 방식입니다. 또한, 웨이퍼를 한 장씩 회전시키면서 스프레이 방식으로 세정하는 방식입니다.

세정장치의 기타 정보

세정장치에 사용되는 세정제

반도체 세정은 여러 가지 처리액을 사용합니다. 각 처리액에 따라 제거할 수 있는 오염물질이 다릅니다. 각 처리 후 순수로 헹궈내는 과정을 거칩니다.

• SPM
  황산과 과산화수소의 혼합물로 유기물 제거용입니다.
• APM
  암모니아와 과산화수소의 혼합물로 입자와 유기물을 제거합니다. 또한, 초음파를 추가하여 입자 제거율을 높입니다.
• DHF
  불산과 순수한 물의 혼합물로 금속과 산화막을 제거합니다. 불산은 강산으로 실리콘도 녹이기 때문에 순수한 물로 희석하여 웨이퍼의 표면만 처리합니다.
• HPM
  염산과 과산화수소의 혼합물로 남아있는 금속과 산화물을 제거하고, 표면에 불활성화 층을 만들어 오염물의 재부착을 방지합니다.

마지막으로 웨이퍼를 순수한 물로 씻어내고 건조 공정을 진행합니다.

자외선 조사기란?

자외선 조사기는 UV 광원을 광원으로 이용하여 자외선을 조사하는 장비입니다.

UV의 조사 범위에 따라 ‘스팟형’, ‘라인형’, ‘에어리어형’의 세 가지 종류가 있습니다. 또한 UV 광원의 종류에 따라 램프 광원과 LED 광원으로 나뉘며, UV 조사 시에는 장비 주변 온도가 고온이 되기 때문에 장비의 냉각이 필요합니다. 따라서 자외선 조사기는 수냉식 또는 공냉식 냉각장치와 세트로 구성됩니다.

또한, UV 조사광을 쉽게 이용할 수 있도록 렌즈, 거울, 필터 등의 광학기기와 세트로 구성된 것도 있으며, UV 조사 시 UV는 유기물을 분해할 수 있을 정도로 에너지가 높기 때문에 직접 눈으로 보면 안 됩니다. 또한 오존이 발생하므로 환기 등 취급에 주의해야 합니다.

자외선조사기의 사용 용도

자외선조사기는 자외선의 높은 광자 에너지를 이용하여 다양한 분야에서 사용되고 있습니다. 구체적으로 수지 등의 경화 및 건조, 미생물 살균, 유기물 제거, 오존 탈취 등입니다.

자외선조사기에는 다양한 종류가 있으며, 사용 용도에 따라 구분하여 사용할 수 있습니다. 스팟형 UV 조사기는 좁은 범위의 조사에 적합하며, 라인형-영역형 UV 광원은 목판, 플라스틱 판 등 넓은 면적의 물질에 조사하는데 적합합니다.

자외선조사기의 원리

자외선조사기는 UV 광원에 의해 발생된 자외선을 조사하는 장비로, UV 광원은 전극에 끼워진 유리관 안에 수은과 희가스가 기체로 갇혀 있는 구조로 되어 있습니다. 방전 시 발생하는 자외선을 이용하는 구조입니다.

전극에 통전하면 유리관 내부에 열이 발생합니다. 이미터 (전자방출물질) 가 열의 작용으로 보유하고 있던 전자를 방출하고, 전자는 유리관을 따라 이동합니다. 수은 분자와 전자가 부딪히면서 자외선을 발광시킬 수 있습니다.

유리와 형광 도료의 작용으로 UV가 특정 파장을 가지게 됩니다. 유리의 재료로는 석영 유리와 합성 석영 유리가 사용되며, 고압 수은 램프와 메탈 할라이드 램프에서는 전자를, 저압 수은 램프에서는 후자를 사용합니다.

자외선조사기의 기타 정보

1. 자외선조사기의 파장에 대하여

자외선조사기는 자외선 파장을 이용한 제품이며, 자외선 파장이란 전파나 태양광과 같은 전자파의 일종인 X파장(1pm에서 10pm)과 사람의 눈으로 인식할 수 있는 전자파의 일종인 가시광선(380nm에서 770nm)까지의 중간에 있는 전자파의 일종을 말합니다.

자외선의 파장은 대략적인 파장 길이에 따라 크게 세 가지로 나뉘는데, UV-A는 파장 길이가 315nm에서 400nm 범위, UV-B는 파장 길이가 280nm에서 315nm, UV-C는 100nm에서 280nm 범위이며, UV-C의 파장을 V-UV (200 nm 이하)라고 불리는 진공 자외선과 구별하기도 합니다.

자외선조사기는 조사하는 용도나 목적에 따라 조사하는 파장을 선택할 수 있기 때문에 파장의 길이에 따라 사용하는 수단을 선택하는 것이 중요합니다.

2. 자외선조사기의 살균에 대하여

자외선조사기에서의 살균은 자외선에 포함된 UV-C의 파장 범위를 사용합니다. 살균조사에 사용하는 조사기에 따라 다르지만, 구체적인 작용은 자연적으로 존재하는 UV-C의 전자파에는 오존을 생성하거나 살균, 탈취, 공기정화 등의 작용이 있습니다.

살균에 사용되는 파장을 세균이나 바이러스에 조사하면 세포의 데옥시리보핵산(DNA)이 광화학 반응을 일으켜 유전자 정보가 분해되어 사멸한다고 알려져 있습니다. 그리고 이 효과는 많은 세균과 바이러스에 효과적입니다. 이 자외선에 의한 DNA 분해 반응은 인체에서도 일어나지만, 어느 정도까지는 분해된 DNA를 복구하는 메커니즘이 있기 때문에 문제가 되지 않습니다.

이러한 이유로 자외선조사기를 통한 살균은 약액으로 살균할 수 없는 곳이나 의료 현장 등에서 사용할 수 있습니다. 일반적으로 광살균의 광원으로 저압 수은 램프나 고압 수은 램프가 도입되고 있습니다. 최근에는 제약 공정이나 식품 분야에도 응용되어 펄스 크세논 살균이라는 방법이 사용되고 있습니다. 이는 살균 능력이 높은 크세논 램프를 펄스 발광시킴으로써 기존의 수은 램프 등의 살균 방법보다 월등히 높은 효과를 발휘하기 때문에 최근 주목받고 있는 기술입니다.

픽앤플레이스란?

픽앤플레이스는 특정 위치에 있는 물체를 집어올려서 제자리까지 이송하고, 그곳에 물체를 내려서 설치하는 일련의 작업을 수행하는 장치 및 그 시스템을 말합니다.

공장에서는 제품의 종류를 막론하고 라인의 주역이라고 할 수 있습니다. 사람의 힘으로는 운반할 수 없는 큰 물체부터 마이크로 단위의 정밀한 이동, 설치가 필요한 작은 물체까지 대응하고 있으며, 최근 연구 분야에서도 널리 사용되고 있습니다.

픽앤플레이스의 사용 용도

픽앤플레이스는 자동차, 기계부품, 전자부품, 전자기기, 가전제품, 식품, 의약품, 화장품, 종이, 필름, 선재, 건축자재, 검사, 시험 등 다양한 제품의 제조 공정에서 사용되고 있습니다. 주로 공장의 제조 라인에서 많이 사용되는 시스템이지만, 연구 분야에서도 미세한 물체의 정확한 이동, 설치, 이식을 위해 유용하게 활용되고 있습니다.

또한, 기존의 문제점인 부품 수가 많아 조립에 시간이 오래 걸리고, 조정이 번거로우며, 동작 공정이 너무 많아 번거롭다는 점을 개선할 수 있습니다.

픽앤플레이스의 원리

픽앤플레이스는 조작을 하는 로봇부, 조작을 하는 암부, 대상 물체를 인식하는 카메라 부분 등으로 구성됩니다. 먼저 카메라로 대상 물체의 위치를 감지하고, 감지된 영상 처리 결과를 바탕으로 로봇이 대상 물체의 위치로 이동하여 손이 대상 물체를 집어 듭니다.

다음으로 대상 물체를 놓을 위치 (플레이스 영역) 로 이동하고, 마지막으로 손을 열어 대상 물체를 놓습니다. 픽하는 방법에는 흡착하는 방법, 매달아 놓는 방법, 팔로 잡는 방법 등 여러 가지가 있습니다. 픽앤플레이스 시스템은 생산성과 관련이 있기 때문에 기본적으로 속도, 정확도 면에서 높은 정밀도가 요구됩니다.

또한 작업 내용에 따라 유연성, 감도, 강도 등도 요구됩니다. 기계 자체의 크기도 생산 라인에서 방해가 되지 않도록, 조작도 보다 간편하게 할 수 있도록 고안되었습니다.

픽앤플레이스의 종류

픽앤플레이스의 메커니즘에는 여러 가지가 있지만, 대표적인 예시를 소개합니다.

1. 캠 방식

캠 방식은 판 캠을 사용하여 입력축의 회전을 전후, 상하 운동으로 변환합니다. 암은 전후 운동용 직선 슬라이드 가이드와 상하 운동용 직선 슬라이드 가이드에 연결되어 있으며, 입력축에 연결된 판 캠의 회전에 의해 전후, 상하 방향으로 이동이 가능합니다.

2. 롤러 기어 캠 방식

롤러 기어 캠 방식은 2쌍의 롤러 기어 캠으로 구성되며, 한 회전축에 2쌍의 롤러 기어 캠이 부착되어 한 쌍은 회전 운동을 전후 운동으로, 다른 한 쌍은 상하 운동으로 변환합니다. 입력축을 회전시킴으로써 암을 상승, 이동, 하강으로 순차적으로 동작시킬 수 있습니다.

이러한 메커니즘은 입력축의 회전을 빠르게 함으로써 픽앤플레이스 동작의 속도를 높일 수 있습니다. 또한, 캠에 의한 위치 결정으로 위치 반복성은 좋지만, 스트로크 등의 조정은 불가능합니다.

속도는 일반적으로 스트로크 100mm 이하에서 사이클 0.2초에서 0.5초 정도이며, 위치 반복성은 0.02mm 정도입니다.

픽앤플레이스의 기타 정보

1. 픽앤플레이스 로봇

픽앤플레이스를 하는 설비에서는 다관절 로봇을 사용하는 경우도 있습니다. 수직형 다관절 로봇은 속도는 빠르지 않지만 다양한 수령, 전달 자세가 가능하며, 대형 타입을 사용하면 중량물을 광범위하게 이동시킬 수 있습니다.

자동기 등 정해진 자세로 입고, 출고하면서 속도가 요구되는 설비에는 스칼라 로봇이 사용됩니다. 스칼라 로봇은 고속 수평 이동이 가능하기 때문에 픽앤플레이스 동작을 1사이클 0.4초 정도에 할 수 있어 캠식과 거의 동등한 속도입니다. 또한, 위치 반복성도 0.01mm 이하인 것도 있어 고속 고정밀 반송이 가능합니다.

다관절 로봇을 이용한 픽앤플레이스는 캠식과는 달리 수취, 인도 위치나 이동 궤적을 자유롭게 바꿀 수 있기 때문에 대상물이나 이동 경로가 바뀌는 설비에서는 다관절 로봇이 사용됩니다.

2. 제어 방법

다관절 로봇을 이용한 픽앤플레이스 로봇은 NC 제어로 로봇의 정밀한 동작을 제어하며, 각 축의 이동, 회전, 보조 동작을 제어하며, NC 제어는 G코드와 M코드의 두 가지 프로그램 언어를 사용하여 작성됩니다.

G코드는 위치 결정 등의 가공, 동작의 조건과 순서를 기술하고 M코드는 G코드를 보조하는 역할을 합니다.

3. 픽앤플레이스의 장점

픽앤플레이스는 순간적인 판단력이 요구되는 작업입니다. 컨베이어에 흘러 들어오는 제품의 형태와 색상을 순간적으로 판단해야 하는데, 기존에는 사람이 직접 손으로 하는 작업이었습니다.

비전 센서 등이 발달하고 픽앤플레이스 로봇이 개발되면서 정확성과 빠른 속도를 구현할 수 있게 되었습니다. 사람의 손에서 발생하던 집중력 저하로 인한 판단력 저하로 인한 작업 속도 저하가 픽앤플레이스 로봇에서는 발생하지 않습니다.

현장에 따라서는 중노동으로 인한 육체적, 정신적 부담도 없앨 수 있습니다.