재생 가능 에너지 제조업체의 역량을 확대한 고정밀 워터젯

 

대체 에너지 공급업체는 목표가 있습니다.

높은 비용을 들인 재생 노력에 대한 대안들을 생산하고 제공함으로써 사람들을 돕는 것.

그래서 그들은 환경친화적인 워터젯 절단이 생산, 주문 및 시제품 제작에 대한 그들의 엄격한 요구 조건을 충족시키기 위해 적합하다는 것을 알게 되어 기뻤습니다.

 

외주 처리 비용이 많이 듭니다. .

테네시 주 코르도바의 Kronos Energy Solutions는 시골, 도시 및 해양 환경을 위한 수직축, 소형 풍력 터빈을 설계 및 제작합니다. 크로노스의 사장 겸 CEO인 John Bogensberger는 경량 형강으로 제작하는 빌딩 도어 업체에 오랫동안 근무한 경험이 있습니다.

 

"저는 1998년 IMTS 쇼에서 처음으로 워터젯을 보았습니다. 저는 그 공정에 매우 큰 흥미를 갖고 있었는데, 그 이유는 그 공정 가운데 유독한 가스, 분진 또는 위험한 화학물질이 없었기 때문입니다. 그러나 저는 높은 생산성의 시트 메탈 절단 환경에서도 그 성능을 발휘할 수 있을 지에 대하여 자신이 없었습니다."

 

2009년에 Bogensberger는 Kronos Energy Solutions를 설립하였고, 원래는 그들 작업의 많은 부분을 외주에 의지하고 있었습니다. 외주 작업은 새로 사업을 시작하는 기업이 선투자 없이 부품을 절단 및 가공할 수 있는 뛰어난 방법입니다. 그 후 그들은 최종적인 투자에 대한 결정을 내리기 전에 다양한 장비 공정을 테스트하는 한편 최종 제품을 제작하는데 초점을 맞췄습니다.

 

그러나 외주 작업 역시 공장이 올바른 부품을 구하지 못하였거나 설계를 변경하였을 경우 작업 지연의 원인이 됩니다. 또한 Kronos는 HAZ (Heat Affected Zone - 열에 의하여 영향을 받는 부분)을 제거하기 위한 2차 공정이 필요하였고, 또한 레이저나 플라즈마 절단에 의한 찌꺼기들을 제가하는 것은 시간을 매우 소모하는 공정이었습니다. 스탬핑된 부품의 경우 에지 부분은 지저분해 지기 때문에 이 또한 제거해야 했습니다.

 

전통적인 워터젯 외주 업체에서 작업은 2차 공정을 제거할 수 있었습니다. "그러나 아직 테이퍼 작업이 남아 있었습니다"라고 Bogensberger는 말하였다.

 

"우리는 허용오차가 매우 적은 특별한 기어를 사용합니다. 따라서 우리는 아직도 사후 가공 작업이 필요하였습니다."

 

그 후 Bogensberger는 최신 장비를 확인하기 위해 Atlanta에서 개최된 2010 FABTECH 쇼에 참석하였고, Dynamic Waterjet® XD가 장착된 Flow의 Mach 4 절단 시스템을 처음으로 알게 되었습니다.

 

"Flow의 워터젯 기술이 이루어낸 발전은 감명 깊은 것이었습니다. 우리는 워터젯이 융통성이 있고, 뛰어난 속도와 정밀도를 가진 Flow 워터젯은 우리에게도 반드시 필요한 장비라는 사실을 알고 있었습니다.

 

가장 진보된 워터젯

어브레시브 워터젯에 대한 고질적인 두 가지 품질 문제인 스트림 래그 및 테이퍼가 있습니다. 이 두 가지 종류의 정밀도 관련 문제는 절단 속도를 현저하게 늦춤으로 최소화할 수 있지만, 그럴 경우, 이 또한 생산 시간 및 부품 단가를 증가시키는 원인이 됩니다.

 

스트림 래그는 부품을 절단할 때 물줄기가 제품을 관통할 때 들어가는 시점과 나오는 시점의 시간차로 인해 발생합니다. 이러한 스트림 래그는 기하학적인 에러의 원인이 되는데, 그 이유는 절삭 부위가 원 대신 콘 형상으로 이어지게 되고, 안쪽 부분에서 코너가 사라지게 만드는 원인이 되기 때문입니다.

 

소재를 통하여 절삭 되는 중 워터젯의 힘이 소멸되기 때문에 자연히 V 형상의 테이퍼가 발생하게 됩니다. 절삭 속도가 빠르면 빠를 수록, 이러한 절단된 테이퍼 에러가 한 쪽 면 당 0.01" 만큼 더 커지게 되는데, 스트림 래그와 함께 이러한 테이퍼를 감소시키는 일반적인 방법은 잘삭 속도를 줄이는 것입니다. 이는 절단 작업량을 감소시킬 뿐 아니라 시간당 연마재 소모량(어브레시브 워터젯 절삭 작업 시 비용의 대부분을 차지하는)을 증가시키게 됩니다.

 

Active Tolerance Control™이 장착된 다이나믹 워터젯은 플랫 스톡 절삭 방식 (평평하게 파삭재를 쌓는 방식의 절삭 방법) 어브레시브 워터젯 기술의 역사에 있어 가장 중요한 진보 중 하나입니다.

 

특별히 플랫 스톡 절삭에 있어 테이퍼 및 스트림 래그에 대한 대안으로 2001년 Flow가 발명하여 특허를 받은 이 장비를 사용하여 정밀한 기계 설계 및 다축 커팅헤드와 강력하지만 간단하게 사용할 수 있는 소프트웨어를 조합시킴으로 워터젯은 최고 속도로 절삭 작업을 진행할 수 있게 되었고, 보다 낮은 단가로 더 빠르게 부품 절단 작업을 진행할 수 있게 되었습니다.

 

설계 및 테스트를 진행 몇 년 후, 이제 Flow는 Dynamic Waterjet XD를 사용하여 베벨링 및 3D 절단에 대하여도 동일한 절단 기술의 진보가 가능하게 되었습니다. 이전에는 워터젯 환경에서 싱글 3D 부품을 프로그래밍 하는데 여러 시간이 걸렸습니다.

 

Flow의 CAD 소프트웨어인 FlowXpert™은 워터젯 스트림의 움직임을 고려하고, 직관적으로 프로그램밍을 더 빠르면서 작업할 수 있게 해 줍니다. 향상된 SmartStream™은 수학적 모델을 사용한 획기적인 시스템으로 절삭 스트림의 위치를 올바르게 잡아줍니다. 절단 속도는 2 - 4배 더 빨라지고, 기존의 5축 시스템보다 테이퍼를 더 줄일 수 있게 됩니다.

 

Flow International의 글로벌 생산 매니저인 Tim Fabian는 "복잡한 3D 부품을 절단하기 위해 우리는 Flow의 Dynamic Waterjet 절삭 성능을 향상된 다축 시스템과 결합하여 Dynamic XD를 개발하였습니다. 프로그램하는데 여러 시간이 필요하였던 기존의 다축 시스템과는 달리 이 시스템은 사용하기 편리하고 제품 생산이나 하나의 프로토타입 부품 제작에 필요한 융통성을 가지고 있습니다. 우리는 기술 - 부품 사이의 2D 개념을 순식간에 3D 세상에 적용시킵니다. 기하학적 구조가 분명하다면, 사용자는 3D 워터젯 절단 프로그램을 거의 1 분 이내에 프로그래밍 할 수 있습니다."라고 말했습니다

 

정밀한 워터젯을 소유할 때 기대할 수 있는 이점

Kronos는 4 미터 x 2 미터 (13' x 3.6') Mach 4 시스템을 구매하여 테이블의 크기로 인한 제한을 해소하였습니다.

 

Bogensberger는 "우리가 알아차리게 된 첫 번째 사실은 부품의 비용이 극적으로 감소하게 되었다는 사실 입이다. 예를 들어, 우리는 이전에 기어를 제조하는데 외주 업체에 기어 당 $103의 비용을 지불했습니다. 이제 우리는 Flow 워터젯을 사용한 후 후속 가공 공정의 필요 없이 약 $1.40의 비용으로 동일한 기어를 제작하고 있고, 이렇게 절감된 비용은 소비자가 직접 혜택을 받고 있습니다."라고 말했습니다.

 

또한, 이들은 쉽게 링 기어 또는 블레이드 헤드의 크기를 변경할 수 있어 고객 요구 및 공간 제약 요건을 충족시킬 수 있습니다. 그들은 마지막 순간까지 제품의 개발과 구성을 변경할 수 있으며, 외주 가공의 배송 지연 또는 추가 비용 등이 발생하지 않습니다.

 

또한 워터젯의 유연성으로 인하여 스테인리스, 알루미늄, 탄소강 또는 고무와 같이 실제적으로 거의 모든 소재에 대하여 작업할 수 있게 되었습니다. Bogensberger는 "우리는 조인트를 연결하여 Lexan 디스플레이 케이스를 생산하는데, 제품에는 단 하나의 나사도 사용되지 않고 단지 슬롯과 쐐기만으로 구성됩니다. 따라서 어떠한 치공구도 필요하지 않습니다."라고 말했다.

 

소비자에게 저비용, 고품질의 서비스를 제공하는 Flow 워터젯

영업 이사인 Frank Garavelli는 "우리에게는 원자재를 구매하여 이를 블랭커에게 보낸 후 메탈 공정 처리 설비로 보내는 새로운 소비자가 있습니다. 그들은 펀칭 프레스를 사용하기 때문에 모서리가 지저분해 지고, 소비자는 디버 작업을 해야 합니다. 또한 위부터 바닥까지 0.030"의 편차가 있습니다."라고 했습니다.

 

"부품을 공정에 다시 투입하기 전에 다양한 공급업체로부터 총 6 가지 다른 종류의 작업을 시행해야 합니다. 그러나 Flow 워터젯을 사용하고 나서 우리가 할 일이라고는 원자재 주문, 절단 및 성형하는 일뿐입니다. 그리고 이러한 공정은 최종 공정입니다. 고르지 않은 모서리 부분을 디버 작업하거나 날카롭게 갈 필요가 없습니다."

 

Dynamic XD의 정밀도로 인하여 Kronos는 소재를 쌓아 올린 후 한 번에 8 개의 부품을 작업할 수 있습니다. 또한 워터젯은 그들의 업종을 풍력 및  에너지 공급 체인 이상의 부품으로 확장시킬 수 있도록 도와 주었습니다.

Garavelli는 "화석 연료의 소비를 감소시킬 수 있는 한 가지 방법은 풍력 에너지입니다. 그리고 또 다른 한 가지 방법은 연료의 소비 효율을 증대시키는 것입니다"라고 말했습니다.

 

"예를 들어 긴 견인 트럭은 연료를 매우 많이 소비합니다. 따라서 우리는 공기 역학적인 스커트의 측면을 유선형으로 제작하여 항력을 감소시키고 연료의 연비를 개선합니다. Flow 워터젯을 사용하여 우리는 설계 요구사항을 만족시킬 수 있도록 외관을 맞춤형으로 제작할 수 있습니다."

 

로고 또는 트럭의 아트워크에 따른 한계가 없어 Kronos는 이제 자신의 고객의 요구를 빠르게 충족시킬 수 있게 되었습니다.

 

Bogensberger는 "핵심적인 사실은 Flow 워터젯 덕분에 우리의 역량을 확장시켰을 뿐 아니라 본사의 순수익이 20%나 개선되었다는 것 입니다. 프로토 타입을 만들 수 있게 되었을 뿐 아니라 본사의 풍력 터빈이나 맞춤형 작업에 대한 설계 유연성으로 ROI가 22개월이라느 것을 계산할 수 있게 되었습니다." 라고 전했습니다.