한국전광(주)(대표.채진석, www.keocvi.com)는 코팅전문업체로서 국내보다는 미국, 일본, 독일 등 세계에 먼저 이름을 알리며 고출력레이저광학소자의 가공 및 코팅에서만큼은 이미 세계 최고 대열에 들어섰다고 자부한다. 최근에는 방산, 항공우주, 반도체, 의료기기 등 전방위에 들어가는 고부가가치 광학소자 및 시스템 분야로 사업 영역을 확장시키며 광학부품업체에서 토털솔루션 제작업체로 변신을 추구하고 있는 가운데 부설연구소의 김기호 연구소장을 만나 최근의 연구개발 현황을 들어보았다.
과거 10년 동안 마이크로 전자 공학의 극소형화는 실리콘 기판상에서 평면구조를 제작하는 기 술의 발전을 가져왔으며 정보처리 분야에 일대 혁명을 가져왔다. 그런데 지금은 이 기술의 발 전으로 기계공학에서도 이에 상응하는 연구개발이 진행되고 있으니 이를 총칭하여 마이크로 가 공기술(micromachining)이라 부른다. 기계, 광학, 전자 부품의 마이크로 집적화는 하나의 마이 크로 시스템으로 구현되어 기술혁신의 새로운 영역을 개척할 것으로 예상되고 있다. 이 새로운 기술은 마이크론 단위의3차원 초정밀 가공을 가능케 함으로써 미래 메카트로닉스 (mechatronics)의 새로운 영역으로 자리잡게 될 것으로 전망한다. 이 글에서는 마이크로 시스템에 대해서 기술하고자 한다.
The ultrasonic bonding method and its feasibility are investigated in this work for joining the micro components and MEMS packaging. The ultrasonic bonding process is analyzed using a lumped mode, and preliminary experiments using the eutectic solder and copper pin were carried out to verify possibility to MEMS packaging. The ultrasonic bonding process appears to be adequate for MEMS packaging by providing localized heating at the selected area. Microscopic behavior of the bond joint through ultrasonic vibration needs further investigation.
크루즈 페리 선박의 인테리어 섬유 내장부품은 고도의 난연성과 내구성, 그리고 높은 수준의 감성과 심미적 기능을 만족하는 고기능성 소재로 구성된 섬유 복합체이다. 이는 화재, 전복 등 돌발 사고에 대하여 탑승자를 보호하고, 쾌적한 실내 분위기를 제공함으로서 안전운행을 유도하며, 높은 수준의 감성과 심미적 기능을 부여함으로서 품위와 가치를 증가시키는 기능이 있다. 난연기능이 부가된 난연사의 경우 복합가공 즉, 방오, 항균, 소취 기능을 추가 부여하게 되면 난연 기능이 급격히 저하되는 결정적인 단점이 있다. 이로 인해 가혹한 난연 성능이 요구되는 선박용 인테리어 섬유제품의 경우 그 규격을 만족하기란 쉽지 않기 때문에 원사제조에서부터 염색공정, 가공공정에 걸쳐 각 단위 공정별로 복합적으로 난연, 방오, 항균소취 기능들의 추가 보완이 필요한 실정이다. 또한 최근 사용자 입장에서는 용도에 따라 여러 가지 기능이 복합된 원단을 요구하는 사례가 많아지고 있는 실정이며, 많은 후가공 공정시 난연가공과 더불어 복합적으로 추가 가공시 난연성 저하 등의 문제가 있다. 본 연구에서는 선박용 인테리어 섬유제품의 Spec.을 만족시키기 위해 난연 직물의 염색 후가공에 적용되는 염조제 성능을 조사하고 고견뢰 및 균염을 만족하는 난연 내광 등의 복합기능성을 확보하기 위한 기초기술을 검토하였다.
최근 마이크로 엔드밀을 이용한 가공은 소형구조물이나 소형기계의 부품과 금형산업에서 양호한 표면 거칠기와 가공시간의 단축을 위해 고정도의 기술을 요구하고 있다. 마이크로 엔드밀을 이용한 가공에 있어서 가공조건은 절삭면의 표면거칠기에 커다란 영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 마이크로 엔드밀을 이용하여 스테인리스 강(STS 304)의 표면을 가공하였고, 실험계획법에 의해 최적의 표면거칠기를 얻기 위한 가공조건에 대해 분산분석하였다. 본 연구를 통하여 마이크로 엔드밀에 의한 가공에서 가공조건은 절삭깊이, 스핀들의 회전수, 이송속도의 순서로 표면거칠기에 영향을 미치는 것을 알았다.
최근 지구의 온난화 현상, 산성비 및 오존층 파괴라고 한 지구환경 문제가 큰 과제로 대두되면서 지구환경 보호를 배경으로한 CAFE 규제에 의한 자동차 경량화 움직임이 급속히 확대되고 있고, WTO출범과 함께 경제 전쟁시대에 돌입한 중소기업 분야도 경쟁, 개방화의 물결이 가속화되면서 고기능화, 고부가 가치화 등의 전문기술로 경쟁하지 않으면 안되게 되어 있다 특히 자동차 부품이외에 광학 부품, Computer, OA 전자 산업기기 등의 모든 분야에 응용되고 있는 경량 금속인 Al 합금(비중 2.7) 소재도 실용 금속중 가장 가벼운 Mg합금(비중 1.7), Ti합 금 등의 초 경량금속으로 대체 할려고 하는 경향이 세계적으로 나타나고 있다. 한편 전기자동차, 대체 에너지차, 가스터빈차등의 저공해 차의 실용화 연구도 추진되어 왔지만 폭넓은 요구에 대응하지 못하고 있다. 따라서 이의 부품 및 제품에 사용되는 소재의 최 경량금속의 전환과 형상 가공 기술은 이 시대의 요청 사항이 되고 있다.
MODROC 기법이 대표적인 일반화된 기계-셀 형성 기법은 부품 생산비용, 부품가공시간, 공정순서, 로트 크기 등을 고려하여, 기계-셀을 형성함에 있어, 보다 현실적인 접근을 추구한 것이다. 그러나, 수리적 문제 해결의 한계로 인해 현실 접근성이 제한되며, 신경망을 이용한 기존의 기법들 역시 수리적 제한환경을 설정한 것이어서 현실적인 응용가능성이 떨어지고 있다. 본 논문에서는 공정순서와 공장배치를 고려하여 기계-셀의 효율적인 형성을 꾀하였다. 신경망 모델인 자기조직화 형성기법을 응용하였으며, 공장 작업영역과 기계-셀의 위치가 주어짐에 따라 공정순서를 고려하여 물류의 이동을 최소화하는 기계-셀의 형성 방법을 꾀하였다. 본 기계-셀 형성 방법은 기존의 방식에 비해 짧은 시간에 기계-셀을 형성할 수 있으며, 그에 따른 부품군의 형성은 공정을 고려하여 총 물류량을 감소시키는 방향으로 결정되는 장점을 갖고 있다. 또한, 다변화되는 환경에 대한 적응성과 예외적 요소(exceptional element)에 대한 셀 형성 및 처리가 매우 유연하게 나타내어 진다. 본 연구에서는 공정 간에 기계의 중복이 있는 경우의 기계-셀 형성 문제에 대해 제한된 기법을 적용하였다.
Rapid Prototyping(RP)이란 짧은 시간 내에 CAD 그래픽 데이터로부터 3차원 형상의 시제품을 만들어 내는 기술을 일컬으며, 1986년 3D Systems라는 회사에 의하여 상용화된 SLA(Stereolithography Apparatus)방식을 선두로 하여 지난 10년간 급속히 발전을 해왔다. 원하는 형상의 부품을 만들 때 기존의 machining은 원자재에서 재료를 깎아내면서 만드는 반면에, RP는 재료를 한 층씩 차례로 쌓아서 부품을 만드는 가산적인 공정 특징을 가지고 있다. 액체, 고체, 심지어 기체 상태의 재료까지 다양한 재료를 사용하고 있으며 또한 여러가지 적층방법으로 부품을 제작하고 있다. 성공적인 RP기술의 창출에는 RP기계제작에 직접 관계되는 기술뿐만 아니라, 재료 기술, RP제작에 적합한 CAD데이터 생성기술, 후처리 및 가공기술 등이 모두 관건이 된다. 여기서는 RP기술의 주요 파트 제작방법과 RP에 쓰이는 재료, RP의 용도 및 그 한계성 등에 대하여 생각하여 보았다. RP기술은 3차원 CAD 모델이 없으면 실현이 불가능하다. 3차원(3D)화는 제품을 설계하고 만드는 대부분의 회사가 경쟁력을 갖기 위하여 싫든 좋든 이루어야 하는 목표 중의 하나라고 할 수 있는데, RP기술 도입은 이러한 3차원화를 단축시키는 촉매제의 역할을 할 수 있다고 생각한다. RP기술이 부분적으로 정확도의 문제와 제작 가능한 재료의 종류 및 성능에 제한이 있지만, 현재로서도 여러 응용분야에 성공적으로 이용되고 있으며 향후에는 더욱 그 응용 범위를 넓혀갈 것으로 전망된다.
기계 부품을 설계함에 있어 솔리드 모델링 시스템의 사용을 골격으로 하는 CAD 시스템의 사용은 삼차원 모델링된 단일 물체에 대한 물성치(mass property)의 계산, FEM 해석을 위한 유한요소의 자동생성, 곡면에 대한 NC 공구경로(NC tool path)의 자동계산, 부품의 생산을 위한 가공 정보의 도출 등의 분야에 많은 도움을 주어 설계와 생산, 관리의 전 분야에 혁신적 효율화를 도모해주었다. 한편 이렇게 설계된 단품들은 대개의 경우 조립되어 조립체를 이루게 되고, 그 상태로 혹은 부품간에 상대운동을 하면서 원하는 기능을 구현하게 된다. 단품에 대해서처럼 이 과정에서도 CAD 시스템은 조립체의 삼차원 형상을 인식하고 필요한 정보를 제공해줌으로써 설계자에게 유용한 도구로 사용될 수 있는데 이를 조립체 모델링 시스템(Assembly Modeling System)이라 부르며, 현재에는 대부분의 솔리드 모델링 시스템에 그 기능이 채택되어 있다. 조립체 모델링에 관한 연구동향을 비교적 잘 정리한 문헌으로는 Turner와 Libardi의 것을 들 수 있다. 여기서는 이러한 조립체 모델링 시스템의 연구분야와 동향에 대해 또 나름으로의 시각으로 정리하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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