영국의 러프버러 대(Loughborough University) 연구자들이 생산 공정에서 절단, 드릴링, 밀링이 수행되는 방식을 혁신할 수 있는 장치를 개발하였다. 이 장치는 항공기 등급의 복합재료와 같은 난삭재(difficult-to-cut material)를 마치 버터 자르는 것처럼 손쉽게 다룰 수 있게 만든다.
이 기술은 초음파 지원 가공(UAM: ultrasonically-assisted machining)이라고 불리는 기법으로, 전통적인 선삭 기계(turning machine), 드릴링 기계(drilling machine), 밀링 기계(milling machine) 등과 연계하여 작동하는, 특수하게 설계된 압전 변환기(piezoelectric transducer)를 이용한다.
이 장치는 20kHz에서 39kHz 사이의 초음파 진동을 만들며, 이러한 가공 기법은 가공 영역에서 복잡재료를 너무나 부드럽게 만들어서 절삭 도구는 훨씬 적은 힘으로 가공할 수 있어 손상을 줄이고, 폐기물을 감소시키며, 더 나은 마무리를 가능케 한다.
초음파 지원 가공(UAM)은 러프버러 대 기계 및 생산 공학부(Wolfson School of Mechanical and Manufacturing Engineering) 블라디미르 바빗스키(Vladimir Babitsky) 교수가 창안한 것으로, 아니쉬 로이(Anish Roy) 박사와 바딤 실버슈미트(Vadim Silberschmidt) 교수와 협력하여 지난 몇 년 동안 광범위하게 개발되고 있다.
탄소/에폭시 복합재료에 구멍을 뚫는 도전적인 과제를 다루는 데에 중요한 역할을 했던 바이브하브 파드니스(Vaibhav Phadnis)와 파룩 막둠(Farrukh Makhdum)이 최근에 수행한 연구를 포함하여 지난 10여 년 동안에 여러 개의 박사학위 프로젝트가 이 분야에서 성공적으로 수행되었다.
바이브하브 파드니스는 복합재료에 대하여 연구했으며, 이러한 장치가 니켈 합금 등과 같은 다른 재료에 대하여 적용할 수 있도록 완성된다면, 제조업자들에게 중요한 활력소가 될 것이라고 믿고 있다.
"영국의 제조업 생산 및 신규 주문이 계속 증가하고 있다. 이러한 사실은 우리가 가까운 장래에 더 향상되고 경제적으로 효율적이며 지속 가능한 제조 방법을 찾아야 함을 시사하는 진실된 격려"라고 아니쉬 로이 박사가 말했다. "초음파 지원 가공(UAM)은 이것에 대한 해법이 될 수 있다. 이 기법을 사용하면 다루기 힘든 항공 합금 재료들을 절단하는 데 있어 여러 가지 면에서 개선이 이루어진다는 사실이 실험실 차원의 실험에서 성공적으로 시연되었다. 이것은 마치 버터를 자르는 것처럼 가공을 쉽게 만들었다"고 아니쉬 로이 박사가 설명했다.
"초음파 지원 드릴링은 탄소/에폭시 복합재료를 구멍 뚫는데 있어 가공된 복합재료에 현저히 감소된 손상을 나타낸 것을 포함하여 상당한 개선을 보여주었다. 드릴링 작업 후에 가공된 복합재료에 대한 손상을 최소하거나 가능하다면 완전히 제거하는 것은 해결하기 어려운 난관이었다. 초음파 지원 드릴링은 주목할 만한 드릴링 힘의 감소와 함께 우수한 작업 후 손상 감소 현상을 나타냈다"고 아니쉬 로이 박사가 덧붙였다.
이 기술은 현재 정형외과 수술에서 뼈에 구멍 뚫기와 같은 생체 의학적 응용분야로 확대되고 있다. 또한 인쇄 회로 기판(PCB: printed circuit board)에서 미소한 구멍을 뚫는 예비 연구들은 고정밀도가 요구되는 부품 실장(component assembly)에 우수한 응용 잠재력을 가진다는 것을 보이고 있다.
에어버스(Airbus)와 공동으로 연구하고 있는 바이브하브 파드니스는 이 기술이 가지는 설정 작업의 용이성, 다양한 용도, 저렴한 비용 등의 장점은 미래의 가공법이 될 완벽한 입후보자로 만들고 있다고 강조했다. 현재는 영국 셰필드 대(Sheffield University) 고등 생산 기술 연구 센터(Advanced Manufacturing Research Centre)에서 일하고 있으며, 27세인 바이브하브 파드니스는 영국의 신진 연구자 지원 프로그램인 셋 포 브리튼(SET for Britain)의 일부로 영국 하원(House of Commons)에서 정치가와 전문가들 앞에게 자신의 연구를 발표하였다. 그는 자신의 연구에 대한 포스터를 만들었으며, 이 포스터는 셋 포 브리튼의 공학 부문 지원 경쟁에 들어가도록 만들었다.
셋 포 브리튼의 목표는 영국의 지속적인 연구 개발 발전에 동력을 제공할 초기 단계 연구 및 연구 경력을 시작하는 영국의 과학자, 공학자, 기술자, 수학자 등을 격려하고 지원하고 고취시키는 것이다. 더불어 초음파 지원 선삭과 연관된 프로젝트에 관여하는 인력으로는 아고스티노 마우로토(Agostino Maurotto) 박사, 리아즈 무하마드(Riaz Muhammad) 박사 등이 포함된다.
* 자료 - KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』