새로운 금속 판재 접합 방법

KISTI 『글로벌동향브리핑』 2010-01-04

스위스 연방공과대학(ETH Zurich) 연구진은 강도를 부여하기 위해서 금속 판재로 복잡한 층을 만드는 것 대신에 판금 모양 사이의 공간을 간단하게 팽창시키는 기술을 개발했다. 또한 새로운 용접 로봇 덕분에, 3 미터에서 6미터까지의 큰 구조를 생산할 수 있게 되었다. 이전 용접 방법은 서로 다른 금속이 놓인 금속 판재의 모서리를 약간 가열해서 접합시킨다. 이것은 수천 개의 공장에서 볼 수 있는 광경이다. 이번 연구진은 판금의 구멍을 연결하는데 압축기를 사용해서 공기 침대 같이 용접 구조를 팽창시켰다. 공기 침대와의 유일한 차이점은 이후에 플러그가 필요 없다는 점이다. 간단한 팽창은 판금 구조를 변형시키고 이 모양을 유지하고 큰 안정성을 얻을 수 있게 한다. 물질이 스스로 최적의 모양을 찾기 때문에 기존의 금속판을 접어서 모양을 만드는 제조방법에 비해서 상당히 큰 장점을 가진다. 연구진은 5년 동안 FIDU(Free Internal Pressure Reshaping)로 알려진 이 기술을 조사했다. 초기에 만든 제품 중 하나가 “Plopp" 의자인데 수많은 디자인상을 탔고 2.5 톤의 무게를 견딜 수 있었다. 이 기술에서 무엇보다 우선되어서 고려되어야 할 점은 이 기술을 얼마나 더 많이 사용할 수 있는지를 증명하는 것이다. 2 mm 두께의 금속 판재는 레이저 절단과 접합 같은 기존의 가공 단계 후의 툴-프리(tool-free) 변형 방법에 의해서 새로운 구조를 제조할 수 없기 때문에 상업적으로 사용되기 위해서는 0.5 mm로 만들어야 한다. 연구진은 기존의 인프라구조로는 한계가 있다는 것을 빠른 시간 내에 알 수 있었다. 연구진이 사용할 수 있는 용접 로봇은 최대 크기가 1.5 m 인 판금을 단지 가공할 수 있었다. 이것은 구조물을 만드는데 너무 작다. 그래서 연구진은 3 x 6 미터의 면적을 용접할 수 있는 로봇을 의자를 만들기 위해서 구했다. 이 기술은 원칙적으로 모든 원하는 모양을 제조할 수 있고 한 장의 금속 판재 위에 간단하게 일치시키면 된다. 수많은 실험 후에, 이 기술은 자유 형식으로 모든 종류의 하중 지지 구성요소에서 사용 가능하도록 향상되었다. 즉 완벽한 디지털망으로 모든 것을 제조하기 때문에 모든 모양을 만들 수 있고 이것은 구조물에 완전히 새로운 창조적인 가능성을 열어줄 것이라고 연구진은 말했다. 금속 판재는 기존의 레이저를 사용해서 절단했고, 로봇으로 서로 용접했고, 구조는 일반적으로 사용되는 압축기를 사용해서 부풀어 오르게 했다. 이것은 구성요소를 미리 제조할 수 있게 하고, 공간을 절약하기 위해서 팔레트 위에 적층할 수 있게 하고, 적정 위치에 설치되기 전까지 팽창시키지 않을 수도 있다. 연구진은 하중 지지 능력과 구조의 변형 행위를 계산하기 위한 연구 프로젝트를 현재 시작하고 있다. 이것은 물질의 성질이 다음의 결과에 영향을 끼치기 때문이다; 제조 동안 판금의 탄성, 변형률과 심지어 압연 방향이 모양 발달에 영향을 끼친다. 이 구조는 너무나 경량인데도 불구하고 높은 하중 지지 능력을 가지고 있다. 그러나 전문가에 의해서 이런 능력이 과소평가되고 있기 때문에 연구진은 안전성을 계산할 수 있는 보편적인 유효값을 얻고자 노력하고 있다. 예를 들어, 6 미터 길이의 다리가 세미나 주일 동안 건설되었고 그 후에 하중 테스트를 받았다. 구조 엔지니어에게 이 다리가 얼마만큼의 무게를 견딜 수 있는지를 물었을 때, 200 킬로그램 이상, 최대 300 킬로그램을 견딜 수 있다는 것을 누구도 믿지 않았다. 170 킬로그램의 무게를 가진 다리는 1800 킬로그램의 무게를 놓았을 때 부러졌다. 이 기술로 구조물을 만들면 크기에 대한 제한을 받지 않기 때문에, 연구진은 완전히 새로운 프로젝트를 진행할 수 있었다. 연구진이 하기를 원하는 첫 번째 것은 1.5 미터 이상의 지름을 가진 풍력 터빈 발전기의 회전날개를 만드는 것이다. 두 번째 것은 승객 구획을 나누기 위한 방호 울타리를 설계하는 것이다. 그림. 두 개의 금속 판재 사이를 팽창하게 해서 금속 판재 사이를 접합시킨 Plopp 의자. 출처 : http://www.sciencedaily.com/releases/2009/12/091231143553.htm