효율성 향상: 산업 자동화 분야의 로봇팔 종단장치(EOAT, End-of-Arm-Tooling) 및 3D 프린팅

EOAT는 조립 라인에서 물체를 잡는 데만 국한하지 않고 로봇 팔에 카메라를 장착하여 품질 관리를 하는 등 다른 작업용으로도 설계할 수 있습니다.

다음은 EOAT의 몇 가지 일반적인 용도입니다.

워크홀딩 또는 그립퍼: 그립퍼는 물체를 잡고 운반하도록 설계되었습니다. 두 손가락 그립퍼부터 더 복잡한 구성까지 다양합니다. 그립퍼와 워크홀딩은 산업용 엔드 이펙터의 대부분을 차지합니다.

고정 작업 도구: 이러한 도구는 용접, 드릴링, 금속 구부리기 등의 작업에 사용됩니다. 이들은 종종 움직이지 않게 되어 있거나 특정 위치에 고정되어 있습니다.

관찰 도구: EOAT에는 품질 검사, 부품 인식, 자재 취급과 같은 작업을 위한 다른 작업 프로세스를 관찰하는 카메라와 센서가 포함될 수 있습니다.

도포기 및 분무기: 페인트 분무기나 접착제 도포기와 같은 도구는 페인트나 접착제 분사와 같은 용도로 사용됩니다.

툴 체인저: 로봇이 사람의 직접 개입 없이 다양한 공구 또는 엔드 이펙터 간에 전환할 수 있습니다. 이는 로봇이 여러 작업을 수행하거나 다양한 물체로 작업해야 하는 애플리케이션에서 특히 유용합니다.

스크류 드라이버와 너트 런너: 조립 작업에서 나사, 볼트, 너트를 고정하는 데 사용하는 공구입니다.

흡입 컵 또는 진공 그립퍼: 유리나 판금과 같이 표면이 매끄럽고 평평한 물체를 들어올려 취급하는 데 사용합니다.

절삭 공구: 재료를 자르거나 다듬는 작업에서 로봇에 절삭 공구 또는 칼날을 장착할 수 있습니다.

EOAT 설계는 처리할 물체의 크기와 무게, 필요한 정밀도, 생산 환경 및 안전 고려 사항과 같은 요소를 고려해야 합니다. 목표는 특정 작업에 맞게 로봇의 성능과 효율성을 최적화하는 것입니다.

처리 대상의 특성: EOAT가 처리할 대상의 크기, 무게, 모양, 재질을 이해합니다. 이러한 특성에 맞게 도구를 설계하여 안전한 그립감이나 상호작용을 확보합니다.

작업 요구 사항: 엔드 이펙터가 잡기, 관찰, 힘 가하기, 용접, 절단 또는 기타 기능을 수행해야 하는지 고려합니다. 이는 도구의 디자인에 영향을 미칩니다.

중량 대비 강도 비율 로봇이 장비 손상을 피하면서 작업을 수행하려면 EOAT 강도가 매우 중요합니다. 경량화하면서 강도를 유지하면 여러 가지 방법으로 로봇 성능을 최적화할 수 있습니다. 도구가 가벼워지면 로봇이 더 빠르고 정확하게, 더 적은 에너지 소비로 작업을 수행할 수 있어 궁극적으로 생산성과 비용 절감으로 이어질 수 있습니다. 툴링이 가벼워지면 제조업체는 더 작고 저렴한 로봇을 사용할 수 있습니다.

재료 선택: 강도, 내구성, 무게, 애플리케이션 환경과의 호환성 등의 요소를 고려하여 EOAT 구성 요소의 재료를 선택합니다.

무게 분배: 로봇 팔에 과부하가 걸리거나 정확도와 정밀도에 영향을 줄 수 있는 불균형을 방지하기 위해 EOAT 구성 요소의 무게 균형을 맞춥니다.

장착 및 호환성: 로봇의 엔드 이펙터 인터페이스에 쉽게 장착하고 호환할 수 있도록 EOAT를 설계합니다.

프로그래밍 및 제어: 로봇의 제어 시스템과 쉽게 프로그래밍하고 통합할 수 있도록 필요한 기능으로 EOAT를 설계합니다. 여기에는 그립 형태 전략, 모션 프로필, 다른 로봇 기능과의 조정을 설정하는 것이 포함됩니다.

적응성 및 툴 체인저: EOAT가 다양한 작업에 맞게 조정할 수 있는지 또는 엔드 이펙터의 신속한 자동 전환을 위해 툴 체인저를 지원해야 하는지 고려해야 합니다.

통합 용이성: EOAT가 기존 생산 라인, 협동 로봇 시스템 또는 기타 자동화 장비에 쉽게 통합될 수 있는지 확인합니다.

비용 효율성 및 공급망: 성능과 기능의 균형을 공장의 예산 및 요구 기반 리드 타임 고려 사항과 맞출 수 있습니다. 산업용 3D 프린팅은 도구의 성능을 저하시키지 않으면서도 빠르고 비용 효율적인 방식으로 주문형 EOAT를 제작합니다.

내구성 및 유지보수: 마모가 발생할 수 있는 EOAT 구성 요소를 쉽게 교체할 수 있고 유지보수 절차가 간단하여 가동 중단 시간을 최소화할 수 있어야 합니다.

3D 프린팅 또는 적층 제조는 산업용 로봇용 EOAT의 설계 및 생산에 상당한 발전을 가져왔습니다. 3D 프린팅 기술을 사용하면 다양한 이점을 얻을 수 있어 EOAT 디자인 분야의 판도를 바꿀 수 있습니다. 다음은 몇 가지 주요 이점입니다:

도구를 더 빠르게 제작하세요: 3D 프린팅은 몇 시간 또는 며칠 만에 툴을 손에 넣을 수 있는 반면, 아웃소싱 생산의 리드 타임은 몇 주 또는 몇 달이 걸릴 수 있습니다. 로봇 팔의 엔드 툴을 제작하는 데 12주가 걸리고 실제로 생산 셀을 가동하는 데 16주가 걸린다면 로봇 팔을 적절하게 최적화하는 데 필요한 프로그래밍, 테스트 및 확인에 4주만 남게 됩니다. 부품을 더 빨리 확보하면 문제 해결 대신 프로그래밍을 최적화하고 워크플로우 처리량을 파악하는 데 더 많은 시간을 할애할 수 있습니다.

디지털 인벤토리: 제조업체는 3D 프린팅을 활용하여 EOAT 설계의 디지털 창고를 생성하고 유지할 수 있습니다. 사용자는 대량의 물리적 재고를 보유하는 대신 클라우드에 부품을 저장하고 네트워크에 연결된 모든 프린터로 주문형 프린팅을 할 수 있습니다.

비용 효율성: 많은 경우 3D 프린팅을 통해 EOAT 부품 생산 비용을 크게 절감할 수 있습니다. 재료 낭비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 툴링 비용도 들지 않습니다. 또한 사용자 지정, 디자인 변경 및 복잡한 지오메트리를 추가 설정할 필요가 없습니다. 예를 들어, 딕슨 밸브는 290달러에 달하는 기계 가공 그립퍼를 프린팅 비용이 9달러에 불과한 3D 프린팅 복합재 그립퍼로 교체했습니다.

디자인 자유도 향상: 적층 가공을 사용하면 기존 제조 방법으로는 달성하기 어렵거나 불가능한 복잡하고 정교한 형상을 만들 수 있습니다. 이를 통해 EOAT 설계의 새로운 가능성을 열어 고유한 작업과 더 높은 수준의 최적화를 위한 혁신적인 솔루션이 가능해졌습니다.

고강도, 경량 3D 프린팅은 EOAT 구성 요소의 무게를 크게 줄일 수 있습니다. 도구가 가벼워지면 로봇 팔에 가해지는 부담이 줄어들고 전력 소모가 줄어들며 성능이 향상되는 경우가 많습니다. 강력하고 연속 섬유 강화 복합재를 사용하면 강도와 강성을 저하시키지 않으면서 부품을 경량화할 수 있습니다.

스폿 용접 섕크: 이전에는 가공된 구리 섕크의 가격이 개당 약 2,500달러이고 리드 타임이 12주 정도 걸렸습니다. 섕크는 조립에 매우 중요하기 때문에 재고를 보유해야 하며, 이는 보관 공간을 차지하고 현금을 묶이는 결과를 초래합니다.

각 섕크를 순 구리로 3D 프린팅하면 리드 타임이 12주에서 1주일로 단축되고 단가는 2,500달러에서 약 350달러로 낮아집니다. 3D 프린팅은 대량의 예비 부품을 재고로 보유할 필요가 없기 때문에 재고에 묶여 있는 운영 자금을 크게 줄일 수 있습니다.

복합재 로봇용 그립퍼 죠 딕슨 밸브는 로봇 암 툴링용 내화학성 그립퍼 죠를 제작하는 데 Markforged Mark Two 3D 프린터를 활용하여 비용과 시간을 크게 절감했습니다. 이 죠는 머시닝 센터 간 피팅을 옮기는 데 사용되며, 반복적인 클램핑 과정에서 부식성 액체에 노출될 수 있는 상황에도 견딜 수 있어야 합니다. 딕슨 밸브는 단 24시간 만에 로봇 팔을 리툴링할 수 있는 기능을 통해 이러한 부품 생산에 필요한 비용을 96% 절감하고 리드 타임을 93% 단축할 수 있었습니다.

식별 가능한 메탈 그립퍼 죠 딕슨 밸브는 전통적으로 Markforged 복합재 3D 프린터를 사용하여 로봇 팔의 로봇팔 종단 장치(EOAT)을 제작해 왔지만, 표면 경도가 열가소성 플라스틱과 유사하여 그립퍼 표면을 닳지 않게 유지할 수 있는 그립퍼를 제작하는 데 어려움을 겪었습니다.

딕슨 밸브는 이 그립퍼를 프린팅하는 데 Metal X를 채택함으로써 3D 프린팅의 장점을 유지하면서 부품 내구성을 강화하여 날카로운 나사산 때문에 생기는 마모에도 견딜 수 있도록 했습니다. 금속 3D 프린팅으로의 전환을 통해 딕슨 밸브는 98%의 비용 절감과 91%의 리드 타임 단축을 달성할 수 있었습니다. 메탈 그립퍼 죠는 수천 개의 스테인리스 스틸 파이프 커플링을 마모되지 않고 처리할 수 있을 정도로 단단합니다.

프로세스 개선을 통한 수익 창출: 외주 제조업체인 Lean Machine은 새로운 주문(PO)을 위한 제조 공정을 신속하게 가동하는 데 한계가 있었습니다. Markforged 프린터를 통해 몇 주가 아닌 며칠 만에 더 높은 수율의 제조 셀을 제작할 수 있게 되었습니다. 이제 Lean Machine은 더 많은 고객을 확보하는 동시에 더 많은 부품을 생산하여 더 높은 수익을 올릴 수 있습니다. 아래 동영상을 통해 Lean Machine의 3D 프린팅 탄소 섬유 그립퍼 죠가 실제로 작동하는 모습을 확인해 보세요.

EOAT를 통한 무인 자동화 제조: Athena 3D Manufacturing은 고품질의 Markforged 프린팅 부품을 고객에게 더 빨리 제공할 수 있는 방법을 찾고 있었습니다. 협업 로봇 팔을 설치함으로써 심지어는 기술자가 없을 때에도 프린터를 교체할 수 있었습니다. 결과는 어떻게 되었을까요? Markforged 프린터군의 활용도가 40% 증가했습니다.

탁월한 무게 대비 강도를 자랑하는 복합재 부품: 특허받은 연속 섬유 강화(CFR) 기술로 알루미늄만큼 강한 부품을 적은 무게로 빠르게 생산할 수 있습니다.

설계 시간이 오래 걸리지 않는 경량 금속: 금속을 빠르고 비용 효율적이며 사용자 친화적으로 제작할 수 있는 최초의 적층 제조 솔루션인 Metal X System입니다.

(루스 파우더 대신) 바인딩 파우더 공급 원료를 사용하면 Markforged Metal X 시스템을 안전하고 쉽게 사용할 수 있습니다. 스테인리스강, 공구강, 순수 구리, 인코넬 등 다양한 산업용 금속을 고도로 숙련된 작업자나 부담스러운 개인보호장비(PPE) 없이도 프린팅할 수 있습니다.

빠르고 간편한 설계 주기: Simulation 소프트웨어를 사용하여 '프린트'를 누르기 전에 Carbon Fiber 복합재, Fiberglass 복합재 및 17-4PH 스테인리스 스틸 부품의 성능을 빠르게 검증할 수 있습니다.

디지털 창고 보안 유지. Markforged는 클라우드 데이터 보안 분야의 업계 리더로, 적층 제조 플랫폼 최초로 ISO/IEC:27001 인증을 획득한 기업입니다.

Markforged 프린터로 EOAT를 3D 프린팅하면 어떻게 제조 운영을 간소화하고 공급망 유연성을 높이며 비용을 절감할 수 있을까요?

Markforged의 전문가가 당사 프린터로 공장 현장에서 얼마나 많은 비용을 절감할 수 있는지 계산해 드립니다.