Harvestance

설계 및 엔지니어링 서비스 회사인 하비스탕스(Harvestance)는 적층 제조 전문 기업입니다. 이들은 자동차, 반도체, 신발, 식품 기술 등 다양한 산업 전반에 걸쳐 3D 프린팅 디자인 솔루션(DfAM)과 서비스를 제공합니다. 하비스탕스는 생산 라인을 자동화하는 것을 목표로 하는 협동 로봇을 위한 맞춤화된, 경량화된 강력한 그리퍼의 설계 및 제조에 대한 수 많은 문의를 받았습니다.

기존의 알루미늄 그리퍼는 무거운 제품이 많고 들어 올릴 수 있는 작업물의 무게가 제한적이며 에너지 소비도 큽니다. 협동 로봇 사용자와 로봇 시스템 통합업체가 포함된 하비스탕스의 고객은 다음과 같은 몇 가지 문제점을 지적했습니다.

로봇 사용자와 시스템 통합자의 고충

• 협동 로봇은 대체로 20kg의 작은 가반하중을 보유하고 있습니다. CNC 가공으로 제작되는 기존 알루미늄 그리퍼는 대개 무게가 1~2kg 이상으로 로봇 가반하중의 상당 부분을 차지하므로 처리할 수 있는 작업 중량에 제한이 생깁니다.
• 작업 현장 조건도 다양하므로 맞춤형 그리퍼가 필요합니다. 그러나 기하학적 구조와 조건이 복잡해 기존 제조 방법으로는 맞춤 제작이 어렵습니다. 비용과 제조 시간이 많이 소요되기 때문입니다.
• 흡착 컵이 여러 개 장착된 공압 그리퍼에는 진공 튜브가 많이 필요하므로 로봇의 동작을 방해할 가능성이 있습니다.
• 각각의 사용 조건에 맞춰 맞춤형 그리퍼를 설계하려면 가격 경쟁력을 유지하는 데 어려움을 겪게 되었습니다.

하비스탕스의 임승재 대표는 “우리는 3D 프린팅으로 이러한 문제점을 완전히 해결할 수 있을 것이라고 확신했습니다. 그리퍼의 무게를 줄이는 동시에 강도와 강성을 개선하고 성능을 최적화하기 위해 Markforged 복합재 3D 프린팅 기술을 선택했습니다.”라고 설명합니다.

하비스탕스는 먼저 경량 설계에 중점을 두고 압축 공기 공급원에서 흡착 컵까지의 진공 채널을 그리퍼 본체에 직접 통합하여 외부 튜브 없이 원터치로 피팅할 수 있게 만들었습니다. 이들은 3D 프린팅 파트의 품질과 효율성을 높이기 위해 다양한 설계 방법론을 채택했는데, 여기에는 표면 거칠기를 최소화하기 위한 재설계, 자체 지지형 내부 진공 채널 생성 등이 있습니다. 이런 식으로 접근하여 품질은 개선하고 시간과 비용은 절감할 수 있었습니다.

파트 제작용 재료는 그리퍼와 같은 공장 생산 도구에
매우 중요합니다. 임승재 대표와 하비스탕스의 엔지니어링 팀은 용융 필라멘트 제조(FFF), 광경화성 수지 조형(SLA), 선택적 레이저 소결(SLS), 파우더 베드 소결(PBF)을 포함하여 다양한 프린터와 재료를 테스트했습니다. Onyx를 탄소 섬유로 강화할 수 있는 Markforged 제품만이 이러한 파트를 인증받을 때 필요한 굴곡 강도 및 충격 강도를 충족할 수 있었습니다.

Markforged 제품의 또 다른 장점은 뛰어난 표면 품질입니다. 하비스탕스가 평가했던 다른 3D 프린터는 모두 서포트 구조 제거, 분말 제거, 세척 및 경화 또는 연마와 같은 후처리 단계가 필요했습니다. 그러나 Markforged 제품으로 프린팅한 파트는 후처리로 생기는 지연이나 추가 인건비 없이 프린팅 베드에서 꺼낸 후 바로 사용할 수 있습니다.

대형 산업용 로봇에 들어가는 팔레타이징용 맞춤형 그리퍼와 중장비 픽 앤 캐리 도구 같은 대형 도구를 프린팅해야 할 때, 하비스탕스는 Markforged FX20을 이용합니다. 더욱 빨라진 FX20을 이용하면 생산 속도도 3~4배까지 가속할 수 있습니다.

하비스탕스의 임승재 대표는 “Markforged 3D 프린팅 기술을 활용함으로써 표준 상업용 그리퍼보다 중량이 80% 감소됐고, 기존 CNC 가공 그리퍼와 비교했을 때 배송 시간을 2주에서 2일로 단축할 수 있었습니다.”라고 합니다.

하비스탕스는 연속 탄소 섬유와 유리 섬유로 그리퍼 본체의 바닥을 강화하여 모양을 변경하지 않고 무거운 작업물을 지탱할 수 있는 강하고 가벼운 그리퍼를 만들었습니다.

임승재 대표는 “고강도 재료(Onyx), 연속 섬유 강화, 뛰어난 표면 마감, 손쉬운 후처리의 이점을 누릴 수 있는 Markforged 프린터가 우리에게는 이상적인 솔루션이었습니다. 우리 엔지니어들은 기계적 성질이나 후처리 부담, 품질에 대한 걱정 없이 오로지 업무에 집중해 제품을 개발할 수 있었습니다”라고 덧붙였습니다.

하비스탕스는 Markforged 복합재 3D 프린팅 기술과 함께 기계 설계 기능과 적층 제조 특화 설계(DfAM) 솔루션을 활용하여 가볍고 강한 맞춤형 그리퍼 브랜드를 실용적인 가격에 개발 및 출시하고 있습니다.

현재는 개별 고객의 요구에 맞춘 로봇 그리퍼 서비스를 제공하고 있습니다. 이들의 목표는 궁극적으로 시간과 장소에 구애받지 않고 개별 고객의 조건에 꼭 맞는 맞춤형 파트를 신속하게 공급하는 서비스를 제공하는 것입니다. 그 첫 번째 단계로 맞춤형 그리퍼를 자동으로 설계하는 알고리즘을 개발하고 고객이 이러한 그리퍼를 설계, 주문, 결제할 수 있는 온라인 플랫폼을 구축하고 있습니다. 이러한 도전은 곧 핑거 그리퍼와 그리퍼 팁과 같은 품목을 포함하여 확장될 것입니다.

설계 자동화에 도전 중인 하비스탕스지만 자사의 온라인 3D 프린팅 서비스 플랫폼을 통해 주문받은 파트를 Markforged Digital Forge 플랫폼에서 처리하여 생산 시스템을 자동화한다는 목표도 있습니다.