[첨단 헬로티]
CFRP의 성형 및 가열을 같은 공정에서 수행
과제 추진 배경
경량 구조는 오늘날 많은 산업 분야에서 중요한 역할을 한다. 그 중 탄소섬유 강화플라스틱(CFRP)은 초경량이면서 우수한 기계적 성질을 가지고 있기 때문에 특히 중요하며, 이미 항공 우주 산업, 풍력 에너지 분야, 스포츠 장비 제작 및 자동차 산업 분야에서 활발히 사용되고 있다.
그러나 기존의 생산 공정이 매우 복잡하고 자동화될 수 없었기 때문에 CFRP 부품의 제조는 여전히 비용 집약적이다. 따라서 CFRP를 다양한 용도로 사용하는 것은 너무 비싸고 수익성이 떨어진다. 복잡한 구조의 대형 부품의 경우 시간 소모적인 수작업으로만 생성되었기 때문에 특히 그러했다.
개발제품과 기술혁신
JELBA Werkzeug- und Maschinenbau GmbH & Co. KG(JELBA 기계공구 유한회사)는 1990년에 설립되었으며, 직원 수는 약 200명으로 2013년 매출은 약 2900만 유로였다. 연구개발 부서의 직원은 15명으로, 이들은 연구 끝에 CFRP 부품 생산을 위한 혁신적인 프로세스를 구현했다. 장점은 광범위한 자동화 기능과 생산 비용 절감이다.
CFRP 생산의 출발 물질은 보통 프리프레그(pre-impregnated fibers)인데, 이는 에폭시 수지와 경화제의 혼합물로 구성된 결합재에 함침된 연속 섬유를 감아놓은 롤을 말한다. 이 롤은 매트릭스 섬유 복합 재료가 압력과 열을 받아 최종 형태로 경화되는 프레스 금형에 배치되어 가공된다.
새롭게 개발된 혁신 공정의 핵심은 성형 및 가열이 같은 단계에서 수행된다는 것이다. 두 개의 프레임으로 형성된 시스템에서, 프리프레그는 실리콘 매트와 특정 형태로 형성된 코어 사이에 위치되고 적외선 가열에 ??의해 경화된다. 동시에 시스템에 연결된 진공 장치를 통해 저압이 형성되어 프리프레그가 코어 주위에 꼭 맞게 결합된다. 이러한 방식으로 생산된 CFRP 부품은 높은 수준의 자동화로 인해보다 경제적으로 생산될 수 있으며 기존의 수작업으로 생산된 경우보다 높은 품질을 제공한다.
시장과 고객
프로젝트 초기에 CFRP 부품의 세계 시장은 약 5500만 톤이고 연간 성장률은 15% 이상이었다. 대형 CFRP 부품 시장은 엄청나게 커지고 있다. 고객의 예를 들면 자전거, 자동차, 항공기, 선박 등의 모바일 시스템 제조업체, 풍력 터빈 또는 스포츠 장비(예 : 스포츠 보트, 피트니스 장비) 제조업체 등이다.
* 본 기술은 최근 독일연방 경제에너지부(BMWi)가 선정한 우수 중소·중견기업 기술혁신 과제들로 한국산업기술평가관리원(KEIT)이 엮은 것을 옮겼다.
