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맞춤형

VX4000_printing

voxeljet의 3D 인쇄 시스템은 2시간이면 금속 주물 부품을 위한 복잡한 주형과 모형 혹은 맞춤형 영화 세트와 건축 모형까지 무엇이든 만들 수 있다. 3D 프린터가 제공해주는 높은 수준의 정밀도와 전례 없는 디자인의 복잡성 이외에도, 사용자들이 진정으로 인정해주는 기능은 소량 생산, 원형(原型) 및 모델에 대해 얻어지는 엄청난 시간의 절약이다. 이것은 모두 고성능의 B&R 기술을 기반으로 하는 다목적의 통합된 자동화와 제어 솔루션에 의해 지원되며, 이것은 대형 인쇄 작업도 신뢰성과 정밀도를 갖추고 세세한 부분까지 정확히 다루어질 수 있다는 것을 보장한다.

“자동차와 항공 산업 그리고 기계 제조, 조선 및 중공업 분야의 우리의 주된 고객들 이외에도, 점점 더 넓은 범위의 다른 산업계의 새로운 고객들이 3D 인쇄의 잠재력을 발견하고 있다는 점에 주목하고 있습니다.” Voxeljet의 전기 설계 책임자인 Björn Matthes는 설명한다. “이것은 특히 원형과 소량의 제품 및 모델을 신속하게 그리고 특수 공구 없이 생산해야 하는 경우에 적용됩니다. 우리는 당사의 인쇄 서비스 범위를 극단적으로 확장하면서 동시에 실질적으로 모든 크기의 가공물을 다루기 위한 전체 스펙트럼의 장치를 개발함으로써 이러한 동향에 대응해왔습니다.”

Voxeljet_3Dprint

voxeljet 사의 3D 프린터를 사용하여 제작한 단품들. 이 프린터들은 주물사 또는 플라스틱과 같은 거의 모든 유형의 원료로 무한대로 복잡한 제품을 만들 수 있다. (Source: voxeljet AG)

세상에서 가장 큰 3D 프린팅 시스템

Voxeljet 사에서 적용하는 프린팅 기술은 기존의 잉크젯 프린터에 적용되는 기술과 매우 흡사하다. 차이점이라면 자사에서 개발된 프린트 해더에 잉크 대신 액상 바인더가 사용되는 점이다. 바인더는 프린터 플랫폼 상의 얇은 입자 코팅 위에 만들어지는 가공물의 형태에 선택적으로 가해진다. voxeljet가 세계 최대의 3D 프린터라고 주장하는 VX4000은 이러한 방식으로 플랫폼 상에 4,000 x 2,000 x 1,000 밀리미터 (길이 x 폭 x 높이) 크기까지의 모래 형태를 계층 별로 구축한다.

voxeljet에 의해 in 2009년에 최초로 생산된 VX4000은 인치 당 300 도트(dot)의 해상도와 300 미크론의 두께로 단 75초 만에 각 층을 인쇄한다. 공간이 넓은 플랫폼에서는 VX 4000 은 개별적인 큰 컴포넌트나 여러 개의 작은 가공품들을 동시에 가공할 수 있게 해준다. 이 기계는 CAD 데이터를 직접 이용함으로써 가장 작은 세부까지 정확도를 보장한다.

프린터 소프트웨어는 가상 작업 공간에 3D CAD 모델을 배치하고 프린트 레이어로 세분화한다. 관련된 많은 양의 데이터를 처리하기 위해, voxeljet 시스템은 데이터의 보유를 위해 SSD 시스템 디스크와 추가로 적어도 1 테라바이트의 저장 용량을 갖는 하드 디스크를 포함하는 산업용 PC를 이용한다.

비견할 것이 없는 완벽한 제품 포트폴리오

"우리가 VX4000을 개발하기 이전의 모든 3D 프린터에서는 PC가 CAN 버스 연결을 통해 시스템 전체를 제어하는 역할을 했었습니다." 라고 Matthes 씨가 말했다. VX4000의 개발에 있어 voxeljet 사는 제어 구조를 더욱 단순화하고 PC에서의 부담의 일부를 완화하기 위해 추가적인 추상화 단계를 도입했다. 또한 그들은 프린터 해더와 입자 리코터가 탑재된 두 개의 포탈 시스템을 움직이기 위하여 갠트리 시스템을 개발하여야 할 필요가 있었다.

“우리는 만약에 드라이브 시스템을 생산함에 있어 다른 공급업체가 포함되어 있다면 긴장감과 불명화간 책임에 관한 문제가 발생할 수 있다라는 점을 경험으로 배웠습니다.” 라고 Matthes 씨가 설명한다. “바로 그러한 이유로 우리 회사는 기어로부터 제어 시스템과 HMI에 이르기까지 전체 자동화 시스템을 다룰 수 있는 동반자를 찾게 되었습니다."

voxeljet은 바로 원하던 것으로 결정 지을 수 있었다고 Matthes 씨는 말한다. “통합 안전 및 보편적 개발과 설정 툴을 포함하는 B&R의 빈틈 없는 포트폴리오를 보고 우리는 완벽한 동반자를 만났다는 것을 실제로 확신하였습니다. B&R 시스템은 우리에게 필요한 모든 것을 제공할 뿐만 아니라 장래의 혁신을 위한 충분한 여지까지도 제공합니다.”

Voxeljet은 B&R 기술을 적용한 갠트리 시스템을 구현하는 것이 얼마나 쉽다라는 것을 직접 체험으로 알 수 있었기에 B&R 엔지니어들과의 미팅중에 결정을 내릴 수 있었다.

Dienstleistungshalle_Übersicht
VX4000_Bauraum.jpg: 세상에서 가장 큰 3D 프린터의 챔버 크기는 길이는 4 m, 넓이 2 m, 높이 1 m 이다. 고품질의 부품들로 연속 가동을 할 수 있게 설계되었다. (Source: voxeljet AG)
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voxeljet의 신형 VX2000의 운전원 터미널은 B&R의 터치스크린을 갖춘 Power Panel을 기반으로 한다. . HMI 애플리케이션은 3D 프린터를 위해 인쇄 데이터를 준비하는 같은 PC 상에서 실행된다. (출처: Franz Joachim Roßmann)

유연한 구조

VX4000 을 위한 자동화 솔루션에서 PC 를 제외한 모든 것을 모션 컨트롤러와 같은 기능이 탑재된 B&R X20 시리즈의 CPU 모듈로 사용하고 있습니다. PC에 의해 생성된 이동 명령은 표준 이더넷을 통해 CPU 모듈에 전송되고, 명령은 대응되는 모터 구동으로 전환된다. 갠트리 시스템의 2개 포털의 Z 축을 제어하는 4개의 서보 모터 이외에도, VX4000은 부분적으로 동기화된 최대 8대까지의 다른 서보 모터를 (2 x X1 및 2 x X2) 사용한다.

Voxeljet는 구조를 유연하게 유지하고, 장래의 요건에 신속히 대응하고, 재고를 최적화하기 위해 배타적으로 서보 모터를 사용한다. 모든 모터는 ACOPOSmulti 드라이브에 의해 동력이 제공되고, 이것은 POWERLINK를 통해 컨트롤러와 통신한다. 이들 드라이브는 단지 모션 제어에만 이용되는 것이 아니다. 프린트 헤드 (Y)를 이동하고 리코터를 작성하도록 직접 인쇄 관련 작업을 제어하는 하위 수준의 기능 순서를 조정하는데도 사용된다.

“이 구조가 설치되어 있는 VX4000의 프로토 타입은 우리의 서비스 센터에서 아직 효율적이고 신뢰할 수 있는 정도로 여전히 가동 구동 하고 있습니다.“ 라고 Matthes씨가 말한다. "물론 구조는 그 이후 지속적으로 발전해왔습니다.”

openSAFETY를 이용하는 손쉬운 설정

현재 자동화 솔루션은 Safe Torque Off (STO)와 Safely Limited Speed (SLS) 세이프티 펑션을 탑재하고 있다. 두 펑션은 세이프티 기술이 통합된 SafeMC와 X20시스템의 Safe I/O 모듈이 부착된 ACOPOSmulti 인버터 모듈을 사용하여 voxeljet 개발자에 의해 구현되었다. “길이 20 m, 넓이 7 m의 큰 프린터에 대한 서비스와 시운전은 오히려 더 쉬워졌습니다. 왜냐하면 사람이 장비의 가동 스위치를 끄지 않은 상태에서 프린터와 모니터 공정라인 주위를 안전하게 움직일 수 있기 때문입니다.” 라고 Matthes씨가 말한다. “openSAFETY 통신 프로토콜 덕분에 세이프티 펑션을 통합하는데 드는 시간과 장비가 최소화 되었습니다.”

시스템은 두 가닥으로 I/O모듈이 분리되어 설계됐다. 안전 입출력 채널들은 직접 CPU에 연결되어 있는 반면에, 비안전 입출력 채널들은 POWERLINK를 통해 격리되어 있다. 원래 이 분리는 존재하지 않았었다. “채널을 분리시킴으로써, 시스템의 확장을 용이하게 만들었습니다. 다른 이점은 세이프티 관련 영역에 영향을 주지않고 표준 슬라이스의 전원을 끌 수 있게 되어있습니다.” 라고 Matthes씨가 말했다.

Automation Studio는 voxeljet를 위한 몇 가지 명확한 편익을 제공한다. 이것은 제어 소프트웨어, HMI 및 안전 기능을 포함하는 전체 범위의 B&R 자동화 구성요소들을 통합하는 단일 툴을 제공한다. 광범위한 진단 기능은 소프트웨어의 분석과 오류의 문제 해결을 훨씬 더 용이하게 한다. 통합 EPLAN 인터페이스 덕분에 엔지니어링 환경의 명확한 구조화 및 하드웨어 구성을 동기화할 수 있다는 것은 특별하다. Voxeljet 의 최신 자동화 프로젝트는 모두 Automation Studio 4가 적용된다.

Björn Matthes PM

"제대로 맞게 구현되어 있는가에 대한 보장을 위해 B&R은 처음부터 끝까지 아이디어가 교려 하였다는 것을 첫 교육에서부터 확실히 알 수 있었습니다." B&R이 제공하는 지원은 매우 우수하고 우리의 질문에 신속하게 답변해주어 우리가 전문지식을 구축하는데 많은 도움을 주었습니다." Björn Matthes, Electrical Planner, voxeljet AG

가상 마스터 축 재사용의 간단화

통합 세이프티 펑션 이외에도 voxeljet는 시스템의 아키텍처에 가상 축 개념을 도입했다. 현재 모든 마스터 축은 가상 축으로 구현되어 있다. Voxeljet 사에게 이것은 제어 소프트웨어를 개발할 때 추후 어떠한 드라이버가 특정한 축에 연결되거나 또는 여러 축들이 어떻게 함께 구동되든지 문제가 되지 않는다것을 의미한다. “심지어 이것은 시스템이 완료되기 전에 드라이브 하드웨어와 자동화 솔루션의 시뮬레이션이 가능 하도록 해줍니다.” 라고 Matthes씨는 설명한다. "게다가, 가상 축을 사용하여 훨씬 더 쉽게 다른 시스템을 위한 자동화 아키텍처를 재사용 할 수 있습니다." Matthes씨는 경험으로부터 확신한다.

Matthes의 설명은 경험으로부터 비롯된 것이다. voxeljet는 이미 B&R 기반의 자동화 솔루션을 최소한의 수정과 함께 그의 VX2000에 이미 재사용하였다.

“우리는 이 기술과 다른 기술들을 도입할 때 B&R로부터 훌륭한 지원을 제공받았습니다,” Matthes는 말한다. "제대로 맞게 구현되어 있는가에 대한 보장을 위해 B&R은 처음부터 끝까지 아이디어가 교려 하였다는 것을 첫 교육에서부터 확실히 알 수 있었습니다." B&R이 제공하는 지원은 매우 우수하고 우리의 질문에 신속하게 답변해주어 우리가 전문지식을 구축하는데 많은 도움을 주었습니다.

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