Marcus Stemmler, Festo 피에조 기술 제품 매니저

타이어 생산과 웨이퍼 생산은 전혀 관련이 없어 보이지만, 제어식 공압 장치라는 동일한 자동화 기술을 활용한다는 공통점이 있다. 그래서 Festo는 압축공기 기술을 더욱 발전시켜 지속 가능하고 에너지 효율이 뛰어난 자원 절약형 공압 장치를 만들었다.

자동화 전문업체인 Festo는 솔레노이드 밸브 교체를 간소화하고 에너지 소비를 줄이는 가스 처리용 피에조 밸브 기술을 개발했다.

Festo의 제어식공압장치 는 비례 기술과 센서, 제어 알고리즘을 결합하여 제어 루프를 형성한다. 이 공압장치는 가변 센서 기반의 폐쇄 루프 제어 장치와 결합하여 디지털라이제이션 수 있는 혁신적인 밸브 및 통신 기술을 갖춘 메카트로닉스 공압 시스템이다. 이 기술은 특히 공압 기술의 한계를 넘어 보다 간편하고, 믿을 수 있으며, 더욱 정밀하고 효율적인 솔루션을 제공할 수 있는 압력과 유량 제어 어플리케이션의 새로운 영역을 열었다. 반면에 기존의 표준 공압 장치는 점대점(point-to-point) 이동의 간단한 어플리케이션용이다. 무엇보다도 표준 공압 장치는 사용이 간편하기 때문에 여러 작업에서 이상적인 솔루션이다.

디지털화된 공압 장치

제어식 공압 제품의 가장 좋은 예시는 Festo가 공압장치 디지털화에 활용 중인 Festo MotionTerminal VTEM이다. 이 자동화 플랫폼은 피에조 기술과 모션 앱을 사용하여 공압 제어 회로 내의 개별 컴포넌트 50여 개를 대체할 수 있다.

타이어 생산에 이 플랫폼을 사용하면 큐링 프레스의 적재 공정을 단축할 수 있다. 모션 앱의 “선택 가능한 압력 레벨” 기능을 이용하면 트레드가 없는 미가공 타이어가 프레스 안으로 부드럽게 들어간다. 적재 중 핸들링 시스템의 변동이 적을수록 피드-인 속도가 증가할 수 있다. 따라서 각 타이어의 공정이 몇 초 더 빠르게 진행된다. 처음에는 큰 차이가 아닌 것 같지만 매년 타이어가 약 18억 개 생산되는 현 상황에서 각 타이어 제조업체에 상당히 큰 수치가 될 수 있다. 충격력을 줄여 사용하는 제품의 가용 수명이 상당히 늘어난다는 것도 제어식 공압 장치의 또 다른 장점이다.

자동화의 게임 체인저 Festo Motion Terminal

압력 감소 = 에너지 소비량 감소

실제로 적재 작업 속도만 빨라지는 것이 아니라, 압력이 감소하여 압축공기 소비량도 줄어들 수 있기 때문에 필요한 에너지도 적다는 장점이 있다. 또한 계산 결과에 따르면, 수평으로 설치된 공압 실린더 DSBC와 표준 공압 장치를 비교했을 때 약 33%, 동일한 실린더를 수직으로 설치했을 때와 비교하면 약 75%의 압축공기를 절약할 수 있다. 수직 및 수평 실린더 제어만 놓고 본다면 이 적재 및 하역 작업에서 약 60%의 에너지를 절약할 수 있다.

예측 유지보수

유지보수를 간소화하고 누출을 자동으로 모니터링하는 모션 앱인 “누출 진단” 기능도 사용된다. 진단 사이클과 정해진 임계값을 이용하여 특정 액추에이터의 오작동을 감지하고 정확히 찾아낼 수 있다. 그 결과, 예측 유지보수에서 신뢰할 수 있는 기반이 된다.

또한 Festo Motion Terminal은 결함이 있는 에어 덕트를 닫아 누출이 있을 경우, 추가적인 압축공기 공급을 막을 수 있다. 이 혁신적인 자동화 플랫폼은 이렇게 불필요한 공기 소모를 방지한다.

마모를 방지하는 피에조 기술

한편 Festo의 N2퍼지시스템 은 반도체 산업에서 웨이퍼를 운반 및 보관해야 할 때 산소로 인해 웨이퍼가 산화되지 않도록 방지한다. 이를 위해서 비용 효율적인 컨트롤러가 웨이퍼 주변의 공기에 불활성 질소를 공급한다. 질량 유량 컨트롤러(MFC)로도 불리는 유량 컨트롤러는 피에조 기술 기반으로 센서 기술에 내장되어 있다.

피에조 밸브의 구조 덕분에 전체 가용 수명 동안 입자 연마로 인한 가스 유량에 따른 오염 위험이 감소한다. 입자 크기의 최고값은 스위칭 사이클당 약 0.1μm다. 기존 솔루션에서는 5배의 입자가 생성된다. 마찰로 인한 마모를 방지하는 피에조 기술을 적용하여 밸브의 가용 수명을 크게 높였다. 기존 솔루션에 비해 작업과 유지보수 작업이 상당히 줄었다.

반도체 산업에서 웨이퍼를 운반하고 보관해야 할 때 Festo의 N2 퍼지 시스템은 산소가 웨이퍼를 산화시키는 것을 방지한다.

낮은 고유 에너지 소비량으로 비용 절감

직접 작동되는 유량 컨트롤러의 구조 덕분에 누출 위험이 낮아진다. 전기 에너지 소비량은 1W 미만이다. 이는 양쪽 모두 기존 솔루션보다 80% 적은 수치다. 폐쇄 제어 루프로 히스테리시스가 최소화된 상태에서 유량의 정확하고 안정적인 선형 거동이 가능하다. 반복 정밀도는 설정값의 +/-0.25%다.

Festo는 제어식 공압 장치와 디지털화, 피에조 기술을 이용하여 자원을 절약하고, 압축공기 기술을 에너지 효율성이 우수하며 지속 가능한 수준으로 한 차원 높인다.