SoftGripping, 식품 산업용 적층 제조 그리퍼 베이스에 공압 기술을 통합

SoftGripping GmbH | 사례 연구

50 %

제조 비용 절감

다른 제조 방식에 비해 제조 비용이 50% 낮음

+4 대신 1

그리퍼당 구성품

그리퍼당 4개 이상의 구성 요소 대신 1개만 사용됩니다. 통합된 공기 통로 덕분에 별도의 씰과 커넥터가 필요하지 않습니다.

70 %

개발 기간 단축

개발 기간이 12주에서 3주로 70% 단축됨

식품 및 포장 산업에서 적절한 그리핑 솔루션을 선택하는 것은 제품 품질, 공정 신뢰성 및 장비 가동률을 좌우하는 핵심 요소입니다. 식품은 종종 모양과 크기가 자연적으로 다양하기 때문에 자동화된 취급 공정에 어려움을 초래합니다. 특히 채소나 가금류 부위와 같은 제품의 경우, 손상 없이 안정적으로 취급되어야 하므로 이러한 문제가 더욱 두드러집니다.

동시에 그리퍼 시스템은 생산 속도를 저하시키지 않으면서도 높은 사이클 속도, 엄격한 위생 요건, 변화하는 제품 형상에 대응해야 합니다. 하노버에 본사를 둔 SoftGripping GmbH는 바로 이러한 과제를 전문으로 해결합니다. 이 회사는 적응형 실리콘 핑거를 모듈식 그리퍼 시스템, 위생 설계 원칙 및 공압 기능과 결합하여 식품 및 포장 산업의 까다로운 응용 분야를 지원합니다. 또한, 응용 분야별 그리퍼에 대한 엔지니어링 지원은 물론 로봇 자동화를 위한 완벽한 EOAT(End-of-Arm Tooling) 솔루션을 제공함으로써 제품 포트폴리오를 완성하고 있습니다.

SoftGripping은 새로운 공압 그리퍼 베이스를 개발하기 위해 EOS PA 2200을 활용한 산업용 적층 제조 기술을 도입했습니다. 목표는 실리콘 핑거를 지지하면서도 공압 공기 분배 시스템을 부품에 직접 통합한 소형 베이스 부품을 제작하는 것이었습니다. 이러한 기능을 신뢰성 있고 비용 효율적인 방식으로 구현하는 것이 이 프로젝트의 핵심 엔지니어링 과제가 되었습니다.

도전 과제

단일 부품에 공압 기능과 공기 분배 기능을 통합

가장 큰 과제는 그리퍼 베이스 자체의 설계에 있었습니다. 외부 부품과 조립 후 연결되는 커넥터의 사용을 줄이기 위해, 공압식 공기 배관 시스템을 베이스 부품에 직접 통합해야 했습니다. 목표는 부품 수를 줄이고, 조립 공정을 간소화하며, 잠재적인 누출 지점을 최소화하는 기능적으로 통합된 설계를 구현하는 것이었습니다.

기존의 감산형 제조 방식으로는 이러한 기능 통합 개념을 단일 부품으로 구현할 수 없었습니다. 대신, 각 그리퍼 손가락에 대한 개별 부품은 물론 추가적인 연결부, 씰, 공압 부품으로 구성된 다중 부품 조립체가 필요했을 것입니다. 관절이 하나 추가될 때마다 설계 복잡성이 증가하고 잠재적인 누출 지점이 발생합니다. 위생 관리가 중요한 공압 응용 분야에서는 이러한 접합부를 최소화하는 것이 분명한 이점입니다.

초기 설계 및 적합성 검증을 위해 SoftGripping은 FDM(Fused Deposition Modeling) 기술을 활용하여 시제품을 제작했습니다. 이러한 시제품은 개발 과정에서 신속한 설계 반복을 가능하게 했으나, 최종 양산 부품에 요구되는 기밀성과 장기적 안정성을 충족시키지는 못했습니다. 따라서 SoftGripping은 단일 부품 내에 복잡한 내부 공기 통로를 통합하고, 신뢰할 수 있는 공압 기능을 제공하며, 까다로운 식품 산업 분야의 요구 사항을 충족할 수 있는 제조 솔루션이 필요했습니다.

솔루션

산업용 적층 제조를 통한 기능적 통합

SoftGripping은 생산에 투입 가능한 설계가 완성될 때까지 형상, 공압 시스템 및 기능을 단계별로 최적화하기 위해 반복적인 엔지니어링 접근 방식을 채택했습니다. 초기 테스트에서는 유연한 테스트 설정을 활용하여 그립 거리, 접촉점 및 형상을 검증하는 데 중점을 두었으며, 이를 통해 그리퍼 베이스의 구체적인 요구 사항을 정의했습니다.

최종 그리퍼 베이스 소재로 SoftGripping은 폴리아미드 12(PA12) 기반 소재인 PA 2200을 선정했습니다. 이 소재는 기계적 성능과 내구성이 균형 있게 조화를 이루고 있어, 특히 견고한 공압식 그리퍼 용도에 적합합니다.

최종 부품은 전문 제조 파트너사가 EOS 시스템에서 선택적 레이저 소결(SLS) 공법을 사용하여 생산합니다. SLS 공법을 통해 공압 배관 경로를 베이스 부품 자체에 직접 통합할 수 있게 되었습니다. 그 결과, 별도의 커넥터와 씰이 필요 없어졌을 뿐만 아니라, 이에 수반되는 조립 작업량도 크게 줄일 수 있었습니다.

그 결과, 공기 분배 기능, 구조적 기능성, 실리콘 핑거와의 인터페이스를 단일 적층 제조 부품 내에 통합한 견고한 그리퍼 베이스가 탄생했습니다. 동시에, 적층 제조는 복잡하고 고도로 맞춤화된 그리퍼 솔루션을 경제적으로 구현하는 데 필요한 설계 자유도를 제공합니다.

„EOS 기술을 통해 기존 제조 방식으로는 구현할 수 없었던 그리퍼 베이스를 만들 수 있었습니다. 설계 유연성, 복잡한 내부 공기 흐름, 기밀성이 결합된 점은 당사의 맞춤형 솔루션에 있어 큰 장점입니다.“
알렉세이 스테파뉴크(Alexey Stepanyuk), SoftGripping GmbH 최고기술책임자(CTO)

결과

기능성 그리퍼 솔루션을 더 빠르게 구현하는 방법

새로운 그리퍼 베이스는 개발 및 제조 공정을 대폭 줄이는 동시에, 특정 용도에 맞춘 변형 모델에 대한 유연성을 높였습니다. 개발 기간은 12주에서 불과 3주로, 약 70% 단축되었습니다.

다른 생산 방식에 비해 제조 비용을 50% 절감했습니다. 주요 요인은 공압 기능을 부품에 직접 통합하여 부품 수를 줄일 수 있게 된 점입니다. 그리퍼 베이스는 필요한 인터페이스 수가 적어 설계 복잡성과 조립 공수를 줄이고, 잠재적인 누출 지점의 수를 감소시켰습니다.

PA 2200과 화학적으로 매끄럽게 처리된 표면 지지체 설계는 위생 관리가 중요한 식품 산업 분야에 적합합니다. SLS 부품에 대한 표적 후가공을 통해 밀폐되고 매끄러운 표면이 형성되어 세척이 용이해집니다. 동시에 EOS 솔루션은 복잡하고 맞춤형 그리퍼 형상을 비용 효율적으로 생산할 수 있게 해줍니다.

이 애플리케이션은 SLS 기술이 기능성 최종 사용 부품은 물론 산업용 소량 생산에도 어떻게 활용될 수 있는지 보여줍니다. SoftGripping의 경우, 이 기술을 통해 일회성 고객 프로젝트부터 표준 제품의 양산에 이르기까지 다양한 분야에서 활용 가능한 완전한 디지털 개발 및 제조 워크플로우를 구현할 수 있습니다. 따라서 새로운 그리퍼 솔루션을 보다 신속하고 경제적으로 테스트하고, 조정하며, 적용할 수 있습니다.

„적층 제조를 통해 우리는 기능성과 적용 요건에 맞춰 그리퍼 부품을 자유롭게 설계할 수 있습니다. 이는 고객들에게 더 빠른 개발 과정, 더 큰 유연성, 그리고 고객의 요구에 정확히 부합하는 맞춤형 솔루션을 의미합니다.“
알렉세이 스테파뉴크(Alexey Stepanyuk), SoftGripping GmbH 최고기술책임자(CTO)

기술 데이터