줄 없이, 한계 없이: WCB Robotics, EOS SLS로 스마트 외벽 세척 확장
WCB Robotics | 사례 연구
매일 여전히 작업자들이 로프에 매달려 초고층 건물 유리를 청소합니다. 위험할 뿐만 아니라 속도가 느리고 비용이 많이 들며 날씨에 좌우되는 작업이죠. WCB Robotics는 배터리로 작동하는 로프 없는 외벽 청소 로봇 'E.L.M.O.'로 이를 바꾸려 합니다. 이 로봇은 인간과 유사한 정밀도로 건물 외벽을 오르고 청소하며, 청소 한 번에 약 1리터의 물만 사용합니다. 무게 16kg 미만이며 시속 100km의 강풍 속에서도 안전하게 작동하도록 설계된 E.L.M.O.는 현재도 초고층 빌딩의 99%에서 수작업에 의존하는 이 작업에 일관된 품질과 안전성을 제공합니다.
이 도약을 실현하기 위해 WCB Robotics는 500개가 넘는 개별 부품 전반에 걸쳐 엄격한 공차 기준을 충족하고, 열·습도·자외선에 견디며, 전체 시스템 무게를 낮게 유지할 수 있는 양산 가능한 부품이 필요했습니다. 기존 가공 방식과 소비자용 3D 프린팅으로는 이를 따라잡을 수 없었습니다. EOS의 선택적 레이저 소결(SLS) 기술과 PA 2200 소재는 설계 자유도, 내구성, 반복성을 확보하여 팀이 프로토타입에서 견고한 현장 적용 제품으로 전환하는 데 필요한 열쇠가 되었습니다.
도전 과제
설계가 진화함에 따라 WCB Robotics의 부품들은 선반/CNC 가공 및 아크릴 시트 제작의 한계를 넘어섰습니다. 복잡한 내부 채널, AI로 최적화된 유기적 기하 구조, 그리고 점점 더 엄격해지는 공차로 인해 가공은 느려지고 비용이 증가했으며, 많은 경우 불가능해졌습니다. FDM 및 SLA 방식 시험은 한계점을 드러냈습니다: 일관성 없는 공차, 열변형 및 내열성 부족, 내구성 문제, 그리고 부품 손상과 생산성 저하를 초래하는 노동 집약적인 지지대 제거 작업 등이었습니다. 팀은 전 세계 어디서나 작동해야 하는 로봇에 필요한 강성 대 중량 비율과 환경적 내구성을 갖춘 생산용 부품을 직접 출력해야 했습니다. 이는 55°C와 99% 습도부터 건조한 겨울철 영하까지의 극한 환경에서도 견디면서도 비용이나 리드 타임을 크게 늘리지 않아야 했습니다.
솔루션
WCB 로봇은 EOS SLS 및 나일론 소재를 표준화하여 구조적 섀시 요소, 완전 SLS 프린팅 로봇 커버, 그리고 경량 연동 펌프, 특허 출원 중인 다중 포트 물병, CFD 최적화 스퀴지를 포함한 핵심 어셈블리를 프린터에서 직접 출력하여 즉시 사용 가능한 상태로 제조합니다.
3D 프린팅은 전통적 제조의 한계를 뛰어넘어 형태가 오직 기능에 의해 결정되는 영역으로 우리를 안내합니다. EOS의 SLS 장비는 한 층 한 층 쌓아올리며 꿈꾸는 이의 상상력에 생명을 불어넣습니다. 그 결과, 로봇 E.L.M.O.와 같이 이전에는 제작이 불가능했던 제품들이 현실로 탄생합니다.
우자왈 아가르왈, WCB Robotics 창립자
EOS SLS는 지지대 제거 작업이 불필요하며, 섬세한 구조를 보존하고, 구조적 무결성을 저해하지 않으면서 약 0.5mm까지의 정밀한 디테일 구현을 가능하게 했습니다. 소재 선택인 EOS PA 2200은 강성 대 중량 비율, 크리프 저항성, 열 안정성, 내습성의 적절한 조합을 제공했습니다. 무엇보다 EOS 공정의 일관성은 WCB Robotics가 배치 간 반복 가능한 품질을 확보하게 하여 재작업량을 줄이고 후속 조립 공정을 단순화했습니다. WCB Robotics의 표현을 빌리자면, 이는 소량·고복잡도 생산을 금전적으로 불가능한 수준에서 실행 가능한 운영으로 전환시킨 결정적 요인이었습니다.
결정적인 요소는 PA 2200의 성능과 EOS 기계의 반복성이었습니다. 복잡한 형상, 초경량 설계, 치수 제어를 단 한 번의 공정으로 달성할 수 있습니다 — 타협 없이 말이죠.
엔지니어링 팀 - 내부 요약, WCB Robotics
결과
EOS SLS로의 전환은 제품 성능과 사업 진행 속도를 모두 변화시켰습니다. 기술적으로 WCB Robotics는 500개 이상의 고유 부품에 걸쳐 일관된 치수 제어를 달성했으며, 가공으로는 구현 불가능한 통합 내부 유로와 가혹한 기후를 견디면서도 시스템 질량을 낮게 유지하는 내구성 있는 폴리머 부품을 구현했습니다. 운영 측면에서는 지지대 제거 작업이 사라지고, 불량품이 감소했으며, 반복 주기가 단축되어 시장 출시 기간이 단축되었습니다. 또한 청소 품질을 유지하면서 약 75dB의 저소음으로 작동하는 현장 적용 가능한 빌드를 가능하게 했습니다.
WCB Robotics의 청소 로봇 E.L.M.O.는 3D 프린팅 펌프, 물통, 스퀴지, 구동 시스템 및 커버를 장착하여 안정적으로 작동 중입니다. 생산은 시장 수요에 따라 쉽게 확장 및 축소 가능합니다. 수요 기반 생산 방식은 창고 비용과 과잉 재고 위험을 최소화하므로 운영 위험이 낮습니다.
EOS SLS는 단순히 로봇 제작을 가능하게 한 것이 아니라 비즈니스 확장성을 확보해 주었습니다. 우리는 신속하게 반복 개발하고, 안정적으로 생산하며, 자신 있게 출하할 수 있습니다.
우자왈 아가르왈, WCB Robotics 창립자
로봇의 복잡성이 SLS로 전환 후 크게 증가함에 따라 기존 방식과의 동등한 테스트는 불가능했습니다. 그러나 실제로는 현재 많은 부품들이 목표 중량으로 가공 자체가 불가능했습니다. 특정 부품의 경우 WCB는 가공 대비 최대 5배의 비용 차이를 확인했으며, 이는 소량 생산과 고복잡도 생산에 SLS가 유일한 실행 가능한 경로인 이유를 강조합니다.
한눈에 보기
- 지지대를 제거하고 후가공을 최소화함으로써 지지 관련 작업 시간을 18배 단축했습니다. 대표적인 예로 흡착컵의 경우 수작업 시간이 약 9시간에서 약 30분으로 감소했습니다.
- 기능성 최종 사용 부품의 신속한 설계 반복 및 직접 제조를 통한 시장 출시 기간 단축.
- 다단계 가공 공정을 단일 SLS 빌드로 통합함으로써 소량 생산 및 고복잡도 빌드의 단위 비용을 절감했습니다. 특정 사례에서는 SLS가 가공 대비 최대 5배 더 비용 효율적인 것으로 입증되었습니다.
- 온도와 습도 전반에 걸친 현장 신뢰성 향상: 일반 소비자용 FDM 부품은 일반적으로 45°C 전후에서 고장났으나, SLS 부품은 더 얇은 설계에서도 최대 60°C까지 견고함을 유지했습니다.
- ~ 16kg 목표 달성을 통해 시스템 질량을 68% 감소시켰으며, 동급 가공 설계의 경우 30~50kg으로 추정됩니다.
- 약 75dB의 저소음 작동 성능을 입증하여(응용 분야에 맞춤 설계된 기하학적 구조로 가능) 청소 품질을 유지하면서도 라이브 전시회 및 실내 데모에 적합합니다.
간략한 회사 소개
WCB Robotics(인도 하이데라바드)는 로프 없이 고층 유리창을 안전하고 지속 가능하게 세척하는 스마트 외벽 청소 로봇 E.L.M.O.를 개발했습니다. E.L.M.O.는 특허받은 비접촉식 흡입 기술과 자동차 등급 안전 전자 장치를 적용했으며, 시속 100km 바람 속에서도 작동하며 세척당 약 1리터의 물을 소비합니다.
