소프트웨어를 이용하여 아티팩트를 검증하고 줄이는 방법 

■ 찰리 앤더튼(Charlie Anderton)  |  씨지텍(CGTech)의 복합소재 소프트웨어 전문가이다. 씨지텍 합류 전에는 Aurora Flight Sciences에서 6시그마 그린벨트 가공 엔지니어로 근무했다. 사용자의 입장에서 복합소재 소프트웨어 개발에 지속적인 기여를 했으며 NC 프로그래머, 공작기계 작업자, 엔지니어의 입장에서 복합소재 가공을 연구해 왔다.

이메일 | charles.anderton@cgtech.com
홈페이지 | http://www.cgtech.com

AFP(Automated Fiber Placement)와 ATL(Automated Tape Laying)은 대형 복합소재 부품을 빠르게 제조하기 위한 NC 공정으로 현재는 보잉, 에어버스 등의 대형 항공우주 업체와 이들에게 부품을 공급하는 1차, 2차 공급사들이 주로 사용하고 있다.  이 공정은 복합소재를 이용하여 대형 구조물 또는 부품의 무게를 줄이고 결과적으로 항공기 효율을 높이는데 기여한다. 

그렇기 때문에 AFP/ATL 시장은 지금까지와 마찬가지로 앞으로도 당분간은 대형 항공사를 중심으로 북미와 유럽 시장에서 가장 큰 성장세를 보일 것으로 전망된다. 그리고 아시아에서는 중국의 성장에 눈에 띈다. 중국 국영 항공제조업체 코맥(COMAC)이 생산하고 있는 C919는 AFP/ATL 방식을 도입하고 있지 않지만, 항공기 구조물의 무게를 기준으로 약 12%가 복합소재로 만들어졌다. 항공기 부품의 50% 이상을 복합소재로 제조하는 미국이나 유럽의 업체들과 비교하면 12%는 큰 비중이 아닌 것처럼 보이기도 하지만, 현재 코맥이 러시아와 합작하여 개발 중인 CR929의 경우 복합소재 비중을 약 50% 이상으로 높인다는 계획이다. 

계획대로 50% 이상의 기체 구조물을 복합소재로 제작하려면 날개의 일부나 동체 등 대형 부품들이 복합소재로 가공되어야 하고, 이 경우 결국 AFP/ATL 방식이 도입되지 않을까 하는 전망이 가능하다.  한국의 대형 항공제조사들도 AFP/ATL 방식을 이미 도입하여 항공기를 제조하고 있다.

AFP/ATL 가공은 생산성을 향상시키는 대신 수작업으로 레이업(layup) 가공을 할 때에는 발생하지 않는 특수한 문제가 발생하기도 한다. 기계 가공의 한계를 상쇄하는 과정에서 종종 원래의 설계로는 확인할 수 없던 아티팩트(artifact)가 발생하는 것이다. 하지만 적절하게 관리한다면 아티팩트가 최종 가공물에 미치는 영향은 제한적일 수 있다. 베리컷 컴포지트 프로그래밍(VERICUT Composites Programming : VCP)은 복합소재 기계 가공으로 인해 발생하는 미세한 아티팩트를 감지하고 최소화하는데 도움이 되는 다양한 최신 솔루션을 제공한다.

수작업과 자동화 장비를 이용한 가공은 소재를 사용하는 방식도 서로 다르다. 단방향 프리임프레그네이티드(preimpregnated) 탄소 섬유는 AFP 기계 가공에서 많이 사용되는 소재이다. 수작업에서도 이 소재를 많이 사용하지만 기계 가공과 수작업의 차이는 소재의 넓이에 있다. 손으로 작업하는 레이업의 경우 때로 작업자가 폭이 36인치 이상인 소재를 사용하기도 하지만, AFP는 비교적 사용하는 소재의 넓이가 좁다.  AFP 가공에 사용되는 소재의 평균 넓이는 1/8인치에서 1인치 정도이다.

폭이 좁은 소재를 사용할 때 유리한 점 중 하나는 소재의 ‘스티어(steer)’가 가능해진다는 점이다. 소재를 스티어한다는 것은 ‘레이업이 진행되는 표면 위에서 소재의 방향을 변경할 수 있다’는 의미이다.(그림 1)

그림 1. 소재 스티어링(이미지 제공 : Electroimpact)