4개 레이저 빔의 혁신: Gestamp 기업, 차체를 더 효율적으로 용접하다

현대 자동차에 대한 요구사항이 높아지고 있습니다. 부품은 더 가벼워져야 하며, 제조 효율성은 높이고 투자 비용은 낮춰야 합니다. 동시에 생산 프로세스의 복잡성도 지속적으로 증가하고 있으며, 특히 차체 제작 분야에서 이러한 경향이 두드러집니다. 스페인에 본사를 둔 글로벌 자동차 부품 공급업체인 Gestamp 기업은 이러한 도전과제에 적극적으로 대응하고 있습니다. TRUMPF와 함께 이 기업은 기존 방식이 한계에 부딪히는 지점, 즉 대형 코팅 구조 부품의 신속하고 유연한 접합 분야에서 혁신적인 산업용 레이저 용접 프로세스를 개발했습니다. "우리는 산업 프로세스를 단순화하기 위해 많은 개별 부품 대신, 대형 구조 부품을 중심적으로 사용하고 있습니다. 이를 통해 최종 조립 단계의 복잡성을 줄임으로써 기계 및 인적 자원을 절약하고, 결과적으로 비용을 절감합니다"라고 Gestamp 기업, Tokyo & Bilbao 접합 부문 이사인 Miguel Angel Ferrandez는 말합니다.

자동차 생산에서 구성품 수가 적을수록 제조 효율성은 더욱 높아집니다. Gestamp 기업은 고강도강의 열간 성형을 통해 생산되는 대형 구조 부품군인 소위 Ges-Gigastamping® 제품군을 통해 이러한 전략을 일관되게 추진하고 있습니다. 이 부품들은 경량화, 안정성 및 충돌 안전성 측면에서 막대한 이점을 제공하지만, 접합 프로세스에 있어서는 매우 높은 기술 정밀도를 요구합니다. "도전과제는 재료에서부터 시작됩니다"라고 Miguel Angel Ferrandez는 설명합니다. "우리는 알루미늄-실리콘(AlSi) 코팅이 된 프레스 경화강을 가공합니다. 이 가공은 구성품의 부식을 방지하지만, 용접을 매우 까다롭게 만듭니다. 따라서 기존의 전통적인 용접 방식을 더 빠른 속도와 유연성을 갖춘 산업용 레이저 용접 방식으로 전환하는 것이 필수적이었습니다."

Gestamp 기업은 이미 새로운 레이저 용접 방식인 G-Weld를 개발함으로써 이에 필요한 "사전 작업"을 마쳤습니다. 개발의 핵심은 중첩 이음 공정에 특화되어 개발된 G-형태의 오버랩 심입니다. 이 용접 프로세스는 효율성이 뛰어날 뿐만 아니라, 더욱 안정적인 심을 보장하며, 용접 속도를 최대 5배까지 높여줍니다. 하지만 펄스 용접과 달리, 레이저 용접에서는 접합 전 AISi 코팅층을 사전에 제거하는 공정이 반드시 필요했습니다. 추가적인 프로세스 단계는 확보한 시간 단축 효과를 무색하게 만들었습니다. 이에 Gestamp 기업은 TRUMPF 레이저 전문가들에게 도움을 요청했습니다. "우리의 목표는 사전 프로세스 단계에서 코팅을 제거할 필요 없이 구성품을 안전하고 효율적으로 용접하는 것이었습니다"라고 Ferrandez는 설명합니다. "오직 이 방법만이 프로세스를 간소화하고 구성품의 품질을 높일 수 있었습니다."

코팅된 구성품의 레이저 용접에서 핵심 난제는 서로 다른 두 재료가 균질하게 결합되지 않는다는 점에 있습니다. 용융 과정에서 페라이트(Ferrit)라는 결정 구조가 형성되는데, 이는 용접심 품질에 부정적인 영향을 미칩니다. "솔루션의 열쇠는 빔 성형 기술에 있습니다. Gestamp 요구사항의 경우 멀티포커스 옵션이 그 핵심 역할을 했습니다"라고 TRUMPF 기업 모빌리티 부문 글로벌 비즈니스 개발 매니저인 Marc Hummel은 설명합니다. 멀티포커스 옵션에서는 레이저 빔이 동일한 에너지 입력을 가진 네 개의 개별 빔으로 나뉩니다. 각각의 빔은 코어 빔과 링 빔으로 구성됩니다. 링 빔은 추가적인 에너지를 통해 용탕을 "안정"시키고 스패터 발생을 방지합니다. 네 개의 개별 빔은 용탕 내에서 AlSi 코팅을 정밀하고 균질하게 혼합하여 페라이트 형성을 억제합니다. 그 결과, 높은 강도와 인장 강도를 갖춘 견고한 심이 완성됩니다. "반죽을 젓는 과정에 비유할 수 있습니다"라고 Hummel은 말합니다. "반죽을 많이 저을수록 덩어리진 부분 없이 재료가 골고루 섞이는 것과 같은 원리입니다."

Gestamp 기업에 있어 이 새롭고 특히 산업에 최적화된 공정 전략은 수많은 이점을 가져다줍니다. Ferrandes는 다음과 같이 요약합니다 "TRUMPF의 빔 성형 덕분에 용접 속도를 획기적으로 높이는 동시에 우수한 용접 품질을 확보할 수 있게 되었습니다. 또한 대형 구조 부품에서 매우 중요한 요소인 접근성 측면에서도 큰 이점을 얻고 있습니다. 프로세스 속도를 그대로 유지하면서도 레이저를 통해 수월한 접근이 가능해졌기 때문입니다. 마지막으로 중요한 점은 부분 용접 방식을 통해 반노출 표면이라 불리는 이점을 얻었다는 것입니다. 심이 거의 눈에 띄지 않을 정도입니다."

새로운 용접 프로세스는 이미 사내 검증을 모두 마쳤습니다. Miguel Angel Ferrandez에게 다음과 같은 점은 분명한 사실입니다: "TRUMPF와의 긴밀한 협력이 결정적인 요소였습니다. TRUMPF는 처음부터 단순한 테크놀로지 공급업체 그 이상이었습니다. 우리는 구조 부품 제조를 근본적으로 변화시킬 잠재력을 가진 솔루션을 공동으로 개발했습니다."