해외과학기술동향/유리 개발 속도를 빠르게 하는 로못
2011년 11월 25일
 
모델에 따라 자동차의 전자제품은 엔진 블록에 보다 가까운 쪽으로 이동하고 있다. 따라서 전자부품에 사용되는 재료들은 높아지는 열에 잘 견딜 수 있어야 한다.

이와 함께 접착제로 사용되는 유리 용접은 계속해서 최적화되어야 한다. 처음으로 로봇이 새로운 종류의 유리를 개발하고 특성을 시험하는 일을 맡게 되었으며 프라운 호퍼 실험실의 연구원들은 독일 뮌헨에서 개최되는 “productronica“ 무역 쇼에서 이 로봇을 소개할 것이다.

아마추어에게 있어 glas는 유리와 같이 보인다. 이는 창문, 컵, 자동차 헤드라이트 렌즈일 수도 있다. 그러나 투명한 물질에는 보다 많은 것이 있다. 유리는 50~60개의 다른 요소들이 포함될 수 있다. 전문가들은 새로운 응용분야는 새로운 재료들을 항상 요구하기 때문에 항상 이들 요소들에서 일정한 특성을 가지는 유리를 만들 것을 요구 받고 있다.

새로운 특성을 가진 유리를 개발하기 위해서 전문가들은 잠재력이 있는 요소들 중에서 약 10개를 선정하고, 이들을 혼합한 후에 분말을 가열하였다.
연구원들은 이 혼합물을 부드러워질 때까지 노 내에서 가열하고 이들을 성형체에 부은 후에 천천히 실온까지 냉각시켜 원하는 형태가 되게 하였다.

이러한 과정 동안에 점성이 있는 유리로부터 작은 시료들이 만들어졌으며 시험되었다. 점성이 어떤지, 금속에는 잘 젖는지, 결정화는 어떻게 진행되는지 등이 분석되었다. 유리 시료를 손으로 생산하고 이들을 시험하는 데에는 많은 시간이 걸리며 한 종업원이 16개의 시료를 처리하는데 대략 2주를 필요로 한다.

독일 Wurzburg에 있는 프라운호퍼 규산염 연구 실험실 ISC의 연구원들은 이들 모든 단계들을 자동적으로 수행하는 단위를 개발하였다.
“16개의 시료를 처리하는데 단지 24시간이 걸린다. 이러한 이유로 우리는 이전보다 약 50% 가격 경쟁력을 가지는 유리 요소들을 개발할 수 있다.”라고 ISC에 있는 유리 및 고온재료 전문가 그룹의 책임자인 Martin Kilo 박사는 말한다. 이 단위의 핵심은 로봇이다. 로봇은 단계로 혼합을 하고 각각의 용기에 일정량의 분말이 담겨 있는 14개의 저장 용기에 옮긴다. 그리고 나서 로봇은 컵을 닫고 흔들어서 마치 바텐더가 칵테일 혼합물을 만드는 것과 같이 각각의 재료들을 혼합한다.

로봇의 팔은 도가니를 잡고 크기를 측정하고 일정한 혼합물을 채운 후에 전체적으로 구할 수 있는 다섯 개의 노 중의 하나에 넣는다. 로봇은 분말이 가열될 때 가스가 생성되어 형태가 다르게 형성될 수 있기 때문에 이 단계를 여러 번 반복한다. 이와 함께 분말은 용융 되는 과정 중에 줄어들 수 있다. 결과적으로 노는 고온에서 완전하게 채워진 도가니를 가열하게 되어 유리 내에 있는 가스 방울들은 표면으로 올라오게 된다. 일단 유리가 점성이 되면 로봇 팔은 도가니를 제거하고 유리를 새로운 성형체에 부은 후에 압력을 푸는 노에 장착하게 된다. 여기서 유리는 천천히 조절된 과정에 의해 섭씨 600에서 800도로부터 상온까지 냉각된다.

단위의 부가적인 중심 요소는 분석기법이다. 이는 열-광학 측정 원칙에 따라 가동한다. 두 개의 측정 창을 통해 보면 후광 시험 시스템에 있는 시료의 그늘은 CCD 카메라에 의해 기록된다. 윤곽에서의 변화는 시료 부피, 반구 점 및 젖음 각도와 같은 특성을 결정하게 한다. 이 시험 단위는 용융체의 점도 정도와 결정화 방법 및 금속 젖음성 등을 측정한다. 시험 단위는 또한 독립적으로 유리 스크리닝 단위로 사용될 수 있으며 유리가 열을 전달하는 능력을 결정하고 기록한다.
(자료출처: http://www.ndsl.kr/, http://www.fraunhofer.de/en/press/research-news)
 
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