자동화된 3D 인쇄를 활용하는 실무 교육

3D printing

위스콘신 매디슨 대학교는 높은 순위의 저명한 교육 연구 기관이다. 이 대학교의 공과대학은 미국에서도 손꼽히는 기계공학자들을 배출한다. 이 학교는 2015년 가을에 그의 핵심 교과과정을 보다 광범위한 실제 세계의 애플리케이션으로 향상시키고 그의 실험실에 최신 기술을 3D 인쇄기와 B&R의 혁신적 자동화 기술을 갖출 수 있는 기회를 얻었다.

기계 공학자들은 믿을 수 없을 만큼 다양한 지식과 기술을 요구하고 제트 엔진으로부터 의료 기기에 이르기까지 다양한 기기를 사용하여 작업한다. 그러므로 위스콘신-매디슨 대학교의 기계공학과의 제조 기초 과정이 계측학과 공학 경제학 외에도 CNC, 제어 이론, 모션 제어, 자동화 및 프로그래머블 로직과 같은 제조 프로세스 분야를 커버하는 다양한 분야를 포함한다는 것은 놀라운 일이 아니다.

이 과정은 언제나 이러한 광범위한 범위의 개념을 가르쳐 왔다. 그러나 과거에는 각각이 자체의 실험실 환경에서 다루어졌고 때로는 실제 세계의 상황에서 이들이 어떻게 상호 관련되는지를 완전히 파악하는 것이 쉽지 않았다. 그러므로 기계공학부 팀은 학생들에게 보다 실무적 훈련뿐만 아니라 엔지니어링 개념의 보다 응집력 있는 프레젠테이션을 제공하는 방식으로 과정을 재구성하기 위해 그의 향상된 참여 기회를 이용하였다. 새로이 설계된 과정은 적층 제조를 핵심적인 학부생 교과과정에 통합하였다. 실험실 활동은 현재 단일 물리적 플랜트, 즉 3D 인쇄 플랫폼의 실험적 셋업을 중심으로 구성된다.

개발 시간과 복잡성의 감소
기계공학부는 각 실험실 작업대에 정교한 산업용 자동화 소프트웨어를 실행하는 자체의 융합 침적 모델링 3D 인쇄기를 갖췄다. 부교수 겸 메커트로닉스 실험실 부장인 Erick Oberstar는 새로운 자동화 기술 기기를 구현함으로써 프로그램을 더욱 향상시킬 수 있는 가능성을 확인하고, B&R과 접촉하기로 결정하였다. 지난 2010년까지 거슬러 올라가는 밀접한 동반자 관계에서, 위스콘신-매디슨 대학교의 메커트로닉스 실험실은 학생들에게 최신 기술의 자동화 기기와 기법에 접근할 수 있는 기회를 제공하고자 하는 그의 목표를 달성하기 위해 B&R의 솔루션을 이용하기로 하였다. 단일 시스템 내에서 범용 기계 제어뿐만 아니라 CNC 제어도 제공할 수 있는 B&R의 능력으로 인해 B&R은 실험실 요구사항에 대한 이상적인 동반자가 되었다. “B&R에 의해 제공된 하드웨어와 소프트웨어 지원 수준은 새로운 실험실 포맷의 개발과 구현을 간단하고도 용이하게 하였습니다.” Oberstar는 말한다.

touch-screen HMI for machine interaction
학생들은 제어, 가시화 및 모션 제어 기술을 단일 시스템에 조합시킨 B&R Power Panel과 유연한 X20 입출력 시스템을 이용하여 손쉽게 기계 로직, CNC 모션 제어 및 고급 온도 제어 기능을 구현하고 기계 상호작용을 위한 정교한 터치스크린 HMI를 이용할 수 있다.

실험실은 B&R의 솔루션을 구현함으로써 더 적은 자원을 가지고 더 많은 것을 달성할 수 있었다. 만약 B&R이 아니었더라면, 이 대학교의 기계공학 팀은 그들의 모든 기기를 밑바닥으로부터 모든 하드웨어와 전체적인 소프트웨어와 함께 새로운 적층 제조 장비로 전환해야 하는 엄청난 부담에 직면하였을 것이다. 그러나 프로그램 개발은 CNC 라이브러리와 B&R의 mapp 기술을 (모듈화된 컴포넌트의 이용을 통해 기계 소프트웨어를 작성하는데 걸리는 시간을 극적으로 감소시키는 개발 솔루션) 이용할 수 있었기 때문에 수월하였다. 표준적인 G Code 명령은 이미 mapp 컴포넌트에 내장되어 있기 때문에 팀의 개발 시간을 절약하고 대신에 팀원들로 하여금 자신의 센서와 액추에이터들의 집합을 이용할 수 있도록 mapp 라이브러리의 설정에 초점을 맞추도록 허용한다. “소프트웨어 개발과 배치 노력은 매우 빠른 속도로 진행되었습니다.” Oberstar는 말한다. “우리는 실제 개발을 가을 학기 말에 시작하여 봄 학기 중간에 배치를 완료하였습니다.”

메커트로닉스 실험실에서 자동 제어 기술은 3D 인쇄기와 통합되어 학생들에게 실제 세계의 시나리오에서 하드웨어와의 보다 실무적인 상호작용을 제공한다. 학생들이 Automation Studio 소프트웨어 환경에서 코드를 작성할 때는 실제로 프로그래밍을 수행하는 것이고 자신이 프로그램하는 동일한 기계 상에서 실제 인쇄된 부품을 생산한다. B&R은 실제 세계 애플리케이션을 기반으로 하는 훈련을 제공하기로 한 자신의 약속에 대한 연계를 더욱 강화하기 위해 학기마다 메커트로닉스 실험실에 자동화 전문가를 파견하여 산업 자동화에 대한 오늘날의 시장에 대해 논의하고 기계 제어와 관련된 기술, 고용 및 산업 분야의 동향을 제시한다.

위스콘신-매디슨 대학교의 메커트로닉스 실험실
지난 2010년까지 거슬러 올라가는 밀접한 동반자 관계에서, 위스콘신-매디슨 대학교의 메커트로닉스 실험실은 학생들에게 최신 자동화 기기와 기법에 접근할 수 있는 기회를 제공하고자 하는 그의 목표를 달성하기 위해 B&R의 솔루션을 이용한다.

유연한 올인원(all-in-one) 제어 솔루션
학생들은 제어, 가시화 및 모션 제어 기술을 단일 시스템에 조합시킨 B&R Power Panel과 유연한 X20 입출력 시스템을 이용하여 손쉽게 기계 로직, CNC 모션 제어 및 고급 온도 제어 기능을 구현하고 기계 상호작용을 위한 정교한 터치스크린 HMI를 이용할 수 있다. 모든 중요한 제어 관련 기능을 단일 시스템에 갖추는 이러한 발전된 기능은 실험실 환경에서 이상적이며, 여기에서 학생들은 단 몇 개월의 짧은 기간 동안 다양한 주제에 노출된다.

학생들은 새로운 실험실에 아주 만족스러워한다. 3D 인쇄기 시스템은 큰 성공을 거두어 기계공학부는 B&R 자동화 기술을 기반으로 하는 새로운 의학 관련 실험실 애플리케이션을 2016년도 교과과정에 도입할 계획을 세웠다. “우리는 수백 명의 학생들에게 깊은 인상을 남겼습니다.” Oberstar는 설명한다. “또한 우리의 기계공학 자동화 프로젝트를 B&R 제어 솔루션과 짝을 이루어 다루어지는 개념에 대해 보다 실제 세계의 애플리케이션과 포괄적인 소개를 제공함으로써 지속적으로 우리 프로그램을 키워 나가기를 원합니다.”

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