
미세분진 브레이크를 위한 Highspeed 레이저 메탈 증착(HS-LMD) 덕분에
뉘르팅엔(Nürtingen)의 Nagel Technologies GmbH 기업은 자동차산업의 문제를 해결하고자 합니다: 마모가 거의 발생하지 않고 미세분진 감소를 위한 새로운 유럽 표준 7을 충족하는 브레이크는 어떻게 제조합니까? 자동차 브레이크 디스크를 위한 초경질 코팅이 유망하며 소위 HS-LMD가 이에 적합한 프로세스라는 것은 분명합니다. 그러나 파우더 효율성이 너무 낮고, 너무 많은 금속 파우더가 손실되어 프로세스 비용이 너무 많이 듭니다. 이와 관련하여 Nagel 기업과 TRUMPF 기업은 빔을 성형할 때 이중 트릭을 사용합니다.
도전과제
새로운 유럽 표준 7은 연소 자동차의 배기가스뿐만 아니라 타이어와 브레이크의 마모에서도 처음으로 미세분진 형성을 크게 줄이도록 요구하고 있습니다. 2026년 이후에도 여전히 유럽연합에서 자동차를 판매하려는 모든 제조사는 이제 두 컴포넌트에 대한 솔루션을 신속하게 필요로 하게 됩니다. Claus-Ulrich Lott 박사는 뉘르팅엔에 위치한 Nagel Technologies GmbH 기업의 최고책임자입니다. 그는 주요 작업의 오래되고 빛이 가득한 부품을 살펴보면서, 다음과 같이 나열합니다: "솔루션은 어떤 모습이어야 할까요? 첫째: 솔루션은 표준을 준수해야 합니다. 마모가 거의 없어야 하고. 이건 분명합니다. 둘째: 저렴해야 합니다. 브레이크는 대량생산되는 제품이므로 단가는 센트 단위로 책정됩니다. 그리고 셋째: 솔루션은 가능한 한 소음 없이 확립된 생산 공정에 적용되어야 합니다." Lott 박사는 브레이크 디스크 제조 테스트 시설 앞에 멈춰섭니다. "그래서 우리는 브레이크 디스크를 초경질 코팅하는 기계를 제작하기로 결정했습니다."
솔루션: Highspeed 레이저 메탈 증착 (HS-LMD)
세 가지 코팅 프로세스가 빠르게 확인되었습니다: 전기화학 코팅 – 오염이 심합니다. 열 코팅 – 너무 느립니다. 냉가스 분사 – 너무 비쌉니다. Lott 박사는 깔끔한 프로세스와 짧은 가공시간 때문에 소위 Highspeed Laser Metal Deposition(HS-LMD)이라고 불리는 레이저 메탈 증착의 고속변형을 결정했습니다. 여기에서는 노즐이 금속 파우더를 최상층에 분사하고 레이저 빔이 이를 용융시켜 코팅을 만듭니다. 특별한 경우 주철 자동차 브레이크 디스크가 레이저 광학장치 및 7개의 파우더 공급노즐 아래에서 회전합니다. NaCoat이라고 불리는 Highspeed 레이저 메탈 증착 셀은 두 개의 층을 도포합니다. 먼저 스테인레스 스틸로 만들어진 0.1mm 두께의 접착층이 있습니다. 그리고 그 위에는 초경질 탄화물 입자로 뒤덮인 0.2mm 두께의 기능성층이 있습니다. "그러나 주철은 층에 도움이 되지 않는 방법입니다." 그 자체로 달라붙기 힘들기 때문에 파우더가 많이 필요합니다. "브레이크 디스크 생산 프로세스에서 제조원가의 60-70%를 결국 파우더가 차지하게 됩니다. "따라서 우리 기계는 높은 수준의 파우더 효율성을 달성해야 합니다. 즉 공급된 파우더를 최대한 많이 사용해야 합니다."
구현: 파우더 효율성을 높이기 위한 빔 성형
Lott 박사는 다음과 같이 설명합니다: "우리는 TRUMPF의 개발에 긴밀히 협력했습니다. 파우더 효율성을 극대화하기 위해 빔 성형에 이중 트릭을 사용합니다," 빔 성형 기술 BrightLine Weld는 레이저 출력을 독립적으로 제어 가능한 코어 및 링 구역으로 나눕니다. 코어와 링 빔이 있는 샤워 헤드와 약간 비슷합니다. 에너지와 열 유입을 최적으로 세팅할 수 있습니다. 한편으로 이는 브레이크 디스크가 거의 휘지 않음을 의미합니다. 다른 한편으로 코팅은 상당히 얇기 때문에 파우더가 덜 필요합니다. 파우더 소비를 위한 두 번째 중요한 단계는 TRUMPF의 바이포컬 테크놀로지 입니다: 레이저 빔의 일부는 파우더 샤워가 떨어지기 직전에 주조물을 약간 따듯하게 합니다. 이로 인해 파우더가 튕겨져 불량품으로 되지 않고 문제없이 바로 붙어버립니다. 이 기계는 리코팅 프로세스에서 최대 94%의 파우더를 사용합니다. 따라서 Nagel 기업은 이제 Euro-7을 준수하는 저마모 브레이크 디스크를 위한 경제적인 생산방법을 갖게 되었습니다.
전망: 비즈니스 성공 및 좋은 기여
Lott 박사는 2년 반 전에 Nagel 기업의 경영권을 인수하여 전적으로 변환 및 브레이크 디스크에만 집중했습니다. "지금까지의 우리 비즈니스는 내연기관에 크게 의존해 왔으며 눈에 띄게 감소하고 있습니다. Euro-7을 준수하는 브레이크 디스크용 우리 솔루션을 사용해 드라이브 독립적인 제품을 제공하는 동시에 우리가 가장 잘 알고 있는 산업부문에 머물기를 원합니다." 주문목록은 그가 옳음을 증명합니다. 처음 6개월 동안 Nagel 기업은 양산을 위해 두 자리 수의 브레이크 디스크 설비를 배송했습니다. Lott 박사는 성공을 자랑스러워하며 잠시 좋아하지만 바로 진지해집니다: "다른 것도 중요합니다. 우리 설비는 사람들이 미세분진에 덜 노출되고 건강을 유지할 수 있도록 기여할 것입니다. 나에게 이 점은 전반적으로 만족스러움을 안겨줍니다."
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현재: 2025년 2월 10일