韓·獨 연구진, 연료전지 효율 높이는 레이저 가공기술 개발

이번 연구를 주도한 한국과 독일 공동 연구진.[한국기계연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 선박, 비행기 등에 활용되는 연료전지는 효율 향상을 위해 무게가 가벼워지고, 분리막의 두께가 줄어들고 있다. 연료전지의 생산 효율과 품질을 향상할 박판 분리막 레이저 가공 기술이 국제 공동연구를 통해 개발됐다.

한국기계연구원은 국내 중소기업 ㈜케이랩, 독일 프라운호퍼 연구소 등과 공동연구를 통해 0.075㎜ 두께 연료전지 분리막 소재의 레이저 용접과 절단이 동시에 가능한 스캐너 적용, 새로운 평면 레이저 스캐너-스테이지 실시간 연동 제어기술(2D on the fly) 복합 장비를 개발했다.

기계연 레이저기술실용화연구실 이수진 책임연구원과 공동 연구팀은 다양한 형상의 대면적 박판 용접과 부분적으로 고품질의 절단이 동시에 요구되는 연료전지 제조 업체의 수요에 주목했다. 기존 스테이지와 스캐너를 함께 움직이는 기술을 활용하고 절단 가스 공급 노즐을 스테이지로 연동해 넓은 면적(400㎜*400㎜ 이상)을 다양한 형상으로 용접 및 절단할 수 있는 Top-Lamp 복합가공기 개발에 성공했다.

연구진은 실시간으로 스캐너 동축 및 외각 비전시스템을 통해 작업 영역을 자동 보정, 가공정밀도를 유지하는 기능을 개발 및 활용했다. 이를 통해 부착된 노즐 구경 내의 중심 위치를 보정해 공정 중 노즐 직경 3㎜ 내에 레이저 빔을 조사할 수 있는 기술로 적용했다.

기존 2D on the fly 기술은 가공체 가공 중 방향 전환(코너링) 시 가감속에 의한 속도 변화가 있어 가공체의 형상을 정밀하게 제어하기 어렵고, 가공 공정의 보정이 어려워 품질 향상이 필요했다. 그리고 일반 고속 스캐너에는 절단 가스용 노즐 부착이 어려워 용접과 절단 공정을 위한 장비를 따로 사용해 공정시간 및 투자 비용이 많이 드는 문제가 있었다.

레이저 가공 작동 장면 및 절단부 품질.[한국기계연구원 제공]

이번에 개발한 기술은 스캐너의 비전시스템으로 더욱 정밀한 위치 보정을 통해 연동 오차를 줄여 가공 품질을 향상한다. 또한, 절단 가스용 노즐을 스캐너 혹은 다른 스테이지에 별도 부착, 노즐 구경 중심 위치를 보정해 고속도 용접과 부분 절단을 동시 수행할 수 있어, 비용 및 공정시간을 줄일 수 있다.

이수진 책임연구원은 “이번 기술이 협력 파트너인 독일 연구진에게도 다양한 분야에 적용 가능할 것이라는 기대를 심어주고 있다”며 “이번 기술 개발은 연료전지 분리막이 얇아짐에 따른 가공 품질의 향상에 대한 연료전지 시장의 수요에 대응할 수 있다는 점에서 의의가 있다”고 밝혔다.

nbgkoo@heraldcorp.com