고성능 디지털 인쇄기에 사용된 PRT2 트랙 시스템

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PRT2 정밀 트랙 시스템
고성능 디지털 인쇄기에 사용된 PRT2 트랙 시스템

예전에는 Till GmbH로 알려진 DEKRON GmbH는 독일 Krones AG의 자회사이다. 이들은 음료와 장식(데코레이션) 산업을 위한 전문 디지털 인쇄기를 개발하고 제조한다. 이 기계로는 3D 용기에 라벨을 붙이지 않고도 바로 인쇄가 가능하다. 인쇄 프로세스는 완전히 자동화되어 있으며, 대량 일괄생산 형태로나 혹은 원통형 용기에 다양한 모티브를 인쇄할 수 있는 기능을 제공하는 연속운동 형태에 모두 적용 가능하다. 최고 성능의 데코(Deco) 타입 성능 인쇄기에 대한 첫 고객 의뢰를 받은 가운데, PET 및 유리 용기 등에 인쇄하는 것은 이미 가능하며, 기타 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌, 금속 등과 같은 다른 소재에 사용 가능한 추가 잉크도 현재 개발 중에 있다. 이렇듯 개별 고객들의 특별한 요구조건에 맞춤형으로 주문제작 가능한 인쇄 공정 덕분에 비용 및 자본금에 대한 부담을 줄일 수 있다. 하지만 동시에 이러한 조건들이 생산공정에서는 특정한 기술적인 요구사항을 불러 올 수도 있다.

데코 타입 성능 인쇄기는 최대 48캐러셀-장착 인쇄 스테이션을 갖추고 있으며, 각각 360dpi 해상도와 8개의 회색 음영(1080dpi 광학 해상도에 상당)으로 최대 8가지 색상을 인쇄할 수 있다. 이 기계는 저장용기 및 삽화의 크기나 병(보틀)의 재료에 따라 시간당 최대 36,000개의 용기를 처리할 수 있다. 직경 47~98mm, 높이 50~350mm의 저장용기는 인쇄 시스템에서 가공이 가능하다. 분배 속도는 2m/s ~ 4m/s이며, 가속력이 캐리지에 미치는 영향을 최소화하기 위해 곡선구간에서는 속도가 감소된다.

높은 사이클 타임과 서로 다른 다양한 크기의 저장용기로 인해 그에 적절한 안전 시스템이 필요하다. 이 시스템은 자동 클리닝 및 유지보수 작업을 위해 오프라인으로 전환된 것을 제외한 나머지 저장용기를 선정하고 특정 인쇄용 프레스를 지정된 곳에 위치해 주어야 한다. 본 인쇄 시스템은 1년에 최대 350일 동안 3교대 시스템으로 작동한다.

HepcoMotion의 PRT2 트랙 시스템은 다양한 용도에 두루 사용이 가능하며, 별도의 유지보수 관리가 거의 필요 없고, 높은 생산성이 요구되는 시스템에서도 오랜 수명을 보장해주는 제품으로써 이번 어플리케이션을 위한 최상의 제품이었다. PRT2는 기술적으로 최적화되고, 안정적이며 비용 효율적인 생산공정에 이상적인 기반이 되어주는 시스템이다. 저장용기들은 Beckhoff XTS 리니어 모터에 의해 하나씩 개별적으로 구동이 되는 48개의 캐리지 위에 장착해준다.

본 시스템은 고속 및 높은 가속, 감속의 조건하에서 무거운 하중을 이송하며 고주파 작동을 제공해야 했으며, 인피드(in-feed)와 아웃피드(out-feed) 작업 중에는 캐리지가 분리될 수 있도록 각 캐리지의 개별 구동이 가능해야 했다. 이러한 조건을 충족시키기 위해서는 가이드 시스템 상의 운동 정밀도가 매우 높아야 한다. 이외에도 생산시간 동안 유지보수 작업을 위해 기계를 정지시키는 횟수를 최소화시켜 달라는 요구도 있었다.

인쇄가 끝나면 저장용기를 시스템에서 제거해야 하는데, 이 작업을 위해 한 시간마다 서로 다른 생산 롯트와 크기, 인쇄패턴에 따라 작업이 끝난 36,000개의 저장용기를 식별할 수 있는 제 2의 새로운 트랙 시스템이 필요하다. 제품 처리량이 워낙 많으므로, 로딩과 언로딩 공정 중에 캐리지 위에 놓이는 하중은 가능한 낮게 유지해야 한다.

시스템에 인피드와 아웃피드 공정을 제공하기 위해 두 쌍의 타원형 PRT2 트랙 시스템을 V-형태로 설치하였다. 첫 번째 트랙 시스템은 저장용기들을 인쇄기로 전달하여 컨베이어를 통해 공급작업이 이루어지며, 두 번째 시스템은 제품을 빼내어 추가 작업을 위해 바깥쪽 컨베이어로 전달해준다. 안정성을 위해, 인피드와 아웃피드 시스템은 위아래로 나란히 장착된 두 개의 트랙 시스템을 사용하였으며, 두 시스템 사이의 거리는 대략 150mm이다. 제품들은 인쇄기와 접해있는 각 트랙 시스템의 곡선구간으로 이송된 뒤 시스템에서 제거된다.

이 작업을 곡선구간에서 실행할 경우 작동 전환이 좀더 원활하게 이루어진다. 최대 속도에서 캐리지는 1.5kg의 하중아래 4m/s로 주행하는데, 곡선구간에서는 캐리지 하나당 최대 1g의 원심력이 발생한다. 따라서 단일 트랙 시스템이었다면 캐리지에 과부하가 걸릴 것이지만, 두 개의 트랙 시스템을 연결함으로써 안정성도 향상되고 캐리지가 더 높은 하중을 수용할 수 있게 되었다. 이를 위해 44 규격의 슬라이드, 직선구간 1255mm, 각각 직경이 612mm에 180°인 세그먼트 2개와 216x 25mm V-베어링이 선택되었다. V-베어링은 특별히 DEKRON GmbH의 작업을 위해 따로 설계된 캐리지에 장착하였다.

슬라이드 셋팅 시, 4개의 베어링을 사용하는 것이 일반적이지만 이번 경우에는 무게를 최소화하기 위해 각 캐리지마다 슬라이드 1개당 V- 베어링 3개만 사용하였다. 베어링 수를 줄임으로써 전체 중량이 확실하게 감소되었고, 그 결과 가이드 및 드라이브 시스템상의 하중도 감소되었다. 충분한 윤활을 위해 윤활용 블럭 대신 슬라이드에 블리드 윤활기를 사용해 주었는데 이로 인해 중량을 더욱더 감소시킬 수 있었다.

HepcoMotion 트랙 시스템에 블리드 윤활 시스템을 접목시킬 경우, 부드러운 주행뿐만 아니라 수명도 향상된다. 슬라이드상에 나 있는 홀을 통해 카트리지에서 분사되는 윤활유는 베어링에 의해 시스템의 전체 주행면에 일정한 막을 형성하며 고르게 분사된다. 이번 어플리케이션에는, 식품용 윤활유가 사용되었다.

시스템의 적절한 윤활작업은 결과적으로 유지보수 및 각 기계의 잠재적인 다운타임도 최소화 시켜준다. 최소한의 유지보수 작업을 유지하기 위해서는, 윤활유 카트리지를 정기적으로 교체해주어 항상 충분한 윤활이 이루어지도록 해야 한다. 하지만 유지보수가 거의 필요 없는 Hepco의 경우와는 달리, 각 스마트 프린트(SmartPrint) 시스템의 다른 제품분야에 대한 유지보수 작업은 매년 이루어지고 있다.

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