로봇, NEXT Market은 ‘도장(塗裝)’이다
도장로봇 시스템으로 제품의 화룡점정(畵龍點睛)을 찍다!
용접로봇 자동화가 안정기에 접어들자 새로운 분야에서의 로봇적용에 대한 요구가 높아지기 시작했다. 그래서 찾은 다음 타깃시장은 바로 ‘도장’이다. 용접로봇 시장을 키운 자동차는 물론 조선, 전자산업 등 큰 시장에서 모두 필요로 하는 부분이기에 충분한 성장가능성을 점친 것이다. 하지만, 도장로봇은 용접로봇과는 방폭 설계 및 도료선택 등 고려해야 할 사항이 조금 더 많다는 특성으로, 성장속도가 더딘 상황이다. 본 내용에서 완전 자동화를 꿈꾸는 도장로봇 시스템의 이야기를 풀어보고자 한다.
도장(塗裝), Robot을 탐하다
쉽게 말해 ‘물건의 표면에 도료를 바르는 것’으로 표현할 수 있는 ‘도장’은 페인팅(Painting)이라는 말로 더 친숙하다. 여러 가지 물품을 오손이나 부식으로부터 보호하고 아름다움을 더해 주는 과정인 이 도장작업은 칠 솔과 도료가 있으면 누구나 간단하게 할 수 있어 상대적으로 도금 등의 표면처리와 비교할 때 쉽게 느껴진다. 하지만 최근 그 목적에 상응한 우수한 합성수지도료가 개발되어 실용화되며, 내약품성이나 내기후성인 면에서도 그 용도가 증가해 도장 방법 역시 발전을 거듭하게 됐다. 이 새로운 도장 방법은 전기나 기계의 힘을 이용해 컨베이어 방식으로 자동적으로 도장하거나 로봇을 이용해 도장하는 등의 기술로 발전해왔다. 이와 같이 도장은 물품의 최후의 마무리로서 상품의 가치를 일층 높이는 데에 도움이 되고 있다.
도장로봇 시스템, 그리고 도장의 종류 
도장로봇 시스템은 숙련된 도장공의 작업 형태를 로봇이 모방하여 고품질의 도장을 연속적으로 안정되게 양산할 수 있다. 생산라인 방식은 Conveyor, Trolley, Shuttle, Swing Twister 등을 로봇과 함께 적용할 수 있는데, 이러한 도장로봇 시스템에 현재 많이 사용되는 도장 방식은 크게 4가지가 있다.
① Air Spray Painting : 대부분의 도장에 사용되는 방식으로, 저비용에 다루기 쉽고 미려한 마감처리를 할 수 있다.
- 작은 대상물에 적합하고 광범위하게 적용
- 공압으로 도료를 무화(霧化, Automization, 액체를 미립자화 하는 것)
② Airless Spray Painting : 효율적 운영이 가능하고, 고점도 도료를 사용하여 두꺼운 도막을 형성할 수 있으며, 비산되는 도료가 적다.
- 교량, 선박 등 대형 대상물에 광범위하게 적용
- 고압의 도료가 노즐 팁을 통해 분사되며 무화
③ Electrostatic Painting : 도료의 도착효율이 높고, 높은 운영효율과 연속적인 작업, 특히 자동화에 적합하다.
- 자동차 차체, 자동차 부품, 가전제품 등의 대량생산품 도장에 적합
- 공압으로 도료가 무화되고, 이 도료가 음전하로 대전되며, 대상물은 양전하로 대전되어 도료가 대상물에 도착되는 방식
④ Electrostatic Powder Painting : 시너나 솔벤트가 필요 없으며, 도료 손실이 적고 두꺼운 도막을 생성할 수 있다. 연속적인 작업과 자동화에 적합하다.
- 일반 금속 소재의 대량생산품 도장에 적합
- 도료분체는 음전하로 대전되고 대상물은 양전하로 대전되어 도료분체가 대상물에 달라붙는 방식
도장로봇의 선택
도장로봇 작업의 안전성 향상과 환경부하 경감 등을 도모함과 동시에 품질을 향상시키기 위해 도장로봇 역시 신중한 선택을 해야 한다.
① 기본 콘셉트 만들기
- 도장 로봇의 경제성 목표를 설정하고 기본 개념과 대략적 사양 확정
② 최적 도장 데이터베이스 및 도장 로봇 제어 시스템 만들기
- 사용하는 도료를 파악하고 최적 도장 데이터베이스 제작
- 대상물을 위한 센서 및 도장 로봇 제어를 검토하고 도장 로봇 제어 시스템 개발
③ 도장 기기, 부가물 개발 및 실험
- 펌프 개량 넓은 면적을 도포하는 와이드건 개발
- 도료 비산 방지 부속물 개발
④ 도장 로봇 이동 장치 설계, 제어 시스템 설계 및 실험
- 도장 로봇 이동 장치 검토
- 이동 방법, 센서 링 등의 이동장치 설계
- 제어 시스템 설계
변화하는 도장기술자, 도장로봇 시스템도 이해해야
소방법에 따르는 위험물인 도료를 취급하는 작업이며, 도료에는 유기용제가 포함되어 있으므로 용제에 의한 중독에도 주의해야 한다. 또한 소음이나 대기오염, 수질 오탁 등의 공해문제도 있는데, 이러한 도료 기술자는 단순하게 도료를 사용해 도장을 하는 기술 외에 로봇사용법도 숙달하고 자동 도료기나 전착 도료장치 등을 자신의 기술로 하기 위해서는 화학이나 전기적 지식을 쌓을 필요가 있다.
도장 자동화, 그리고 도장로봇으로의 발전
2000년대부터 급성장하기 시작한 도장 자동화
도장시스템의 자동화는 자동차 산업의 발전과 맥락을 같이해왔을 정도로 오래 전부터 시작되어 왔다. 기계자동화가 자리를 잡던 2000년대 당시에는 평면적인 도장으로, 도장기계가 대상물의 외형을 도색하는 것이 대부분이었지만, 완벽한 자동화가 아니었다. 도료를 도포해야 할 곳과 그렇지 않아야 할 곳을 구분하지 못했던 것이다. 결국은 사람이 필요한 자동화로 반자동화 시대를 열었다고 볼 수 있다.
지금은 다관절 로봇의 입체적 도장이 주를 이루고 있는데, 로봇들은 이 머신을 대체해 다관절의 특징을 이용해 도장이 필요한 곳을 따라가며 도색하고 있다. 으레 신축공장에는 로봇이 들어가고, 기존 공장에서는 머신을 대체하고 있는 것이다. 한편에서는 로봇이 문을 열거나 닫고 도포하는 등의 복잡한 동작을 스스로 다 알아서 하기 때문에 완전자동화를 이뤘다고 평가하기도 한다. 또한 공간 활용적인 측면에서 다관절 로봇을 이용하는 것이 유리하다.
가장 큰 시장 완성차 업체를 잡으며 도장로봇 시장 성장
제조용 로봇에게 있어 가장 큰 수요고객은 역시 자동차 산업, 전기·전자 업계다. 특히, 자동차 산업은 로봇수요의 약 절반 이상을 용접로봇이 차지하고 있으며, 생산라인 시스템과 균형에서 한번 채용한 로봇메이커를 다른 메이커로 전환하려면 엄청난 노력과 비용을 필요로 하기 때문에 생산라인 채용 메이커에 대한 색깔이 강하고, 다른 로봇메이커로의 전환은 매우 힘들어지고 있다. 이러한 현상으로 인해 각 자동차 생산기업하면 떠오르는 로봇메이커가 있을 정도다. 이는 비단 국내에서뿐만 아니라 해외에서도 마찬가지다.
완성차 메이커를 납품업체로 확보하면 계역 부품업체 등에도 납품이 쉬워지기에 해외생산 거점 신설에 있어서도 큰 영향을 받게 된다. 또한 주요 메이저 완성차 업체와 함께 하는 로봇메이커들은 또 다른 수요자들에게 선택받을 확률이 높아 이들에 대한 관리 역시 매우 중요하다. 이에 따라 현재 로봇메이커의 성장과제는 어떻게 새로운 납품업체를 증가시킬 것인가에 달려있다. 지금까지 언급한 내용은 도장로봇과의 상관관계가 높다. 로봇메이커들은 용접로봇으로 쌓은 브랜드 파워와 신뢰 등을 또 다른 영역으로 넓혀가는 추세를 보이고 있기 때문이다. 자연스레 고객들은 그들이 지금껏 사용해왔던 로봇메이커를 선택할 확률이 높기에 기존 고객의 도장로봇 선택 비율도 높아지는 것이다.
국내시장에서 만날 수 있는 도장로봇 메이커는 누구?
자동차 산업의 성장과 함께 시장을 선점한 도장로봇 메이커는 ABB, 화낙, 가와사키 등을 들 수 있다. 이들은 모두 글로벌 로봇기업으로서 인프라 및 인력, 기술 등에 있어서 부족함 없는 성장 후 흔들림 없이 도장로봇 시장에 자리하고 있다. 특히, ABB는 지난 2004년부터 도장로봇에 있어서만큼은 일본시장 핵심 로봇으로 실적을 늘려오며 주목받았고, 가와사키 역시 2001년 코베제강소로부터 도장로봇 사업을 넘겨받으며 시작했기에 도장에 있어서 더욱 강한 면모를 보이며, KF/KE 시리즈를 선보여 왔다.
이들 모두 국내법인 및 사무소를 통해 관련 정보 및 상담이 가능하다. 중소형 다관절 로봇을 이용한 국내 로봇SI 기업들의 활약도 눈부시다. 가장 먼저 야스카와 로봇으로 도장로봇 시스템을 공급하는 두림로보틱스는 이미 해외시장으로 진출해 선풍적인 반응을 일으키며, 한국의 로봇시스템 구축능력을 세계에 알려왔다. 미쓰비씨 중공의 소형 도장로봇을 이용한 도장로봇 시스템은 태산도장이 앞서가고 있다.
최근엔 용접로봇을 중심으로 사업을 해왔던 클루스코리아가 사업다각화의 일환으로 도장로봇으로까지 사업영역을 확장하며 눈길을 끌었다. 이들은 ‘절단-용접-도장‘으로 이루어지는 공정의 중간공정에 속하는 용접과 최종공정인 도장을 함께 필요로 하는 고객들이 많다는데 주목하여 도장로봇으로 사업을 확장하게 됐다고 사업계기를 밝혔다. 인파텍의 도장로봇은 로봇에 대한 사전지식이 없는 도장공일지라도 손쉽게 조작이 가능하다는 특징이 있다.
도장기기 전문기업 듀어 역시 듀어코리아라는 한국사무실을 보유하고 있다. 로봇전문 메이커가 아님에도 전용 로봇을 개발해 공급할 정도로 도장 전문가로 불리고 있다. 이들의 도장로봇은 ESTA, AIR 및 분체 도장 작업용으로 생산라인 도장작업에서 본체와 설치 부품의 자동 표면 코팅용 로봇 도장 작업대에서 사용하며, 솔벤트 용해 도료, 수용성 도료 및 분체 도료 등 모든 도료의 재료를 사용할 수 있다.
마지막으로 가장 최근 휴대폰 도장로봇 시범과제를 따낸 동부로봇을 빼놓을 수 없다. 기존과는 다른 형태의 도장로봇을 개발한 동부로봇은 그동안 한국을 대표하는 도장로봇이 없었던 가운데 휴대폰 도장로봇을 선보이며 국내 로봇업계의 희망으로 떠올랐다. 이들의 최종 목표는 휴대폰을 넘어 ICT 산업을 아우르는 도장로봇 전문기업으로 성장하는 것이다.
환경을 생각하는 ‘에코제품’이 새로운 변수… ‘에코 도장로봇’으로 무장하라!
최근 도장시장의 가장 큰 변화는 친환경을 이야기하는 에코(ECO)다. 도료를 시작으로, 도장 방법까지 친환경기법을 선호하는 분위기가 형성된 것이다. 도료사용 자체를 절반 정도로 절감시키는 도장로봇은 이제 필수 아이템으로 꼽히며 시장 확대에 발동을 걸었다. 하지만 이게 다가 아니다. 도장로봇 메이커 및 SI기업들 역시 이 새로운 변화에 맞춰 자신들 역시 적응해야 하는 시간이 필요하기 때문이다.
실례로, 휴대폰 외관도장의 경우 진공상태에서 특정한 재료를 기체 상태로 만들어 제품 표면에 얇은 박막을 만드는 방식인 진공증착 방법이 선호된 적이 있다. EU의 유해물질 사용 제한지침과 폐전기전자제품 처리 지침 등 환경 규제가 전세계로 확대되면서 휴대폰 업체들은 친환경적인 진공증착 방식을 선호했던 것인데, 한때 선풍적인 인기를 끌었던 모토로라의 페블폰을 비롯해 삼성전자의 햅틱폰, 소울폰, LG전자의 프라다폰 등이 이를 활용한 제품이다.
시장의 변화는 생각보다 빠르게 진행되고 있다. 용접로봇이 발전해온 속도를 훨씬 뛰어넘을 것이라는 예상과 다르지 않게 그동안 몇몇 기업들 중심으로 형성되어온 시장이 틈새시장을 파고드는 국내기업은 물론 새로운 기술을 선보이며 진출하는 기업들과 함께 세분화되기 시작한 것이다. 차세대 로봇시장은 이제 ‘도장로봇’에 기대를 걸어도 부족하지 않을 듯하다.
