CFRP 복합재

CFRP는 Carbon Fiber Reinforced Plastic (탄소 섬유 강화 플라스틱)이다. 탄소 섬유는 테니스 라켓, 골프 클럽, 인공 삽입물 및 현대 항공기에 사용되는 복합재다.
이러한 정의에 대하여 우리는 상업용 항공기를 예로써 사용할 것이다. 보잉 및 에어 버스는 항공익, 스퍼 (원재), 스트럿 (지지대), 꼬리 부분에 알루미늄보다 우월한 소재로써 사용한다.
기존의 밀링을 사용한 복합재의 절삭이나 라우팅 가공은 박리, 마이크로 크랙, 위스커 및 파이버 당김과 같은 현상을 남기게 된다. 워터젯을 사용한 절삭 작업은 이러한 문제가 발생하지 않는다.

현대의 진보된 경량 복합재는 강철만큼 단단하고 견고하거나 고무만큼 유연하지만 초음속 비행 시 발생하는 응력을 견뎌낼 수 있다.
이러한 소재를 그렇게 견고하게 만드는 바로 그 특성으로 인하여 이러한 소재는 매우 절단하기 어렵다.
이러한 합성 기술은 기존의 가공 방법을 사용하기 어려운 새로운 소재의 조합을 지속적으로 개발하여 시장에 선보이고 있다.

최근까지 이러한 일반적이지 않은 소재에 대하여 다이아몬드 또는 카바이드 팁을 사용한
밀링이나 라우터, 띠 톱, 컷 오프 톱 및 연마 휠과 같은 기존의 절삭 방법을 사용해 왔다.
진보된 복합재의 합성 및 파이버의 방향으로 인하여 및 기존의 절삭 방법은
소재를 가열시키거나 모서리를 닳게 만들거나 박리시킴으로 인하여 복합재에 손상을 입히게 된다.
이러한 방법은 때때로 너무 느리고, 종종 박리 및 비용이 많이 드는 재작업과 같은 문제를 남기게 된다.

복합재는 다양한 형태로 제작된다.
고온이 발생하는 엔진은 세라믹 파이버를 사용하여 강화된 금속을 사용한다 (금속 매트릭스 복합재).
일반적으로 엔지니어들은 보다 강도가 높고,
유연성이 매우 크거나 또는 내열성이 있으면서 중량은 감소시킬 수 있는 소재를 찾고 있다.
이러한 소재는 생산 공장에 적합하고,
Flow 워터젯을 사용하여 빠르고 정밀하며 소재의 온전성을 유지하면서 절단할 수 있다.

초고압 (UHP- Ultrahigh-pressure)

워터젯 산업은 압력 레벨의 차이를 다르게 정의한다. 초고압은 40,000 psi (276 Mpa) ~ 75,000 psi (517 Mpa) 사이의 압력을 의미한다. 워터젯 절삭의 경우 대부분의 펌프는 55,000 ~ 60,000 psi (379 ~ 412 MPa) 사이에서 작동된다.

혼합 튜브

어브레시브 워터젯 절삭 작업에 사용되는 혼합 튜브는 커팅 헤드에서 사용되는 마지막 부품이다. 물이 쥬얼 오리피스를 통과할 때 물의 압력은 속도로 전환된다.

이후 초음속 워터젯 스트림은 혼합 챔버 안으로 들어가게 되고, 여기에서 벤투리 효과로 인하여 연마제가 헤드 안으로 빨려 들어가게 된다. 그 후 물과 연마제는 혼합 튜브를 통과하게 되고 물, 연마제 및 약간의 공기의 혼합물이 분출된다.

혼합 튜브 내경의 범위는 0.015" ~ 0.070"이고, 길이의 범위는 1.5 ~ 6"이다. 여기에는 내부 수렴통 (entrance cone)이 장착돼 있다. 가장 일반적인 혼합 튜브의 내경은 0.040"이고 길이는 4 인치이다. 이 튜브는 일반적으로 80 메시 가넷 연마제를 사용한다. 정상적인 절삭 작업에서 고품질 소재의 혼합 튜브는 6 ~ 8 시간 동안 작동시켰을 경우 마모로 인하여 지름이 약 0.001" 증가하게 된다 (약간의 바인더를 함께 사용하는 나노 입자 합성 카바이드는 침식 내구성을 극대화시킨다).

피드백 시스템

모션 시스템에서 피드백 시스템은 위치 및 속도에 대한 데이터의 피드백을 CNC 제어 시스템에 제공한다. 또한 피드백 시스템은 제어 시스템에 장비가 명령을 받은 대로 작동하였다는 사실을 통보한다.

드라이브, 모터 및 피드백의 해상도가 높으면 높을수록 워터젯 커팅 헤드의 움직임은 더욱 더 정밀해진다. 피드백 시스템의 모터에는 인코더를, 장비 프레임에는 이동 방향을 따라 또는 다른 방법으로 테이프 눈금 또는 유리 눈금을 부착할 수 있다.

프로그래밍 소프트웨어

프로그래밍 소프트웨어는 CAM (computer aided manufacturing) 소프트웨어라고도 부른다. 프로그래밍 소프트웨어는 일반적으로 PC에 설치되고, 이 역시 장비 툴을 통하여 기기에서 프로그램할 수 있다. 프로그래머는 이전에 만든 CAD 도면을 .dxf 또는 .dwg 형식 (또는 다른 형식)의 파일로 가져오거나 CAM 소프트웨어 패키지를 사용하여 새로 패턴을 만들 수 있다.

프로그래머는 시작 및 정지 위치, 이동 방향, 커터 보상 및 필요한 이동 속도를 추가하기 위해 워터젯 내에 있는 프로그래밍 소프트웨어를 사용한다.

커프 (잘린 자국)

커프는 절단된 폭 또는 절단으로 인하여 발생한 홈 또는 슬릿으로 정의된다. 어브레시브 워터젯에서 커프의 절삭 폭은 혼합 튜브 지름에 의하여 직접적으로 영향을 받게 된다. 커프는 혼합 튜브의 지름보다 약 10% 더 크다.

따라서 0.030" 혼합 튜브의 경우, 커프는 0.033"가 된다. 물론 커프는 혼합 튜브가 커지면 커질수록 증가하게 된다. 튜브의 크기는 8 시간 제트를 사용할 때마다 약 0.001" 커지게 된다.

워터젯의 얇은 절단 폭은 중요한 특징이고, 이로 인하여 복잡한 작업이 가능하다. 퓨어 워터젯 스트림의 범위는 0.003" ~ 0.015"이고, 어브레시브 워터젯의 범위는 0.015 ~ 0.070" (일반적으로 0.040")이다.