KITECH 생산기술 전문지

4차 산업혁명으로 대변되는 산업 패러다임 변화에 따라 도장 처리 등 전통 표면처리 제조 산업 역시 급격한 변화와 혁신이 요구되고 있다. 산업 현장에서는 숙련된 인력의 노화로 인한 생산성 저하, 젊은 인력 기피 업종에 따른 높은 외국인 노동자 의존도, 노동 인구 감소 등의 인력 문제가 가장 큰 문제로 대두되고 있다. 이를 해결하기 위해 최근 많은 기업이 로봇 도입을 추진 중이다. 로봇을 도입은 인력 부족 문제를 해결하고 숙련된 노동자 의존도를 낮춰 생산성과 효율성을 모두 높일 수 있을 것으로 여겨지고 있다.
도장 공정은 제품 표면에 도료를 도포하여 표면 코팅층을 형성하는 기술로, 주로 제품의 내마모·내스크래치·내부식 등의 기능을 부여하거나, 다채로운 색상 구현으로 미관을 향상시키는 목적으로 자동차, 가전제품, 건축자재 등 다양한 산업 분야에 활용된다. 일반적으로 도장 공정은 도장 전처리, 도장 공정, 후처리 작업으로 나눠지는데, 도장 전처리 공정에서는 제품 표면과 도장 면과의 밀착력을 높이기 위해 제품 표면에 오염물을 제거하기 위한 공정으로 제전, 제진 공정으로 이루어져 있다. 도장 공정에서는 도료를 제품에 스프레이 방식으로 도장을 진행하고, 도장된 부분을 적절한 온도와 습도 조건에서 건조시키고, 경화 과정을 거쳐 견고한 도장층을 형성하게 된다. 후처리 공정에서는 완성된 도장층을 보호하기 위해 클리어링 공정 등을 진행한 후, 검사 공정을 거치게 된다[1].
현재 도장 공정에서는 도장 전·후 공정을 제외하고 대부분 자동화가 진행되어 있는 상황이다. 단순한 노즐 분사 시스템 자동화 단계에서부터 다관절 도장 로봇 시스템까지 도장 처리 제품에 맞게 설치가 진행되어 있다. 아무래도 도장 공정 도료 물질 분사 특성상 인체 유해한 유·무기 물질을 포함하고 있어 작업자를 구하기 어렵고, 품질을 결정하는 가장 중요한 공정이므로 제품 신뢰도 확보하기 위해 자동화 시스템이 구축되어 있다. 반면 도장 전처리는 공정 단계가 많고, 다품종 소량생산 대응에 표준화가 어려워 현재 수작업으로 진행 중인 곳이 많다. 보고된 연구 결과에 따르면, 도장 처리한 도막의 수명에 영향을 주는 가장 큰 인자는 도장 처리의 종류나 횟수가 아닌, 도장 전처리 공정에 따른 도장 전 표면 상태로 확인되었다. 영향도를 수치화했을 때, 전처리가 약 50%, 도막 두께가 20%, 도료의 종류와 기타 도장 조건이 나머지를 이루었다[2]. 도장 전 표면은 산화층, 수분, 먼지 등이 부착되어 있어 도장 전에 완전히 제거되지 않으면 도막과 제품 간의 밀착력이 저하되어, 도막 결함 및 조기 발청의 원인이 된다. 도막의 내구성을 결정하는 매우 중요한 공정임에도, 앞서 언급한 것처럼 현재 대부분의 공장에서 수작업으로 진행되고 있어 많은 인력이 투입되어 전체 공정에서의 효율을 떨어트리고, 동시에 균질한 표면 상태를 확보하지 못해 생산성이 떨어지는 상황이다. 따라서 로봇 도입을 통해 인력 감소 및 신뢰성 있는 품질 확보가 필요한 상황이다. 본 논문에서는 도장 전처리 공정에 수작업을 대체하여 로봇을 도입하기 위한 공정표준화 사례를 소개하고자 한다.