소형 리니어 모션 시스템으로 휴대용 치아 3D 스캐너 개발
치과 장비회사의 설계 엔지니어에게 어려운 과제가 주어졌다. 이 회사의 개발팀은 치과 진료실에서 치아의 모습을 3D로 촬영하는 업계 최초의 휴대용 치아 스캐너를 개발해야 했던 것이다. 스캐너 의 작은 크기 때문에 시장에서 구할 수 없는 소형 선형 모션 및 측 정 시스템이 필요했다.
이에 따라 설계자가 직면한 질문은 다음과 같았다. 내부적으로 새로운 선형 모션 및 측정 시스템을 개발할 것인가, 아니면 스캐 너의 고난이도 사양을 충족하기 위해 제품을 맞춤화할 수 있는 공 급 업체를 찾을 것인가.
이는 오늘날 많은 의료, 치과 및 생명 공 학 장비 회사의 엔지니어가 직면하는 문제라고 할 수 있다. 제품 개발팀은 제품을 더 작고, 더 가볍고, 보다 더 정확하게 만들어야 한다는 큰 압박을 받고 있다. 그들은 리니어 모션 및 측정 요구사 항을 충족시키기 위해 점점 더 공급업체와의 협력적인 맞춤화를 실천하고 있는 현실이다.
협업의 이점
공급업체가 원래 OEM을 위해 맞춤형 엔지니어링을 수행하는 개 념은 전혀 새로운 것이 아니다. 그러나 제품 수명 주기와 예산이 줄어들면서 더 협력적인 접근 방식이 인기를 얻고 있다. 리니어 모션 및 통합 시스템에서의 협력적인 맞춤화는 공급업체와 OEM 간의 긴밀한 파트너십을 포함한다. 밀접하고 높은 커뮤니케이션 및 투명한 관계를 유지함으로써, 설계 및 비용 측면에서의 혁신이 가능해진다. 협력을 통한 이점은 다음과 같다.
• 하위 어셈블리에 기능을 통합하면 구성 요소 수가 줄어듦
• 제조기반의 설계로 조립 시간과 비용 절감
• 단일 소싱은 기술 지원 및 문제 해결을 위한 단일 창구 제공
• 병렬 엔지니어링 노력으로 제품 개발시간 단축
고객 맞춤화로 인해 초기가격이 더 높아질 수 있지만 위에 언급된 이점은 일반적으로 총 소유비용을 줄이고 OEM의 비용 목표를 달 성한다. 또한 현재 시장에서 구할 수 없는 고객 중심의 제품을 만드는 데에 일조한다.
리니어 모션과 측정을 통합
리니어 모션 및 측정 시스템은 치과 및 의료 장비, 생명 과학 기기 및 광학 시스템의 핵심 기술이다. 과거에는 이러한 기능을 통합하 기 위해 별도의 하위 시스템이 필요했다. 기존의 리니어 모션 및 측정 시스템은 규모가 커서 작동을 통합하기 위해 추가 엔지니어링 작업이 필요했다. SCHNEEBERGER는 고정 캐리지와 레일로 구성되어 최대 300m/s2의 가속도로 앞뒤 움직이는 새로운 기술인 ‘MINISCALE PLUS’를 만들었다.
이 통합 스케일을 사용하면 0.1um 분해능으로 센서를 배치할 수 있다. 측정이 작업공정 부근에서 이루어지 기 때문에 이 장치는 움직임이 매우 정확하다. 모듈로 제공되는 MINISCALE PLUS는 OEM 제품에 간단히 적용할 수 있다. 즉, 시스템 복잡성이 감소하고 개발 프로세스가 크게 가속화된다.
협력 파트너 선정
모든 리니어 모션 공급업체가 제품 및 시스템 맞춤화를 위해 자원과 능력을 갖추고 있는 것은 아니다. 또 적절한 맞춤화 파트너를 선택하는 것은 가격만을 기준으로 해서는 안 된다. 공급업체를 평 가할 때 다음의 특성과 능력을 고려하는 것이 중요하다.
• 리니어 모션 및 측정시스템에 중점을 두고 혁신문화로 운영되 는 깊은 엔지니어링의 전문성
• 맞춤형 제품의 새로운 생산 요구사항에 적응할 수 있는 유연한 제조 시스템. 여기에는 고품질 구성요소를 비용 효율적으로 구 축할 수 있는 린 규칙(lean rules) 및 인더스트리 4.0 프로세스 통합이 포함된다.
• 납품 요구사항에 대한 안정적으로 충족되는 믿음
• 시장 수요의 변동을 수용할 수 있는 유연성
협업 통한 맞춤화 도입
최근 치과 장비 제조업체와의 프로젝트는 협력적인 맞춤화의 성공적 적용사례를 보여준다. OEM은 환자의 치아에 대한 크라운, 브릿지, 임플란트를 위한 3D 입상을 진행할 수 있는 새로운 핸드 헬드 인트라오랄 스캐너(handheld intraoral scanner)를 제작 하고자 했다.
이 장치는 센서를 담을 수 있는 리니어 모션 및 측정 시스템이 필요하며 핸드헬드 형태로 디자인되어 극히 작고 정확 한 움직임을 수행해야 했다. 이 스캐너의 소프트웨어는 이미지를 처리하여 환자 치아를 3D로 표현한다.
회사 엔지니어링 팀은 SCHNEEBERGER의 MINISCALE PLUS 시스템이 휴대용 제품의 까다로운 요구 사항을 충족할 수 있다고 믿었으며, 이 컨셉을 프로토타입에 설치했다. SCHNEEBERGER 기술을 프로토타입에서 테스트하는 동안, 표준 MINISCALE PLUS 시스템이 최종적인 스캐너 설계에 비해 너무 크다는 사실이 분명해졌다.
리니어 모션 및 측정 시스템은 스캐너 기능의 핵심요소다. 치과 장비회사는 MINISCALE PLUS의 구성요소를 소형화하기 위해 SCHNEEBERGER와 협력하여 맞춤화 작업을 진행했다.
두 회사의 엔지니어링 팀의 궁극적 설계목표는 레일의 높이를 50% 줄이고 시스템 무게를 80g에서 3g으로 줄이는 것이었다.
SCHNEEBERGER의 엔지니어링 및 제조팀은 표준 MINISCALE PLUS 시스템이 OEM의 까다로운 사양을 충족하기 위해 전면적 으로 재설계가 필요하다는 것을 인식했다. 가장 중요한 것은 제품 제조 프로세스의 모든 측면을 수정하고 최적화해야 한다는 것이다.
이 작업에는 원재료 선택, 사전 가공, 경화, 연삭 및 조립이 포 함되었다. 또한 각 구성요소는 린 프로세스를 사용하여 생산해야 했다. 협업을 통한 맞춤화 프로젝트의 이점은 매우 인상적이었다.
• OEM의 제품 개발시간을 내부 엔지니어링 구성요소에 비해 20% 단축
• 고객의 비용 목표 달성
• 통합 MINISCALE PLUS 시스템에 더 적은 수의 구성요소와 플 러그 앤 플레이 방식으로 치아 스캐너에서 바로 사용할 수 있으 므로 OEM의 조립 비용 절감
• 모션 및 측정 시스템 모두에 대한 단일 책임 창구 및 기술지원 제공
가장 중요한 것은 새로운 치아 스캐닝 시스템의 도입으로 시장에 서 상당한 경쟁 우위를 갖게 되었다는 것이었다. 치과 의사들은 가벼운 무게, 사용 용이성 및 정확성과 더불어 환자 치료 방법을 개선할 수 있는 기회에 대해 모두 환영했다.
결론
의료 및 치과 장비, 생명 과학 기기 및 광학 시스템의 크기가 작아 짐에 따라, 리니어 모션 및 측정 시스템의 혁신이 중요해지고 있다. 협력을 통한 맞춤화는 구성요소 소형화의 혁신을 위한 실행 가능하고 비용 효율적인 접근 방식이 되었다. 깊고 집중적인 엔지니어링 전문지식을 갖춘 공급업체와 협력함으로써 OEM은 제품 개발을 가속화하고 조립 비용을 낮추며, 시장에서 최고의 경쟁우 위를 달성하는 제품을 만들 수 있다.
자료제공: Schneeberger (www.schneeberger.com)
