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중소기업 기술로드맵 조회결과

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정밀·마이크로기계

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극초단파 레이저 복합 가공 시스템
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

극초단파 레이저 복합 가공 시스템 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : 극초단파 레이저 복합 가공 시스템은 하이브리드 가공 시스템 및 초정밀가공시스템에 해당되며, 해당 기술개발 테마는 광학필름 및 광학판 제작을 위한 초정밀 롤가공기 및 DTM(Diamond TurningMachining, 선삭)가공기에 부가적으로 부착될 수 있는 극초단파 레이저 가공 시스템을 의미
  • 범위 : 최근 UHD TV와 완전입체 디스플레이의 출현으로 인해 광학필름과 광학판의 제작기술은 고도화가 되고 있는 실정이며, 이를 생산하기 위한 장비는 해외 선진사에 의존하고 있으므로 국산화 개발이 필요
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발 테마제품분류 관점세부기술
극초단파 레이저 복합 가공 시스템 복합 가공기 공정 테스트 및 최적화
  • 시작품 테스트 환경 구축
  • 시작품 정밀도 평가/보정
  • 윤곽오차 향상 제어기술
  • 시작품 제어성능(등속성, 윤곽오차) 평가/보완
  • 시작품 열변위 특성 평가 및 보완
  • CAM S/W 시작품 적용/보완
초단파 레이저 및 광학모듈
  • 초단파 레이저 시스템 제작
  • 레이저 응용 미세 패턴용 광학기구 설계 제작
  • 레이저 및 광학모듈 제어시스템
프린팅 롤 및 3D 금형 가공용 CAD/CAM 운영 S/W
  • DTM CAD/CAM S/W 기술
  • 레이저 가공 CAD/CAM S/W 기술
복합 롤 가공기 및 전체 시스템 통합
  • DTM 및 레이저 가공 미세 패턴 롤 금형 가공기 통합 설계
  • DTM 및 레이저 가공 시스템 제작
  • 롤 정밀도 측정기술
  • 스핀들 제어기술

[ 공급망 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발 테마공급망 관점세부기술
극초단파 레이저
복합 가공 시스템
광학필름 (프리즘, 렌티큘러), 재귀반사필름 다이아몬드 선삭 가공기술
  • 복합 롤 가공기 및 전체 시스템 통합 기술
  • 복합 가공기 공정 테스트 및 최적화
엠보싱, 고심도 마이크로 가공 밀링 가공기술 (고심도 마이크로 가공)
유연소자용 롤 마스터, 텍스쳐링, 광학부품 미세 레이저 가공기술
3. 시장현황 및 전망분석
가. 세계시장

수요산업인 디스플레이산업(LCD, OLED 등)은 스마트폰, TV의 OLED 채택 증가와 LCD 가격 상승 및 대면적 LCD TV 수요 증가 등으로 2018년에는 전년대비 약 2% 성장한 1,195억 불 전망

[ 세계 디스플레이 시장 현황 및 전망 ]

(단위 : 억불)

세계 섬유산업 수요 전망
품목201520162017201820192020202120222023
LCD 1,005 860 957 930 914 899 886 870 855
OLED 124 156 211 260 304 332 346 354 361
Other 5 4 5 5 5 5 5 5 4
전체 1,135 1,020 1,172 1,195 1,224 1,236 1,237 1,229 1,221

* 출처 : 국가기술표준원, 차세대 디스플레이 산업현황 및 표준화 동향 보고서, 2017.4 및 IHS '16.Q4

나. 국내시장

국내 가공공작기계 산업의 시장은 2016년 15.9조 원에서 연평균 약 9.46%의 성장률을 기록하며 2021년에는 약 20.8조원에 이를 것으로 전망

[ 하이브리드 가공 시스템의 국내 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 억원)

세계 섬유산업 수요 전망
구분'16'17'18'19'20'21CAGR(%)
국내시장 초정밀 및 하이브리드 56,820 60,050 56,820 59,310 61,910 64,622 4.38
전체 공작기계 159,280 174,960 159,280 174,350 190,840 208,893 9.46

* 출처: 한국공작기계산업협회, “신성장동력장비산업 동향보고서 2012”, “Metal Working Insiders Reports 2012” (Gardner Publications, Inc.), “Machine Tools A Global Strategic Business Report 2011“(Global Industry Analysts, Inc.) 등의 자료를 참고하여 전망치 추정

4.기술분석
가. 기술동향 분석

(1) 세계동향

미국의 Moore Tools, Precitech, 일본의 Toshiba Machine, Riken Seiko, 독일의 Kugler 등 선진국에서는 다양한 형태의 초정밀가공시스템이 개발되어 세계시장을 독점하고 있으며, 특히 가공장비 뿐만 아니라 공정, 공구 등 핵심 요소가 일부 제조사에 독점 공급

  • 미국의 초정밀 장비회사인 Moore사는 국내에 롤 금형 가공기로 많이 알려져 있으며, 초정밀 장비에서 신뢰성을 인정받는 회사로 Moore사의 Nanotech 650 FG V2의 제품은 다축 자유 곡면을 초정밀로 가공하는 장비이며, 12.5nm의 Motion error를 가지는 에어스핀들과 0.01arc second 분해능의 C축을 가지고 있음
  • 또한 다양한 제품을 생산 할 수 있는 Fast Tool Servo on B-axis, 60K Micro-Milling Spindle, HD Vertical Grinding Spindle을 보유하고 있으며, 8 picometer의 피드백 분해능을 보유
  • 일본의 도시바는 초정밀 장비의 라인업을 가장 많이 보유하고 있는 회사이며, 다양한 절삭, 연삭장비 공급
  • 이처럼 세계 최고 수준이라고 하는 1nm의 스케일 피드백 콘트롤과 높은 정밀도를 가진 다양한 장비를 보유, 이러한 다양성은 고객에게 원하는 제품에 맞는 전용 장비로 구축할 수 있도록 하여 보다 안정성을 추구할 수 있으며, 신뢰성 있는 장비를 사용할 수 있도록 구비
  • 특히 장비를 사용하여 제작한 시편의 경우 Ra가 0.7nm, PV 0.046um로 제품의 정밀도가 높아 다양한 광학소자를 제작할 수 있음
  • 한편 다양한 분야를 융합한 형태의 장비 개발 사례로 Precitech의 Nanoform Xtc는 μ-LAM(Laser Assisted Machining) 기법을 기존의 다이아몬드 절삭공정과 융합하여 텅스텐 카바이드(tc), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 등의 난삭재 가공을 연마가 아닌 다이아몬드 터닝을 이용함으로써 기존에 연삭공정 시, 수시간 걸리는 가공시간을 상당히 단축시키면서도 회절소자와 같이 복잡한 금형에도 적용 가능하며 고정도 품질 가능
엑소브레인(ExoBrain) 개발 과제의 방향
* 출처 : KEIT PD 이슈리포트

[ μ-LAM(Laser Assisted Machining ]

(2) 국내동향

국내 초정밀가공분야는 가공장비, 가공공구, 가공공정, 측정 등 많은 분야의 연구 부족으로 원천기술을 개발진행 중인 상황으로 극초단파 레이저 복합 가공 시스템 관련 기술을 한국기계연구원이 최초로 개발하였으며, 원천기술 확보 후 후속과제로 차세대 롤 기반 마이크로 생산장비 개발 등을 지속 수행

  • 국내에서는 2012년에 한국기계연구원을 중심으로 디스플레이용 광학필름 양산을 위한 대면적 초정밀 롤 금형 가공기가 개발되어 국내 최초로 상용화에 성공, 후속 과제 진행 중
  • 제이에스정밀에서는 기존 수입해 오던 선진사의 금형 롤 가공기를 국산화 개발 성공
  • 복합형상에 따른 극초단파 레이저 복합 가공 시스템의 필요성이 대두됨에 따라 기술개발을 통한 세계시장 선점이 필요
5.핵심요소기술 선정

확정된 요소기술을 대상으로 중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정

[ 극초단파 레이저 복합 가공 시스템 분야 핵심요소기술 선정 ]

고성능 소형화 트랜스미션 분야 핵심요소기술 선정
분류핵심요소기술개요
H/W 초단파 레이저,
광학모듈 제작·제어 기술
광학모듈은 레이저에 큰 영향을 주기 때문에 광학계 손상 억제, 교체 편이 기술
S/W DTM 및 레이저 가공
CAD/CAM S/W 기술
DTM 및 레이저 가공 CAD/CAM S/W 기술은 설계 시스템에서 DTM 및 레이저 가공을 이용하는 것으로서,
소프트웨어의 호환성과 실제적인 공차를 감안하여 신속하고 정확한 가공이 실시될 수 있도록 하는 시스템 기술
통합 System 통합설계 및 롤 정밀도 측정,
스핀들 제어기술
통합설계 및 롤 정밀도 측정과 스핀들을 제어하는 기술은 설계 시스템과 가공 시스템의 안정적인 호환과
운행되는 공구에 대한 정확한 모니터링에 대한 기술
공정기술 시작품 열변위 특성 평가 및
정밀도 보정 기술
시작품 열변위 특성 평가 및 정밀도 보정은 등은 소재의 열변위 특허 시험을 위한
정교한 열제어와 변위 특허 검출을 위한 기술