기계/재료

600mm 대폭 스테인리스강 포일재 개발

/
최근, 산시(山西)타이위안(太原)강철스테인리스강정밀띠강유한회사(이하 타이위안강철정밀띠강으로 약칭)는 스테인리스강 포일재(Foil) 정밀 제조 기술을 파악함으로써 너비 600mm, 두께 0.02mm인 스테인리스강 포일재 규모화 생산을 달성함과 아울러 스테인리스강 포일재 제조 공법을 세계 선진 수준으로 끌어올렸다. 스테인리스강 포일재는 항공우주, 국방, 의료기기, 석유화공, 정밀기기 등 분야에 광범위하게 응용된다. 하지만 공법 제어가 어렵고 제품 품질 요구가 높기에 그 핵심 제조 기술은 기존에 일본, 독일 등 선진국에서 파악했다. 유연성 대폭 스테인리스강 포일은 스테인리스강판 스트립 분야의 첨단 제품이다. 기존의 일반 스테인리스강 포일과 달리 스테인리스강 정밀 띠강은 특수한 매우 얇은 규격의 냉간압연 스테인리스 띠강으로서 두께가 일반적으로 0.05~0.5mm이다. 두께가 0.05mm이하일 경우 스테인리스강 포일이라고 부른다. 타이위안강철정밀띠강은 2008년 설립 초기에 최소 두께 스테인리스강 생산을 연구 목표로 했으며 2016년 스테인리스강 포일 연구팀을 구축했다. 스테인리스강 포일을 생산하려면 압연, 어닐링, 고등급 표면 제어, 성능 제어 등 4대 기술 어려움을 해결해야 한다. 예를 들어 스테인리스강 포일 생산 과정에서 길이가 260m인 광휘 풀림(Bright annealing) 통로를 경과해야 하기에 스테인리스강 포일이 끊어지는 현상이 흔히 발생한다. 연구팀은 2년 남짓한 시간 동안에 175개 설비의 핵심 기술을 파악함과 아울러 452개 공법 어려움을 해결함으로써 2018년, 스테인리스강 포일 규모화 생산을 달성했다. 연구팀이 개발한 600mm 대폭 스테인리스강 포일재는 업계표준보다 높은 첨단 제품으로서 일본, 독일 등 나라에서 생산한 협폭 스테인리스강 포일재에 비하여 시장의 총애를 더욱 받고 있다. 현재 해당 스테인리스강 포일재는 플렉시블 디스플레이, 플렉시블 태양광부품, 센서, 에너지저장 배터리 등 첨단기술 분야에 응용되고 있다.

중국 최대 지름 실드굴진기 작업 개시

/
최근 중국이 자체적으로 제조한 최대 지름 이수(muddy water) 실드굴진기 "춘펑호(春風號)"가 선전(深圳) 춘펑터널 굴착에 본격 투입되었다. 해당 설비는 지금까지 중국이 자체적으로 설계·제조한 최대 지름 이수 균형 실드굴진기로서 관련 설계·제조 기술은 세계 선진 수준에 도달했다. "춘펑호" 이수 균형 실드굴진기는 2018년 9월에 정저우(鄭州)에서 성공적으로 출하되었다. 해당 실드굴진기의 굴착 지름은 15.80m, 무게는 4,800t, 길이는 135m이고 설치 총출력은 1.15만 kW를 초과하며 굴진 총추력은 2.46만 t에 달한다. 전체 길이가 5.08km인 춘펑터널 프로젝트는 웨강아오(粵港澳) 대만구 건설의 중점대상이자 선전시 "둥진(東進)전략"의 중대 교통대상이기도 하다. 해당 프로젝트에서 "춘펑호" 대형 실드굴진기의 안정적이고 고효율적인 현장조립이 핵심적인 역할을 발휘했다. 설치팀은 38일째에 실드굴진기 커터헤드를 회전시키고 50일째에 가동 조건을 구비시키는 등 국내 초대지름 실드굴진기 쾌속 현장 조립의 신기록을 경신했다. "춘펑호"는 평균 깊이 20m, 최대 깊이 46m의 복잡계 지층을 관통하는 과정에 11개 지하 파쇄대를 통과할 뿐만 아니라 윗부분이 연약하고 아래부분이 단단한 3.6km의 풍화암 구간을 일차적으로 굴진하는 외 선전지하철 9호선, 부지허(布吉河), 선전기차역, 선전세관청사 등 많은 위험원의 아래를 통과할 예정이다. "춘펑호"의 총출력은 1.15만 kW 이상으로 "푸싱호" 고속철의 총견인동력에 비해 10% 높고 추력은 2.46만 t으로 중국 현재 최대 운반로켓 "창정 5호"의 약 24배이다. "춘펑호"는 중국 대형설비 자체 제조 분야에서의 중대 성과이며 춘펑터널 공사를 담당하는 첨병이다.

세계 첫 지능화 텔레스코픽 무마찰 볼밸브 사용에 돌입

/
최근, 중국항천과기그룹 제6연구원 제11연구소와 중국석유화공판매유한회사 화난(華南)지사가 공동으로 개발한 지능형 텔레스코픽 무마찰 볼밸브가 중산(中山)송유소에서 사용에 들어갔다. 해당 볼밸브는 주로 오일, 가스 저장·수송용 장거리 파이프라인에 사용된다. 기존에 동일 유형 제품은 대부분 수입에 의존했기에 원가가 높고 애프터서비스가 어려울 뿐만 아니라 예비품 공급 주기가 길기에 비상 유지보수 요구를 만족시키기 어렵다. 특히 전통적인 볼밸브는 구조적 결함으로 사용 과정에서 밀봉면 마모로 인한 내부 누출이 발생하기에 사용수명에 막대한 영향을 미칠 뿐만 아니라 온라인 누출 검사 및 유지보수 기능이 없다. 따라서 내부 누출이 발생할 경우 현장에서 실시간으로 판단할 수 없기에 유지보수 과정에서 전체 밸브를 파이프에서 분해해야 한다. 상기 문제점을 해결하기 위해 연구팀은 4년 동안의 연구를 거쳐 핵심 기술을 파악함으로써 세계 첫 지능화 텔레스코픽 무마찰 볼밸브를 개발했다. 해당 볼밸브는 새로운 4개 플립식 메인 밸브 구조 및 이중 스크루 동력전달 구조를 적용했기에 각종 파라미터는 기존 볼밸브에 비하여 우수하다. 또한 작동 토크가 크고 내부 누출이 쉬우며 오염방지 기능이 차하고 온라인 유지보수가 불가능할 뿐만 아니라 밸브 위치를 정확하게 표시할 수 없는 등 기존 볼밸브의 문제점을 극복했다. 해당 볼밸브는 가연성물질, 폭발물 및 불순물이 많은 등 열악한 환경에 적합하고 방화/방폭 요구를 만족시킬 수 있기에 산업 분야에 광범위하게 사용될 전망이다. 또한 돌발 상황에 봉착할 경우 상하류를 동시에 차단함과 아울러 독립된 무누출 밀봉을 형성할 수 있기에 파이프라인 안전에 보장을 제공할 수 있다.

세계에서 가장 빠른 3D 프린팅 속도 달성

/
최근, UNIZ 과학기술회사가 1,200mm/h의 3D 프린팅 속도를 달성해 "세계에서 가장 빠른 3D 프린팅" 회사로 자리매김함과 아울러 벤츠(Benz), 그루노(Grunow), 테슬라(Tesla) 등 여러 기업의 주문을 획득했다. 3D 프린팅 기술은 소규모 생산, 맞춤화 요구를 만족시킬 수 있기에 과학계의 눈길을 끌고 있다. 하지만 현재 3D 프린팅 속도가 제조업에서의 이용을 제한하고 있다. 1개의 부품을 프린팅 하는데 며칠 동안의 시간을 소요할 경우 3D 프린팅의 실제 역할 및 매력은 상실된다. UNIZ과학기술회사 리허우민(李厚民) 사장은 광경화(Photocuring)를 통해 3D 프린팅 시스템을 최적화함으로써 1,200mm/h의 프린팅 속도를 달성했다. 이는 동일한 시간 내에 기존의 3D 프린터로 1개의 병마개를 프린팅할 수 있던 데에서 1개의 콜라병을 프린팅할 수 있음을 의미한다. 2016년, 리허우민이 개발한 3D 프린터는 미국 소비자 전자 쇼(Consumer electronics show, CES)에 전시됐다. 해당 프린팅 속도는 관람자들을 놀라게 했으며 전시가 끝난 후 현장에서 일부 기업과 주문계약을 체결했다. UNIZ 과학기술회사는 자체 연구개발을 통해 5년 사이에 해당 분야의 세계 최고 수준에 도달했다. 기술 분야에서 해당 3D 프린터는 절대적 프린팅 속도 우위를 보유하고 있으며 가격 분야에서 동일 유형 제품에 비하여 더욱 큰 경쟁력을 보유하고 있다. 기존에 3D 프린팅 속도 제한으로 사용자가 매우 적었으며 시장의 수용 및 인정을 받지 못했다. 현재 중국의 제조업과 3D프린팅 결합은 초기 단계이며 향후 3년 내에 제조업은 디지털화 개혁에 직면하게 된다. 3D 프린팅 속도가 시간급에서 분급(Minute level)으로 향상될 경우 지능화 제조에 새 변화를 가져다 줄 전망이다. 치과 분야에서 기존에 환자의 치아 형태에 근거하여 석고 치아모형을 제작할 경우 일주일 시간이 소요되고 또한 정밀도가 차하다. 하지만 현재 UNIZ 과학기술회사의 3D 프린팅 기술을 이용할 경우 정밀도를 보장하는 동시에 여러 개 치아모형을 쾌속 생성함으로써 치아모형 제작 속도를 대폭 향상시킬 수 있는 동시에 의사 및 환자의 시간을 절약할 수 있다. UNIZ 과학기술회사는 응용 장면에 근거하여 최소로 가락지, 최대로 산업용품을 프린팅할 수 있는 다양한 사이즈의 3D 프린터를 개발하여 산업제조, 자동차제조, 교육훈련, 치과(Dentistry) 및 임상의료, 레크리에이션/애니메이션, 신발제조업 등 분야에 서비스를 제공하고 있다. 뿐만 아니라 네덜란드 헤이그에 유럽 서비스센터를 구축했고 베이징에 아시아 태평양 서비스센터를 구축했으며 광시(廣西) 친저우(欽州)에 생산공장을 구축했다.

중국과기대, 고성능 생체모방 진주층 재료 개발

/
최근 중국과학기술대학 위수훙(俞書宏)/우헝안(吳恒安) 연구팀은 신형 생체모방 멀티스케일 소프트-하드 이중 네트워크 폴리머 기반 계면 설계전략을 제안함과 아울러 상향식 고효율적 바이오닉 조립방법 및 염가의 점토나노박편을 사용해 종합성능이 뛰어난 매크로블록 진주층 생체모방 나노복합재료를 성공적으로 제조했다. 해당 성과는 "Cell Press" 산하 "Matter"에 게재되었다. 연구팀은 염가의 몬모릴로나이트나노박편(MTM)을 조립용 "벽돌"로 하고 강성 페놀수지고분자(resol)와 유연성 폴리비닐알코올분자(PVA)의 복합성분을 계면 보조 "접착제"로 하는 한편 "증발 자기조립—적층" 연합사용 기술을 사용해 앞서 설계한 생체모방 진주층 복합블록재를 구축했다. 연구팀은 해당 소프트-하드 이중 네트워크 성분을 더한층 이용하여 마이크로스케일 막 사이 접착계면을 조절함과 아울러 박막 적층을 통해 최종적으로 매크로스케일 진주층 구조 생체모방 나노복합블록재를 제조했다. 동 생체모방 구조재료는 우아한 균열 편향 및 나노시트 추출 등 현상을 나타냈다. 최적화 구축된 생체모방 복합재료는 보다 높은 역학 증강효율 및 양호한 내습/내열성을 보유한다. 연구팀이 개발한 광물점토 기반 나노복합재료는 광범위한 구조재료 응용 분야에 적용될 전망이고 연구팀이 제안한 멀티스케일 소프트-하드 이중 네트워크 계면 설계전략은 신형 생체모방 구조재료 구축·보강에 효과적인 설계 아이디어를 제공할 전망이다.

중국 첫 "로봇교통경찰" 근무에 돌입

/
2019년 8월 7일 오전, 허베이성 한단시(邯鄲市)공안국은 "한단 로봇교통경찰" 입대식을 가졌다. 같은 날 도로순찰/차량관리자문/사고감시경계 등 3개 모델 "로봇교통경찰"이 한단시에서 근무에 돌입했다. 이는 중국 도로에서 최초로 근무를 시작한 "로봇교통경찰"로서 중국 인공지능 교통관리의 서막을 열었다. 공안부 제1연구소가 "로봇교통경찰" 기술검정 및 검정보고서를 발부하였고 공안부 교통관리과학연구소가 로봇교통경찰의 기업기준 제정·심사 및 검사를 담당했다. 상기 3개 모델 "로봇교통경찰"은 외형, 무게, 높이, 색깔, 외부장식 등 외관 초안설계부터 장면·기능 응용, 구조 분해, 구조 안내도, 프로토타입 생산 및 도장, 완제품 조립, 완제품 성능시험까지 수백 번의 수정을 거쳤고 완제품 테스트, 현장 운행시험을 거쳐 최종적으로 기대효과를 달성했다. 이번에 투입된 로봇교통경찰은 자율적 감지/주행/식별 등 성능을 보유하며 전천후 24시간 전방위 완전 지능적 자동화 근무가 가능하다. 아울러 교통경찰을 도와 불법주차 단속, 무료주차시간초과 단속, 교통 지휘, 사람·차량 식별, 증명서 확인, 음성 상호작용, 서비스 안내, 현장 감시경계 등을 수행할 수 있는 기능을 갖추었다. 이외 기차역, 공항 등 주요 교통터미널에 응용 가능해 교통경찰의 노동강도를 효과적으로 줄일 수 있을 뿐더러 교통체증도 완화할 수 있다.

시베이공업대학, 자율변형 글라이딩+날개짓 생체모방 유연체 잠수정 개발

/
최근 시베이공업대학이 개발한 자율변형 글라이딩+날개짓 생체모방 유연체 잠수정이 첫 잠항에 성공했다. 이는 중국이 고성능 생체모방 지능 수중이동체 개발 분야에서 취득한 성과이다. 최근 해양자원 탐사, 개발, 이용이 날로 시급해짐에 따라 생체모방 지능 수중이동체 연구개발은 전세계 해양과학 분야의 이슈가 되고 있다. 과기부 중점지원 연구프로젝트인 자율변형 생체모방 유연체 잠수정은 쥐가오리를 모방대상으로 하고 글라이딩과 날개짓을 번갈아 하는 추진방식을 채택하기에 수중에서의 높은 추진효율/기동성/안정성, 낮은 환경교란/소음, 큰 탑재공간/탑재능력 및 해저 연착륙 등 특성을 보유한다. 글라이딩+날개짓 수중 추진기술은 잠수정에 수중이동체로서의 높은 기동능력과 수중글라이더로서의 높은 항속능력을 부여하므로 현 단계 중국 재래식 잠수정에 존재하는 기동성/은폐성/항속시간 종합성능이 미흡한 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 동 잠수정은 익폭이 0.8m이고 리튬전지로 구동되며 최고시속이 1노트인 원리검증용 프로토타입으로서 쥐가오리의 글라이딩+날개짓 운동자세를 생동하게 모방할 수 있다.

최초 과학뉴스 기사작성 로봇 "샤오커" 발표

/
2019년 8월 1일, 최초 과학뉴스 기사작성 로봇—"샤오커(小柯)"의 본격 데뷔와 함께 "샤오커"의 첫 작품도 샤오커로봇채널(http://paper.sciencenet.cn/AInews/)에 발표되었다. 해당 프로젝트는 과기혁신 촉진 및 과학 보급 분야에서 획기적인 의미가 있다. 해당 로봇은 선진적인 기계알고리즘언어 및 영문 논문초록에 기반해 중국어 과학뉴스 기사 원고를 빠르게 작성할 수 있다. 작성된 기사는 전문가와 중국과학신문사 편집자의 이중 심사수정 및 정보보완을 거치면 일선 과학연구자의 주류 영문학술지정보 신속 구독의 수요를 대체적으로 충족시킬 수 있다. 또한 "로봇 글짓기" 기술을 이용해 과학연구논문을 공개화 과학보도자료로 전환시킴과 아울러 대중과 기타 매스미디어를 위해 최신 과학발전을 접근할 수 있는 창을 제공하는 등 과학보급사업 촉진에 큰 도움을 준다. "샤오커" 로봇은 "글로벌 중국인과학자 사회화 인텔리전트네트워크 학술교류플랫폼" 구축 프로젝트의 서브프로젝트이다. 동 플랫폼 구축 프로젝트는 과학망(ScienceNet)에 기초하여 인터넷, 뉴미디어, 인공지능기술을 이용해 빠르고도 편리하며 지능적인 학술교류플랫폼을 구축하는데 취지를 둔다. 해당 프로젝트는 베이징시 하이뎬구(海澱區) 문화개발특별프로젝트의 자금 지원을 받았다.

세계 첫 8.8m 초대형 채굴 높이 지능화 채탄기 개발

/
최근, 국가에너지투자그룹 선둥(神東)석탄그룹유한책임회사와 시안석탄기계유한회사가 자체로 개발한 첫 8.8m 초대형 채굴 높이(Mining height) 지능화 채탄기가 갱내 산업적 테스트를 수행했다. 중국은 첨단 채탄 장비를 장기간 수입에 의존했으며 그 가격이 비쌌다. 또한 실제 사용 과정에서 긴 물품공급 주기, 어려운 설비 유지보수, 높은 정비 비용 등 많은 문제가 존재한다. 첨단 채탄장비 시장을 장기간 국외에 의존하는 불리한 국면을 개변시키기 위해 시안탄광기계유한회사는 수입제 채탄기 대체 분야에서 독자적 혁신 전략을 이행하여 기술 혁신, 관리 혁신을 강화했으며 초대형 채굴 높이 채탄기의 신뢰성, 다중 캐비티 윤활, 디지털화 설계, 핵심 부품 제조, 지능화 등 핵심 기술을 심층적으로 파악함과 아울러 자체로 세계 첫 8.8m 초대형 채굴 높이 지능화 채탄기를 개발했다. 해당 채탄기의 설비용량은 3,030kW에 달하고 전단면 절삭 기억, 자동 높이 조절, 자기 적응 속도조절, 삼차원 위치결정, 채탄막장(Coal face) 내비게이션, 원격 모니터링, 간섭 조기경보, 자연 언어 및 음성 원격제어, 클라우드 형식의 고장 모니터링 등 기능을 보유함으로써 채탄기의 지능화 수준이 향상됐다. 해당 채탄기의 설계 연간 생산능력은 1,800만 t 이상에 달한다. 뿐만 아니라 멀티 소프트웨어 환경 조건에서의 가상 디지털화 프로토타입 분석 수단을 이용하고 디자인 수학적 계산방법을 응용하여 다중 캐비티 윤활 로커암(Rocker arm), 부품 경량화 설계, 완제품 강성 연결 및 컴퓨터 제어 지능화 채탄기 기술을 개발함으로써 주요 기술지표가 설계 계약서 요구에 완전히 도달했다. 해당 채탄기는 현대화 대량생산 고효율 갱정 건설 핵심 설비로서 채굴 높이 범위는 5.6~8.8m, 채탄기 높이(상부 보호판을 포함)는 4,100mm, 회전 드럼 지름은 4,300mm, 총설비용량은 3,030kW이며 상완(上灣)탄광의 8.8m 지능형 거대 채굴 높이 종합 기계화 채굴 채탄막장에 적합하다. 해당 채탄기가 생산에 들어갈 경우 연간 생산량은 1,800만 t에 달하고 연간 이윤은 약 48억 위안(한화 약 828억)에 달할 전망이다. 해당 채탄기는 2019년 9월 하순, 선둥석탄그룹에서 사용할 계획이다.

2차원 자성재료 비선형 광학연구에서 일련 성과 달성

/
최근 푸단대학 물리학부 우스웨이(吳施偉) 연구팀과 워싱턴대학 쉬샤오둥(許曉棟) 연구팀은 공동으로 2차원 자성재료 이중층 삼요오드화크롬(Chromium triiodide) 층간 반강자성 구조에서 비롯된 비상호성 2차 고조파 비선형 광학응답을 관측함과 아울러 삼요오드화크롬 층간 반강자성 결합과 반데르발스 적층구조의 연관성을 규명했다. 해당 성과는 "Nature"에 게재되었다. 2차원 자성재료는 최근년래 국제적 연구이슈가 되고 있다. 하지만 해당 재료시스템은 전체적으로 외부에 자성 특성을 나타내지 않을 뿐더러 샘플이 얇고 작기에 이와 관련한 실험연구는 해당 분야의 어려움으로 되고 있다. 몇 개 원자층 두께의 2차원 반강자성재료가 외부에 주는 물리적 자극(physical stimulation)은 일반적으로 측정 가능한 응답을 발생하기 어렵다. 과거 해당 영역은 "어두운 구석"으로 남아있었지만 현재 2차 고조파 방식으로 그 비밀을 밝힐 수 있게 되었다. 연구팀이 실험에서 측정한 반강자성재료의 두께는 2개 단위포(unit cell)층 두께(<2nm)였다. 동 조건에서 중성자 산란 등 측정 수단은 효과가 없었다. 연구팀은 수년간 2차원 재료 비선형 광학연구를 기반으로 광학 2차 고조파 방법을 사용해 2차원 자성재료의 자기구조(magnetic structure) 및 관련 특성을 탐구했다. 광학 2차 고조파는 재료의 거시적 자성에 의존하지 않고 미시적 자기구조에 발생하는 대칭성 붕괴(broken symmetry)에 의해 결정된다. 반강자성 상태에서 이중층 삼요오드화크롬 자기구조에 시간반전대칭성(Time-reversal symmetry) 및 공간반전대칭성 파괴가 발생함에 따라 강한 비상호성 2차 고조파 응답이 발생한다. 한편, 시스템을 변태온도(transformation temperature) 이상에 도달시키거나 또는 면외 자기장을 가해 강자성 상태로 당겨오면 오히려 자기구조 대칭성에 변화가 발생하고 이에 따라 2차 고조파 신호도 사라진다. 이외 연구팀은 이중층 반강자성 삼요오드화크롬의 2차 고조파 신호의 응답계수가 3개 수량급 이상 높아짐을 발견했다. 이는 일반 강자성 계면에 발생하는 2차 고조파에 비해 10개 수량급 높은 수준이다. 연구팀은 이렇게 강한 2차 고조파 신호를 이용해 비로소 이중층 삼요오드화크롬의 단위포층 적층 구조의 대칭성을 규명했다.