오픈 소스 에어베어링 솔루션

에어베어링의 해석과 수치 시뮬레이션은 오랫동안 연구되어 온 분야로, 그 역사와 다양한 방법들은 문헌에서 잘 정리되어 있다[1]. 하지만 실제로 이를 구현하려면 고도의 수치 해석 및 코딩 역량이 필요하다. 이를 해결하는 한 가지 방법은 COMSOL과 같은 멀티피직스 소프트웨어를 활용하는 것이다. 이 소프트웨어는 에어베어링 시뮬레이션에도 널리 사용되고 있다[2][3]. 그러나 높은 정확도를 얻기 위해서는 상당한 모델링 작업이 필요하며, 특히 마이크로 그루브(Micro-Groove) 방식과 리스트릭터(Restrictor) 방식의 베어링을 모델링할 때는 맞춤형 접근이 필수적이다. 이러한 상용 소프트웨어는 다양한응용 분야에서 유용하지만, 일부 기능만 활용해 특정 문제를 분석하는 경우 비용 대비 효율성이 떨어질 수 있다. 특히, 라이선스 비용이 부담으로 작용할 수 있으며, 이는 연구자들에게 진입 장벽이 되거나상당한 시간 투자를 요구하는 요소가 될 수 있다. 또한, 전 세계 연구자들이 사실상 동일한 시뮬레이션 모델을 각각 개발해 온 것도 비효율적일 가능성이 크다. 이번 프로젝트는 새로운 모델링 기법을 제안하는 것이 아니라, 접근성과 모듈성을 고려한 오픈소스 시뮬레이션 플랫폼을 제공하는 데 초점을 맞추고 있다. Eitzenberger는 2024년 말까지 이 시뮬레이션의 첫 번째 버전을 GitHub에 공개할 예정이며, 이를 기반으로 연구자들이 적극적으로 활용하고, 공동 개발에 참여하기를 기대하고 있다.

Pressure-Distibution-v002

Eitzenberger 노즐과 마이크로-그루브 방식의 에어베어링에서 주어진 공기 간격에 따른 압력 분포

드라이빙 시뮬레이터

드라이빙 시뮬레이터는 360도 프로젝션과 실제 차량이 포함된 캐빈 형태로 구성되며, 헥사포드와 리니어 축 위에 수직으로 장착된다. 보다 현실적인 주행 환경을 구현하기 위해, 헥사포드는 에어베어링이적용된 리니어 축을 따라 움직인다. Eitzenberger는 이 리니어 축을 위한 에어베어링을 설계·제작했으며, 현장에서 레일의 정밀 가공까지 수행했다. 주요 기술적 과제는 높은 강성, 내구성, 넓은 공기 간격, 경량화, 그리고 콤팩트한 디자인을 동시에 실현하는 것이었다. 이 에어베어링은 9 bar의 압력으로 작동하며, 시뮬레이터는 최대 10 m/s²의 가속력을 구현할 수 있다.

Fahrsimulator
Fahrsimulator

7축 시스템

2,000 mm × 1,000 mm 크기의 평면 광학 구조물을 위한 페이스 밀링, 핫 스탬핑 및 공정 내 측정이 가능하다.

롤링 로드 및 컨베이어

이 시스템은 자동차 산업의 환경풍동시험장(EWT)에서 사용된다. EWT에서는 차량이 정지한 상태에서 도로 주행 환경을 재현하기 위해, 폭 3m의 강철 벨트가 차량 아래에서 움직인다. 이 벨트는 최대300 km/h의 속도로 동작할 수 있다. 롤링 로드 시스템의 휠 서포트 베어링은 트레드밀 아래에 위치하며, 24 bar의 고압 에어베어링이 타이어 접촉면을 지지한다. 또한, 차량 하부에서 발생하는 양압(양력)이나 음압(다운포스)에 관계없이 강철 벨트가 안정적으로 제어될 수 있도록 에어베어링과 진공 시스템을 결합한 솔루션이 추가되었다.

Rolling Road und Conveyor
Rolling Road und Conveyor

폴리곤 스캐너

에어베어링 방식의 스캐너 축은 최대 60,000 rpm의 속도로 동작하도록 설계되었다. 에어베어링 덕분에 마모가 없는 구조이며, 폴리곤 면의 원통형 오차는 < 1 µm 미만이다.

패스트 툴(Fast Tool)

에어베어링 방식의 패스트 툴은 플라스틱 렌즈의 자유형 선삭 가공에 사용되며, 습식 가공 환경에서도 활용이 가능하다.

고속 리니어 스테이지

에어베어링을 적용한 고속 리니어 스테이지로, 스트로크는 600 mm이며 속도는 8 m/s, 가속도는 180 m/s², 반복 정밀도는 0.2 µm이다. 반도체 산업에서 고속·고정밀 피킹 및 플레이스(Pick-and-Place) 응용에 적합하다.

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