방성기계 장완섭 대표(우)/비에스이앤디 장재민 대표(좌)

 

연포장(flexible package. 종이, 플라스틱 필름 따위와 같이 유연성이 있는 재료로 상품을 포장하는 일)의 패키지는 대체로 인쇄물량이 장통이기 때문에 그라비어나 플렉소 인쇄기로 생산하는 것이 보편적이다.

지역별로 비교해 보면 북미 및 유럽에서는 플렉소가 주력인 상태이나 일본에서는 95% 이상이 그라비어로 용제잉크 사용이 주류를 이루고 있다. 일본에서 그라비어 인쇄가 주류를 이루는 것은 그라비어 인쇄가 옵셋 인쇄에 비해 샤프니스가 탁월하고 직접 인쇄방식으로 잉크의 전이성이 좋아 미장성이 우수하기 때문이다.

 

하지만 최근엔 일본에서도 플렉소 인쇄가 주목을 받고 있다. 플렉소 인쇄와 타 인쇄방식을 비교했을 때 플렉소 인쇄의 가장 큰 이점은 경제성으로, 설비투자비와 함께 전체 운영비를 절감하는 것이 가능하다.

 

플렉소 인쇄기는 인쇄 현장 주변에의 휘발성 유기용제를 전혀 포함하지 않는 무 용매 잉크(UV잉크)의 채용이 비교적 용이하여, 휘발을 방지함과 함께 잉크 점도를 일정하게 유지하는 장치로 인쇄 유닛 주변에 있어서의 휘발성 유기물(VOC)을 큰 폭으로 저감 할 수 있는 환경 대응 장치도 개발된다.

 

방성기계는 한국 라벨 인쇄기 시장을 선도하는 인쇄기계 제조업체로 지난 20여 년간 150여 개 고객사에 1천여 대의 로터리 라벨 인쇄기와 프레스 라벨 인쇄기를 공급해왔는데, 제품의 규격화와 품질의 균일화 그리고 부품의 표준화를 통해서 고객 요구에 맞는 우수한 품질을 공급하는데 주력하고 있다. 2017년 BS E&D(비에스이앤디)라는 자회사를 설립하여, 서보제어 전문업체인 서보스타와의 협업을 통해 올 2021년 플렉소 인쇄기를 개발했다.  <취재 ㈜서보스타 황혜숙 기술연구소장>

 

Q 현재 라벨 인쇄기 시장은 어떻게 형성이 되어 있는지요?

A. 인쇄기 시장은 디지털인쇄기, 평압기기, 풀 로터리 인쇄기, 간헐식 로터리, 옵셋인쇄기, 그라비어 인쇄기로 구성되어 있습니다. 옵셋인쇄기는 인쇄과정 상 재단을 위해 많은 인건비가 발생하기 때문에 수요가 감소하는 추세로, 인쇄의 선명도가 향상된 그라비어 인쇄로 전환됐습니다. 그라비어 인쇄의 경우는 유기용매(VOC) 사용으로 냄새와 화재의 위험이 높을 뿐 아니라, 친환경적 요소가 대두되면서 차츰 플렉소 인쇄로 전환이 될 가능성이 높습니다. 플렉소 인쇄는 인라인 인쇄부터 포장까지 전 자동화가 가능합니다.

 

Q 그라비어 인쇄에 비해 플렉소 인쇄의 장점은 무엇입니까?

A. 플렉소 인쇄에 사용되는 잉크는, 환경 대응이 용이한 수성 잉크가 많습니다. 인쇄 현장 주변에의 휘발성 유기용제를 전혀 포함하지 않는 무 용매 잉크(UV잉크) 채용이 비교적 쉽습니다. 그라비어 인쇄업계는 VOC 처리장치나 무용제의 잉크사용이 요구되고 있습니다. 하지만 경제적인 부담이 큽니다. 그라비어 인쇄에도 수성잉크가 개발되고 있지만, 고가의 건조장치 부착 등 생산성 및 비용성 면에서 부담이 있습니다.

그라비어 인쇄와 비교한 플렉소 인쇄의 첫 번째 장점은 플렉소 인쇄는 잉크 막이 얇아서 환경 위생적인 면에서 잔류 용제 저감이 가능하며, 수분 또는 알코올계 잉크를 사용하기 때문에, 클린 패키지로 깨끗한 작업환경이 조성이 된다는 것입니다.

 

두 번째는 생산성에 있어서 인쇄와 인쇄 후 가공을 동시에 할 수 있고, 판식의 혼합이 자유로워 복합화가 가능하며, 신축성 있는 박층 필름, 요철 면을 가진 소재, 탄력성이 있는 소재를 사용하기 때문에 다양한 피인쇄체를 선택할 수 있다는 것입니다.

 

세 번째는 범용성으로, 평활성이 좋지 않은 원재료, 신축성이 있는 얇은 원재료에도 용이하게 인쇄가 가능하다는 점입니다. 얇고 유연한 음료수 포장지 인쇄에 쓰입니다. 또 신속 건성 잉크를 이용해 인쇄 직후에 결과를 체크할 수 있고, 박막으로 인쇄되는 것은 건조에 필요한 열에너지의 저감으로 연결되어 에너지 절약 인쇄가 가능합니다.

 

비에스이앤디에서 개발한 플렉소 인쇄기

 

Q. 비에스이앤디가 개발한 플렉소 인쇄기의 장점을 꼽으신다면?

A. 우선 기술적인 장점을 꼽으면 자동핀 맞춤기능, 로드셀을 장착한 피더의 장력조절 장치, 수냉각이 아닌 공냉식 냉각장치, 초절전 LED-UV 경화 장치 등이 있습니다. 또 유저의 편리성을 위한 장치로는 긴 인쇄 장치에서 수평으로 이동 가능한 터치스크린 장치와 먼지 제거장치 및 인쇄표면의 거칠기를 만드는 코로나 장치, 마그네틱 실린더 보조 장치, 턴바와 콜드박 합치 장치, 아니록스 롤러 세척기를 들 수 있습니다.

자동 핀 맞춤기능(Auto Register)으로 각 유닛의 핀트를 최대한 근사치로 맞추어 미세조절이 가능하며, 8도에서 12도 컬러 인쇄까지 신축되기 쉬운 소재에 다색인쇄에 적합합니다. 또한 레지스터 기능으로 인쇄 종이의 loss 비율을 절감하는 이점도 제공합니다

 

마크 레지스터와 비전 레지스터를 사용하여 속도 가변에도 거의 변함없이 핀트를 유지시켜 높은 레지스터 정밀도로 고속인쇄가 가능합니다.

이 장비는 앞부분과 끝부분에 Denser를 장착하여 장력조절을 하고 있으며 피더 3개에 로드셀(Load Cell)을 장착하여 텐션 조절이 가능하다는 기술적 장점이 있습니다

 

특별히 현장 작업자들이 각 핀 맞춤을 위해 이동하거나 롤러 교체 시에 터치스크린 화면이 함께 수평 이동가능 하도록 기기 운용면에서 편리성이 대폭 향상됐습니다. 아니록스 롤러(Anilox Roller)와 잉크는 탈착이 쉽고, 롤러를 세척할 수 있는 아니록스 롤러 세척기를 별도로 개발했습니다.

 

인쇄 유닛은 실린더나 기어 방식이 아닌 슬리브 타입(sleeve type)으로 좌우편차를 줄여 주고, 호이스트 방식의 마그네트 실린더는 레일 인서트 교환(insert exchange) 방식으로 장착이 수월합니다.

 

가장 큰 기술적 장점은, 커터 파트 부분에 마그네틱 커터 장착이 가능해 비닐 계통 pp재질인 경우 12μm 두께까지 생산되는데, 얇은 비닐류 위에 인쇄가 가능하다는 것입니다. 또한 초절전 LED-UV를 사용하여 필름 수축 없이 UV 경화가 가능하고, 전력을 20% 절감하는 효과도 있습니다.

 

라벨지 활용성 면에서 턴바(Tturn Bar) 인쇄와 전환성 역시 장점으로, 턴바를 이용하여 앞· 뒤면 인쇄가 동시에 가능하며, 각종 고성능 포장 가공기와 인쇄기를 인라인으로 조합하여, 인라인으로 자동차 유리에 부착하는 겉과 속 라벨 인쇄도 가능합니다.

또한 콜드박 및 합지 장치(Cold Foil and Lamination Device) 역시 중요한 기술적 장점으로, 코팅이나 콜드 호일을 이용하여 광착제로 박을 떠서 이중지 혹은 삼중지 인쇄도 연속적으로 가능합니다.

 

 

마그네틱 실린더 보조장치

 

Q. 비에스이앤디가 개발한 플렉소 인쇄기를 현장 기술자들이 특히 선호하는 이유는 무엇입니까?

A. 우선 디자인 면에서 콤팩트하기 때문입니다. 수냉식이었던 냉각장치를 공냉식으로 개발하여, 설치를 위한 수로공사나 파이프 물관리 부분이 생략됨으로써, 설치 셋업 시간이 단축되어 비용 절감효과를 얻을 수 있습니다. 또한 전기 컨트롤 박스를 외부에 별도로 설치하지 않고, 인쇄기 내부에 장착하여 배선과 설치 공간을 콤팩트하게 만들었습니다.

 

특히 외국 인쇄 장비의 경우에는 현장 기술자들이 14일 정도 교육을 받고 나서야 인쇄기 가동이 가능하지만, 우리가 개발한 인쇄기는 하루 동안 현장 기술자 교육 후 바로 인쇄기를 운용할 수 있도록 사용자 1일 교육을 실시합니다. 오랜 인쇄기 개발 경험을 토대로 유저가 사용하기 편리한 기계를 개발했기 때문입니다. 특히 성능에 따라서 모듈화 되어있으므로, 유저의 요청에 따라서 커스터마이징이 가능하고, 아니록스 롤러 세척기 같은 필요 부품도 자체 개발했습니다.

 

특히 먼지제거 장치는 특수하게 종이의 먼지를 에어로 불어서 위에서 빨아들이는 방식이고, 표면을 거칠게 하는 코로나 장치도 개발되어 있습니다.

주문 후에도 직접 인쇄기의 임가공이 가능하므로 빠른 시일 내에 납기가 가능합니다.

 

 

턴바와 콜드막 및 합지장치

 

Q. 비에스이앤디의 모 회사인 방성기계의 시장점유율과 비에스이앤디의 플렉소 인쇄기 시장 전망은?

A. 현재 국내에서는 해외 로터리 인쇄기는 거의 수입하지 않고, 국내생산 인쇄기가 주류를 이루고 있습니다. 방성기계는 현재까지 500에서 600여 대의 로터리 인쇄기를 판매하였고, 태국, 인도 등 해외에 200여 대를 수출했습니다. 옵션 장치 장비로 디지털 후가공 인쇄기와 50 여종의 커스터마이징 인쇄기를 판매했습니다.

 

현재의 모습에 안주하지 않고, 20년간 축적된 모회사의 기술력과 새로이 개발된 보쉬렉스로스(Bosch Rexroth) 플렉소 프로그램 개발에 더해, EPC 웹가이드 Sensor와 자동 핀 맞춤기능 등 사용자 편의성을 추가해, 다색 인쇄 핀트가 고정밀 조절되는 환경친화적인 플렉소 인쇄기의 전성시대를 펼칠 준비가 되어 있습니다.

 

 

 

 

 아니록스 세척기

 

 

“인쇄기는 뿌리산업, 계속해서 기술을 개발하고 고급화시켜 나갈 것”

 

 

㈜서보스타 김종민 상무(사진. 여기에)

 

소비자들의 환경인식이 높아짐에 따라, 연포장 시장이 빠르게 성장하면서 플렉소 인쇄기 시장이 확대되고 있다. 이러한 상황에 맞춰 비에스이앤디에서 플렉소 인쇄기를 개발했다. 여기에는 서보스타의 서보제어 기술이 뒷받침되어있다.

이름에서 알 수 있듯이 서보스타는 서보(Servo) 제어를 전문으로 하는 기업으로, 인쇄기 분야에서 많은 실적을 확보하고 있으며, 오랫동안 독일 보쉬렉스(Bosch Rexroth)의 기술을 이용해 인쇄기 개발에 기여하고 있다. 이번 비에스이앤디의 플렉소 인쇄기는 서보스타 김종민 상무가 제어 프로그램 개발을 담당했다. 김 상무는 모 신문사의 윤전기 개발부터 시작한 인쇄기 업계의 독보적인 엔지니어다.

 

Q. 비에스이앤디의 모회사인 방성기계는 어떤 회사인가요?

A. 방성기계는 로터리 인쇄기 분야에서 높은 시장점유율을 확보하고 있는 기업입니다. 과거 국내 로터리 인쇄기 시장을 장악하고 있던 중국이나 일본의 로터리 인쇄기가 국내에 들어오질 못하고 있는데, 그 배경에는 방성기계의 탄탄한 기술력이 자리하고 있습니다. 태국과 같은 데에서는 방성기계 중고기계가 나오면 그거 사려고 대기하고 있다고 할 정도입니다. 방성기계 대표님은 오랫동안 인쇄기 개발 및 제작에 종사해왔고, 이를 통해 국내 유저들을 위한 많은 아이디어를 가지고 계신 분입니다. 이런 분과 함께 개발을 할 수 있다는 것에 자부심을 느낍니다.

 

Q. 서보스타가 개발을 담당한 제어부분은 어떤 기술이 적용되어 있습니까?

A. 단위당 서보가 가장 많이 들어가는 기계가 인쇄기입니다. 6도는 기본이고, 우리가 개발한 건 서보모터 10축이 적용되어 있습니다.

식품안전 및 친환경 포장에 대한 요구에 의해, 수성잉크를 사용하는 플렉소 인쇄기 시장이 성장하고 있습니다. 이에 따라 기계설계에 관한 새로운 요건이 제시되고 있습니다. 비에스이앤디는 새로운 기계를 설계함에 있어서, 서보제어 특히 인쇄기 분야에서 오랜 경험과 실적을 지니고 있는 우리 서보스타의 기술을 기반으로, 더 빠르고 효율적인 플렉소 인쇄기를 만들길 원했습니다. 보쉬렉스로스의 기술을 적용하는 것에 대해 흔쾌히 동의해주셔서 감사하게 생각하고 있습니다.

 

우리 서보스타는 고급 인쇄기계를 위한 제어 솔루션을 위해 보쉬렉스로스의 정합제어 솔루션(Register Control Solution)과 장력제어(Tension Control) 기능을 적용했습니다.

장력이나 정합제어를 보쉬렉스로스의 라이브러리를 응용해서 우리 기술로 만든 것입니다. 길이가 길다 보니까 보간텐션들을 다 별도로 제어를 할 수 있도록 했고, 와인더 2군데, 피더 3군데를 텐션제어를 합니다. 로드셀 피드백을 받아서 정밀하게 텐션제어를 하고, 그 다음에 레지스터 컨트롤이라고 해서 센서를 달아서 각각의 인쇄 핀을 맞춰 줍니다.

 

분당 최대 200미터의 속도로 인쇄를 하고 있는데, 200미터보다 더 빠르게 하는 것도 가능합니다. 속도는 우리 쪽 문제가 아니라 잉크 문제입니다. 속도를 200미터까지 올려봤는데, 속도가 너무 빠르다 보니까 돌면서 잉크가 튀어서 인쇄의 화도가 깨끗하게 안 나왔습니다. 기계가 너무 빨리 지나가면 재료가 인쇄물에 묻지 않은 상태에서 지나갈 수 있습니다. 그래서 인쇄속도는 분당 150미터까지로 조절을 했습니다.

 

Q. 보쉬렉스로스의 정합제어와 장력제어는 경쟁사의 기술에 비해 어떤 점이 뛰어난가요?

A. 보쉬렉스로스의 솔루션은 라이브러리가 잘 되어있어서, 사용자들이 매뉴얼을 참조해서 그 기계 특성에 맞게끔 특정 값들만 집어넣으면 됩니다. 이 라이브러리는 전 세계적으로 쓰고 있기 때문에 이미 검증이 다 되어있고, 실질적으로 내가 이걸 디버깅할 필요가 없습니다.

보쉬렉스로스 솔루션은 장력이나 정합 기능이 대단히 잘 되어 있는 것이 특징입니다.

 

특히, 오토 레지스터(Auto Resgister) 기능이 대단히 정확해서 버리는 용지가 거의 없습니다. 방성기계가 과거 수십 년 동안 당연히 사람이 맞춰야 되는 걸로 알았던 것이 자동으로 제어가 됩니다. 또 웹 가이드 방식이라고 해서 가이드 방식 하나를 더 추가했습니다.

보쉬렉스로스 솔루션은 전문화된 정합제어 알고리즘이 라이브러리화되어 있어서 손쉽게 재사용이 가능하기 때문에, 개발시간과 비용이 절약됩니다.

보쉬렉스로스는 색상 정합 검출, 정합 제어 및 동작제어를 위한 전자식 기어와 캠을 위한 모듈을 결합시킴으로써, 기계의 프로세스와 시스템에 대한 개발주기를 단축시켰습니다.

 

Q. 서보스타는 비에스이앤디의 모회사인 방성기계와는 어떤 인연이 있습니까?

A. 우리 서보스타는 과거부터 삼방실린기나 로터리 인쇄기, 블리스터 장비, 필름 콘덴서 등 인쇄관련 개발을 많이 해오고 있습니다.

6년여 전 로터리 인쇄기 시장이 난립할 때, 방성기계 사장님이 우리 서보스타에게 개발요청을 해서 전시회에 나가기 전에 한 달 만에 장비개발을 해서 납품한 경험이 있습니다.

 

그때부터 방성기계가 로터리 인쇄기 시장을 석권하기 시작했습니다. 지금은 로터리 인쇄기는 거의 수입이 안 됩니다. 일산과 대만산은 속도설정을 하다 보면 각각의 핀이 잘 안 맞아서 손으로 조정을 해서 핀을 맞춥니다. 핀이 맞은 상태에서 속도를 더 올리고 싶을 경우가 있는데, 일본산과 대만산은 속도를 올리면 핀이 또 틀어져서 또 맞춰야 됩니다. 그래서 대만이나 일본산이 전시회에 나와서 속도를 못 올렸는데, 방성기계는 속도를 80에서 200, 80에서 200으로 계속 돌려도 카메라 비전으로 인쇄한 걸 찍어냅니다. 핀이 틀어질 때마다 화면이 서야 하는데, 핀이 안 틀어지는 걸 전시회에 나가서 시연을 하면서 대단한 호평을 받았습니다. 그 뒤로 외산 로터리 인쇄기가 거의 못 들어오고 있습니다.

 

간헐식 로터리는 회전하고 반대로 돌고, 회전하고 반대로 돕니다. 인쇄분은 계속 회전하는데 종이가 전진-후진-전진-후진하면 일반적으로 판이 롤에 걸려있을 때 롤이 전부 인쇄할 수 있는 판이 되어있으면 크게 문제가 없는데, 작은 인쇄물은 요만큼 인쇄되고 나머지는 백지로 나가버립니다. 그러면 수익성이 떨어지니까, 백지 인쇄되는 부분을 종이가 뒤로 빠져서 인쇄한 다음에 바로 또다시 쓸 수 있게 로스를 줄일 수 있도록 개발을 했습니다.

 

인쇄물이 거의 다 찼으면 인쇄물은 계속 가는데, 인쇄물이 작으면 작을수록 백(후진)을 많이 해야 됩니다. 이게 간헐식 로터리입니다. 여기에 보쉬렉스의 서보가 적용이 됐습니다. 방성기계에서 축수가 많을 때는 8도까지 적용이 되는데, 화장품 업계는 12도, 13도까지 들어갑니다.

이번에 개발한 건 플렉소 인쇄기입니다. 인쇄물의 재질이나 인쇄방식에서 차이가 있습니다.

 

예를 들어 여기 보이는 시럽 병이 있다고 할 때 이 병의 비닐은 원형이 아닙니다. 사각형도 아니고, 밑은 넓지만 위는 좁습니다. 수축튜브의 비닐을 써서 온도를 가열했을 때 딱 붙어서 이런 모양이 됩니다. 이런 인쇄를 하려면 두꺼운 인쇄는 열을 많이 가해야 됩니다. 30미크론 짜리 인쇄를 제일 얇다고 하는데, 더 얇은 건 10미크론 20미크론도 있습니다. 그건 인쇄물 위에 코팅하듯이 발라주는 겁니다. 인쇄는 안 하고 비닐은 있는데 인쇄용이 아니라 코팅용으로 쓰고 있습니다. 그러니까 대개 30미크론이 가장 얇은 인쇄라고 얘기합니다. 종이뿐만 아니라 페트병에도 인쇄를 합니다.

 

특히 방성기계에서 잘하는 부분이 외부 액서서리입니다. 대개 인쇄하다 보면 전면부만 인쇄하고 지나가 버립니다. 그런데 방성기계는 크로스하는 롤러가 있어서, 이렇게 가서 꽈배기 해서 뒷면(대면) 인쇄도 할 수 있습니다. 턴바를 쓰면 전면과 후면을 모두 인쇄할 수 있고, 콜드바를 써서 인쇄물에 금박이나 은박을 별도로 얹을 수도 있습니다.

 

Q. 플렉소 인쇄기 개발 이후의 계획에 대해 말씀해 주십시오.

A. 앞으로 인쇄기 시장은 소량 다품종으로 기술이 진행될 것입니다. 이번에 비에스이앤디에서 플렉소 인쇄기를 국산화화면서, 앞으로 관련 시장을 넓혀 갈 것으로 봅니다.

인쇄기는 뿌리산업이라 없어질 시장이 아닙니다. 따라서 고객의 요구가 있다면 계속해서 개발을 할 겁니다. 플렉소 인쇄기에 대해서는 비에스이앤디 납품 이후에도 사후에 해야 일이 많을 걸로 생각됩니다. 고객지향적인 소프트웨어를 좀 더 보강해야 될 것 같고, DD모터를 써서 초정밀의 제어도 구현하는 등 고급화시켜 나가는 작업도 해야 될 것 같습니다.

 

보쉬렉스로스는 와인더· 리와인더가 그냥 모터 하나 갖고 쓸 수 있을 만큼 어플리케이션이 좋기 때문에, 인쇄기 가격이 저렴해지고 심플해질 수 있는 부분이 있으면 우리가 적극적으로 개발해서 지원할 계획입니다.

우리가 진행하고 있는 모 장비는 IoT 센서를 사용해서 통신으로 연결이 되어있습니다. 현재 4차혁명이 얘기되는데 이 장비에 적용해서 계속 작업 중입니다.

 

현재 롤투롤(Roll to Roll) 롤투롤 하는데, 사실 롤투롤 기술을 가진 회사가 드뭅니다. 기구도 잘 해야 되지만 텐션도 잘 해야 되고, 여러 가지 것들에 대해서 노하우를 가진 회사들이 많질 않습니다. 우리 서보스타는 오랫동안 서보모터를 전문으로 해왔기 때문에 롤투롤에 대한 깊은 이해와 기술력을 갖추고 있어서, 누군가가 제어가 어려울 때 우리 서보스타에게 의뢰를 한다면 성공을 자신할 수 있습니다.