뉴스 - 공기 베어링 유형 및 선형 모션 가이드 시스템에 대한 심층 분석

나노미터 규모 제조라는 고도의 경쟁 환경에서 접촉식 역학의 물리적 한계는 중요한 병목 현상으로 작용해 왔습니다. 반도체 리소그래피 및 항공우주 검사 분야에서 업계 선두 기업들이 더 빠른 처리량과 더 높은 해상도를 추구함에 따라, 첨단 공기 베어링 기술은 더 이상 틈새 시장의 사치품이 아닌 산업 필수 요소로 자리 잡았습니다. 차세대 선형 모션 가이드 시스템을 설계하는 모든 엔지니어에게는 다양한 유형의 공기 베어링과 공기 베어링 가이드 강성이라는 핵심 요소를 이해하는 것이 필수적입니다.

공기 베어링의 주요 유형 이해하기

공기 베어링 기술은 압축된 공기의 초박막이 하중을 지지하는 원리를 이용하여 기계식 베어링에서 발생하는 마찰, 마모 및 열 발생을 효과적으로 제거합니다. 그러나 공기 분배 방식에 따라 베어링의 성능 특성이 결정됩니다.

다공성 매체 공기 베어링은 균일한 압력 분포를 위한 최고의 기준으로 여겨집니다. 일반적으로 탄소 또는 특수 세라믹과 같은 다공성 소재를 사용하여 수백만 개의 미세한 구멍을 통해 공기를 통과시킵니다. 이렇게 형성된 공기막은 진동에 대한 저항력이 매우 높고 탁월한 감쇠 효과를 제공합니다.

오리피스 공기 베어링은 정밀하게 가공된 구멍이나 홈을 이용하여 공기를 분배합니다. 이러한 베어링은 제조 자체는 비교적 간단하지만, 고속 회전 시 불안정성을 방지하기 위해 필요한 "압력 보상"을 구현하려면 전문적인 엔지니어링 기술이 요구됩니다.

평면 패드 공기 베어링은 선형 모션 가이드 시스템의 핵심 부품입니다. 일반적으로 화강암 레일에 "예압"을 가하기 위해 서로 마주 보는 쌍으로 장착되어 여러 방향으로 높은 구속 강성을 제공합니다.

회전식 공기 베어링은 각도 측정이나 스핀들 테스트와 같은 응용 분야에서 거의 오차가 없는 정밀한 움직임을 제공합니다. 볼 베어링처럼 "웅웅거리는" 소음 없이 일정한 회전축을 유지하는 능력 덕분에 광학 센터링에 필수적인 요소입니다.

공학적 성공 지표: 공기 베어링 가이드 강성

계측학에서 가장 흔한 오해 중 하나는 공기 베어링이 기계식 롤러에 비해 "무르다"는 것입니다. 실제로는 적절하게 설계된 최신 공기 베어링 가이드의 강성은 기계식 시스템보다 더 높을 수 있습니다.

공기 베어링 시스템의 강성은 하중 변화에 따른 공기막 두께의 변화를 의미합니다. 이는 "사전 하중"을 통해 구현됩니다. 자석이나 진공 압력을 이용하거나, 또는 화강암 레일에 공기 패드를 부착하는 방식으로 엔지니어는 공기막을 압축할 수 있습니다. 공기막이 얇아질수록 추가 압축에 대한 저항은 기하급수적으로 증가합니다.

높은 강성은 시스템의 고유 진동수와 고가속 선형 모터에서 발생하는 힘과 같은 외부 교란에 대한 저항력을 결정짓기 때문에 매우 중요합니다. ZHHIMG에서는 전산 유체 역학(CFD)을 활용하여 베어링과 부품 사이의 간격을 최적화합니다.화강암 가이드이를 통해 마찰 없는 움직임의 특성을 유지하면서 강성을 극대화할 수 있습니다.

선형 모션 가이드 시스템의 진화

선형 운동 안내 시스템에 공기 베어링을 통합함으로써 현대 기계의 구조가 재정의되었습니다. 전통적인 선형 안내 시스템은 강철 레일과 볼 베어링이 순환하는 캐리지로 구성되었습니다. 이러한 시스템은 견고하지만 "코깅" 현상과 열팽창이라는 문제점을 안고 있습니다.

현대의 고정밀 선형 가이드 시스템은 일반적으로 필요한 평탄도와 열 관성을 제공하는 화강암 빔과 공기 베어링 캐리지를 결합한 구조를 특징으로 합니다. 이러한 조합을 통해 다음과 같은 이점을 얻을 수 있습니다.

정지 마찰(정지 마찰)이 없어 미세한 단계적 움직임이 가능합니다.
부품 간 기계적 마모가 없으므로 수명이 무한합니다.
지속적인 공기 배출로 인해 먼지가 베어링 틈새로 유입되는 것을 방지하여 자체 세척 기능을 갖추고 있습니다.

인더스트리 4.0에서 공기 베어링 기술 제조업체의 역할

공기 베어링 기술 제조업체를 선택할 때는 베어링 자체뿐만 아니라 여러 요소를 평가해야 합니다. 가장 성공적인 구현 사례는 베어링, 가이드 레일 및 지지 구조를 하나의 통합 시스템으로 취급하는 경우입니다.

ZHHIMG 그룹은 특수 제조업체로서 재료 과학과 유체 역학 사이의 간극을 메웁니다. 당사는 에어필름의 "활주로" 역할을 하는 화강암 부품 제작을 전문으로 합니다. 에어 베어링의 정확도는 활주하는 표면의 정밀도에 달려 있기 때문에, 당사는 화강암을 서브마이크론 수준의 평탄도로 연마하는 기술을 통해 선형 운동 시스템이 나노미터 수준의 반복 정밀도를 달성할 수 있도록 합니다.

반도체 검사 분야에서는 2nm 및 1nm 노드로의 전환으로 인해 진동이 전혀 없는 이동이 가능한 스테이지가 필수적이기 때문에 이러한 시스템에 대한 수요가 급증하고 있습니다. 마찬가지로 항공우주 분야에서는 대형 터빈 부품 측정에 화강암처럼 견고한 내구성과 공기압식 프로브처럼 정밀한 접촉이 모두 요구됩니다.