심재윤 한국생산기술연구원 融合生産技術硏究所 스마트纖維그룹長이 原緞의 染色 狀態를 實時間으로 分析해 染色 條件을 最適化할 수 있는 技術을 開發했다. 동아사이언스DB
最近 流行하는 製造流通一括型(SPA) 브랜드 賣場을 가보면 한가지 色깔의 옷이 걸려있는 모습을 볼수 있다. 實際 이 옷들의 色은 모두 같을까. 이는 옷감 原緞에 다양한 色을 입히는 染色 産業界가 苦悶하는 難題이기도 하다. 한 番의 染色工程으로 願하는 色을 正確히 만들어내야 하기 때문이다.
심재윤 한국생산기술연구원 融合生産技術硏究所 스마트纖維그룹長 硏究팀은 最近 染色에 쓰이는 染液을 分析해 色이 일정하게 維持하도록 돕는 모듈 裝置를 開發했다. 사람의 血液 檢査로 健康 狀態를 判斷하듯 染色機의 染液을 分析하여 染色 中인 原緞의 色相을 實時間으로 豫測하는 技術이다.
一貫된 色相 具現 어려운 染色 産業 難題
染色産業에 쓰이는 染色 方法은 簡單하다. 染色機에 原緞을 넣고 染料가 들어간 染液을 채운 뒤 옷을 빨듯 옷감을 反復해서 染液 속에 담갔다 빼는 方法이다. 特定 色을 내는 染料를 配合한 染液을 채우고 染料를 배어들게 할 鹽基性 溶液을 添加하면 나머지 部分은 機械가 遂行한다. 染色을 마친 다음 다시 빨래하듯 깨끗한 물속에 옷감을 담갔다 빼며 有害成分을 除去하는 ‘수세’ 段階를 여러 次例 거치면 願하는 色相의 옷감이 만들어진다.
하지만 願하는 色을 옷감에 배게 하는 일은 쉽지 않다. 機械 誤謬부터 人間의 失手까지 染色過程에서 發生하는 여러 가지 不良要因 때문에이 있다. 現場에서는 이를 막기 위해 熟鍊된 專門家들이 手作業으로 管理한다. 하지만 사람이 하는 일이라 每番 正確한 色相을 具現하기 쉽지 않다.
심재윤 스마트纖維그룹長이 染色 條件을 最適化하는 技術을 說明하고 있다. 동아사이언스DB
染色機를 닫고 染色을 始作하면 中間에 멈추기 어려워 染色이 끝난 뒤 原緞을 보고 나서야 色이 제대로 나왔는지를 알 수 있다. 審 그룹長은 “1回 染色 時 하는 데 2~3時間이 걸리는데 色이 맞지 않으면 다시 原緞을 넣고 色을 修正한 後 染料를 다시 집어넣는 過程을 거친다”며 “時間도 2倍 걸릴뿐더러 染色에 쓰는 染料와 물, 에너지, 廢水도 2倍 排出되는 問題가 있다”고 말했다.
染液 實時間 分析 技術 開發해 물 使用量도 節減
硏究팀은 原緞을 보는 代身 染液에 注目해 그 狀態를 實時間 觀察할 方法을 찾았다. 染色은 染液 原料를 原緞에 붙이는 原理다. 染色을 始作하면 原緞에 徐徐히 달라붙는데, 이 過程에서 染液 속 染料의 濃度가 옅어진다. 染液을 分析하면 거꾸로 原緞에 얼마나 染料가 달라붙었는지를 알 수 있다.
硏究팀은 染色機에서 染液 一部를 흘러나오게 한 다음 이를 分析하는 技術을 開發했다. 廉額이 흘러나왔다가 다시 들어가도록 만든 棺에 紫外線(UV) 센서와 酸度(pH) 센서를 달았다. UV 센서는 이미 完成된 原緞의 色을 分析하는 데 主로 쓰여왔다. 硏究팀은 같은 原理로 染液 濃度를 測定하는 用途로 새롭게 開發했다. 原料가 얼마나 달라붙을지를 決定하는 酸度度 함께 觀察한다. 여기서 染液 濃度가 時間에 따라 變하는 曲線을 볼 수 있고, 이 曲線이 基準과 一致하면 正確히 같은 色이 나오게 된다.
審 그룹長이 染色機에 附着한 裝備의 데이터를 土臺로 染色 程度를 分析하고 있다. 동아사이언스DB
이 技術은 染色뿐 아니라 수세 段階에서도 活用된다. 守勢의 마무리 與否는 原緞을 빨아 나온 廢水에 染料가 있는지를 確認하면 알 수 있다. 사람 皮膚에 問題가 없으려면 圜壇에서 原料와 鹽基性 成分이 모두 빠져야 한다. 하지만 눈으로 一一이 確認하기 어렵다 보니 現場에선 '無條件 收稅를 10番 한다'는 式으로 條件을 넣는다. 이 技術을 活用하면 圜壇에서 有害物質이 나오지 않는 時點을 正確히 알 수 있다. 그만큼 浪費되는 물이 줄어든다.
實際로 이 技術을 活用하면 한 番에 같은 色이 나올 確率도 크게 올라간 것으로 確認됐다. 染色 工程에서 같은 色이 나오는 比率인 染色 再現性은 95%로 나타났다. 染色時間은 25%, 수세 時間도 30% 줄었다. 審 그룹長은 “染色에서 쓰이는 물이 1t이라고 하면 守勢에 쓰이는 물은 10t에 이른다”며 “守勢에서 쓰이는 물을 아끼면서 20% 程度의 물 節減 效果를 얻었다”고 말했다. 물을 아낄뿐 아니라 廢水가 放出되는 것을 막기 때문에 '一石二鳥' 效果도 거뒀다.
精確한 色 具現하는 完全自動化 技術 開發할 것
이 技術은 生技院 內部課題를 받아 3年에 걸쳐 開發됐다. 特許 出願 7件과 登錄 5件, 技術移轉 4件의 成果를 냈다. 또 지난해 産業通商資源部가 60億 원 規模로 마련한 知能型 染色工場 事業을 이끌어낸 契機가 되기도 했다. 硏究팀은 染色 專門企業과 協約을 맺고 스마트工場을 構築하는 事業을 進行할 計劃이다.
審 그룹長과 硏究員들은 染色 自動化 設備를 넘어 知能型 染色工場을 構築하는 事業을 計劃하고 있다. 동아사이언스DB
硏究팀은 모듈이 提供하는 情報를 土臺로 染色機에서 精確한 色을 具現하는 完全自動化 技術을 開發하면 染色工場을 스마트化 할 수 있을 것으로 期待하고 있다. 只今은 染色機에 染料나 化學 藥品을 집어넣는 作業을 모두 手作業으로 하고 있지만, 審 그룹長은 “染色機에 아무런 神經 쓸 必要 없이 물과 原緞만 넣으면 알아서 染色을 마무리하는 技術을 開發할 計劃”이라고 말했다. 染色機에 染料와 溶液을 貯藏하는 裝置를 달아 願하는 染色 色相에 맞게 自動으로 注入 할 수 있을 展望이다.
完全自動化가 이뤄지면 ‘리피트 오더’에서 생기는 問題도 解決된다. 리피트 오더는 染色機가 한 番에 處理하지 못하는 物量을 染色하기 위해 같은 色을 반복해 내는 作業을 뜻한다. 製造流通一括型(SPA) 브랜드가 流行하면서 리피트 오더를 遂行하는 일도 늘었는데, 이 技術을 活用하면 같은 色을 그대로 具現할 수 있다. 審 그룹長은 “染色 曲線만 컴퓨터에 넣으면 恒常 첫 番째 染色 結果와 같은 染色物을 만들어낼 수 있다”고 말했다.
硏究팀은 스마트 纖維工場 모델을 만들어 값싼 勞動力을 앞세운 中國과의 競爭과 各種 環境規制 二重苦에 直面한 國內 纖維業界의 競爭力을 높이는 게 目標다. 勞動集約的인 染色産業에서 工場 自動化의 必要性이 提起된 지는 오래됐지만 제대로 具現되지 못했다. 그러던 것이 4年 前부터 이를 現實化할 센서 技術들이 登場하면서 完全自動化 技術에 挑戰해볼 만한 與件이 마련되고 있다. 審 그룹長은 “아이디어를 갖고 挑戰하는 技術을 먼저 開發해 놓으면 글로벌 製造革新 要求에 直面해 있는 纖維 分野의 中小企業 支援에도 보다 積極的으로 對應 할 수 있을 것”이라고 말했다.
