제조업 ‘대전환’의 핵심 기술로 기대 중인 3D프린팅

[산업일보]

산업 분야 ‘디지털 전환’의 대표주자로 ‘3D프린팅’이 꼽히고 있다.

‘3D프린터’를 통해 컴퓨터 그래픽 소프트웨어로 제작한 3D모델을 한 층씩 쌓아 올리는 ‘적층’ 방식으로 제조하는 작업이다.

‘제20회 서울국제생산제조기술전(SIMTOS)’의 부대행사로 열린 ‘글로벌 디지털 제조혁신 컨퍼런스(이하 컨퍼런스)’는 지난 2일 ‘산업의 변화를 이끄는 적층제조 기술’이라는 주제로 3D프린팅을 조망했다.

산업통상자원 R&D전략기획단 정웅성 단장

컨퍼런스에서 산업통상자원 R&D전략기획단의 정웅성 단장은 ‘대전환의 시대, K-Industry의 새로운 성장경로는?’이라는 주제로 기조연설을 진행하며 대한민국의 주력 산업인 제조업에 큰 변화가 없다는 것을 숙제 거리라고 지적했다.

정 단장은 “산업 대전환의 시대가 촉발됐고, 기술 안보의 시대를 맞아 우리가 지난 50여 년간 성장해 왔던 ‘자유무역’ 체제가 붕괴했다.”라며 “글로벌 시장이 필요로 하는 가치를 만들 수 있고, 신뢰할 수 있는 파트너 국가가 되야 한다”라고 언급했다.

그러면서 “디지털 환경 변화의 가장 대표적인 기술이 3D 프린팅이다. 라고 덧붙이기도 했다.

한국생산기술연구원 이재욱 박사

이어, 한국생산기술연구원의 이재욱 박사는 ‘물리기반 Hybrid Virtual Twin을 활용한 금속적층제조의 품질예측 및 가상제조기술 개발’이라는 주제의 강연을 진행했다.

그는 “2013년 미국 오바마 대통령의 국정연설을 계기로 3D프린팅 기술에 대한 관심이 쏠리기 시작했고, 그 기대는 2018년에 정점에 달했다”라며 “기술의 한계와 고가의 운용비용이 지적되며 기대는 어느 정도 식었으나, 남아있는 연구자들은 3D프린팅의 역할이 충분하다고 보고 있어 대중화에 대한 희망을 놓지 않고 있다”라고 말했다.

이재욱 박사의 말대로, SIMTOS에는 상당수의 3D프린팅 솔루션이 등장했다.

SIMTOS는 ‘로봇 및 디지털제조기술 특별전’을 꾸렸는데, 상당수가 3D프린팅 적층제조 기술·장비를 출품했다. 심지어, ‘금속절삭 및 금형 기술관’과 '소재 부품 및 제어기술관‘에서도 3D프린팅이 소개됐다.

본보에서는 SIMTOS에 참가한 몇몇 기업과 컨퍼런스를 토대로 3D프린팅의 동향에 대해 살펴봤다.

씨에스캠(주)(CSCAM)의 PBF 방식 3D프린터 살펴보는 참관객

한국 3D프린팅 성장 위해 ‘상호보완적인’ 성장 흐름 필요

먼저, 씨에스캠(주)(CSCAM)는 전통적인 PBF(Powder Bed Fusion)방식의 프린터를 출품했다. 작업대에 금속분말을 뿌린 뒤 레이저가 특정 부분만 녹였다가 굳히는 것을 반복해 적층하는 방식이다.

이 업체의 김성철 부장은 “주로 절삭 공정으로 진행되던 정밀제품 생산을 대체할 수 있다”라며 “절삭 공정은 재료를 깎으면서 폐기물로 낭비되는 부분도 많고 시간도 더 오래 걸린다”라고 언급했다.

그는 “금속분말을 녹이는 레이저의 위치를 정확히 제어하는 것이 핵심이기 때문에 제어기술이 중요하다”라고 얘기했다.

한국의 3D프린팅 산업의 필요한 것에 관해 묻자 김 부장은 “우리나라는 공작기계 분야의 순위에 드는 나라로 절삭기계에 대한 비중이 큰 상황”이라며 “3D프린팅은 공작기계가 할 수 없었던 부분을 보조할 수 있어, 상호보완적인 흐름으로 이 산업을 키우자는 방향성을 갖는 것이 필요하다”라고 강조했다.

더불어, “금속분말의 국산화도 필요하다”라며 “해외 수입에 의존하고 있는 금속분말이 국산화된다면, 3D프린팅 작업의 가격 부담을 낮출 수 있을 것”이라고 밝혔다.

(주)이엠엘(EML)이 출품한 금속분말

SIMTOS에 참가한 (주)이엠엘(EML)은 김성철 부장이 찾던 금속분말의 국산화를 추진하고 있는 전문업체다.

이엠엘 정대원 선임은 “금속분말은 주로 ‘SGAS(Smart Gas Atomization Systems)’장비를 사용해 생산한다”라고 설명했다.

요약하면, 금속 원료를 녹인 뒤 고압의 가스를 통해 분말화 과정을 거치는데 동그란 모양이 핵심이라는 것이었다. 그는 “프린팅에 쓰이려면 분말의 흐름성이 좋아야하기 때문에 동그랄수록 품질이 좋다는 것”이라고 언급했다.

정 선임은 “해외 제품의 경우 배나 비행기를 통해 국내에 들어오면서 운송비로 인해 가격이 상승하는데, 국산화를 통해 운송료만 절감해도 부담을 많이 덜 수 있다”라고 말했다.

그러면서, “해외장비를 쓰는 기업들은 장비업체에서 만든 분말을 쓰고 있어, 새로운 분말로 바꾸기 위한 테스트 등에 부담을 느끼고 있다”라며 금속분말 국산화에 대한 어려움을 전했다.

(주)인스텍 임승환 본부장

기술 고도화 중인 3D프린팅, 우주·항공 등 다양한 산업에서 찾아

한편, 컨퍼런스에 연사로 참여한 (주)인스텍의 임승환 본부장은 ‘DED 기술의 다중 소재 적층 공정(Multi Materials Manufacturing) 적용 및 산업현장 활용 사례’를 주제로 발표했다.

그는 “3D프린팅은 하드웨어, 소프트웨어, 재료, 3가지 기술을 갖춰야 효과적인 결과물을 얻을 수 있다”라고 밝혔다.

임 본부장은 “금속 분말을 공급하는 과정에 주목했다.”라며 “공급하는 금속분말을 자유자재로 바꾸고 조성할 수 있다면 보다 풍부한 결과물을 얻을 수 있겠다는 이론을 세웠다”라고 말했다.

이어진 설명에 따르면, 인스텍은 분말공급장치 6개를 병렬로 연결했다. 재료를 각각 다르게 설정해 공급하면 여러 특성이 혼합된 결과물을 만들어 낼 수 있다는 것이다. 예를 들어, 로켓 노즐의 외벽과 내벽의 소재를 다르게 해 냉각 효율을 높일 수도 있고 심미적인 목적으로도 사용할 수 있다는 것이다.

이 밖에도 임승환 본부장은 3D 프린팅 기술을 통해 인공관절이 뼈와 잘 접착될 수 있도록 하는 코팅 기술과 베어링 표면 개선, 전투기 제트 엔진의 마모에 대한 보수 작업 등을 소개했다.

DN솔루션의 DED 방식의 '하이브리드' 3D프린터 살펴보는 참관객들

‘금속절삭 및 금형 기술관’에 참가한 DN솔루션은 ‘하이브리드’ 3D프린팅 적층제조 솔루션을 내놨다.

이 업체는 DED(Directed Energy Deposition)방식의 3D프린터를 사용한다. 금속분말을 뿌리면서 동시에 레이저로 녹이며 적층한다. 가장 보편적으로 사용하는 PBF방식에 비해 상대적으로 빠르지만 표면이 울퉁불퉁하다는 단점이 있다.

DN솔루션의 김두리 책임은 “그러한 단점을 개선하기 위해 DN솔루션즈는 적층제조 후 절삭이 바로 한 기계에서 이뤄질 수 있도록 개발했다”라고 말하며 “DED 방식은 기존 형상 위에 덧대어 쌓는 것이 가능해 제품의 수리 또는 부분 개량에 유리하다”라고 설명했다.

그는 동향에 대해 “3D프린터 기술은 이전부터 있었으나, 최근 특허가 풀리면서 붐이 일고 있는 모양”이라며 “소량생산을 하는 국방·우주·항공 산업에서 특히 수요가 많고, 일부 제작사들은 자체 3D프린터 센터를 보유하고 있는 경우도 있다”라고 살폈다.

이어, “예전에는 적층 시스템이 불안정했으나, 현재는 많은 개선을 통해 기술 고도화를 향하고 있다”라고 하기도 했다.

화천기계주식회사의 시연중인 DED 방식 3D 프린터 지켜보는 참관객

화천기계주식회사 역시 DED방식을 선택했다. 이 회사의 서정훈 전무는 “특히 로켓 점화구 등을 만드는데 많이 적용되고 있다”라며 “절삭기계 등 기존 공정으로 했을 때보다 10분의 1가량까지 생산비용을 낮출 수 있기 때문”이라고 풀이했다.

PBF를 선택하지 않은 이유를 묻자 그는 “PBF 방식은 가장 역사가 길어 시장의 80% 이상이 쓰고 있고, 안정성도 있지만 큰 제품을 만들기 힘들다는 단점이 있다”라며 “어떤 제품을 만드느냐에 따라 알맞은 방식이 있겠지만, DED 방식은 보다 크고 물성이 강한 제품을 생산할 수 있다”라고 답했다.

또한, 서 전무는 “한국은 3D프린팅의 후발주자 격”이라며 “한국은 제조 강국으로 임가공 업체가 많기 때문이다”라고 동향을 살폈다. 해외의 경우 제조업체를 찾는 것이 한국만큼 흔하지 않아 3D프린팅 기술이 자연스럽게 발달했지만, 우리나라의 경우 다양한 제조 방식에 쉽게 접근할 수 있기 때문이라는 것이다.

그는 “정부에서 3D프린팅에 대해 지원하고 있으나, 지금까지는 미약한 성장에만 그쳤던 것 같다.”라며 “좀 더 체계적인 밑그림이 필요하다”라고 주장하기도 했다.

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