Update2024.04.23 (화)
적층제조 대량생산시대 개막, 도전 나서야
지난 11월15일부터 18일까지 독일 프랑크푸르트 Messe 전시관에서 개최된 FORMNEXT 전시회(International exhibition and conference on the next generation of manufacturing technologies)에 다녀왔다. 이번 전시회 참가 기업은 금속관련 기업 위주로 307업체에 달했으며 참관객은 1만 4천명 규모로 지난해에 비해서 부스규모는 물론 참관객도 크게 증가했다.
이번 전시회에 한국 기업으로는 인스텍과 센트롤이 독립부스를, 미래창조과학부 주관으로 마련된 한국관에는 인텔리코리아 등 6개의 업체가 공동으로 참가해 해외 참관객들은 물론 해외언론들로부터 주목을 받았다. 아울러 독일의 나스닥 상장업체인 Voxeljet가 한국의 KTC와 사형몰드 소재개발에 대한 기술협약을 체결했으며 경기도청도 국내 관련기업과 기술교류 등 비즈니스 협약식을 가지는 등 관련 국내 기업과 기관의 의미있는 성과도 창출됐다.
또한 최근 미국 GE가 유럽의 ConceptLaser사와 Arcam 등 2개 3D프린터 업체를 인수하면서 각종 부품의 대량생산에 박차를 가하는 분위기를 반영한 듯 이와 관련한 우주항공 분야의 금속부품 위주의 전시물이 돋보였다. 한국 참관객도 150여명이 참가한 것으로 보이며 3D프린팅연구조합에서는 참관단을 모집하여 28명의 일행이 전시관과 관련기업을 방문하여 국내외 전문가와 교류를 갖는 자리도 마련했다.
■ 금속 3D프린팅 적용분야·시장 확대일로
유럽에서 주최 하다 보니 유럽 기업이 80% 이상을 차지했으며 이중 Powder Bed(분말 베드) 방식의 금속 적층제조 기술에서 우위가 있는 유럽의 금속 프린터 제조사가 70% 이상을 차지했다. 그 외 금속과 관련된 설계 및 디자인회사, 바이오 메디컬업체, 금속분말 제조회사 등도 출품하면서 전반적으로 금속관련 기업들이 주류를 이루었다.
이번 전시회의 특징을 살펴보면 첫째, 금속 부품의 적용분야 확대이다. 전통적인 적용분야인 금형은 물론 자동차 부품, 우주항공용 부품 등이 더욱 더 대형화되고 더욱 복잡한 디자인으로 많이 출품되었다. 대표적인 사례로는 열교환기 및 연소기 관련 부품이다. <사진 1>에 볼 수 있듯이 최근 전기자동차 등 열 방출이 주요 이슈로 등장함에 따라 냉각성능을 보다 증가시키고 다른 부품과 통합기능을 가능한 부품이 돋보였다. <사진 2>는 Combution liner이며 내부 구조가 대단히 복잡하고 표면 내외에 구멍 수가 2만에 이른다. 전통적인 공정은 초내열합금을 판재 절곡 및 절단, 용접 후 사상하고 2만 개의 구멍을 내기 위해 드릴 작업을 한다. 그러나 금속 적층제조기술을 이용하면 시간을 줄이고 불량률도 감소하여 오히려 더 경제적으로 제조 가능하다. 적층과 기계가공을 복합한 하이브리드 장비를 생산하는 Matsuura 경우 더욱더 대형화된 장비를 개발하여 V8엔진 블럭<사진 3>을 전시하였다.
‘車·우주항공 확대’·‘공정 융복합’·‘자동화 공정’ 눈길
금속분말에서 후처리까지, 우주항공·발전 설비시장 대비해야
전시회 두 번째 특징은 수요 기업들의 출품이다. 전통적으로 수요기업은 ‘갑’의 위치에 있기 때문에 전시장에 나오지를 않는다. 그러나 이번 전시회에는 엔진제조업체인 GE, 발전설비 제작사인 지멘스, 다이캐스팅 업체인 GF 등이 부스를 설치하여 3D프린팅을 활용하고 있다는 것을 보여주며 회사 홍보에도 활용하고 있었다.
세 번째 특징은 공정의 융복합이다. 금속 3D프린터는 PBF와 DED방식으로 크게 나뉘는데 이 공정을 별개로 보는 것이 아니라 기존의 금속에 PBF와 DED 공정을 융합하여 더 정밀하고 대형화된 제품이 눈에 띄었다. 또한 인스텍의 경우 기존 금형 재질에다 내열성이 요구되는 영역에는 니켈계 내열합금을 복합적으로 사용하여 내구성이 향상된 금형을 전시했다.
마지막 특징으로는 연속적인 생산을 위한 자동화 공정의 도입이다. 3D시스템즈는 후공정 자동화 라인을 소개했는데 환경적으로 유해물질을 차단하고 생산성을 향상시킬 수 있어 주목을 받았다. 금속 3D프린터 세계 최대 판매업체인 컨셉 레이저(ConceptLaser)는 서포트 제거나 국부적인 가공을 위한 공정을 시연했다. 아울러 Additive Industries에서는 적층 후 열처리를 위한 일괄생산 설비를 소개했다.
그 외 저가격·고속적층 장비를 소개한 HP, 고강도 플라스틱을 바인더 제팅(BJ) 방식으로 출력하는 기술을 소개한 Voxeljet, 더욱 정밀하고 대형화된 DLP 장비를 전시한 EnvionTec, 경량구조 제품을 소개한 FIT와 Altire사 등도 주목을 받았다. 그리고 분말제조를 위한 장비업체인 Blue Power Casting Systems(舊 INDUTHERM), 적층 후 고밀도화를 위한 공정인 HIP(Hot Isostatic Processing) 장비업체인 Quintus 등이 전시하는 등 금속 분말제조 및 후처리 관련 업체들이 대거 참가해 시장이 확대되고 있음을 확인할 수 있었다.
금속 3D프린터의 원소재인 분말회사도 대거 참여하였는데 Hoganas, AP&C, H.C.Starck, MEL 등 분말제조 업체와 함께 중국의 MTi가 출품했다. 그러나 기존 3D프린팅용 주요 소재인 CoCr(코발트크롬합금), Inconel(니켈합금), Ti(타이타늄) 등이 대부분이었으며 Al-Mg-Sc 합금을 제외하고는 최근에 새롭게 개발된 분말은 찾아볼 수 없었던 것이 아쉬운 점으로 남는다. 국내에서도 분말 개발이 활발히 진행되고 있어 적층제조에 적합한 맞춤형 분말을 개발하게 되면 확대되는 소재시장을 선도하리라 본다.
■ 급증하는 우주항공·발전설비시장 대처해야
이번 전시회는 시사하는 점들이 많다. 중국의 경우 전 영역에 걸쳐 관련 기업체의 전시가 확대되고 있고, 유럽 및 미국 국가들은 장비 및 디자인 설계 등 사업영역을 확장하고 있다. 현재 2014년 한 해에 판매된 금속프린터는 540대이며, 2025년에는 3만5천대로 운용될 것으로 예상하고 있다. GE가 2개 금속 3D프린팅 전문기업을 인수한 배경에는 우주항공 엔진부품을 대량생산하겠다는 의미가 있다. 우리나라도 의료나 금형분야 뿐만 아니라 적극적으로 우주항공 및 발전 설비산업에 대한 준비를 해 급증하는 시장에 대비해야 할 것으로 보인다.
이번 FORMNEXT 전시회는 유럽에서 개최되는 만큼 금속에 대한 장비제작과 응용분야에 대한 다양한 시도가 이루어져 기존 대량생산과 접목한 생산기반형 부품제조가 눈에 띈다. 우리나라도 3D프린팅 후발국으로 시작은 비록 늦었지만 이러한 전시회를 참관하며 선진 기업들의 장비와 적층제조 부품에 대한 식견을 넓히고 소재개발 및 활용분야에 더욱 도전적이고 적극적으로 나서는 자세가 필요하다고 강조하고 싶다.
