Update2024.04.20 (토)
英, 10~15년을 내다보는 AM기술 개발 활발
필자는 지난 2월13일과 14일 양일에 걸쳐서 영국의 3D프린팅 중심 연구 기관인 노팅험대학과 세필드대학을 방문하였다. 마지막으로 최고의 AM(적층제조) 연구 기관인 AMRC(Additive Manufacturing Center)을 방문했다. 이 두 대학의 방문 및 관련 연구소의 방문은 영국의 금속 AM 현주소를 정확히 알아보는 데는 큰 도움이 되었다.
두 대학은 영국 정부의 3D프린팅 분야의 지원을 받는 대표적인 대학으로서 대학내 연구 기관 및 정부의 지원을 받는 연구 기관으로 구성이 되어 있다. 연구 및 제품 개발은 활발한 상태인데 영국은 3D프린팅 산업의 활성화로 인해, 교육 받은 학부 및 석박사 인원이 현저하게 모자른 상황이어서 기업들이 대학 졸업생을 뽑아서 갈 정도로 인기가 있다. 이에 학부 및 대학원의 과정을 정부에서 신설 운영하고 있는 실정이다.
세필드대학의 경우 국제 공동 연구가 활발해, 중국, 터키, 파키스탄 등 아시아에 별도의 캠퍼스도 마련을 하고 있다. 노팅험대학은 금속 3D프린팅과 Binder Jet(바인더젯) 방식의 연구에 중점, 다중 소재의 연구 등이 활발히 진행 중이다.
노팅험 대학은 인구 31만의 공업 도시인 노팅험에 위치하고 있으며 대학 정원 4만4,000명 중 2만1천명이 학부생(undergraduate)으로 구성돼 있다. 3D프린팅분야는 학교 자체의 연구소인 3DPRG(3D printing research group)이 담당하고 있는데 전체 96명으로, 7명의 교수, 21명의 포스닥 박사(postdocs)로 구성이 됐다.
국가에서 투자한 연구 기관으로는 여러 대학과 연구소가 공동 연구 기관인 국책 연구소인 EPSRC 센터(National Center) 가 있고, 기초 연구 수준인 TRL 1-3 을 중심으로 연구를 하고 있고, 예산은, 300억원 정도로 운영이 되고 있었다.
주 연구 대상은 금속 3D프린팅 뿐만 아니라, 후처리 분야(Post proessing)에 신경을 많이 쓰고 있다. 또한 여러 소재를 한꺼번에 프린트 하는 기술을 중점적으로 연구를 하고 있었다. 다중 소재 적층기술(Multifunctional Additive Manufacturing)이라고 불리며, 일반 프린팅과 더불어 소재를 분사하는 기술(Material Jetting technology)과 Binder jet 방식 기술에 주력하여, 프린팅 헤드로 전기 회로나 전기 소자를 같이 프린팅하는 기술(Electric conductional materials), 단단하거나 부드럽고 휘는(rigid & flexible)물질을 하나의 공정에서 프린팅이 가능하게 하는 기술을 연구 중이었다.
한 예로 장치에 센서나 안테나를 그대로 3D 프린팅하는 기술, 디자인 최적화와 컴퓨터 시뮬레이션 기술(Optimazation & Computer simulation)을 활용하여, 운송 수송 기계 분야의 경량 구조를 생성하는 소프트웨어 기술 등이 있다. 초반에는 일반적인 패키지인 Matlab을 기본으로 개발하고, 최근에는 C, Java언어로 최적화했다.
자동차 경량 구조의 연구(FLAC)라고 하여 최근에 발표를 하였는데, 이는 결정 구조(lattice structure)를 자동 생성하여 자동차 부품을 경량화 제품으로 설계를 하여, 만드는 프로그램으로, 영국 정부의 과제 중 하나다. 국내에서는 울산의 UNIST가 현재 정부에서 자금을 받아 수행 중인 연구인데, 협력을 해서 진행을 하면 좋을 것으로 여겨졌다.
대학에서는 미국의 Vader사와 비슷한 5~6개의 노즐을 사용하여, 고온의 금속을 녹여서, 헤드로 분사하는 Metal Jet 기계를 제작하여 연구 중이었다. 5~6가지 다양한 합금을 각각 녹여서 적층을 하는 기술이 특이했다. 이 기술은 다중 기능(Multifunctional) 기술로 10~15년 앞을 내다보고 상업화 시키려고 하는 기술이라고 했다. 그외에 나노 스크라이브사의 제품을 이용하여 SLA 방식으로 초정밀 나노 프린팅을 연구하는 등, 현재에 대한 기술이외에 미래에 대한 투자도 이루어지고 있었다.
노팅험대학의 경우는 자동차 경량화 기술(소프트웨어 기술) 등의 기술과 같은 현재의 프린팅 기술 및 10~15년의 앞을 바라보는 미래 연구도 동시에 진행을 하고 있었다. 3D프린팅의 10~15년 앞을 내다보는 미래에 대한 연구를 진행을 하는 것이 인상적이었다.
대학 R&D장비 대규모 투자, 産과 연계 기술개발 인상적
韓, 전문 연구기관 설립 및 초대형 장비·공정 개발 시급
다음 날 또 다른 공업 도시인 세필드 대학으로 향했다. 세필드 대학은 금속 3D프린팅 및 기타 연구에 막대한 연구비를 투자해 영국내 금속 3D프린팅의 중심축으로 성장하고 있다.
최근 금속 3D프린팅에 필요한 소재인 금속 분말(Powder) 중심기관으로 지정이 됐다. 세필드대학의 기초 연구를 담당하는 금속공학과는 규모가 상당한 수준인데 국내 웬만한 연구소의 규모를 넘어서고 있었다. 기계 공학부의 경우 커리큘럼의 학제가 구성이 돼 적극 육성을 하고 있었는데 중국과 같이 1년 과정의 전문 금속 3D프린팅 석사 과정을 마련해 교육을 시키고 있었고, 한국 학생도 받아들인다고 하였다.
대학에서는 제트 엔진을 생산하는 롤스로이스와 공동 연구를 하는 렙(Lab)이 따로 구성이 되어, 전자빔 방식의 Arcam 장비 3대가 배치되어, 티타늄 계열의 부품 생산을 하고, 품질 검사 방법에 대한 연구가 진행 중이었다. 1m 정도 가공이 가능한 대형 전자빔 장비가 설치돼 있었고 이외 레이저 방식 금속 3D프린터도 다수 설치돼 있었다. 이 lab이 보유한 장비만해도 천억원 이상 투자가 된 것으로 보여졌다. 대학이 보유한 이정도 장비면 세계적인 연구와 체계적이고 일관적인 연구 개발이 이루어질 수가 있겠다는 생각이 들었다.
대학은 기초연구를 담당하고, 응용연구는 세필드대학에서 약 20분 정도 떨어져 있는 AMRC라는 연구소에서 TRL(기술성숙도) 4-6를 추진하는 등 산학 협동의 연구가 진행되고 있다.
마지막으로 방문한 영국의 대표적인 AM 연구기관인 AMRC는 실용적인 연구를 하는 곳인데 산업체에서 필요한 연구를 수행하는 곳이다. 이곳에는 유명한 TWI 연구소와 롤스로이사의 공장이 같이 있는 것이 인상적이었다.
우리나라의 생산기술연구원과 같은 느낌을 받았으나, 상당히 규모가 크고, AM 연구 전문 기관과 핵발전 연구소가 있었는데, 여기에서는 대형 사이즈의 프린팅이나 전자빔을 사용한 연구가 진행되고 있었다.
AM 전문 연구는 대형 FDM 산업용 장비 뿐만 아니라, 소형 DED 연구 장비인 Optomec의 장비가 있었고, 금속 3D프린팅 장비는 다수 설치돼 있었다. 눈에 띄는 것은 대형 고속 L-PBF 장비를 개발하고 있는 점이었다. 속도도 빠르고, 적층 사이즈도 1m 가 넘는 SLS 장비다.
핵융합 AMRC 센터에서는 대형 사이즈 위주로 장비가 개발중 인데, 이미 Kuka 사의 로봇을 이용하여, 1m 이상의 DED 장비를 완성을 해 실제 실험 및 생산을 진행 중이었다. 이것은 국내 국책 과제로 경북대와 멕스로텍이 현재 개발 중인 장비와 거의 동일한 장비인데, 여기는 이미 개발이 완료가 되어 테스트 및 실제 프린팅을 하여 원자력에 이용하는 대형 부품을 찍어내고 있었다. 또한, 2~3m 전자빔 장비와 같이 대형 사이즈의 전자빔 장비로 여러가지 테스트를를 진행하고 있는 점이 인상적이었다.
이번 방문을 통해 느낀점을 말한다면 현재 영국의 대형 연구 기관인 AMRC의 경우와 같이 전문 연구기관이 확립이 되어 항공기 엔진 회사인 롤스로이스사와 공동 연구를 수행을 하고 있는 점이 매우 인상적이었다. 우리나라도 연구 기관이 아니더라도, 국책 연구소 산하에 분원이라도 설치를 해서 체계적인 연구를 수행하는 것이 중요하다고 생각됐다. 대표적인 대학에 전문적인 연구 시설, 전반적인 연구를 수행할 수 있는 기초 시설이 필요하다는 느낌을 받았으며, EPSRC와 같이 여러 대학을 하나로 묶어서, 인력을 양성하는 것이 중요하다는 점을 느꼈다.
현재 AM 연구 방향은 초대형으로 가고 있는데, DED 방식의 개발은 이미 완료가 되어 영국은 원자력 장비에 적용이 되고 있었다. 우리나라는 경북대에서 진행이 되고 있다. 그에 비해 레이저 방식의 초대형 장비는 개발 중이다. 우리나라도 뒤떨어지지 않으려면, 초대형 장비의 개발 및 공정 개발이 진행돼야 한다고 제언하는 바이다.
