Update2024.04.26 (금)
GE가 항공기 엔진연료노즐 부품을 3D프린팅으로 양산하기 시작하면서 금속 적층제조(AM)시장의 성장 잠재력이 한층 커진 지금 세계 각국 산학연은 소재·장비·S/W·공정 기술 개발과 시장개척에 적극 나서고 있는 것으로 나타났다. 세계 시장을 선도하기 위한 골든타임을 놓치지 않기 위해선 금속 AM 기술과 시장에 대한 보다 정확한 이해와 전략설정 및 실행이 요구됨을 재차 확인하는 자리가 마련됐다.
한국생산기술연구원 강원지역본부(본부장 이창우)는 지난 20일 강릉 과학산업단지내에 위치한 강원본부 대강당에서 ‘국제 금속 AM 컨퍼런스(International Conference on Metal AM Technology)’를 개최했다.
이번 행사는 금속 3D프린팅산업의 실질적 상용화, 산업화를 이루기 위한 방안을 모색하기 위한 자리로 독일, 일본, 미국, 중국, 한국 등에서 기술을 선도하고 있는 산학연 관계자들이 모여 AM 기술 동향, 적용사례, 향후 발전방향 등을 공유했다. 이에 생산기술연구원, 기계연구원, 재료연구소 등 관련 연구기관은 물론 인스텍, 윈포시스, 센트롤, 3D시스템즈, 컨셉레이저, SLM 솔루션즈, 파순 등 국내 금속 3D프린팅 관련 생산기업 및 수입업체, 그리고 현대차, 한국전력 등 수요처에 이르는 관계자 100여명이 몰릴 정도로 뜨거운 관심을 받았다.
현재 세계 금속 3D프린팅 시장과 기술은 GE가 AM공정 도입을 위해 독일 금속 3D프린팅 전문기업 컨셉레이저와 스웨덴 Arcam을 인수한 것에서 보듯이 유럽이 선도하고 있으며 미국, 일본, 중국 등도 빠르게 추격에 나서고 있는 형국이다. 후발주자인 우리나라는 정부가 금속 3D프린팅 기반구축과 장비연계 기술개발 과제 등을 통한 지원에 나서고 있고 국산화 기업도 몇몇 생겨나면서 금속 3D프린팅산업이 활기를 띄고 있지만 기술격차와 시장개척 등으로 어려움을 겪고 있는 상황이다. 수요자들은 비싼 금속 3D프린팅 도입에 소극적인데다 이를 통해 효용을 크게 누리지 못하다보니 공급업체들도 장비·소재·S/W 기술개발에 어려움을 겪고 기술 업그레이드가 뒤쳐져지는 악순환이 이어지고 있다.
이창우 본부장은 “금속 3D프린팅 기술과 시장이 정체되는 바틀넥(bottleneck, 병목)을 돌파하기 위해선 우리가 소재, 장비, 공정, S/W 등 각 분야에서 무엇이 잘못됐고 무엇이 필요한지 제대로 파악하는 것이 최우선”이라며 “이에 다른 나라에서 실질적으로 기술개발과 시장개척에 나서고 있는 전문가들로부터 정보를 공유하고 네트워크를 다짐으로써 국내 금속 3D프린팅산업 활성화에 기여하길 기대한다”고 밝혔다.
금속 3D프린팅 관련해 다양한 틈새시장을 공략해야 한다는 의견이 제시됐다. 미국 텍사스 엘파소 대학의 김남수 교수는 “금속 3D프린팅 기술 중 가장 상용화된 PBF(Powder Bed Fusion) 방식은 GE가 대규모 자금으로 인수합병 등을 통해 시장에 진입했기 때문에 기타 업체들이 경쟁하는 것은 의미가 없다”며 “금속 분말을 레이저로 소결 적층하는 기존 방식보다 훨씬 저렴하거나 속도가 빠른 기술을 개발하는 과제를 기획하고 틈새시장을 찾는데 적극 나설 필요가 있다”고 강조했다.
이와 관련해 김 교수가 연구한 것은 마그네슘 와이어를 3D프린팅하는 기술이다. 마그네슘은 인체친화적인 소재로 의료용으로 사용할 수 있으나 분말로 사용할 경우 비싸고 폭발 위험성이 있다. 그러나 마그네슘 와이어는 이미 용접소재로 사용할 정도로 안정적이고 가격도 매우 저렴하기 때문에 경쟁력이 있다.
금속 3D프린팅업계의 후발주자인 중국기업들도 괄목상대로 성장을 거듭하고 있는 것으로 나타났다. 중국은 3D프린팅 기업과 수요처간 긴밀한 협력이 이어지면서 기술이 발전하고 있는 것이 인상적이다. 중국 금속 3D프린팅 기업 BLT社는 중국이 처음으로 만드는 C919에 들어사는 타이타늄합금 부품을 출력해 테스트를 완료했으며 중국군에서는 GE의 성공사례에서 자극받아 자체적으로 AM 센터를 운영하고 있다. 중국의 다이커롱 교수는 지난해에만 3D프린팅을 통해 100건이 넘는 임플란트 수술을 진행했으며 폭스콘은 3D프린팅 금형을 적극 활용하고 있다. 또한 중국은 지난해 AM 표준을 6개 만드는 등 산업화를 준비하고 있다.
중국의 SLS/SLM 방식 3D프린팅 전문기업 파순(Farsoon)은 전체 직원 200명중 70명이 연구원이고 내부에 중국정부와 연구소를 공동으로 운영하는 등 지원에 힘입어 금속분말, 장비, S/W 등을 모두 자체 개발하고 있다. 이를 통해 터보젯 엔진부품을 제작해 10만번의 시험결과 변형이 없음을 증명했고 우주항공에 적용되는 히트싱크를 다공성 텅스텐으로 제작했다.
파순의 Wang Xiaojun 매니저는 “학생들이 경주용 자동차를 만드는데 있어 3D프린팅으로 부품 30개를 제작지원하면서 경량 최적화에 대한 노하우도 쌓고 있다”면서 “자체 기술을 바탕으로 업그레이드 해나갈 수 있는 것이 경쟁력”이라고 밝혔다.
이번 컨퍼런스에서는 금속 3D프린팅 전문기술에 대한 문의사항과 함께 향후 전망을 묻고 답하는 자리가 마련됐다. 분말 고속도강, 터빈 블레이드 주조품 기공제거 등의 사업을 하고 있는 일본 MTC(Metal Technology Co)의 Masahiro Omoi 박사는 “일본 내에서는 몇몇 금속분말업체들이 3D프린팅용 분말사업을 하고 있다”며 “현재 시장규모는 작지만 추후 큰 시장을 형성할 것으로 전망하며 분말 특성을 컨트롤 할 수 있는 회사가 시장의 승자가 될 것”이라고 밝혔다.
이창우 본부장은 “금속 3D프린터를 구비한 강원본부에 기업들의 시제품 제작 의뢰건수가 늘고 있어 국내 어플리케이션 시장이 성장하고 있음을 느낀다”며 “향후 금형 공정개발, 항공기산업 등에 필요한 특수 디자인 부품, 전기차 복합방열판 등 기계·전자부품 시장이 유망할 것”이라고 전망했다.
독일 프라운호퍼 IWS의 Leyens 교수는 “현재 금속 AM은 의료분야에서는 활발히 적용되고 있으나 많은 생산량이 요구되는 자동차 양산공정에 적용되기는 어려운 한계가 있다”며 “GE가 항공우주 엔진노즐 부품에 금속 AM을 도입하고 유럽 에어버스가 브래킷 제작에 금속 AM 적용을 꾀하고 있는 등 성공사례에서 우리가 주목할 점은 기존 공정보다 효율적이어야 하며 생산량은 적으면서 새로운 소재가 필요한 부분 등이 금속 AM의 주요 사업기회라는 것”이라고 강조했다.
한편 한국생산기술연구원 강원지역본부는 ‘新제조 3D프린팅 원천·실용화기술 확보’를 목표로 Arcam, 파순 등 13종의 3D프린팅 장비를 구축하고 소재·공정기술 확보 및 수요산업 연계·신뢰성 검증·표준화 등을 추진하고 있다. 이를 기반으로 기업들에게 연간 100case 이상의 시제품 제작을 지원하고 있으며 지난해 4월5일에는 고강도·경량 순수 티타늄 인공뼈를 제작해 순수 티타늄 인공 두개골 이식을 성공적으로 마쳐 화제가 된바 있다. 최근에는 3D프린팅용 금속분말 생산설비를 구축해 분말생산을 희망하는 기업들과 협력에 나서고 있다.
