▲ PIM(분말사출성형) 기술 분류.

■ 작동원리 및 적용부품

PIM 기술은 크게 사출, 탈지, 소결 공정으로 구성된다. 사출 공정은 고분자 바인더를 이용해 원하는 부품의 형상을 만드는 공정이다. 이 공정은 분말과 바인더 재료의 선정, 분말과 바인더의 균일한 혼합 및 금형 제작과 함께 형상을 만드는 사출성형 공정을 포함한다. 탈지 공정은 형상이 만들어진 후, 역할을 다 한 고분자 바인더를 제거하는 공정으로 용매탈지, 열간 탈지, 촉매 탈지 등 다양한 방법이 개발돼 있다. 소결 공정은 탈지 후, 남은 분말을 치밀화해 기계적인 물성을 향상시키는 공정으로 일반소결, 가압소결, 열간정수압(HIP, Hot Isostatic Pressing) 공정 등이 있다.

▲ 분말사출성형(PIM) 기술의 구조 및 작동원리.

PIM 기술은 자동차·전자기기·의료기기·우주항공·국방 등 모든 제조 분야의 부품에 적용 가능하다. 재료로 보면 스테인리스 스틸을 포함한 철계 금속, 티타늄 등 경금속, 구리·텅스텐·레늄 등 중금속, 니켈 합금·니오븀(Niobium) 등 고온 금속, 자성 금속, 알루미나·지르코니아·PZT(Lead Zirconate Titanate) 등 세라믹, 초경 등 카바이드, 유리, 고분자 등 분말 형태로 존재할 수 있는 모든 재료에 적용 가능한 기술이다.

■ 기술의 환경변화 및 중요성

◇ 소형 부품에 대한 요구증가로 PIM 기술이 유망 기술로 부각

휴대폰·디스플레이·센서 등의 소형화 추세에 따라 1mm 이하의 미세 형상을 가진 소형 부품에 대한 요구가 증가하고 있다. 이러한 부품은 기존의 전통적 가공법과 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 공정으로 만들 수 있는 크기의 중간 범위에 있으므로, 미세가공법이라는 새로운 제조 기술을 필요로 한다. 이러한 소형 부품은 초기에는 성형성이 좋은 고분자로 개발됐다. 하지만 기계적인 물성이 우수하고 다양한 기능이 구현 가능한 금속과 세라믹 부품에 대한 요구가 증가하면서 PIM이 유력한 제조 기술로 등장했다.


◇ PIM 기술의 적용 확대

PIM 기술은 적용이 확대되고 있으며, 기술 개발이 치열하다. 주요 적용 사례를 살펴보면, 센서의 크기를 1/10로 축소할 수 있는 3차원 PCB(Printed Circuit Board)는 알루미나를 이용한 PIM 기술로 제조되고 있다. 다빈치 로봇수술도구의 복잡한 움직임과 기능을 수행하는 부품도 생체 친화적인 티타늄 등을 이용한 PIM 기술로 만들어지고 있다. 또한 모터의 핵심 부품인 영구자석도 희토류 금속을 이용한 PIM 기술로 개발되고 있으며, 로켓 추진체의 핵심부품 중 하나인 노즐목도 레늄을 이용한 PIM 기술로 생산되고 있다.

◇ 독자적인 원천기술 확보 가능

PIM 기술은 재료 선정과 공정 조건에 있어서 변수가 많다. 부품이 소형화 될수록 미세 분말을 사용해야 한다. 이는 곧 제조 공정의 축소로 이어져서 기초과학에 기반을 둔 공정 모델링과 수치모사를 통한 최적화가 중요해진다. 그러므로 사출 공정 중 분말-바인더 분리 현상, 자석 분말의 사출성형 시 유동과 자기장에 의한 회전 운동 예측, 나노 분말 사용 시의 탈지 및 소결 거동 예측 등에 대한 집중적인 연구개발을 통해 독자적인 원천기술의 개발이 가능하다.

■ 기술분야별 동향

◇ 자동차 부품-터보차저 PIM 공정 기술

최근 자동차에 터보차저를 장착하는 비율이 높아지면서 향후에는 40% 이상 장착될 것으로 전망된다. 800℃ 이상의 고온을 견디는 초내열합금(Superalloy) 소재로 제조되는 터보차저는 아래 그림과 같은 복잡한 형상을 가지고 있어 PIM 공정기술을 사용해 제조된다.

▲ PIM 공정기술로 개발 중인 자동차용 터보차저 부품.

특히, PIM 공정기술은 미세한 분말을 원료로 사용해 균일하게 분포된 미세구조를 만들기 때문에 정밀주조에 비해 기계적인 물성이 20% 정도 좋은 것으로 알려져 있고 경제성도 우수하다.

◇ 자동차 및 의료기기 부품-티타늄 PIM 공정 기술

티타늄은 철보다 40% 가벼우면서 강도는 2배나 되므로 자동차 부품의 경량화에 중요한 소재다. 또한 티타늄은 생체 친화성이 뛰어나 의료기기 부품에도 사용되고 있다. 그러나 티타늄은 모든 경금속의 특성처럼 화학적인 안정성이 낮아 제조공정 중 산소 등과 반응해 인성이 떨어지는 단점을 가진다. 최근에는 산소와의 반응을 억제하기 위해 PIM 공정으로 TiH2 분말을 이용해 형상을 만들고 소결 중에 수소를 환원시키는 공정이 연구되고 있다.

◇ 의료기기 및 전자기기 부품-마이크로 PIM 공정 기술

의료기기와 전자기기 분야에서는 특별한 기능을 구현하기 위해 1mm 이하의 미세패턴을 구현하는 경우가 많다. 아래 그림은 50μm의 최소 형상을 가지는 치의학 치료용 팁 부품으로, 첨단부의 마이크로 미세패턴은 의료효과를 높이기 위해서 제작된 것이다.

▲ PIM 기술로 구형된 미세패턴을 가진 치과 치료용 팁.

향후 의료기기 및 전자기기 부품에서 이러한 PIM 기술의 응용이 확대될 것으로 전망된다. 미세패턴을 구현하기 위해서는 우선 정밀 금형기술이 필요하며 미세패턴 크기보다 최소 1/20 이하의 분말을 사용해야 한다. 분말이 미세화되면 새로운 바인더 설계가 필요하고, 높은 분말 충진율에서 오는 사출시 분말-바인더 분리 현상, 탈지 시 바인더가 빠져나오는 채널의 협소화, 소결 시 미세분말형상을 잃어버리는 구상화 현상 등의 문제가 생기므로 이를 해결하기 위한 연구가 필요하다.

◇ 센서 부품-PZT PIM 공정 기술

PZT는 전기신호와 기계신호를 변환할 수 있는 소재인데 센서 기술로 다양하게 응용가능하다. 아래 그림은 PIM 기술로 구현된 PZT 음향센서 부품을 보여준다. 기둥의 최소 크기는 200μm까지인데 이를 구현하기 위해 바인더 설계기술, 금형기술, 사출 후 취출(Ejection) 기술 등을 개발해야 한다. 또한 후공정으로 에폭시 성형(Epoxy Molding), 연마(Polishing) 기술개발이 필요하다. 최근에는 플래티늄(Platinum)을 함께 삽입해 사출함으로써 전극(Electrode)으로 사용할 수 있는 부품을 만드는 인서트 성형(Insert Molding) 기술도 개발되고 있다.

▲ PIM 기술로 구현된 PZT 음향 센서 부품.

◇ 모터 부품-자성 재료 PIM 공정 기술

모터 효율을 높이기 위해 희소 금속을 이용한 자성 재료가 개발되고 있다. 형상이 복잡한 자석을 제조하거나 간단한 형상이라 하더라도 N-S 극이 계속 바뀌는 자석을 제조하기 위한 공정기술로 PIM이 주목받고 있다. 이 기술은 사출금형기계에 자기장을 만드는 장치를 추가해 사출과 동시에 자기장을 함께 만들어 자석 분말을 원하는 방향으로 배열시켜 자석의 성능을 향상시킨다.

◇ 방열 부품-Heat Pipe 제조를 위한 PIM 공정 기술

최근 전자제품의 성능이 고도화되고, 그 처리속도가 고속화됨에 따라 전자부품에서 발생하는 열을 빠르게 방출할 수 있는 방열 부품의 시장 규모가 커지고 있다. 방열을 위해 히트파이프(Heat Pipe)나 히트싱크(Heat Sink)가 이용되고 있는데 그 형상과 기능이 복잡해지면서 제조기술로서 PIM에 대한 관심이 커지고 있다. 아래 그림에 나타낸 바와 같이 Heat Pipe 모양이 다양해지고 크기가 작아지면서 PIM 기술을 이용한 Heat Pipe 제조 연구가 활발하다. 이와 아울러 열팽창계수가 반도체와 비슷하면서 열전도도가 높은 신소재의 개발도 이어지고 있어 이 소재에 대한 PIM 연구도 함께 이루어지고 있다.

▲ PIM 기술로 구현된 마이크로 Heat Pipe와 Heat Sink.

부품 소형화 될수록 가공 기술 개발 수요 증가

車·의료·전자·센서·모터 등 적용분야 날로 확장

◇ 국방 및 우주항공 부품-초고온내열재료 PIM 공정 기술

국방이나 우주항공 분야에서 로켓추진부의 노즐목이나 핵융합로의 내열부품 등 초고온내열재료 부품 제조기술이 국가 경쟁력에 중요한 기술로 부각되고 있다. 이러한 초고온내열재료는 가공성이나 성형성이 매우 나쁘고 분말형태로 존재하는 경우가 많다. 이러한 이유로 프랑스·미국·일본 등의 선진국은 국가적 차원에서 초고온내열재료 PIM 공정기술을 연구하고 있다.

◇ 디스플레이 및 통신 부품-유리 PIM 공정 기술

디스플레이와 통신 산업이 성장하면서 유리 재료의 중요성도 증대되고 있다. 유리 부품은 주로 주조(Casting)를 이용해 제조되고 있지만 최근에는 고정밀도 구현과 경사재료(Functionally-graded Material)를 제조할 수 있는 PIM 공정기술이 관심을 끌고 있다.

◇ 의료기기 부품 - 초고분자 PIM 공정 기술

인공관절 등 생체재료로 사용되는 초고분자는 분자량이 매우 커서 녹는점 이하에서 열로 분해가 되므로 사출성형으로 제조할 수가 없다. 하지만 초고분자는 분말 형태로 존재하고 소결이 가능하므로 의료기기 부품용으로 초고분자 PIM 공정기술 연구가 진행되고 있다.

▲ 초고분자 PE(폴리에틸렌)로 만들어진 인공관절 부품.

■ 기술개발의 주요이슈

◇ 분말 제조 기술 개발

PIM 공정에서 분말은 미세화와 구상화가 가장 중요하다. 미세패턴을 구현하고 기계적인 물성 향상을 위해 미세화가 필요하고 분말충진률, 사출성형성, 탈지성, 소결성을 높이기 위해 구상화가 필요하다. 특히, 성형성과 소결성이 나쁜 세라믹이나 초고온내열재료 등에서 분말 제조 기술은 필수적인 기술이다.

◇ 바인더 설계 기술

분말이 미세화되면 부피에 비해 표면적이 커지므로 바인더 양이 더 커지고 혼합 및 사출이 쉽지 않다. 이를 위해 미세분말에 알맞은 새로운 바인더 설계 기술이 필요하다. 특히, 바인더 설계 시에는 사출 후 탈지공정까지 고려해야 한다.

◇ 분말-바인더 혼합 기술

부품의 균질화를 위해서라도 분말과 바인더는 균일하게 혼합돼야 한다. 그렇지 않으면 사출성형이 이루어졌다고 하더라도 밀도가 일정하지 않아 소결 시 치수정밀도가 낮아지거나 불량품이 발생하기 쉽다. 이를 위해 일반적으로 전단변형률이 높은 2축 압출기(Twin-Extruder) 형태의 혼합기를 사용하고 있다. 부품의 소형화와 미세분말, 새로운 바인더가 개발됨에 따라, PIM 공정에 적합한 마이크로 혼합기에 대한 연구 필요성이 증가하고 있다.

◇ 사출 성형 기술

사출성형공정의 주요 연구이슈는 다음과 같다.

○ 충전과정에서 높은 전단변형률에서 낮은 전단변형률로 분말이 이동하는 전단변형으로 인한 분말이동(Shear-Induced Particle Migration) 현상으로 인한 분말-바인더 분리 현상을 극복할 수 있는 기술 개발

○ 충진 과정에서 유동장과 자기장에 의해 자석분말의 회전운동 메커니즘을 규명할 수 있는 모델 개발

○ 이종재료를 동시에 사출하는 이중사출성형 기술 개발

○ 경량화와 특수목적을 위한 공동(Hollow) 형상을 위한 로스트 코어(Lost Core) 기술 개발
○ 다공성(Porosity)을 조절하기 위해 고분자 비드(Bead)를 혼합해 사출하는 기술 개발

◇ 탈지 기술

분말이 작아지면서 성형 후 바인더를 탈지할 때 바인더가 빠져나가는 통로 공간 또한 작아진다. 따라서, 부품의 적절한 밀도를 얻기 위한 탈지에 긴 시간이 필요하다. 또한 이로 인해 PIM으로 제조 가능한 부품의 두께에 한계가 있다. 그러므로 탈지공정 시간을 단축하고, 부품 두께를 늘일 수 있는 연구가 진행되고 있다.

◇ 소결 기술

분말이 미세화됨에 따라 형상을 잃어버리는 구상화(Spheroidization) 현상이 발생하기 쉽다. 이 문제를 극복하기 위해 분말 크기와 온도에 대한 소결 메커니즘을 규명하고 예측을 하는 모델링 연구가 진행되고 있다. 또한 이종 재료의 소결을 통한 확산접합(Diffusion Bonding)을 원하는 경우 경계에서 응력을 최소화하기 위한 모델링 및 최적화도 필요하다. 이와 함께 무압력 소결 후 물성 향상이나 확산접합을 위해 고압정수압 공정(HIP, Hot Isostactic Pressing)에 대한 연구도 진행되고 있다.

◇ 정밀금형 기술

부품이 소형화되면서 정밀금형 기술의 필요성이 증대하고 있다. 이에 LIGA(x-ray LIthographie 공정+Galvanoformung(도금)공정+Abformtechnik(주형)공정) 등 플라스틱 사출성형에서 개발된 기술들이 PIM 공정기술에 접목되고 있다.

◇ 수치해석 기술

부품이 소형화 되면서 PIM 공정창(Process Window)이 줄어들어 모델링과 수치모사 기술의 필요성이 커지고 있다. 연속체 역학을 바탕으로 하는 유한요소법(FEM, Finite Element Method)은 이미 산업계의 기본 기술이며, 각 공정별로 개발된 수치모사 툴(Tool)의 통합 및 최적화 연구가 수행되고 있다. 또한 원자 차원의 수치모사(Atomistic Simulation), 개별요소법(DEM, Discrete Element Method) 및 유한요소법을 연계하는 다중규모 모사법(Multiscale Simulation) 개발 연구도 첫걸음을 내딛고 있다.

■ 국가별 동향-유럽

◇ 연구개발 현황

유럽은 독일을 중심으로 Micro PIM 분야에서 가장 앞선 연구시설을 보유하고 있으며, 선도적인 연구성과를 발표하고 있다. 아래 그림은 2006년 유럽 연구소 및 산업체를 대상으로한 차세대 미세가공법의 기술수요조사를 보여준다. 이 조사결과에서 PIM 기술은 산업체의 수요가 매우 높은 기술로 나타났다.

▲ 유럽의 차세대 미세가공법에 대한 기업 수요 조사.

◇ 선도 연구기관

대표적인 연구그룹은 독일 프라운호프 IFAM의 Volker Piotter 교수 그룹이다. 이 연구그룹은 나노분말을 위한 바인더 설계 기술, 저압사출성형기술, 자성-비자성 소재의 이중사출성형 기술 등 Micro PIM 분야에서 선도적인 연구결과를 발표했다. 이 외에도 독일에서는 터보차저 부품 등으로 대표되는 자동차 분야 PIM 기술, 자성재료 PIM 공정 기술, 티타늄 PIM 공정 기술, 핵융합에 적용되는 고온 재료 PIM 공정 기술 및 방열 분야에 적용되는 냉각 부품 개발을 위한 PIM 공정 기술에 대한 연구가 수행되고 있다. 프랑스 Grenoble INP의 Didier Bouvard 그룹은 Modeling과 Simulation 분야에서 선도적인 연구그룹이다. 특히 유한요소법(FEM) 및 개별요소법(DEM)의 통합 연구에서 선도적이다. 최근에는 이종재료의 Co-Injection Molding 및 Co-Sintering 기술을 연구하고 있다.

▲ PIM 공정기술 - 독일 선도 연구기관.

■ 국가별 동향-일본

◇ 연구개발 현황

일본은 2008년 부품소재 기술 로드맵에서 분말야금을 6대 중점 기술로 분류했으며, 분말야금에서 PIM 기술을 핵심 기술로 다루고 있다. 주요 연구주제는 Micro 소재 PIM 성형 및 소결 기술, 수치해석 기술, 성형 분량 방지 기술, 소결체 결함 평가 기술, 탈지 공정 단축화 기술, 복합형상 성형기술, 저온 및 단시간 소결 기술, 희소금속 대체 기술, PIM 기술 표준화 등이다.

◇ 선도 연구기관

대표적인 연구그룹은 규슈대학교의 Hideshi Miura 교수 그룹이다. 이 연구그룹은 티타늄 PIM 연구에서 선도적인 연구결과를 발표하고 있다. 특히, 기공(Porosity)을 제어(Control)하는 PIM 및 Laser Sintering 기술은 독창적인 기술로 인정받고 있다. Ryutaro Maeda 연구 그룹은 LIGA(X-선 사진 식각 공정)를 이용해 Micro MIM(Metal Injection Molding) 부품 제조 분야의 연구를 활발히 하고 있다.

▲ PIM 공정기술 - 일본 선도 연구기관.

PIM 세계 시장규모, 2013년 16억7,000만불 전망

한국 선진국에 크게 뒤쳐져, 산·학·연 역할 분담 必

■ 국가별 동향-미국

◇ 연구개발 현황

미국은 PIM 기초 기술을 많이 축적하고 있다. 최근 자국 내 제조설비를 아시아 쪽으로 옮기면서 연구역량은 많이 위축된 편이지만 국방부와 NASA의 국가 주도 연구와 의료기기 산업체의 기업체 주도 연구는 꾸준하게 수행되고 있다.

◇ 선도 연구기관

대표적인 연구그룹은 San Diego 주립대의 Randall German 교수 그룹으로 Sintering 이론과 관련해 선도적인 연구 결과를 발표하고 있다. 또한 Oregon 주립대학교의 Sundar Atre 교수 그룹은 바인더 설계에 선도적이다. 이 연구그룹은 최근 W-Cu, AlN(Aluminum Nitride) 등을 이용한 방열설계용 PIM 제작에 관해 활발한 연구를 수행하고 있다.

▲ PIM 공정기술 - 미국 선도 연구기관.

■ 국가별 동향-한국

◇ 연구개발 현황

국내 PIM 관련 연구개발 현황은 아래 표와 같다.

▲ PIM 공정기술 - 국내 연구개발 현황.

◇ 선도 연구기관

국내 PIM 관련 선도기관은 아래 표와 같다.

▲ PIM 공정기술 - 국내 선도 연구기관.

◇ 기술경쟁력 분석

한국의 PIM 관련 기술수준은 선진국과 비교해 전체적으로 70% 수준이다. 각 기술 분류별로 비교해 보면 가장 큰 격차를 보이는 것이 재료 분야이다. PIM 공정을 위한 경금속, 중금속, 세라믹 등 분말재료와 바인더를 이루는 각종 고분자 재료 모두를 수입에 의존하고 있으며, 새로운 재료의 개발에 있어서도 큰 격차를 보이고 있다.

공정에서는 공정자체 기술은 거의 선진국 수준이지만 공정 설비에 있어서는 뒤지고 있는데 특히 사출보다는 탈지 및 소결에서 그 격차가 큰 실정이다.

그 외 기타기술 분류에서는 금형은 플라스틱 사출성형의 국내 기반이 구축돼 있어 거의 선진국 수준이며 Micro Mold에서 독일에 다소 뒤져있는 수준이다. 해석 소프트웨어 부분은 한국이 세계를 선도하고 있다. 특히, 소프트웨어 분야에서 한국은 2010년 미국금속학회에서 출판한 제조공정 해석 소프트웨어 핸드북을 저술하는 등 그 기술력을 인정받고 있다.

▲ PIM 관련 기술 - 기술격차 및 기술수준.

■ 산업 및 시장동향

◇ 국내외 주요 기업의 생산활동

○ 한국

1988년 한서 MIM Tech이 PIM 제품을 생산을 시작한 이후로 현재 10개 내외의 기업이 생산활동을 하고 있다. 국내 PIM 기업은 10-70명 정도의 종업원으로 구성된 중소기업들이 대부분이다. 사용하는 재료를 보면 스테인레스 스틸을 포함한 철계 분말이 63%, 세라믹과 카바이드가 각각 11%, 텅스텐 합금이 8%, 구리, 티타늄 등의 기타 금속이 7%이다. 대부분의 기업이 IT 부품을 중심으로 개발하고 있다. 대표적인 PIM기업인 한국 PIM을 중심으로 터보차저 MIM 부품 등 자동차 부품과 국방 부품의 개발도 최근 활발하게 진행되고 있다. 특히 쎄타텍은 PIM용 Simulation S/W를 개발해 판매하고 있다.

○ 아시아

아시아권을 보면 일본을 중심으로 대만과 싱가포르가 PIM 산업을 주도했고 최근 중국의 추격이 가파르다. 아시아권 기업의 주요 생산 활동은 IT 부품이 전체 PIM 시장의 46%, 기계 부품이 26%, 자동차 부품이 16%, 소비재 부품이 8%, 의료 부품이 4%이다. 특히 일본은 분말제조회사인 Atmix를 중심으로 MIM용 분말 세계 시장을 주도하고 있다.

○ 유럽

유럽은 독일을 중심으로 스위스, 이태리, 오스트리아 등에서 PIM 산업이 활성화돼 있다. 유럽권 기업의 주요 생산 활동에서 자동차 부품은 전체 PIM 시장의 43%, 소비재 부품이 26%, 기계 부품이 14%, 의료 부품이 13%, IT 부품이 4%를 차지한다. 특히 BASF는 촉매를 이용한 탈지 공정 기기와 함께 PIM용 Feedstock을 판매해 유럽 지역에서 광범위한 시장을 점유하고 있으며, 독일을 중심으로 Micro PIM 부품의 기술과 시장을 주도하고 있다.

○ 미국

미국은 의료 부품 쪽으로 연구 및 생산 활동이 가장 활발하다. 북미권 기업의 주요 생산 활동은 의료 및 치과 부품이 전체 PIM 시장의 35%, 기계 부품이 24%, 자동차 부품이 9%, 소비재 부품이 8%이다. 통계에서 나오지는 않지만 국가의 지원을 기반으로 한 우주항공과 국방 분야의 PIM 기업의 기술 경쟁력은 세계 최고 수준이다.

위에서 살펴 본 바와 같이 지역별로 자국 산업에 따라 PIM 기업의 생산 활동에 차이가 있다. 각 지역의 대표적인 기업에 대한 자세한 활동은 아래의 표에 요약 정리했다. 그리고 유럽과 북미는 PIM 기업들의 협의체가 있어서 기업들의 기술개발 관련 교류가 있지만, 아시아 지역은 아직 협의체가 형성돼 있지 않다.

▲ PIM 공정기술 - 국내외 주요 기업의 생산활동.

◇ 시장규모 및 전망

영국의 BBC Research에 따르면 PIM 세계 시장규모는 2008년 8억6,000만달러에서 2013년 약 16억7,000만달러로 약 2배 성장할 것으로 예상된다. 전체 PIM 기업의 72%는 MIM 부품, 19%는 CIM 부품, 그리고 5%는 MIM 및 CIM 부품을 모두 생산하고 있다.

PIM 시장의 지역적인 분포를 살펴보면 크게 아시아, 북미 및 유럽 시장으로 나누어진다. 2011년 통계에 따르면 아시아가 49%, 유럽이 27%, 북미가 21%, 그리고 기타지역이 3%이다. 지역별 산업 특성에 따라 아시아권은 IT 부품 (전체 시장의 46%), 유럽권은 자동차 부품 (전체 시장의 43%), 그리고 북미권은 의료기기 부품(전체 시장의 35%)에 주력하고 있다. IT 산업의 성장으로 아시아권이 PIM 시장에서 급부상했다.

재료 측면에서 시장을 분석하면 금속 부품이 전체 PIM의 67%, 세라믹 부품이 23%, 카바이드 부품이 10%이다. 금속 재료를 세분해 보면 스테인레스 스틸을 포함한 철계 분말 재료가 전체 MIM의 72%, 텡스텐이 8%, 니켈 합금이 7%, 티타늄이 5%, 구리가 3%이다.

▲ PIM 공정기술의 국내외 시장 규모 .

■ 미래의 연구방향 및 국내 산업이 나아갈 방향

◇ 미래의 연구방향

전자·의료·센서 부품의 소형화·다기능화·정밀화 추세에 따라 PIM 부품기술 개발이 가속화될 것으로 전망된다. 현재 소형 부품에 주로 사용되는 고분자 소재의 한계를 극복하기 위해 산업체는 금속 및 세라믹 소재의 사용을 요구하고 있다. 따라서 티타늄, 자성재료, 레늄, PZT, 유리, 초고분자량 고분자 등 다양한 소재에 대한 신 PIM 공정의 개발이 필요하다.

분말 재료 개발에 있어서는 미세화 기술과 구상화 기술이 요구되며, 미세 분말에 대한 바인더 설계 기술 및 균일하면서도 분말 충진율을 높이는 혼합 기술, PIM 공정에서는 정밀 금형 기술, 사출성형 시 분말-바인더 분리현상 규명 및 분말 Orientation 예측, 미세 분말에서의 탈지 기술 및 소결 기술 개발이 필요하다. 분말 미세화와 부품의 소형화에 따른 공정조건이 보다 엄격해짐에 따라 각 공정에 대한 수치모사와 공정 최적화를 위한 연구개발도 진행돼야 한다.

◇ 국내 산업이 나아갈 방향

우리나라의 제조 역량에 비해 PIM 기술에 대한 연구개발 역량은 미국·유럽·일본에 뒤쳐져 있다. 이를 극복하기 위해 산학연 협력 및 정부의 역할 분담이 중요하다. 우선 전자 및 자동차 등의 최종제품 제조 업체들과 부품제조 협력업체는 PIM 기술을 이해하고 PIM을 이용한 부품 개발에 적극적으로 나서야 한다. 새로운 소재에 대한 분말 개발 및 PIM 기술 개발은 재료연구소, 생산기술원 등의 정부출연 연구소가 중심 역할을 수행해야 한다. 학계는 재료 및 공정의 기초 현상을 연구하고 인력을 보급하는 역할을 수행해야 한다. 정부는 우리나라의 전자·자동차·의료·우주항공·국방에 필수적인 PIM 제조 역량을 계속 키워나갈 수 있도록 지속적 정책적 지원을 해야 한다.