3D프린팅 기술이 우주항공 등 산업에서 경량화와 기능성 향상이 가능한 공정장비로 각광받고 있는 가운데 적용 확대를 위해선 최적설계를 통해 출력물 강도를 높이고 맞춤형 합금개발 등이 필요하다는 의견이 제시됐다.

강민철 3D프린팅연구조합 상임이사는 지난 23일 킨텍스에서 열린 인사이드 3D프린팅 컨퍼런스에서 열인 금속 세션 강연에서 ‘The Strategic Opportunities of Metal Powder for an Additive Manufacturing Age’를 주제발표했다.

적층제조(Additive Manufacturing) 기술 중 하나인 3D프린팅은 비싼 장비가격, 낮은 적층속도, 한정된 크기 및 사용소재 등 기술적인 제약으로 인해 기존 제조공정에 비해 아직 경쟁력이 낮은 것이 사실이다. 그러나 금속 3D프린터 장비 업체들이 멀티레이저 시스템을 도입하고, 적층작업시 분말 제거 시간을 줄이는 방식(tool exchanger)을 도입하는 등 성능개선을 통해 생산성을 높이고 있다.

특히 3D프린팅은 아무리 복잡한 디자인이라도 생각한대로 출력이 가능하다는 장점을 살려 기존 부품과 제품의 경량화와 기능성 향상을 위한 최적의 도구로 자리매김하고 있다. 전통 제조기술로는 불가능한 중공화(中空化), 벌집 모양의 격자구조, 곡선 형태나 망 등을 얼마든지 출력할 수 있어 경량화 수요가 가장 많은 우주항공산업과 개인 맞춤형이 필요한 바이오·의료산업에서 적용이 확대되고 있다.

그러나 값비싼 3D프린팅 소재와 사용제약, 낮은 강도 등 문제점은 여전히 업계가 풀어야할 숙제로 남아있다. 강민철 이사는 이를 해결할 수 있는 방안으로 에어버스(Airbus) 자회사인 APWorks에서 제작한 30Kg의 전기 바이크를 소개했다.

강 이사는 “스칸듐을 함유한 고강도 알루미늄인 Scalmalloy 합금을 개발해 적층제조함으로써 기존대비 2배이상 강도를 확보했다”며 “이러한 맞춤형 합금개발과 같이 소재를 다변화하고 또한 저가격으로 제조하기 위한 프로세스를 개발·확보하는 것에 우리 정부와 기업들이 관심을 가져야 한다”고 강조했다.

우주항공, 자동차, 의료, 금형 등에 활용되고 있는 적층제조는 앞으로 더 크고 복잡한 형상 출력, 경량화, 내열성, 고강도 등 많은 기능을 요구받을 전망이다.

이에 강 이사는 “3D프린팅이 제조업에 보다 많이 활용되기 위해서는 최적설계(topology optimization)를 통한 경량 고강성화, 감성적이고 혁신적인 디자인 구현, 기타 소재와의 융복합, 복합소재 제조에 따른 재료의 기능성 부여 등이 중요하다”며 “우리나라도 정부가 주도적으로 나서 대형장비와 분석설비를 갖춘 대형부품 종합지원센터를 구축해 기업들이 항공기, 발전설비 등 현장에서 사용 가능한 대형부품을 제작하는 것을 지원하며 실력을 쌓아나가야 한다”고 제언했다.

▲ Airbus 자회사인 APWorks는 스칸듐을 함유한 고강도 알루미늄인 Scalmalloy로 강도를 확보한 전기바이크를 적층제조했다..