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  • 기사등록 2019-08-13 10:46:30
  • 수정 2019-08-13 10:48:32
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2018년 세계 적층제조 금속분말 2억6천만불…6년새 10배↑



전세계 금속 적층제조시장은 얼마 정도인지 정확하게 조사된 바는 없지만 ‘Wholers 리포트 2019’를 통해 개략적으로 추정해 볼 수 있다.

<그림1>에 보듯이 2018년 금속장비 시장은 9억4,900만달러, 금속소재시장은 2억6천만달러, 적층제조 부품을 만드는 시장은 10억4천만달러로 기타 S/W 및 분말 제조장비 등을 포함하면 약 30억4,900만달러(한화 약 3조6천억) 시장으로 추정할 수 있다.

플라스틱을 모두 포함한 소재 시장규모는 14억달러로 약 1조5천억 이상의 시장규모이다. 소재시장 중 가장 큰 시장은 SLA 또는 DLP 장비에 사용되는 광경화성수지(32.9%)이며 그 뒤로 SLS 방식에 주로 사용하는 플라스틱 분말(26.9%), FDM 방식의 필라멘트 타입(20.6%) 순이며 이중 금속소재는 전체 17.4%를 차지하고 있다. 다소 금속소재 시장이 작다고 할 수 있으나 매년 소재시장의 점유율 및 성장률은 기타 플라스틱 소재보다 높으며 2014년 이후 35%이상 급증하고 있다.

주요 적층제조 금속소재는 금속분말, 와이어 등으로 나눌 수 있지만 PBF 또는 DED용으로 사용되는 소재의 대부분은 금속분말이며 2012년 2,500만달러에서 매년 급성장하여 지난해는 2억6천만달러로 3천억원 시장으로 추정하고 있다. 또다른 시장조사 기관인 IDTech에서는 금속소재시장은 2018년 17억달러에서 2028년 108억달러로 12조원 이상 시장으로 전망하고 있으며 이 중 타이타늄(Ti) 분말시장이 4~5조원을 차지할 것으로 예상하고 있다.


▲ <그림1>2018년 전세계 금속 적층제조 시장규모(3D프린팅연구조합 추정자료)


금속분말은 아토마이저라고 하는 장비로 제작되며, 금속을 용해하여 액상 상태에서 분사하여 급랭시키는 방법을 사용한다. 냉각방식에 따라 수분사와 가스분사방식이 있으나 적층제조용 분말은 질소 또는 아르곤 가스분사방식이 주로 사용되는데 이는 구형분말을 제조하는데 유리하다.

특히 산소와의 반응이 높거나 도가니 재질과 반응하는 지르코늄, 타이타늄 소재 등은 용탕과 도가니의 반응이 없도록 용탕을 전자기를 이용하여 부상하는 Skull 방식 또는 봉재의 끝단부위를 용융하여 분말을 제조하는 EIGA(Electrode Induction Gas Atomization) 방식으로 제조된다.

▲ 2018년 전세계 적층제조 소재 시장규모(Wohlers Report 2018)


전세계적으로 적층제조용 분말을 만드는 회사는 수년전 10여곳에 불과했으나 지금은 50여곳으로 타이타늄 16개, 스테인리스 또는 철강합금, 니켈합금, 코발트합금, 알루미늄 순으로 여러 업체에서 생산중이다.

국내에 적층제조용 분말의 사용량을 수출입자료를 통하여 정확하게 파악할 수 없으나 주로 사용되는 금속은 △스테인리스 316L △인코넬(Inconel) 625 및 718 △Ti 64 합금 △알루미늄 합금 △금형에 사용되는 마르에이징(Maraging) 강 등이다. 장비의 크기와 소재의 비중을 고려하지 않고 장비 1대당 연간 최대 1톤 미만이 사용된다. 국내 발전부품을 개발 및 제작하는 D사의 경우 장비 2대는 연간 1.5톤 정도를 사용하고 있다.

기타 기업체나 기관에서 사용되는 장비의 가동률을 고려하면 연간 50~80톤 정도의 분말이 사용되는 것으로 추정할 수 있다. 국내에서 사용되는 적층제조용 분말의 종류는 10여종에 불과하며 발전부품과 관련해서는 SUS 316L, 초내열합금인 Inconel 625 또는 718이 주로 사용되고, 덴탈산업에서는 코발트크롬(CoCr) 합금강, 정형외과용 메디컬 부품과 우주항공 분야에서는 Ti 64 합금이, 자동차 부품은 열교환기나 하우징류, 튜닝부품으로 Al합금이, 기타 지그나 금형 등에는 Maraging강 또는 17-4 스테인리스강 등 다양한 합금이 사용된다.


Ti 주도 年 두자릿수 성장, 전세계 50개 업체 생산 중
韓 年 50~80톤 금속분말 사용, 고기능성 특수 분말제조 必


▲ 알루미늄 합금으로 적층제조된 전기 모터 냉각채널(3D시스템즈 제품)


외산장비사에서 공급하는 분말의 경우 비교적 고가로 형성되어 있으나 분말전문 메이커에서 판매하는 분말의 경우 최근 가격하락 추세가 지속화되고 있다. 15-50㎛ 크기의 PBF 장비의 경우 50Kg 이상 발주시 평균가격은 스테인리스 316L 분말의 경우 70~100달러, Inconel 합금의 경우 100~120달러 정도이다. 최근 산소 농도가 낮은 고순도 Ti64(Grade 23)의 경우 300~400달러이나 일부 업체에서는 평균가격보다 훨씬 낮은 가격으로도 공급하고 있다. 분말의 크기가 PBF용 보다 큰 경우 가격의 최대 50% 이상 저렴하게 유통되고 있다.

적층제조용 분말의 가격이 고가인 것은 분말의 크기 허용범위가 대단히 좁아 분말 제조시 회수율이 낮고 아직 관련 시장이 성숙되지 못한 것에 기인하고 있다. 그러나 향후 2~3년 내에 회수율을 높이는 공정이 확립되면 절반 이하의 가격이 형성될 것으로 예상되고 있다. 국내에서 외산 분말을 수입 공급하는 업체가 다수 있으며, 한길소재는 미국 PAC사, AM코리아는 독일 Oerlikon사, 테크나 코리아에서는 캐나다 Tekna사, 대흥웰텍에서는 영국 Sandvik사의 분말을 판매하고 있으며 회사마다 각각 분말별로 가격이나 장점을 보유하고 있다.

국내에서도 2~3년전부터 적층제조용 분말을 제조하고 있으며 창성, 케이엔케이, 엠케이티는 스테인리스 합금과 초내열합금, 코스와이어에는 EIGA 방식으로 타이타늄 합금을, 하나AMT에서는 마그네슘 및 알루미늄 합금분말을 생산하고 있다.

아직까지 국내시장이 성숙되지 않은 관계로 판매실적이 저조한 편이지만 국내의 분말제조 기술 수준은 상당히 높은 것으로 평가되고 있으며 향후 시장개척 여부에 따라 성장 가능성 매우 높다고 전망한다. 또한 한국생산기술연구원, 재료연구소, 그리고 각 대학에서 연구인프라도 우수하여 적층제조용 분말의 성장 가능성은 대단히 높다.

따라서 국내 적층제조용 분말의 성공여부는 고기능성 특수 분말제조에 있다. 현재 판매되고 있는 분말은 구조용으로 이미 사용되고 있는 소재를 분말로 만들어 놓은 것에 불과하고 이미 선진국에서 만든 분말로는 성공할 수 없는 것은 자명한 사실이다. 적층제조에 적합한 합금개발로 기능과 기계적 특성을 보유한 맞춤형 분말은 기본이고, 지르코늄(Zr) 및 탄탈럼(Ta) 등 활성금속, 고융점금속, 자성재료, 비정질합금, 형상기억합금, 복합소재 개발 등으로 ‘적층소재강국’을 위한 다양한 노력이 필요한 시점이 아닌가 생각한다.


▲ 316L 스테인리스합금으로 적층제조된 제트엔진 하우징(대건테크 제품)



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