韓 적층제조 부품양산 밸류체인 구축 및 솔루션 발전 목도

▲ 부품 양산을 위한 적층제조 스마트팩토리가 날로 발전하고 있다. 3D시스템즈는 스마트팩토리 솔루션을 전면에 내세웠다.

국내 최대·유일 산업용 적층제조(3D프린팅) 전문전시회인 ‘TCT 코리아(KOREA) 2019’에서는 소재, 장비, S/W, 서비스, 후공정 등 부품 양산에 필요한 솔루션이 중점 소개됐으며 대한민국에서도 적층제조시대에 필요한 밸류체인이 구축되고 발전하고 있음을 확인할 수 있었다. 국내 군수, 자동차, 기계, 등 제조업의 중심지 경남 창원에서 개최되다 보니 전시 업체와 참관객 모두 시제품 제작에 필요한 장비, 소재 등에 관심을 갖는 것에서 벗어나 제조공정 혁신을 위한 솔루션을 공유하는 자리가 됐다는 평가다.

경상남도와 창원시가 공동주최를 맡고 코엑스 창원사업단과 영국 Rapid News가 공동주관을 맡은 ‘TCT 코리아(KOREA) 2019’가 10월16일부터 18일까지 3일간 창원 컨벤션센터(CECO)에서 열렸다.

산업용 3D프린팅·적층제조 관련 전시회 및 국제 컨퍼런스로 구성된 이번 행사는 세계적인 3D프린팅 기업인 3D시스템즈, 트럼프, 마크포지드 등과 대한민국 산업용 3D프린터 장비 제조사인 대건테크, 헵시바, 캐리마, 맥스로텍 등 58개사가 200부스 규모로 참가했다. 전시회 규모가 전년대비 1.2배 늘어난 것과 비례해 우리나라 주력 제조 산업인 항공, 조선, 자동차, 전자제품 등에 적용이 가능한 발전된 금속 및 비금속 3D프린팅/적층제조기기, 소프트웨어, 스캐너, 측정 및 계측기기, 3D서비스, 소재 등 3D프린트 관련 다양한 전문기술과 제품이 소개됐다.

▲ 김우종 대건테크 부장이 알루미늄 합금을 적층제조 할 수 있는 신제품 PBF 방식 금속 3D프린터 M270을 소개하고 있다.

■국산 3D프린터, 소재 다양화·부품 양산장비 주목
이번 ‘TCT 코리아 2019’에서는 차별화되고 부품 양산이 가능한 국산 3D프린터 신제품이 주목 받았다. 창원에 위치한 대건테크(대표 신기수)는 경량화소재로 알루미늄 수요가 높은 자동차 시장을 겨냥해 알루미늄 부품 적층이 가능한 PBF 방식 금속 3D프린터 ‘M270’을 국내 최초로 선보였다.

알루미늄 분말을 레이저로 조사할 경우 폭발 위험성이 있어 저변확대가 어려웠는데 대건테크는 3중 방폭 장치를 설치해 안전성을 확보했다. 400W 레이저가 2개 설치됐으며 출력 사이즈는 최대 270x270x300mm(가로x세로x높이)다. 가격은 약 6억원대로 책정됐으며 알루미늄 분말 외에도 스테인리스, 코발트크롬, 타이타늄, 인코넬 등 합금 적층이 가능하다. 회사는 마그네슘 3D프린터, 전자회로 3D프린터 등 국내 최초의 차별화된 3D프린터를 개발하며 틈새시장 공략에 박차를 가하고 있다.

▲ 헵시바가 출시한 금속 3D프린터로 출력한 부품.

인천에 위치한 3D프린터 국산화 기업 헵시바(주)(대표 이명구)는 헵시바가 올해 개발한 PBF 방식 금속 3D프린터 ‘Veltz3D M120’과 ‘Veltz3D M140’을 선보였다.

이들 제품은 중공업, 국방 등에서 필요한 부품을 제작할 수 있도록 사용 고객이 원하는 스펙과 소재에 맞춰 공급할 수 있다는 점이 특징이다. 또한 회사의 챔버 기술과 공정모니터링이 장착돼 부품 양산장비로 활용이 가능하며 다양한 소재를 사용·교체할 수 있는 개방형 장비이기 때문에 연구기관에서도 많은 관심을 나타내고 있다.

특히 ‘M140’ 장비의 경우 국산 3D프린터로는 처음으로 적층속도와 정밀도를 제어할 수 있는 다이나믹 포커싱이 적용됐다. 김성복 헵시바 이사는 “국내 덴탈분야에서도 금속 3D프린터 구매가 본격적으로 늘고 있어 내년에는 덴탈용 금속 3D프린터 제품군을 출시하고 금속 3D프린팅 출력서비스도 개시할 계획”이라고 밝혔다.

▲ 메탈쓰리디는 윈포시스 금속 3D프린터로 의료, 중공업 등에 필요한 부품을 생산하고 있다.

금속 3D프린터 국산화 기업 윈포시스㈜의 금속 적층가공 전문 자회사인 메탈쓰리디(Metal3D)㈜(대표 여환철)는 윈포시스의 PBF 방식 금속 3D프린터로 제작한 의료용 타이타늄 임플란트 제품을 선보였다. 메탈쓰리디는 디스크 환자를 위한 임플란트 패키지를 제작한 바 있으며, 본격적인 시장진출을 위해 관련 인허가 완료를 앞두고 있다.

회사는 울산에 금속 3D프린터 9대를 구축해 적층제조 팩토리를 만들었으며 의료용 임플란트 금속 3D프린팅 제작과 함께 현대중공업 계열사에 부품을 납품하는 등 부품 양산에 앞장서고 있다.

▲ 맥스로텍이 DED 방식 3D프린터로 적층제조한 대형 종

DED 방식 금속 3D프린팅 기술을 보유한 맥스로텍(대표 김인환)은 DED와 절삭가공을 하나의 장비에서 일괄처리할 수 있는 산업용 하이브리드 금속 3D프린터 ‘다보(DABO)’를 소개했다. 다보에는 5축 병렬로봇과 대형 회전 테이블을 결합한 6축 구동기술이 적용돼 고난도 정밀 제어가 가능하며 7㎛(마이크로미터) 급 정밀 부품을 1m 크기 수준으로 제작할 수 있는 것이 특징이다.

맥스로텍은 국내외 소재, 레이저, 광학 관련 전문 연구기관과 협력해 오는 2020년까지 2m가 넘는 초대형 부품 제작에도 나설 예정이며 주요 시장으로는 산업용 밸브, 금형, 임펠레, 터빈 블레이드 등을 타깃으로 하고 있다.

▲ 이병극 캐리마 대표가 최근 출시한 세라믹 3D프린터를 소개하고 있다.

DLP(광조형경화) 3D프린터 국산화 기업 ㈜캐리마(대표 이병극)는 국내 최초로 개발한 세라믹 재질의 부품을 적층제조할 수 있는 데스크탑형 세라믹 3D프린터를 소개해 참관객들에게 많은 관심을 받았다.

이 제품은 나노융합2020사업의 지원을 받아 개발한 고점도 세라믹 특수 소재에 최적화된 DLP 3D프린터로 결정성 실리카, 알루미나, 질화알루미늄, 히드록시 아파타이트(HAP), 인산칼슘(TCP) 등 소재로 정밀 출력이 가능하다. 이러한 기술력을 인정받아 캐리마는 최근 미국 세라믹 소재 기업과 100만달러 규모의 수출계약을 체결한 바 있다.

이병극 캐리마 대표는 “세라믹 3D프린터는 500만달러 수출이 전망되고 있으며 세계시장에 본격적으로 진출하기 위해 11월 독일 프랑크푸르트에서 열리는 세계 최고 적층제조 전시회인 폼넥스트에 부스를 마련하고 대대적으로 홍보할 계획”이라고 밝혔다.

차별화된 국산 3D프린터 출시 눈길, 소재 양산 준비 한창
시제품 벗어나 팩토리 솔루션 트렌드, 산업 저변 확대

▲ 심운섭 그래피 대표가 덴탈 등에 공급되고 있는 3D프린팅용 고기능 광경화수지를 소개하고 있다.

■대·중견기업 3D프린팅용 소재시장 진출 본격화
적층제조기술이 제조업에 확대되면서 자연히 소재시장도 꾸준히 성장하고 있으며 이에 그간 시장규모가 작아 시장진입을 주저하던 대·중견기업들이 서서히 눈길을 주고 있음이 감지되고 있다.

3D프린팅 소재 및 솔루션 공급기업 주식회사 그래피(대표 심운섭)는 자사가 개발한 인체 친화적이며 슈퍼 엔지니어링급의 강도를 가지고 있는 DLP/SLA 방식 3D프린팅용 고기능 광경화수지 ‘S Plastic’ 등에 대해 조만간 세계적인 화학기업과 총판계약을 체결할 예정이다. 이 화학기업은 그래피가 가지고 있는 광경화수지 합성기술이 우수함을 인정했으며 또한 덴탈용 포트폴리오 소재사업을 새롭게 시작하기 위해 그래피 제품의 총판을 맡게 된 것이다. 그래피는 임플란트 제조업체인 네오바이오텍과도 치과에서 투명교정장치 제작이 가능한 광경화수지 총판계약을 체결한다.

심운섭 그래피 대표는 “총판계약이 완료되는 대로 본격적인 광경화수지 생산을 위한 공장구축에 나설 예정이며 내년에는 100~200억원대의 매출을 기록할 수 있을 것으로 예상하고 있다”고 밝혔다.

▲ 삼양사는 자사의 원재료가 들어간 고강도 필라멘트로 출력한 자전거를 출품했다.

화학·식품 대기업인 삼양사는 FDM 3D프린팅용 필라멘트에 들어가는 폴리카보네이트(PC), PEEK, 엘라스토머 등 원재료를 선보였다. 삼양사는 크게 엔지니어링 플라스틱, 슈퍼 엔지니어링 플라스틱, 특수소재, 복합소재 등으로 제품군을 분류하고 각각 목적에 맡는 원재료 공급을 확대하고 있다.

이에 우주항공에 사용할 수 있는 PA6(나일론)와 탄소섬유 복합재 필라멘트, 금속 재질의 부품을 출력할 수 있는 폴리카보네이트 필라멘트, 후가공 없이도 매끄러운 출력물을 만들 수 있는 패브릭 필라멘트 등 차별화된 제품군이 출품됐으며 이를 가지고 실제 탑승이 가능한 자전거를 제작해 참관객들의 주목을 받았다.

특히 삼양사는 필라멘트 제작을 레인보우 필라멘트와, FDM 3D프린터 출력은 링크솔루션과 함께 협력하면서 적층제조에서의 대·중소기업 상생 모델을 제시하고 있다. 삼양사 관계자는 “필라멘트 시장이 매해 지속 성장하는 가운데 이러한 협력을 통해 회사는 본연의 업무인 원재료 개발에 집중할 수 있고 해당 전문가들로부터 피드백을 빠르게 받을 수 있다는 장점이 있다”며 “올해 처음으로 협력사들과 폼넥스트에 출품해 대한민국의 소재기술을 널리 알릴 예정이며 필라멘트 외에도 SLA 광경화수지 개발도 추진할 계획”이라고 밝혔다.

▲ 코스와이어는 다양한 금속 3D프린팅 분말을 출품했다.

코스와이어(KOSWIRE)는 50년 이상의 스테인리스 및 특수합금 와이어 생산기술 노하우를 바탕으로 신사업으로 3D프린팅용 금속 분말을 개발 및 생산 중이다. 회사는 EIGA 방식으로 타이타늄 합금과 니켈 합금(인코넬 718·625) 등에 대한 준양산 단계에 까지 왔으며 국내 금속 3D프린터 업체들과 협력에 나서고 있다. 이번 전시회에서는 타이타늄(Ti-6Al-4V), 인코넬(718·625), 스테인리스(316) 등 다양한 금속 분말을 전시했다.

1980년 설립 이래 국내 최초로 금속분말 제조기술에 성공한 ㈜창성은 분말자성코아, 도전성 페이스트, 코일, 클래드메탈, EMC 등 기능성 제품을 개발·생산하고 있는 기업이다. 회사는 이러한 경험을 바탕으로 적층제조시대에 대비한 3D프린팅용 금속분말을 신사업으로 적극 육성 중이며 PBF 및 DED 방식 금속 3D프린팅용 코발트크롬, 스테인리스, 인코넬, 구리, 타이타늄 분말 생산에 나서고 있다.

▲ GPAINNOVA社의 건식전해연마기 ‘DLyte’

■후가공 및 필요 장비도 시장 형성
적층제조로 부품을 만들어 사용하기 위해선 서포터 제거, 열처리, 표면처리 등 후가공이 필요하다. 후가공은 적층제조 부품 원가의 20%를 차지하고 있으며 부품 신뢰도와 직결된다는 점에서 부품 양산 확대와 함께 후가공의 중요성이 날로 커지고 있다.

이번 전시회에서 올텍오토메이션은 스페인에 본사를 둔 GPAINNOVA社의 건식전해연마기 ‘DLyte’를 선보였다. 금속부품을 가공 또는 적층 후 흔적을 없애고 표면을 매끄럽게 하기 위해선 연삭·연마를 하거나 전해연마를 해야 하는데, 기존 전해연마기는 인산수용액을 사용해야 하기 때문에 폐수처리, 환경관리 유지 등 관리가 어렵다. 그러나 건식전해연마기는 폐수가 나오지 않아 친환경적이며 후처리한 금속 부품의 표면조도는 기존대비 3배 이상 향상될 정도여서 2~3번의 공정이 줄어들어 시간과 비용을 절감할 수 있다.

국내의 경우 금속 적층가공부품 후공정 전문기업 아우라테크가 ‘DLyte 100+Ti’ 장비를 최초로 도입해 후가공 사업을 하고 있다.

▲ (유)월드마켓 윤기숙 대표(右)가 타이거-백(TIGER-VAC)社의 방폭 청소기를 소개하고 있다.

금속 또는 플라스틱 분말을 레이저로 조사하는 3D프린터의 특성상 일반 청소기로 청소할 경우 폭발과 화재의 위험이 있기 때문에 방폭 청소기 사용은 필수다. (유)월드마켓은 3D프린팅 공정에 필요한 플라스틱 분말과 금속 분말을 안전하게 청소할 수 있는 캐나다 타이거-백(TIGER-VAC)社의 우수한 전기식 방폭 청소기, 공압식 방폭 청소기, 클린룸 방폭 청소기 등을 국내에 유통하고 있다.

방폭 청소기는 기존에 클린룸, 제약회사에서 널리 사용되고 있었으나 최근 3D프린터 구축이 확대되면서 3D프린팅이 새로운 시장으로 떠오르고 있다. 이에 타이거-백은 금속 3D프린터용, 플라스틱 3D프린터용 전용 방폭 청소기 제품군을 출시했으며 국제인증(IECEx, LCIE)은 물론 특히 국내 최초로 방폭 KC 인증을 취득해 신뢰도를 높였다.

한국 총판을 맡고 있는 ㈜정성 씨에스의 이성우 대표는 “타사 방폭 청소기의 경우 국내 전기인증도 없이 유통되는 경우가 있어 소비자는 반드시 인증여부를 꼼꼼히 확인해야 만에 하나 불상사를 막을 수 있다”고 강조했다.

▲ 진에이엠이 HP 3D프린터로 출력한 캠핑용 부품(左). 시제품(右)과 달리 실제 사용이 가능하다.

■출력서비스, 시제품에서 구동 부품으로 진화
기존 3D프린팅 출력서비스의 주요 활용범위가 제품 생산 전에 디자인을 보기 위한 차원이었다면 3D프린팅 기술발전과 비용 하락으로 인해 이제는 바로 제품에 적용가능한 부품을 준양산하는 차원으로 발전하고 있다.

3D프린팅 출력서비스 전문기업 진에이엠(대표 박노진)은 중국 ZRapid Tech와 프로토팹(ProtoFab)의 SLA(광경화수지조형, Stereolithography)방식 3D프린터를 구축해 자동차, 로봇, 기계장치 등 산업에 필요한 3D프린팅 시제품 출력 서비스를 추진하고 있다. 최근에는 빠른 양산이 가능한 HP의 산업용 3D프린터 ‘HP 젯 퓨전 3D 4200’을 도입해 서비스 능력을 강화했다.

이러한 투자에 대해 박노진 대표는 “기계분야를 중심으로 날로 고강도 부품 생산에 대한 수요가 늘고 있어 적층제조가 쉽고 빠르면서 강도가 높은 부품을 생산할 수 있는 HP 3D프린터를 도입하게 됐다”며 “캠핑제품 물품의 경우 일전에는 시제품 서비스만 제공했으나 이제는 부품을 공급하면서 부가가치가 높아지게 됐고 새로운 시장이 열리는 효과가 발생하고 있다”고 밝혔다.

▲ 3D시스템즈가 스마트 팩토리 구축을 위해 개발한 ‘Figure 4™’ 모듈러 3D프린터. 프린터 내부 부품은 약 3시간만에 출력한 것으로 빠른 속도를 자랑한다.

■선진기업, 부품 양산 솔루션 대비
선진 3D프린팅 솔루션 업체들은 부품 양산 솔루션을 제시하는데 적극 나서고 있다. 3D시스템즈는 적층제조(AM)를 활용한 제조업계의 스마트 팩토리 구축을 위해 개발한 ‘Figure 4™’ 모듈러 3D프린터와 의료·자동차·전자 등 산업에 최적화된 소재를 신규 출시했다.

‘Figure 4™’ 모듈러 3D프린터는 고객이 원하는 생산량에 따라 프린터를 추가할 수 있도록 개발된 양산 시스템이다. 3D프린터와 컨트롤러로 구성돼 있는데, 컨트롤러는 최대 24대의 3D프린터를 제어할 수 있으며 각기 다른 부품과 이종소재를 자동으로 생산할 수 있기 때문에 수동 공정을 획기적으로 줄여 제조혁신에 기여한다.

이는 다양한 기능성 소재가 뒷받침 돼야 하기 때문에 3D시스템즈는 Figure 4로 출력할 수 있는 의료용 소재, 내열 소재, 탄성 소재, 실리콘 몰딩 전용 소재 등 제품 라인업을 확대 중이다. 이번에 출시된 ‘HI TEMP 300-AMB’ 소재는 최대 300°C의 고온을 견딜 수 있는 내열 플라스틱으로 헤어 드라이어 등 내열 부품 및 모터 엔클로저 분야에 적층제조를 확산하는데 기여할 것으로 기대되고 있다.

▲ 마크포지드는 현장에서 사용 가능한 고강도 부품, 지그 등을 빠르게 생산할 수 있는 3D프린터를 소개했다.

마크포지드는 산업현장에서 필요한 고강도 부품을 사무실에서 빠르고 저렴하게 적층제조할 수 있는 금속 3D프린터 ‘메탈 X’와 복합소재 3D프린터 ‘마크 X’, 데스크탑 시리즈를 중점 소개했다.

‘메탈 X’의 공정을 살펴보면 폴리머, 왁스, 금속분말 등이 혼합된 금속 필라멘트를 FDM 방식으로 폴리머와 왁스를 녹여, 부품을 출력하고, 이후 출력한 제품을 디바인딩(왁스제거공정) 소결공정을 통해 최종 금속부품을 생산하게 된다. 현재 가능한 소재는 스테인리스(SUS 17-4), 공구강, 타이타늄(Ti-6Al-4V) 등이며 알루미늄 등은 앞으로 출시될 예정이다.

마크포지드의 복합소재 3D프린터는 탄소섬유·유리섬유·케블라 등 강화소재를 CFF(연속섬유 출력, Continous Filament Fabrication) 기술을 통해 선택적으로 부품내부에 함침해 금속 수준의 강도를 가지는 부품을 만들 수 있다. 마크포지드의 차별화된 3D프린팅 솔루션은 기능성 시제품 및 부품, 성형툴, 사출금형코어, 조립 지그·그립퍼 등에 널리 활용 중이다.

마크포지드는 제조혁신을 위해 이들 3D프린터를 사무실 등에서 다수 연결해 소수의 인원으로 출력을 컨트롤 할 수 있는 프린트 팜(Print Farm)의 구축 확산에 적극 나서고 있다.