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  • 기사등록 2020-02-05 14:30:39
  • 수정 2020-02-05 18:01:34
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日 대·중견 소재기업 적층제조 진출, 협력 나서야

TCT는 세계적인 3D프린팅 및 적층제조(AM) 분야 산업전시회 브랜드로서 독일, 영국 등 유럽은 물론 아시아 지역에서도 중국, 한국, 일본 등을 순회하며 열리고 있다. 지난 1월29일부터 31일까지 도쿄 빅사이트 전시장 남쪽 홀 3,4홀에서 일본 JTB Communication Design과 Rapid News 공동 주최로 TCT 재팬(JAPAN)이 개최됐다.

2015년부터 시작된 이 전시회는 일본 3D프린팅과 적층제조 산업을 두루 살펴볼 수 있다. 20개국 100여개 업체가 참여를 했고 함께 열리는 나노테크 등 전시회를 보기 위해 5만명 이상의 전문가와 참관객이 모인다.

2019년 6월 니께이社의 조사에 의하면 일본의 3D프린팅 시장은 2017년에서 2022년까지 연평균(CAGR) 9.1% 성장률을 기록할 전망이다. 적층제조가 모든 산업의 제품 및 기술개발을 위한 새로운 가치를 부여하는 필수적인 기술로 도약하기 위해서는 3D프린터 뿐만 아니라, 재료 평가·분석·가공, 설계 및 조형, 시뮬레이션 및 생산 관리를 연결하는 에코 시스템 구축이 급선무다.

이번 전시회와 더불어 세미나도 열렸는데, 주제는 AM시장의 미래, 비즈니스, 표준화, 경제성, DfAM(적층제조특화디자인) 및 AM 산업 응용 등으로 3일에 걸쳐서 진행됐다.

▲ 바나듐 대신 철 합금으로 만든 3D프린팅용 타이타늄 합금은 분말 단가 하락에 기여할 전망이다.


전시회를 둘러보니 실제 산업에 적용된 사례가 주를 이뤘다. 또한 우리나라와 달리 중견기업 위주로 산업이 형성되고 있었으며 장비 위주가 아닌 양산품 개발 및 공정, 소재 개발 등이 전시됐다.

소재분야에서는 일본의 대표적인 철강 회사, 타이타늄 회사, 알루미늄 회사 등이 실제 산업에 응용 가능한 소재를 가지고 나온 것이 특징이다. 토호타이타늄과 토호테크가 타이타늄 분말 및 서비스를 전시했고, 니오븀 금속 응용을 위해 HS Starck社의 사업부를 인수하여, 분말 전시 및 응용 사례 발표를 진행했다.

기존 바나듐을 철 합금으로 대체한 타이타늄 분말이 발표됐는데 이는 단가를 크게 하락시킬 것으로 기대되며, 일반 구형 분말대신, 기계식 파쇄 분말을 활용한 3D프린팅 기법도 소개가 되었다.

▲ 일본경금속은 EBM, DED 방식 금속 3D프린팅용 알루미늄과 스캠알로이 분말을 선보였다.


EBM(전자빔) 장비용 분말은 혼합 형식으로 발표되었고, SLM(선택적레이저소결) 방식은 기존 분말을 잘 분급하고, 효율적으로 섞어서, 분말의 유동성 및 물성을 확보를 한 것이 특징이다. 이 방식의 경우는 분말 단가를 현저하게 낮출 수가 있다. 도호테크는 반도체 산업 등에 활용이 되는 고품질의 분말과 나노분말을 전세계적으로 수출하는 회사로 유명하다.


금속 분말 단가하락 기술·수요 대기업과 부품제조 활발 인상적

韓 적층제조 설계·생산기술과 日 고급소재 시너지로 수출 모색

▲ 용접으로 제작된 타이타늄 임펠러. K-AMUG는 적층제조로 제작하는 공정을 개발할 계획이다.


이번 전시회에 K-AMUG 협회와 사업상 함께 온 업체의 경우, 일본의 업체와 해외 협력을 위한 기술 교류를 진행했다. 용접 방식으로 제작된 화학 공장의 펌프에 들어가는 고가의 타이타늄 임펠러는 내식성이 요구된다. 이 임펠러를 비구형 타이타늄 및 스테인레스 3D프린팅 분말로 적층제조하는 공정개발을 협회를 통해 진행 중인데, 우선 적층제조한 임펠러에 대한 물성 테스트를 진행하고 현대중공업 납품 등록이 된 메탈쓰리디㈜와 품질제어 기술을 협의하는 등 진전이 있었다.

일본 경금속은 스칸듐을 활용한 스캠알로이(Scalmalloy) 고강도 알루미늄과 응용사례를 발표하였다. 이 제품은 에어버스의 자회사인 APWorks 에 납품이 되어 항공기 부품 제작에 활용되고 있다.

▲ 알루미늄으로 제작한 8기통 엔진 블록, 유럽과 일본에서는 엔진 제작시 활용해 개발 기간을 크게 단축시키고 있다.


회사는 8기통 자동차의 엔진 블록을 빠른 시간내에 적층제조해서 자동차 엔진 개발에 활용이 되는 사례를 발표했다. 우리나라의 현대자동차 등도 이제는 2주 이내에 납품이 가능한 적층제조 기술을 활용해야 한다. 일본과 유럽에서는 일반적으로 사용이 되고 있는 반면 국내에서는 자동차 분야에 알루미늄 응용 기술이 개발 되었으나 아직도 활용되지 못해 예전 주조를 하던 방식에서 벗어나지 못하면서 시제품 기술개발에 많은 시간을 허비하고 있는 것이 아쉽다.

적층제조는 자동차 분야 중 타이어 금형에 가장 활발히 적용되고 있는데 프랑스 미쉐린은 물론 국내 타이어 회사에서도 응용연구가 진행 중이다. 우리나라는 아직 전체 타이어 금형 보다는 부분에 적층제조가 적용되고 있고 국내 공정업체 중심으로 연구 개발이 추진 중이다.

▲ 동금속산업㈜이 스캠 알로이 소재로 적층제조한 고강도 부품(左)과 알루미늄 소재로 만든 고온 고강도의 엔진 매니폴더


우리나라의 포스코와 같은 대기업인 니폰스틸이 적층제조 금속분말 사업에 진출해 결과물을 내고 있는 것도 눈에 띄었다. 공정 서비스도 대기업과 공조를 통해 활발히 진행되고 있다. 일본 백동, MTC, 고이와이, NTT 등이 대기업과 공동으로 DfAM 설계 및 제작을 통해 부품을 활발히 적층제조하면서 기술력이 향상됐다.

일본 중소기업의 경우는 3D프린팅 장비 도입시에 50% 이상 정부 지원 및 융자를 받아, 거의 부담이 없이 장비를 구입할 수가 있고, 많은 소재 업체가 공동으로 소재를 개발하여, 사용하는 사례가 많았다. 특히 일본경제통산성(METI)이 자국내 3D프린팅 기술개발 및 시장 활성화를 위해 산학연과 함께 조직한 3D프린팅기술연구조합(TRAFAM)을 통해 진행한 500억대 프로젝트가 거의 끝나면서 많은 결과물이 오고 있다.

▲ 고이와이 등은 주조 틀을 만드는 3D프린터로 수량이 적은 부품을 제작하고 있다.


또한, 일본에서는 민간 촉진 협의회도 운영 중인데 K-AMUG는 공동으로 3D프린팅 부품을 개발하는 것을 추후 진행하기로 했다. 이제 우리도 국산 장비, 공정 기술, 품질 관리 기술을 중심으로 수출에 나서야 할 때다.

장비 분야에서는 소수이지만 일본 기업이 기존 기술을 넘어서 작은 사이즈, 정밀한 부품 생산이 가능한 제품을 선보였는데 니콘사의 소형 DED 금속 3D프린터, 미마키의 컬러 3D프린터 등이 대표적이다.

▲ 니콘은 정밀 DED 3D프린터와 제작 부품을 전시했다.


우리나라에서는 울산을 중심으로 일부 공정 업체를 중심으로 산업체에 응용이 시작되고 있고 새로운 분말 소재를 사용한 부품이 개발되고 있다. 이러한 상황에 니폰 스틸, 토호 타이타늄 등 일본의 대기업이 적층제조시장에 진출한 것은 매우 고무적이다. 울산은 품질 제어가 가능한 적층제조 생산기술을 보유하고 있기 때문에 일본과 협력이 활발해진다면 화학, 자동차, 중공업 등에서 많은 부품이 적층제조될 것이다.

특히 고급 금속소재의 개발이 빠른 일본과의 협력은 시너지를 낼 것이다. 적층제조를 통한 산업용 부품생산시대를 맞아 우리나라는 일본에서 소재를 공급받고 이를 가지고 적층제조 부품 설계 및 생산을 진행해 일본 등 세계시장에 공급한다면 경쟁력을 가질 수 있다. 일본은 한국의 금속 3D프린팅 기술에 호의적임을 이번에 확인할 수 있었고 이를 기회삼아 협력을 확대해 나가야 할 것이다.


▲ 적층제조된 골프 퍼터는 실제 판매가 되고 있다.


▲ DfAM을 통한 라티스 구조를 적용해 금속 부품을 경량화한 사례


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