▲ 강민철 3D프린팅연구조합 상임이사(사진 中)가 ‘금속적층제조에 미치는 기계적 성질 및 미세구조에 미치는 분말의 재사용’을 주제발표 하고 있다.

금속 적층제조(3D프린팅)가 가격 경쟁력을 갖추기 위해서는 값비싼 금속분말을 효과적으로 재사용할 수 있도록 사용지침을 마련하고 새로운 수요처 발굴이 필수적이라는 의견이 제시됐다.

3D프린팅연구조합과 한국건설생활환경시험연구원(KCL)은 지난 13일 경기도 성남시에 위치한 스타트업캠퍼스에서 ‘적층제조용 금속소재 및 부품에 대한 품질 조사·분석 워크숍’을 개최했다.

이번 워크숍은 산업용으로 사용되는 금속분말의 기계적 성능 요구사항과 관련된 연구 자료조사와 적층제조로 제조된 시편 또는 제품과의 비교를 통한 향후 표준마련 방안을 국내 기업들과 공유하기 위해 열렸다.

이날 박경호 KCL 책임의 ‘3D프린팅 소재 상용화 품질평가 체계 구축사업’ 소개를 시작으로, 품질평가 체계 구축사업의 일환으로 ‘적층제조용 금속소재 및 부품에 대한 품질 조사·분석’을 위탁받아 연구용역을 추진 중인 3D프린팅연구조합의 강민철 상임이사가 ‘금속적층제조에 미치는 기계적 성질 및 미세구조에 미치는 분말의 재사용’을 발표했다.

3D프린팅 산업이 활성화되고 있지만 국제표준이 소수여서 국내 관련 기업들은 자사가 개발한 3D프린팅 장비, 소재, 출력물에 대한 성능을 객관적으로 평가하기 어려운 상황이다. 이는 국내 시장 활성화는 물론 해외진출에 걸림돌이 되고 있다.

KCL은 KEA, 대전TP와 함께 지난 2015년 7월1일부터 3년간 총 사업비 19억6천만원을 투입해 ‘3D프린팅 장비·소재·출력물의 성능 및 품질 평가 체계 개발’ 과제를 수행했다. 이를 통해 장비 7종(FDM, Polyjet, SLA, DMLS, DMT, SLS, 3DP), 장비 별 대표 소재 11종(ABS, PLA, TPU, 스테인리스, 인코넬 등), 출력물 21종(자동차 및 전자부품, 개인용품 및 기기부품 등)에 대한 품질평가 방법에 대한 가이드라인을 개발 완료했다.

이어 KCL은 울산TP가 주관을 맡아 2019년부터 2022년까지 추진 중인 ‘3D프린팅 소재 상용화 품질평가 체계 구축사업(기반구축)’에 참여해 3D프린팅 소재 품질평가 가이드라인 및 기준을 개발 중이다. 구체적으로는 자동차, 조선 등에 적용되는 3D프린팅 금속(니켈, 크롬, 타이타늄, 스테인리스 계열) 및 고분자 소재(필라멘트, 액상수지)를 물리, 화학, 기계적으로 평가할 수 있는 규격 12건과 품질 요구기준 12건을 개발하는 것이 목표다.

박경호 KCL 책임은 “현재 미국 안전인증 시험기관(UL)은 고분자 필라멘트 적층시 발생하는 초미세먼지에 대한 환경·유해성 평가방법을 마련해 인증을 추진함에 따라 향후 5년내에 미국에 3D프린터를 수출시 진입장벽이 될 가능성이 높다”며 “우리 기업들이 품질 평가와 표준의 중요성을 인식하고 제대로 대응할 수 있도록 수집한 데이터를 공개하는 자리를 마련하겠다”고 밝혔다.

금속 3D프린팅의 활성화를 위해 극복해야할 선결조건 중 하나가 바로 비싼 분말가격이다. 현재 금속 3D프린팅 기술의 대부분은 레이저를 조사하는 PBF와 DED 방식으로, PBF 방식의 경우 10~45㎛(마이크로미터) 크기의 구형분말이, DED 방식의 경우 45~150㎛ 크기의 구형분말이 사용된다. 이러한 스펙을 맞춰야 하는데다 소량 생산이기 때문에 잉곳 등 원소재에 비해 20∼30배나 비쌌지만 최근엔 원하는 분말 사이즈에 대한 회수율을 높이고, 생산캐파 확보 등을 통해 가격이 낮아지고 있는 추세다.

그러나 여전히 일반 금속분말 대비 비싸기 때문에 많은 업체들이 3D프린팅 후 남은 분말을 재사용하고 있다. 분말 재사용이 늘어날 수록 분말내 산소가 급격히 증가하면서 출력물의 강도 및 연신율(파괴 인성)이 감소하기 때문에 이를 극복하기 위한 방안을 찾는 것이 중요하다. 분말재사용에 따른 연신율 감소를 방지하기 위한 방법으로는 열처리(풀림), 기계가공에 의한 표면조도 향상 등이 있다.

그러나 Ti64 등 타이타늄 합금의 경우 재사용시 연신율 감소에 지대한 영향을 미치기 때문에 재사용 문제는 신중한 판단이 요구된다.

강민철 3D프린팅연구조합 상임이사는 “적층제조의 가격경쟁력 확보를 위해서는 분말재사용의 올바른 사용지침이 준비돼야 한다”며 “우주항공부품을 적층하고 남은 타이타늄 분말을 지그 등 저부가 제품에 활용한다든가 분말 생산시 스펙을 벗어난 것들을 타 용도로 활용할 수 있는 수요처를 발굴하는 것이 필수적”이라고 밝혔다.