▲ 금속3D프린팅을 이용한 신발 금형의 신속 제조 기술 및 분석, 시제품 테스트

한국재료연구원이 금속 3D프린팅 기술지원을 통해 제조기업의 금형 제조 시간을 단축하고 사업화를 앞당기는데 성공했다.

한국재료연구원이 소재·부품·장비 기술자립을 위해 노력한 기술지원 R&BD를 통한 기술사업화 성과를 11일 발표했다.

지난 수년 동안 적층제조(3D프린팅) 기술이 국내외에서 주목을 끌어왔다. 최근 4차 산업혁명으로 제조 산업의 변화가 요구되고 있는 가운데 적층 제조 기술이 시제품 제작에서 산업 제조 부품 신속제조로 그 영역이 확산되면서 0.1㎜급의 3차원 복잡 형상의 정밀 패턴 제작에 대한 수요가 급속도로 증가하고 있다.

특히 패션 산업 분야에서는 패스트 패션(Fast Fashion)을 활용한 제품 제작과 배송 시간의 획기적 개선이 요구되고 있다. 타이어 제조 산업에서는 타이어에 새겨진 가는 홈인 사이프(SIPE)를 중심으로 복잡한 형상을 가진 소형 부품 중심의 금속 적층 제조를 필요로 하고 있다. 또한 플라스틱 사출 산업에서는 복잡 정밀 형상 제품 출력을 위한 샘플 금형 제작에 그 수요가 급증하고 있다.

재료연은 국내 신발금형 기업인 (주)창신정밀, 항도공업(주) 등의 요구사항을 우선적으로 청취하는데 주력했다. 그 결과 △신속 제조(금형 제작 납기의 획기적 단축, 제조 비용의 절감 및 고속 대응) △신소재 & 신기술(소재의 다양화 대응 전략 필요, 고부가가치 산업으로의 전환) △필요 환경(탄소중립 소재 및 공정 개발, 제조 환경 개선 등)에 있어서 기업들의 수요가 일치하고 있음을 확인했다.

재료연은 신발 제조에 있어 요구되는 중창(Midsole)의 몰드 고속제조 DfAM(3D프린팅특화설계) 및 제작에 착수했다. 그 결과 금형 제조 시간 단축에 성공했으며 신규 아이디어(Prebuild-plate)를 통해 생산 시간 단축과 후처리 공정을 단순화했다.

또한 적층 제조 중 발생하는 결함을 분석해 이의 데이터화 및 향후 제조 방법 개선에 적극 활용할 예정이다. 뿐만 아니라 구두창(Outsole) 제작에 있어 정밀 격자 구조 출력의 애로점과 외벽 두께로 인한 금형제작 시간 단축의 어려움 해결에도 꾸준히 노력하고 있다.

재료연 이정환 원장은 “3D프린팅 기술은 기존 다품종 소량 생산에 적합한 기술적 특징을 보여주고 있어 최근에는 이를 이용한 대량생산 기반의 출력물 생산이 본격화되고 있다”며 “재료연은 현재 보유한 금속 3D프린팅 장비를 이용한 신속 제조기술을 신발 및 타이어 제조 산업에 적용해 기존 약 1개월 이상 소요되던 금형 제작 납기를 1주일 정도로 단축해 산업현장이 필요로 하는 기술을 개발 및 전달하는데 계속해서 주력할 계획이다”라고 말했다.