▲ 메탈 AM 사용자 데이 참석자들이 한국생산기술연구원 시흥 3D프린팅 제조 혁신센터에서 기념촬영에 응하고 있다.

금속 3D프린팅 사용자 입장에서 양산 공정에 필요한 노하우와 기술을 공유하는 자리가 마련됐다.

세계적인 3D프린팅 소프트웨어기업 머티리얼라이즈(Materialise)는 10일 한국생산기술연구원 시흥 3D프린팅 제조 혁신센터(센터장 손용)에서 ‘메탈 AM(적층제조) 사용자 데이’를 개최했다.

이번 행사는 세계적으로 금속 적층제조로 만들어진 부품 수요가 늘고 있는 상황에서 국내에서 금속 3D프린팅으로 부품 생산하고 있는 주요 사용자들의 경험과 노하우를 공유함으로써 제조 경쟁력을 향상시키고 금속 3D프린팅 활용도를 높일 수 있는 인사이트를 제공하기 위해 마련됐다.

이날 손용 생기원 3D프린팅 제조혁신사업단장의 인사말을 시작으로 △Co-am 플랫폼(권순효 머티리얼라이즈 팀장) △실패 없는 빌드를 위한 서포트 및 배치 전략(최재준 현대차 연구원) △금속 3D프린팅 제작 지원 사례와 서포트 최적화를 통한 공정개선(정명휘 경상국립대 3D프린팅 경남센터 책임) △3D프린팅 의료기기 생산성 향상을 위한 연구(김윤호 경북대 IACT 의료융합기술센터 선임) △8년차 엔지니어가 말하는 메탈 AM 접근 방법(박기철 엠쓰리파트너스 부장) 등이 발표됐다.

금속 3D프린팅을 성공하기 위해선 사전에 최종 부품을 지지하는 서포트를 적절한 위치에 배치하는 것이 중요하다. 서포트가 어떻게 생성되느냐에 따라 값비싼 금속 분말 사용량, 잔존 분말 회수율, 제조 안정성, 공정 시간 등이 달라지기 때문이다. 특히 3D프린팅으로 양산을 하기 위해선 공정상 필수적이면서 시간과 비용이 많이 소요되는 후공정을 간략해야 하기 때문에 서포트를 최대한 필요한 부분에만 부품과의 접점을 최소화해 설치해 나중에 제거가 쉽도록 하는 것이 중요하다.

경상국립대 3D프린팅 경남센터는 머티리얼라이즈의 자동최적화 서포트 생성 소프트웨어인 ‘머티리얼라이즈 e-stage for Metal’을 활용해 연소기 헤드 부품의 서포트 형상을 에펠탑처럼 뾰족하게 만들어 잔존 분말을 거의 대부분 회수했으며 서포트도 최소화해 공정을 개선하는 효과를 거뒀다.

지난 2015년 금속 3D프린터를 처음 도입해 활발히 출력서비스 사업을 추진 중인 엠쓰리파트너스는 금속 3D프린팅을 제대로 활용하기 위해선 소재, 레이저 파라미터, 사전교육, 후처리 등을 중점적으로 고려해야 한다고 강조했다. 한 개 소재로 제대로 된 부품을 생산하는데 있어 필요한 레이저 파라미터를 확보하는데만 최소 6개월에서 2년이 소요된다. 변수가 서포터, 레이저 파워 및 각도 등 240개가 넘기 때문이다.

엠쓰리파트너스에서는 각 수요처가 요구하는 소재와 부품에 맞는 레이저 파라미터를 확보하는 과정에서 30개가 넘는 노하우를 축적했다. 박기철 엠쓰리파트너스 부장은 “수요자 요구에 맞는 부품을 생산하기 위해선 파라미터 각 변수가 어떤 역할을 하는지를 파악하고 이를 조절할 수 있는 능력을 갖춰야하기 때문에 엔지니어의 의지와 회사의 지속적인 지원이 중요하다”고 강조했다.

▲ 머티리얼라이즈 메탈 AM 사용자 데이에서 강연자들과 패널토론이 진행됐다.

이날 주제발표 이후 강연자들이 모두 참석한 가운데 열린 패널토론에서는 참석자들의 사전질문 중 가장 많이 나온 내용을 주제로 토론이 진행됐다.

현재 실제 생산 현장에서의 3D프린팅 활용도가 궁금하다는 질문에 대해 최재준 현대차 연구원은 “시작차를 만드는 부서에서는 비싼 금형 대신 3D프린팅을 사용하는 것이 활성화돼 1~2달 3D프린터 운영 스케쥴이 꽉 차 있을 정도”라고 밝혔다. 김윤호 경북대 IACT 의료융합기술센터 선임은 “의료분야 금속 3D프린팅의 경우 타 산업대비 강도를 덜 요구하고 고부가제품이라 활성화돼 있다”며 “또한 정해진 규격이 있기 때문에 인증만 받으면 바로 사업화가 가능하기 때문에 정형외과를 중심으로 시장이 지속 성장하고 있다”고 밝혔다.

경제성을 고려한 적층제조 상용화 방법에 대한 질문에 최재준 연구원은 “자동차 업계에서 부품 양산은 최소 수천에서 1만대에 대응해야하기 때문에 이를 3D프린팅 공정으로 모두 대체하기는 쉽지 않다”며 “기존 부품을 대체하는 것이 아닌 적층제조로만 할 수 있는 통합 부품을 개발하는 것이 나은 전략”이라고 제언했다.

정명휘 경상국립대 3D프린팅 경남센터 책임도 “항공우주분야에서는 수많은 테스트와 인증이 필요하기 때문에 3D프린팅 부품 인증 비용이 많이 소요된다”며 “절삭가공용 도면을 가지고 3D프린팅으로 부품을 제작하면 경제성이 없기 때문에 DfAM(적층제조특화설계)이 필요하며 역설계로 단종부품을 만드는 용도로는 3D프린팅이 경쟁력이 있다”고 밝혔다.

머티리얼라이즈는 제조업계의 적층제조 생산 공정을 보다 효율적으로 관리하기 위한 오픈 소프트웨어 플랫폼인 ‘CO-AM’을 최근 선보였다. CO-AM은 클라우드 기반으로 제조업체가 모든 AM 공정에 있어 계획, 관리, 최적화할 수 있는 소프트웨어를 제공한다. 또한 생산 데이터도 제공해 제조업체가 AM 공정을 지속적으로 모니터링하고 개선할 수 있도록 돕는다.

권순효 머티리얼라이즈 팀장은 “금속 3D프린팅 기술이 국내에 도입된지 오래됐지만 사용자들은 제대로 활용하고 생산성을 높이는 방법을 찾는데 있어 고민이 크다”며 “머티리얼라이즈는 30여년간 실제 3D프린터를 운영한 경험을 바탕으로 제조업계가 필요로 하는 3D프린팅 양산에 최적화된 소프트웨어를 제공하는 한편 국내외 선진 사례를 공유하는데 적극 나서겠다”고 밝혔다.

한편 이날 3D프린팅으로 각종 산업에 필요한 부품과 공정을 개발해 중소·중견 기업에 기술을 이전하고 있는 생기원 시흥 3D프린팅 제조혁신센터를 견학하는 시간도 마련됐다.

센터는 국방, 우주, 원자력, 자동차 부품을 중심으로 하는 다양한 특수부품 제작을 위한 3D프린팅 공정기술 연구를 추진 중이다. 이를 위해 3D프린팅 부품 평가를 위한 고온·저온 환경모사 피로시험기, 잔류응력 측정기 등 총 11종의 장비를 확보했으며 최근에는 초내열합금(Inconel 718)과 경량합금(Al 2139) 부품을 적층할 수 있는 금속 3D프린터도 추가 구축했다.

▲ 손용 생기원 3D프린팅 제조혁신사업단장이 인사말을 하고 있다.