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“금속 적층제조 부품 양산 성공, 설계·장비·소재·공정 전략 세워야” - 항공우주 금속 적층제조 포럼 성료, GE Additive社 품질인증 사례 관심 집중 - 항공우주산학융합원, 금속 적층제조 부품 산업화 위한 품질체계 표준 제정 …
  • 기사등록 2022-10-05 16:34:17
  • 수정 2022-10-06 12:23:44
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▲ GE Additive의 Ted Anderson 산업화 리더가 발표하고 있다.


항공우주 분야에서 경량화, 효율 향상, 공급망 단순화 등에 유리한 금속 적층제조(3D프린팅) 기술을 활용해 부품 양산이 확대되고 있는 가운데 설계·장비·소재·후공정 등 주요 공정을 어떻게 운영할 것인지 전략을 세우고 관계자들이 참여하는 통합적인 품질관리 체계를 구축하는 것이 중요하다는 의견이 나왔다.


항공우주산학융합원(원장 유창경)은 지난 9월27일 항공우주산학융합원 내 인천공항홀에서 ‘2022 항공우주 금속적층제조 산업화 포럼(2022 Aerospace Additive Manufacturing Industrialization Forum)을 개최했다고 밝혔다. 이날 포럼에는 금속 적층제조를 사용하는 산학연 관계자 100여명이 참석했다.


이번 포럼에서 항공우주산학융합원은 국내 금속 적층제조 공정을 활용하는 우주·항공 업계 관계자들을 대상으로 장비·소재·공정·부품에 적용되는 국제 표준 규격에 대한 소개와 함께, 부품의 산업화를 위한 품질 인증 방향과 절차에 관해 소개했다.


특히, GE9X 엔진 내 적용되는 금속적층제조 부품인 TiAl 블레이드(Blade), LEAP 연료 노즐(Fuel Nozzle)을 포함해, T700, Catalyst 엔진 Gearbox 등 다양한 프로젝트에 참여한 경력이 있는 GE Additive사의 Ted Anderson 산업화 리더를 초청해 금속적층제조 부품의 품질 규격 적용 및 인증 사례를 소개하고, 기업들이 평소 궁금했던 사항을 중심으로 심도 있는 문답시간을 가졌다.


GE Additive는 지난 2016년 LEAP 엔진에 사용되는 호두 크기만하고 내부 구조가 복잡한 연료 노즐을 금속 적층제조로 양산하는데 성공했다. 이는 금속 적층제조가 양산공정으로 주목받게 된 기념비적인 첫 사례다. 기존 20개의 복잡한 부품 용접으로 제작하던 것을 DfAM(적층제조특화설계)을 통해 하나로 통합함으로써 무게는 25% 줄었고 강도는 5배 향상했다. 또한 절삭가공 등에서 발생하는 폐기물을 기존대비 90% 줄일 수 있어 지속가능한 기술이기도 하다. GE Additive는 GE9X 엔진의 300개 부품을 금속 적층제조로 제작하는 등 적용을 확대 중이다. 시장조사기관에 따르면 항공우주 금속 적층제조 부품 시장은 2018년 기준으로 2023년까지 연평균 22% 성장해 33억달러 시장으로 성장할 전망이다.


Ted Anderson 산업화 리더는 “연료 노즐을 금속 적층제조로 제작하는 비용은 기존 공정보다 비싸지만 경량화 및 열효율 효과가 높아짐에 따라 고객들이 이를 감수하고 있다”며 “적층제조를 비용 관점으로만 접근하면 안되고 새로운 부가가치 창출과 고수익이 가능한 점을 고려해야 한다”고 강조했다.


항공우주 부품을 금속 적층제조로 양산해 공급하려면 설계, 장비, 소재, 공정, 부품, 인증 등 전과정에 걸쳐 적격성 평가가 이뤄져야 한다. GE Additive는 처음에 연료 노즐을 금속 적층제조로 부품화해 공급하는데 7년이나 걸렸으며 이러한 경험을 바탕으로 그 다음 적층제조 부품인 브라켓은 10개월로 단축됐다. 동일한 품질의 부품 양산을 위해선 균일한 장비, 소재, 공정을 보장할 수 있도록 까다로운 관리가 필수다. 일례로 인증과 적격성 평가가 끝난 장비를 다른 곳에 옮긴다면 다시 평가절차를 밟아야할 정도다.


Ted Anderson 산업화 리더는 금속 적층제조 업체들이 일반적으로 어떤 부품을 만들 것인가, 즉 결과물에만 관심을 가지는데 결과물에 직접적인 영향을 미치는 설계·장비·소재·공정 등 전체 시스템을 면밀히 고려해야한다고 제언했다. 직접 또는 외주로 어느 범위까지 생산할 것인가, 어떤 공정 파라미터가 핵심인가, 노하우를 어떻게 근로자에게 교육시킬 것인가를 충분히 생각해야한다.


특히 부품 품질관리를 위해선 설계·장비·소재·공정 등 시스템에 관여하는 관계자들이 모두가 협의해야 한다고 밝혔다. 또한 금속 적층제조 품질, 비용, 생산시간 등을 모두 만족할 수 있는 방법은 없으며 숙련된 파트너를 찾는 것이 중요하다고 밝혔다.


항공우주산학융합원은 이번 포럼을 시작으로 지속적으로 금속 적층제조 산업화 관련 포럼을 개최할 예정이다. 또한, 우주·항공 부품 금속적층제조 공정 적용 및 품질 체계를 확립을 통한 산업 발전 가속화를 위해 표준 제정에 앞장설 예정이다.


이번 품질 규격 표준화를 위해 연구를 진행한 항공우주산학융합원 관계자는 “항공우주 부품 금속적층제조 공정 적용 및 부품 산업화를 위한 해외 다양한 규격들이 존재하는데, 이를 우리나라 실정에 맞도록 표준을 제정하는 연구가 필요하다”며 “단순히 부품 적용 시도 차원에서의 연구가 아닌, 명확한 프로세스를 통해 인증을 받을 수 있는 발판을 마련하기 위한 연구를 진행하고 있으며, 앞으로 기업들이 적층제조로 생산한 부품을 국가기관에서 인증받기까지의 그 중간 과정에서 다양한 협력 채널을 통해 지원을 드릴 수 있을 것”이라고 밝혔다.


유창경 항공우주산학융합원 원장은 “해외에서는 금속적층제조를 비행체 및 발사체, 여러 산업에 적용하고 있지만 우리나라는 신뢰성 문제로 적용이 미미한 상황”이라며 “융합원이 앞장서서 관련된 표준과 규격 제정을 통해 인증 기반을 마련함으로써 금속 적층제조 산업 발전에 이바지할 수 있을 것”이라고 밝혔다.


한편, 항공우주산학융합원은 2016년 산업통상자원부의 산학융합지구 사업을 기반으로 인천시, 인하대학교와 공동으로 설립한 비영리 사단법인이다. 2018년부터 GE와 적층제조 분야 글로벌 협력관계를 구축하기 시작하여, 2019년부터는 AddWorks™ 교육 커리큘럼을 국내 최초로 엔지니어 전문인력 양성에 도입한 바 있다.

현재 GE Additive 사의 금속3D프린터 M2와 Spectra H를 도입, 운영하고 있다. 항공우주분야 금속 적층제조 산업 진흥 및 선도를 위하여 △인천시, ‘항공우주부품 및 소재공정 연구개발’, △산업부, ‘항공우주 전문인력 양성사업’, △과기부 ‘미래우주교육센터’, △고용부 ‘3D 제조공정 지원 사업’ 등의 사업을 기반으로 연구개발, 기업지원, 인력양성 업무를 수행하고 있다.

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