국방 3D프린팅 본격 확대, 내년 3D프린터 34대 추가 구축

국방 3D프린팅 본격 확대, 내년 3D프린터 34대 추가 구축 - 단종·수급애로 부품 제작 활발, 3년간 1만3천여점 부품 생산 - ULTEM 등 고강도 폴리머 부품 확대, 부품 보수용 DED 3D프린팅 각광

기사등록 2022-10-12 09:40:31
수정 2023-05-15 16:06:17

▲ ‘제1회 국방분야 3D프린팅 활용사례 경진대회’에서 최고상인 국방부 장관상을 수상한 해군 2수리창 조성진 주무관의 ‘3D프린터를 활용한 함정용 모터 냉각팬 제작’ 사례. 3D프린팅으로 함정에 필요한 다양한 형상의 모터 냉각팬을 신속하게 제작·공급함으로써 군 작전능력 향상에 기여하게 됐다.

우리나라 국방분야에서 단종·수급애로 부품 제작을 위해 3D프린팅이 활발히 사용되고 있는 것으로 나타났다. 고강도 폴리머 부품 제작에서부터 부품 보수용 금속 3D프린팅까지 적용이 빠르게 확대되고 있어 관련 장비 구축도 크게 늘어날 전망이다.

3D융합산업협회(3DFIA)는 지난 4일 코엑스 308호 세미나실에서 ‘제1회 국방분야 3D프린팅 활용사례 경진대회 시상식 및 3D프린팅 세미나’를 개최했다. 국방부, 한국전자정보통신산업진흥회(KEA), 3D융합산업협회(3DFIA), 한국생산기술연구원(KITECH)이 공동으로 개최한 이날 행사에는 박청원 3DFIA 회장, 이낙규 KITECH 원장, 김용흡 국방부 장비관리과장 등이 참석했다.

이날 첨단과학기술 기반 ‘국방혁신 4.0’ 구현을 위한 스마트 군수혁신의 가속화에 필요한 핵심기술 중 하나인 3D프린팅 기술이 국방분야에 어떻게 활용되고 있는지를 알리고자 경진대회 수상자의 발표와 함께 국방부 3D프린팅 발전계획이 발표됐다.

국방 분야에서는 무기와 장비를 30~50년간 사용할 수밖에 없는 경우가 많아 단종 및 노후화된 부품을 적기에 조달하는데 상당한 어려움을 겪고 있다. 부품 종류도 다양한데다 무엇보다 부품 하나만 수리하고 싶어도 모듈 단위로 판매하기 때문에 해외에서 부품을 조달하기 위한 비용은 눈덩이처럼 불어난다. 더욱이 단종된 모델에 대한 부품은 구할 수도 없으므로 정비창 현장에서 전문가들이 판금, 기계 가공, 주조 및 용접 등 기술들을 활용해 어렵게 대응하고 있는 것이 현실이다.

이에 우리 군에서는 소량으로 원하는 형상의 부품을 빠르게 제작할 수 있는 3D프린팅을 효율적인 무기 관리 솔루션으로 주목하고 활용도를 높이고 있다. 이를 확대하고자 산업통상자원부와 국방부는 지난 2017년 12월 MOU를 체결한 후 한국생산기술연구원 3D프린팅 제조혁신센터를 중심으로 3D프린팅 도입이 가능한 노후·단종·해외조달 부품에 대한 선정 작업부터 제작 및 교육 지원에 본격 나섰다.

현재 국방 분야에서 가장 많이 활용되고 있는 3D프린팅 기술은 MEX(재료압출)다. 장비가격이 저렴하면서 사용하기 가장 편리하기 때문이다. 이번 경진대회에서 해군 2수리창의 조성진 주무관은 MEX 방식 3D프린터를 활용해 함정용 모터 냉각팬을 제작해 국방부 장관상을 수상했다.

해군 함정에는 청수, 해수, 공기압축기 등 다양한 펌프가 사용되고 있어 펌프를 구동하는 모터의 발열 방지를 위해 냉각팬이 필수로 설치돼 있다. 그런데 냉각팬 고장시 별도로 구매할 수 없고 모터와 함께 구매하는 어려움이 있었으며 그렇다고 금형을 제작해 사출방식으로 제작하자니 종류가 많아 시간과 비용에 한계가 있었다. 조성진 주무관은 파손된 냉각팬을 역설계해 3D프린팅으로 제작하면서 다양한 형상의 모터 냉각팬을 신속하게 제작·공급함으로써 군 작전능력 향상에 기여하게 됐다.

▲ 전투기에도 ULTEM, ABS 등 폴리머 소재로 3D프린팅한 부품이 탑재되고 있다.

또한 극한 환경에 자주 노출되는 군의 특성에 맞춰 ULTEM, ABS 등 고강도 폴리머 소재 활용도가 높아지고 있다. 일례로 공군에서는 전투기의 공기 공급 도관 연결 부품을 조달하는데 162만원의 비용과 2개월이 넘는 기간이 소요됐으나 이를 ULTEM 소재로 3D프린팅하면 12만원에 단 3시간에 조달이 가능하다. 전투기 잔류 연료가스 배출을 차단시키는 외부물질 방지마개의 경우 단품 구매가 불가능해 조달이 어려웠지만 ABS 소재로 만들어 즉각 조달이 가능해졌다.

국방 분야에서는 파손된 금속 부품을 DED 3D프린팅을 통해 보수함으로써 시간과 비용을 크게 절감하고 있다. 일례로 함포 하우징 회전장치의 경우 기존에 조달하려면 약 3억원의 비용과 120일의 기간이 소요됐지만 DED 3D프린팅으로 100만원에 단 7일이 걸리는데 그쳤다. 해수펌프 임펠러의 경우 파손되는 부품이 많아 신품으로 교체하는데 상당한 애로가 발생했지만 DED 3D프린팅을 통해 즉각 대응이 가능해졌고 비용도 기존대비 1/5 수준으로 낮췄다.

▲ 군에서는 파손된 금속 부품을 DED 3D프린팅을 통해 보수함으로써 시간과 비용을 크게 절감하고 있다.

이처럼 국방부는 지난 3년간(‘19~’21년) 3D프린터를 활용해 1만3천여 점의 부품을 생산해 약 21억원에 달하는 예산을 절감한 것으로 나타났다.

국방부는 3D프린팅 기술이 육·해·공 정비창 등에 확산되도록 산업용 3D프린터 구축을 확대하고 로드맵도 마련한 것으로 알려지고 있다. 이날 김용흡 국방부 장비관리과장은 “현재 육·해·공 정비창에서 운영 중인 산업용 3D프린터는 11대로 올해 20대가 추가되고 내년에는 34대를 추가 확보할 계획이며 또한 국방 3D프린팅 교육과정도 확대할 예정”이라고 밝혔다.

현재 정비창에 3D프린팅 공정기술을 적극 지원하고 있는 한국생산기술연구원 3D프린팅 제조혁신센터는 3D프린팅으로 발칸포 내부에 장착돼 배선과 전자기부품을 보호하는 부품인 ‘하우징 조절팬(Housing, Control pan)’에 대한 국방규격을 마련한 바 있으며 앞으로도 지속 발굴할 계획이다. 부품 조달이 깐깐한 국방 분야에서 인정을 받게 되면 다른 산업에서의 3D프린팅 적용도 활발해지는 순효과가 있을 것으로 기대된다.

손용 한국생산기술연구원 3D프린팅 제조혁신사업단장은 “지속적인 교육과 협력을 통해 군에서의 3D프린팅 기술에 관한 이해도 및 신뢰가 향상되면서 폴리머에서부터 금속까지 활용사례가 많아지고 있다”며 “국방 분야 부품 조달시장에서 3D프린팅 기업들의 참여가 활발해질 수 있도록 품질인증체계를 만들고 교육을 확대하는 등 다각적인 지원을 다하겠다”고 밝혔다.

강승철 3D융합산업협회 사무국장은 “이번 ‘제1회 국방분야 3D프린팅 활용사례 경진대회’를 시작으로 국방 분야 3D프린팅 기술 적용 사례를 공유하고자 매해 한국전자전에서 국방 3D프린팅 경진대회를 개최하는 한편 3D프린팅 관련 기업들과의 네트워크 장을 마련할 계획”이라고 설명했다.

한편 이번 국방분야 3D프린팅 활용사례 경진대회 행사는 유튜브( www.youtube.com/watch?v=SgziMovz_eA)를 통해서 확인할 수 있다.