▲ 김태열 NIPA 정보통신산업본부장이 개회사를 하고 있다.

적층제조(3D프린팅)가 시제품 제작을 넘어 부품 양산 수준으로 발전하고 있는 가운데 이를 활성화하기 위해선 전후방 기술 확보와 함께 관련 소재 등 표준 규격 마련이 시급하다고 전문가들이 입을 모았다.

정보통신산업진흥원(NIPA), 3D프린팅연구조합, ㈜자이브솔루션즈는 지난 12일 양재 엘타워 그레이스홀에서 ‘2022년 글로벌 적층제조 심화기술 컨퍼런스’를 개최했다.

이번 행사는 적층제조가 세계적으로 부품 양산 기술로 발전하고 있는 가운데 세계 적층제조 선진 기업들의 실제 활용 사례와 소재 및 장비 관련 최신기술, 양산을 위한 적층제조 공정사례를 공유하고 산학연 네트워크를 강화하고자 마련됐다. 특히 보안 문제로 공개되지 않았던 항공우주, 국방, 자동차 선행연구에 관련된 내용이 발표돼 150명에 달하는 참석자가 참여했다.

가스터빈 발전 분야에서는 단종 및 조달애로 부품 적기 수급과 함께 형상가공이 어려운 고온부품 및 고기능 혁신부품 확보를 위해 적층제조를 적극 도입하고 있다. 지멘스는 지난 2017년 세계 최초로 가스터빈 블레이드를 니켈 초합금 소재로 적층제조하고 실증하는데 성공한바 있으며 GE도 금속 3D프린터 업체 컨셉레이저 인수를 계기로 공격적으로 적층제조를 확대하고 있다.

국내외 발전플랜트 정비 서비스를 제공 중인 한전KPS도 2018년부터 발전사와 함께 수요부품 국산화를 위한 적층제조 기술개발을 추진 중이며 2020년부터는 연소기 핵심부품 적층제조 제작 공정기술 개발에 나서고 있다.

장용훈 한전KPS 선임은 ‘가스터빈 발전분야 적층제조 사례 및 신뢰성 평가 방안’ 주제발표를 통해 국내 가스터빈 발전분야 적층제조 기술은 현장적용 타당성 분석 및 일부 실증이 진행 중인 수준이나 앞으로 전력공급 안정화 차원에서 적층제조 도입을 확대하기 위해 ASME, ASTM 등 국제표준과 국내 KEPIC(전력산업기술기준) 표준을 기반으로 제작 및 평가가 진행돼야 한다고 밝혔다.

현재 국제표준의 경우 적층제조로 제작된 시험편, 금속 적층제조부품 기계적 물성평가 가이드 등 5건이 개발됐으며 적층제조 금속분말 특성화 방법, 산업용 적층제조 현장 요구사항 등 14건의 표준이 개발 중이다. KEPIC에서도 3D프린팅 특별위원회 및 산하 워크 그룹이 신설돼 내년부터 전력산업분야 적층제조 부품 적용을 위한 표준 발행 확대 및 원자력·비원자력 3D프린팅 표준체계 구축 등을 본격 추진할 예정이다.

장용훈 선임은 “적층제조분야에서 주요 소재 중심으로 국제표준을 참조해 표준이 개발되고 있으나 향후엔 국내 산업에 적합한 표준 개발과 국제표준 기반 현지화를 위해 밸류체인 구성원들의 협업이 필요하다”고 제언했다.

세계적인 탄소중립 요구에 따라 자동차 업계 배출가스 규제가 날로 강화되고 있지만 기존 내연기관으로는 대응이 불가능하기 때문에 전기차, 수소차 등 친환경차로 전환이 가속화되고 있다. 그런데 무거운 배터리를 탑재해야하는 전기차의 경우 경량화가 필수적이며 모터 효율 증대를 위해선 신개념의 헤어핀 코일이 필요하기 때문에 적층제조가 신기술로 주목받고 있다.

미래모빌리티(UAM)에서도 에너지 효율 증대를 위한 우수 경량소재와 충격흡수 셀룰러 구조 등이 요구되고 있으며, 로보틱스에서는 주요 부품 경량화를 위한 소재 및 복잡 형상구현과 유압을 대체하는 소형 고출력 모터 개발을 위해 적층제조가 필요하다.

이에 자동차, 항공, 로보틱스 등을 전략사업으로 적극 육성 중인 현대차에서는 각 사업별로 필요한 3D프린팅 기술개발에 박차를 가하고 있다. 현대차의 3D프린팅 재료 기술 개발 현황과 전략산업(자동차/항공/로보틱스) 대응을 위한 연구 계획을 발표한 조영철 현대차 책임은 자동차 가변기구, 내장 디자인 부품 등에 바인더 젯(BJ) 방식 적층제조 기술을 적용 중이며 이밖에도 SLM, WAAM 등 다양한 적층제조 기술 관련 설계, 재료, 공정기술 등을 개발하고 있다고 밝혔다.

조영철 책임은 적층제조로 자동차 부품을 양산하기 위해선 손익분기점 확보를 위해 차체 기준으로 최대 5천대 이상 달성 후 양산 검토가 가능하며 열처리, 표면처리, 체결기술 등 관련 전후방 기술을 확보해야한다고 강조했다. UAM의 경우 극한환경을 고려해 HIP(열간등방성형)과 같은 후공정 연구가 필요하다. 자동차, UAM, 로보틱스에서 수요가 확대되고 있는 모터 부품을 적층제조로 제작하기 위해선 Fe, Al, Ti 등 신합금 개발도 요구되고 있다.

조영철 책임은 “UAM 및 로보틱스의 경우 현재 적층제조 소재 관련 DB 구축이나 표준화가 미비해 인증을 고려한 전통 항공 금속재료 DB 구축 및 표준화 위원회 활동이 필요하다”며 “또한 모터 부품의 적층제조 적용 확대를 위해 관련 소재, 설계, 해석, 평가, 부품 통합 제작 등 요소기술 확보를 위한 정부 R&D 과제 지원이 필요하다”고 제언했다.

홍문근 한국항공우주연구원 책임은 ‘적층제조 기술을 활용한 액체로켓엔진용 밸브 하우징 개발’ 주제발표를 통해 적층제조로 개발 중인 산화제 밸브 하우징을 소개했다. 항공우주 분야에서 사용되는 합금은 가격이 비싸 절삭가공 시 버려지는 소재 가격이 만만치 않은데다 소량 생산이다 보니 주조 공정은 경제성이 떨어진다. 이에 소량 맞춤 생산에 유리하면서 DfAM(적층제조특화설계)을 통해 경량화가 가능한 적층제조기술의 활용도가 높아지고 있다.

항우연은 적층제조로 산화제 밸브 하우징을 제작하기 위해 부품일체화와 내부 유로 형상 변경, 위상최적화, 서포트 설계, 설계 검증을 진행했고 후처리로 부위 형상 곡선화 및 보강 작업을 했다. 그 결과 기존 공정대비 무게를 20% 감량했고 강도도 개선하는 효과를 거뒀다. 또한 In718, AlSi10Mg 등 다양한 소재로 적층제조를 시도하고 있다.

▲ 윤두훈 자이브솔루션즈 대표가 산학연과 표준화에 대한 고민을 함께 하겠다고 말하고 있다.

이날 윤두훈 자이브솔루션즈 대표는 “이번 세미나를 통해 적층제조가 양산기술로 발전하기 위해선 소재, 후공정 등 적층제조 관련 표준 규격 마련이 반드시 필요하다는 것을 공감하는 자리가 됐다”며 “적층제조 소재, 장비, 후공정 등 토털솔루션을 제공하고 있는 자이브솔루션즈도 앞으로 산학연과 표준화에 대한 고민을 함께 하겠다”고 밝혔다.

김태열 NIPA 정보통신산업본부장은 개회사를 통해 “코로나19로 기술 교류가 활발하지 못했던 지난 2년간 적층제조 기술은 실증 및 양산 검토가 가능한 수준으로 발전하며 핵심 공정으로 빠르게 자리를 잡아가고 있다”며 “디지털 제조의 핵심기술로 진화한 적층제조 기술의 활성화를 위해 비즈니스 모델을 발굴하고 기업의 매출로 이어질 수 있도록 관련 사업을 적극 지원하겠다”고 말했다.

한편 이번 세미나와 함께 자이브솔루션즈, 링크솔루션, 스트라타시스, EOS 등이 부스를 마련해 최신 적층제조 제품과 기술을 소개했다.