▲ 스타코 정현국 소장이 발표한 금속 적층제조 공정별 요구 품질관리시스템

금속 적층제조(3D프린팅) 기술이 대형화·고속화 되면서 시제품 제작을 벗어나 생산 장비로 자리매김하고 있다. 코로나 팬데믹을 계기로 적층제조가 글로벌 공급망 불안을 해소할 생산기술로 거듭나고 있는 가운데 지속 가능한 발전을 위해 적층제조로 양산된 제품에 대한 품질관리 및 인증에 대한 중요성을 공유하는 자리가 마련됐다.

국내 3D프린팅 및 바이오메디컬 S/W 전문 솔루션 기업 ㈜퓨전테크놀로지(대표 김인명)는 지난 18일 'ASTM(미국 재료시험협회) 국제 적층제조 우수성 센터(AM CoE)' 및 3D융합산업협회(3DFIA)와 공동 주최로 '적층제조 생산 지속성을 위한 표준 및 품질인증 지원 컨설팅' 웨비나를 개최했다.

이날 80여명의 산학연 관계자들이 참석한 가운데 △㈜스타코 정현국 연구소장 △한국생산기술연구원 이협 수석연구원 △경북대학교 첨단정보통신융합산업기술원 김영철 센터장 등이 국내외 항공우주, 의료 등에서의 금속 적층제조 생산 장비를 활용한 부품 제조 및 품질관리 등에 관한 사례를 발표했다. 또한 ASTM AM CoE의 Andy Lu 매니저가 금속 적층제조 생산 기술 및 부품 제작 공정과 제작 부품에서 필수적으로 갖춰야 할 ASTM F42 관련 표준화 및 인증 관련 컨설팅과 자문 프로그램을 소개했다.

적층제조는 디자인 변경이 자유롭고 복잡한 형상도 제작이 가능하다는 장점을 가지고 있어 우주항공, 의료 등 여러 산업에 적용되며 공정혁신 기술로 자리매김하고 있다. 적층제조는 기존의 전통적 제조기술과 비교시 그 역사가 짧고 생산제조 공정에서 제작 제품의 품질에 영향을 줄 수 있는 다양한 변수들이 있기 때문에 생산기술로 자리매김하기 위해서는 제조기술과 생산된 제품에 대한 표준화 및 인증 등이 필수적이다. 의료산업과 관련한 경우에는 검증까지 요구되고 있는 실정이다.

특히 선진국에서는 적층제조 산업을 새로운 공정기술로 발전시켜 산업화하고자 관련 기술 및 생산 제품에 대한 표준화, 규제, 승인, 인증, 허가 등 일련의 과정을 선점하려 노력 중이다. 대표적인 기구로 국제표준화기구 적층제조 기술위원회(ISO/TC 261)와 미국 재료시험협회 적층제조위원회(ASTM F42)는 표준 공동개발 등 국제표준화 협력체계를 구축·운영하고 있다.

우리나라에서도 산업통상자원부 국가기술표준원, 3D융합산업협회(3DFIA), 항공우주산학융합원 주관으로 지난해 9월 인천 송도에서 국내외 ISO/TC 261 및 ASTM 42 멤버 100여명이 참석한 가운데 제22차 ISO/TC 261 총회를 개최하고 금속 3D프린팅 제품의 내구성 시험보다 간소하게 평가할 수 있는 압입시험을 적용한 국제표준안을 신규 제안하는 등 글로벌 표준을 주도하기 위해 노력하고 있다.

이번 웨비나를 3D융합산업협회(3DFIA, 회장 박청원)와 공동으로 기획한 김인명 대표는, 본 웨비나 주제 강연자의 발표에 앞서 최근 급속히 발전하고 있는 금속 적층제조 기술의 발전사를 간단히 확인하면서 금속 적층제조 기술의 성공적 정착을 위한 제조생산기술로써의 '생산 안정 지속성'에 대한 필요성을 언급했다.

그는 “글로벌 제조업계에서는 안정적인 생산기술로 적층제조를 주목하고 적용을 확대하고 있는데 적층제조의 지속 발전을 위해선 관련 산업 표준 및 품질관리가 반드시 뒷받침돼야 하기 때문에 국내외 관련 전문가들과 중요성을 인식하고 실제 사례를 공유하는 자리를 마련했다”고 밝혔다.

우주항공·방산 등을 중심으로 금속 적층제조 서비스를 제공하고 있는 ㈜스타코의 정현국 연구소장은 이날 '금속 적층제조 양산화를 위한 품질관리 공정개발'을 주제로 적층제조특화설계(DfAM)-제작-후공정-품질검사로 이어지는 금속 적층제조 전체 프로세스에서 부품 서포트 설계가 잘못되면 장비 파손으로 이어지는 경우도 있어 부품 제작시 문제점을 사전에 파악하는 것이 중요하다고 강조하면서, 우주항공 산업분야에서의 금속 적층제조기술을 이용한 생산활동의 ‘EN 9100:2018’, ‘ISO 9001:2015’ 등 여러 인증 자격을 확보하고 있음을 소개했다.

또한 금속 적층제조 부품 계약시 이에 따라 요구하는 제작 규정을 준수하고 적합성을 충족해야 하는데 ㈜스타코의 전체 공정 품질인증을 위해 크게 4단계로 △소재 △장비 △공정 △최종 부품 등 품질관리 계획서 작성이 필수적으로 진행하고 있슴을 발표하면서, 일례로 소재 재활용 및 보관, 장비의 레이저 파워 및 가스 공급, 파라미터 등에 대해 매년 주기적으로 관리해야 한다고 강조했다.

정현국 소장은 “적층제조 부품의 품질은 부품의 기하학적·구조적 특성을 반복적으로 감지하고 정량화하는 검사 방법에 크게 좌우된다”며 “이에 검증된 전략 수립 및 업계 표준에 부합하는 품질 시스템을 확보해야 한다”고 제언했다.

▲ 한국생산기술연구원 이협 수석연구원이 DED 기술에 대해 소개했다.

한국생산기술연구원 시흥센터에 위치한 3D프린팅적층제조혁신센터는 다양한 금속 적층제조 기술의 장비를 활용해 적층제조를 통한 부품생산 지원과 적층제조 요소기술 개발을 활발히 추진 중이다. 이협 생기원 수석연구원은 항공·조선, 방산 부품들의 DED 적층기술 활용에 대하여 발표하면서, 대형 부품 생산뿐 아니라 노후화 혹은 결함부위의 수리를 요하는 부품의 복원 생산분야에서 주목받고 있는 DED(Direct Energy Deposit) 금속 적층제조 기술의 활용 사례들을 소개했다.

▲ 경북대학교 김영철 센터장이 의료분야에서의 품질인증과 검증의 필요성을 발표했다.

금속 적층제조로 약 3만개에 달하는 인체삽입형 의료기기를 양산해 온 경북대학교 첨단정보통신융합산업기술원의 김영철 의료융합기술센터장은 '3D프린팅 의료기기 품질관리 사례' 주제발표를 통해 의료기기는 생명과 직결되기 때문에 효과, 안정성, 연속성에 대한 엄격한 품질관리가 의무화되는 대표적인 규제산업이라고 밝혔다.

특히 의료기기 융복합화 및 디지털화로 인해 규제는 더욱 강화되는 추세이며, 의료기기 품질관리에서는 생산체계, 제품에 대한 허가를 동시에 만족해야 함의 중요성을 피력하였다.

이와 같은 품질인증과 관리를 위해 센터는 적층제조시 장비와 관계되는 IQ(Installation Qualification)-OQ(Operation)-PQ(Performance)의 중요성과 더불어 적층제조 원료인 금속 분말의 관리와 재사용 분말의 사용을 위해 200회 이상 검사를 통해 기준을 충족함을 입증하기도 했다.

김영철 센터장은 “국내에서 의료기기 사업화를 위해선 품질관리 기준 충족 후 제조단가를 맞추는 것이 매우 중요하기 때문에 생산성 향상을 위해 많은 노력을 기울였다”며 “다공성 구조가 적용된 정형외과용 임플란트 제품인 ‘추간체유합보형재’를 6단으로 쌓아 한 번에 1,320개를 생산할 수 있는 공정을 확보했다”고 밝혔다.

▲ ASTM AM CoE의 인증관련 교육프로그램 및 국내 3D융합산업협회와의 활동 소개

'ASTM(미국 재료시험협회) 국제 적층제조 우수성 센터(AM CoE)'의 Mr. Andy Lu 매너저는 ASTM AM CoE의 소개와 함께 금속 적층제조 기술의 제조생산공정에서 요구되는 각종 품질관리, 인증에 대한 소개를 했다.

ASTM은 다양한 물질·제품·제품 시스템·서비스를 위한 기술 국제 표준을 개발하고 출판하는 국제 표준화 기관으로서, 기관내 ASTM F42 조직은 AM(적층제조)기술에 대해 최근 ISO/TC 261 조직과 함께 활동하고 있다.

ASTM AM CoE에서는 교육o컨설팅 지원 프로그램으로써, △적층제조 전문 인증 교육프로그램 △ 공정별 엔지니어 업무수행 인증 프로그램 △프로젝트 수행을 위한 심화 교육 프로그램 △사례별 교육지원을 위한 e-교육프로그램 들에 대한 소개와 함께, 금속 적층제조 기술 및 장비를 활용한 제조사들에 대한 인증 지원 교육 등을 수행하고 있다.

특히 대한민국에 대한 금속 적층제조 기술 및 장비 활용과 관계한 표준 및 인증과 관련한 활동도활발하다. 지난 2018년도부터 3D융합산업협회(3DFIA)와 함께 국내 3D프린팅전시회에 참여했으며 2023년에 인천에서 개최된 ASTM F42·ISO/TC 261 조직위원들의 국제 회의까지 공동으로 주관한 바 있다.

이번 웨비나는 이제까지 적층제조 기술 및 장비 활용이 디자인 검증과 시제품 제작의 단계에 머물렀던 시기를 넘어, 제조생산의 중요 축으로 성장함과 동시에 그 활용성이 커지고 기술이 성숙하는 과정에서, 적층제조 기술과 장비 그리고 제작 부품들에 요구되는 철저한 생산 안정 지속성(Sustainability)의 표준과 인증을 마련하고 적용해야 성공적 활용에 이를 수 있음을 확인하는 계기가 됐다.

이날 웨비나 참석자들은 적층제조의 ESG 기여, 방산 분야에서의 데이터 축적 및 공유, 시편 테스트에 필요한 비용 등 다양한 질문을 던지는 등 수준 높은 웨비나가 됐다는 평가다.