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적층제조의 베스트 프랙티스 위한 도전만이 3D 프린팅의 미래 만든다
생산기술연구원 3D프린팅제조혁신센터 손용 센터장… 28종의 장비 구비, 연간 300여건의 기술지원

[인더스트리뉴스 김관모 기자] 한국에서 적층가공 기술이 도입된 것은 1993년대였다. 당시 카이스트 양동열 기계공학과 교수는 쾌속제품개발(Rapid Prototyping, RP)이라는 이름의 기술을 한국에 처음 소개했고, 연구팀을 꾸려서 연구를 시작했다. 하지만 당시만 해도 대부분의 기술들이 특허에 묶여있던 때였으며, RP 기술을 배우거나 접하기도 어려운 시기였다. 결국 2010년대가 넘어서까지 한국의 3D 프린팅 기술은 정체될 수밖에 없었다. 하지만 당시 양 교수의 연구팀에서 활동했던 연구진들은 포기하지 않고 국내 3D 프린팅의 발전을 위해 고군분투하고 있다. 생산기술연구원 3D프린팅제조혁신센터에서 3D 프린팅과 생산 공정을 연계하는 업무를 맡고 있는 손용 센터장 역시 이런 이들 중 하나다. 현재 우리나라 3D 프린팅 산업은 어디까지 와있을까? 손 센터장을 만나 직접 이야기를 들어봤다.

한국생산기술연구원 3D프린팅제조혁신센터 연구를 도맡고 있는 손용 센터장(왼쪽)과 이협 선임연구원(오른쪽) [사진=인더스트리뉴스]

3D 프린팅제조혁신센터의 역할과 그간의 성과는?

해외의 경우 3D 프린팅 기술이 연구돼 온 지는 30여 년이 넘었지만, 국내의 경우 지난 2013년 미국 오바마 대통령이 미래 제조업의 핵심기술로 강조하면서 최근에서야 대학, 연구소, 테크노파크 등에서 관련된 기초 연구 및 교육, 시제품제작 용도로 3D 프린팅 장비를 활용하고 있지만, 생산 공정까지 연계하기에는 기술적으로 부족한 상황이었다. 이에 산업통상자원부(이하 산업부)는 3D 프린팅 공정을 하나의 체계적인 생산 공정으로 발전시키고자 소재부품산업 거점기관 지원사업의 목적으로 3D 프린팅 기술기반 제조혁신지원센터 구축사업을 2014년 7월부터 2020년 6월까지 추진했다. 이를 통해 3D 프린팅 공정을 활용해 국내산업에서 필요로 하는 각종 산업 부품개발을 위해 형상설계, 3D 프린팅, 후처리 등 전주기적 기술을 확보해 3D 프린팅 기술을 활용하고자 하는 기업에 제공하고 있다.

이를 위해 센터는 3D 스캐너 및 산업용 3D 프린터, 후처리 장비 등 28종의 장비를 구축한 상태다. 우리 센터의 강점은 3D 프린팅에 특화된 전문인력이 시흥센터에만 20명으로 구성돼 있다는 점이다. 한해 평균 300여건의 기술상담 및 시제품 제작 지원을 수행했으며, 국내에서 필요로 하는 국방, 발전, 자동차, 항공우주 등 단종부품이나 복잡한 부품 제작을 위해 3D 프린팅 제조기술을 지원하고 있다.

3D프린팅제조혁신센터에 갖춰진 산업용 3D 프린터 장비들. 센터는 약 28종의 장비들을 갖추고 있다. [사진=인더스트리뉴스]
3D프린팅제조혁신센터에 갖춰진 산업용 3D 프린터 장비들. 센터는 약 28종의 장비들을 갖추고 있다. [사진=인더스트리뉴스]

센터가 최근 중점에 두고 있는 활동은?

3D 프린팅 기술만으로 사용 가능한 부품을 완성한다는 것은 불가능하다. 그래서 해당 부품에 맞는 전·후방 공정도 같이 개발해 연계해서 지원하고 있다. 기업들이 3D 프린팅을 도입해보고자 하면 센터는 소재·형상·기능성 등 3D 프린팅 제조 타당성 분석한 후 적합한 3D 프린팅 장비·소재를 선택해 현장 사용자와의 설계 협의를 통해 제작을 시작한다. 이후 후공정을 거쳐 완성된 부품에 대한 평가 및 성능 검증까지 제공하고 있다. 3D 프린팅이 시제품제작 수준을 넘어 부품 제조기술 단계로 도약하기 위해서는 3D 프린팅 공정에 맞는 품질 검증이 핵심이며 센터가 앞으로 중요시할 포인트다.

3D 프린팅과 제조기술을 융합한 성공사례를 소개한다면?

국방 분야에서는 무기와 장비를 30~50년간 사용할 수밖에 없는 경우가 많아 단종 및 노후화된 부품을 적기에 확보하는데 상당한 어려움을 겪고 있다. 개인적으로 공군 제작 특기 정비병으로 30개월 병역의무를 수행하면서, 1960년대에 도입된 F-4 팬텀과 1980년대에 도입된 F-5 제공호 전투기를 수리하게 돼 부품조달에 대한 현장의 애로사항을 너무나 잘 알고 있었다. 무기체계 및 관련된 장비는 종류도 다양하며, 무엇보다 부품 하나만 수리하고 싶어도 모듈 단위로 판매하기 때문에 해외조달 부품에 대한 비용은 눈덩이처럼 불어난다. 더욱이 단종된 모델에 대한 부품은 구할 수도 없으므로 정비창 현장에서 전문가들의 기술을 바탕으로 판금, 기계 가공, 주조 및 용접 등의 기술을 활용해 고생하면서 대응하고 있는 것이 현실이다.

따라서 정비창 전문가들이 기존 제조기술만을 활용할 것이 아니라, 맞춤형 소량 생산에 적합한 3D 프린팅 제조기술도 같이 활용하게 된다면 그 노고를 줄일 수 있다. 이에 산업부 및 국방부와의 회의를 통해 2017년 12월 MOU를 체결한 후 3D 프린팅 도입이 가능한 노후·단종·해외조달 부품에 대한 선정 작업부터 정비창 현장 분들과 같이 시작했다. 그러면서 기존 제조기술로 제작하기 어렵고, 3D 프린팅 제조 이후에도 현장평가가 가능한 부품을 우선 찾아 나섰다. 그 결과 10종에 대한 수요를 시작으로 3D 프린팅 제조기술을 개발하고 있으며, 2020년 2년에는 3D 프린팅 된 발칸포 내부에 장착돼 배선과 전자기부품을 보호하는 부품인 ‘하우징 조절팬(Housing, Control pan)’에 대한 국방규격까지 마련하게 됐다.

이 부품은 그간 알루미늄 합금 주조와 용접을 통해 생산됐는데 매번 정비창에서 제작하기 곤란했고, 해당 모델에 맞는 형상도 다양하며 필요 수량도 20~50개에 불과해 3D 프린팅으로 적용하기에 좋은 부품이었다. 해당 부품에 대한 3D 프린팅 제조기술 확보 및 운영평가를 바탕으로 국방규격이 마련됨에 따라 해당 부품에 대해서는 기존 주조 공정만이 아닌 3D 프린팅 공정도 활용해 생산·공급할 수 있게 돼 3D 프린팅 부품시장 확대에 이바지할 전망이다.

3D프린팅제조혁신센터가 만든 금속 3D 프린팅 부품들 [사진=인더스트리뉴스]
3D프린팅제조혁신센터가 만든 메디컬용 3D 프린팅 부품들 [사진=인더스트리뉴스]

국내 3D 프린팅 산업의 발전이 여전히 더디다는 평가가 나오고 있다. 국내 3D 프린팅 산업이 지닌 과제는 무엇이며, 이를 극복하기 위해 필요한 점은 무엇이라고 생각하는지?

우리나라는 3D 프린팅 후발주자이나 정부 지원을 통해 단기간에 기술력을 확보함에 따라 관련 장비, 소재, 서비스 회사들이 빠르게 성장했다. 그러나 이렇다 할 적층제조 부품 상용화 사례가 없다 보니 투자가 이어지지 않고 전문인력도 모이지 않는 악순환이 발생하고 있다. 3D 프린터는 설계도만 있으면 누구나 똑같이 부품을 만들 수 있는 장비가 아니다.

3D 프린터는 사용 목적에 맞게 다양한 방식이 있으며, 같이 장비에서도 출력물 형상에 따라 공정조건도 미세하게 설정해주어야 하는 수고가 필요하다. 전문인력이 모여 있는 센터조차 금속 3D 프린팅을 위해 제작하고자 하는 형상 및 목적에 맞게 공정조건을 수정하고 있으며, 필요하면 외국에 나가 배우고 있다. 3D 프린팅 업계도 이런 노력을 게을리 하면 안 된다.

금속 3D 프린팅에 대한 관심도 높은데, 향후 전망과 과제는 무엇이라고 생각하는지?

금속3D 프린팅 기술은 해외의 경우 이미 금속부품을 제조할 수 있는 기술로 이미 자리를 잡았으며, 국내의 경우에도 지난 7월 2일 뿌리4.0 경쟁력 강화 마스터 플랜을 발표하면서 4차산업혁명 등 환경 변화에 대응하기 위한 14대 기술에 3D 프린팅 기술이 포함이 돼 하나의 제조기술로 인정받기 시작했다. 따라서 앞으로는 적층 제조특성에 맞는 국내 수요부품의 3D 프린팅 제조기술을 확보하고 적용사례를 늘려 나가는 것만이 3D 프린팅 산업을 키우는 길이며, 이러한 것을 위해서는 다양한 분야의 전문가들이 3D 프린팅 기술에 관한 관심 및 이해가 필요하다.

센터가 아모레퍼시픽과 공동으로 연구해 개발된 세계 최초 하이드로겔 마스크팩 3D 프린터와 마스크팩의 모습 [사진=인더스트리뉴스]

센터의 향후 계획과 비전은?

그동안의 노력으로 3D 프린팅 기술은 시제품 제작으로의 활용은 활발히 이루어지고 있으나 앞으로 산업현장에서 적극적으로 활용하기 위해서는 품질보증 이슈가 있다. 현재 국내에서는 기존 제조방식과 완전히 다른 3D 프린팅 제품의 신뢰성을 담보할 경험과 사례, 데이터가 없어 3D 프린팅으로 제작한 부품에 대한 파손의 우려로 국내 제조업 활용이 미미하다. 이를 해결하기 위해 센터에서는 그간 확보한 공정기술로 국내산업 수요부품 상용화를 위해 시제품제작 뿐만 아니라 시편단위 평가 및 부품단위 평가까지 지원할 수 있도록 노력하고자 한다.

앞으로는 센터는 ‘시편단위 평가 – 부품단위 평가 – 현장모사 평가’를 통해 관련된 데이터를 만들고 쌓아나가 현장에서의 3D 프린팅으로 제작된 부품에 대한 신뢰도를 높여 활용사례를 확대하고자 한다.

 

 

 

[김관모 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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