[인더스트리뉴스 김관모 기자] 2018년 7월 윈포시스의 자회사로 설립된 금속 3D 프린팅 전문업체 메탈쓰리디는 국내 최초 양산형 금속 3D 프린터의 자체 개발을 비롯해 3D 프린팅 스마트팩토리 설립 등 3D 프린팅 산업의 새로운 지평을 열고 있다. 메탈쓰리디는 중공업, 조선, 국방기관은 물론 H 중공업 등 대기업과 협력을 통해 금속 3D 프린팅 부품을 납품하고 있다. 그동안 금속 3D 프린팅의 가장 큰 문제였던 물성의 한계를 뛰어넘으면서 메탈쓰리디는 양질의 금속 부품을 3D 프린팅으로 구현할 수 있는 기술력을 확보하고 창의적이며 차별성 있는 성과를 도출하고 있다. 메탈쓰리디 주승환 CTO는 “울산에서 대량생산을 위한 3D 프린팅 제조 시스템 스마트팩토리를 구축 중”이라며, “한국 금속 프린팅은 시제품 제작 등에 머물던 한계를 뛰어넘고 있다”고 강조했다.

메탈쓰리디 주승환 CTO는 금속 3D 프린팅을 양산형 제조공정에 도입하는데 혁혁한 공을 세웠다. [사진=인더스트리뉴스]

PBF의 적층기술과 품질관리 솔루션으로 완벽한 금속 부품 제조

메탈쓰리디는 2018년부터 2년여 간의 개발 끝에 250×250×250mm 사이즈의 ‘MetalSys 250’에 이어서, 500×330×330mm 사이즈의 듀얼레이저를 갖춘 ‘MetalSys 500’을 개발해, 지난 8월 울산에 있는 대기업 H사에 대량 샌산시스템으로 구축했다. 타이타늄과 알루미늄, 인코넬, 구리, 코발트크롬 합금 등 다양한 소재들의 물성 검증도 완료된 상태다.

메탈쓰리디가 사용하는 금속 3D 프린팅 기술은 PBF(Poweder Ved Fusion) 방식이다. 이 기술은 금속 분말을 한층씩 적층한 뒤 레이저로 용융해 결합시키고 다시 적층을 반복하는것이다. 이 방식을 취할 경우 공정이 간단하고 정확하며 별도의 절삭을 요구하지 않아서 기존 절삭 가공 방식보다 80% 정도의 재료비 절감이 가능하다. 또한 다양한 아이디어 제품을 한 번에 빠른 방법으로 제작할 수 있다. 특히 메탈쓰리즈의 듀얼 레이저 오버랩 기술은 레이저를 사용할 때 나타나는 경계면을 최소화해 최고의 품질을 보장한다.

하지만 처음 금속 3D 프린팅 기술을 개발할 때만 해도 메탈쓰리디는 수많은 난관에 부딪혔다. 어렵게 성형된 금속 부품의 품질이 들쑥날쑥했으며 물성이 갖춰지지 않아서 쉽게 깨지는 경우가 많았기 때문이다. 현장에서 프린팅 가공을 진행하다보면 공정률이 떨어지는 경우가 허다했다. 주승환 CTO는 “그동안 금속 3D 프린팅 연구는 실질적인 생산보다는 연구 위주의 성형이 주를 이뤘기 때문에 기계공학으로 보는 시각이 강했다”며, “이에 금속공학 전문가들을 포진해 개발을 해온 결과 성공을 거둘 수 있었다”고 말했다. 또한, “그동안 전체 공정을 대상으로 하는 게 아니라 부분 공장만으로 3D 금속 프린팅을 개발해왔기 때문에 국내에서는 발전하기 어려웠다”며, “일본처럼 정부가 장비나 실질적인 양산 장비 지원하는 노력도 필요하다”고 전했다.

아울러 MetalSys 시리즈를 지원하는 품질관리 소프트웨어도 제공하면서 메탈쓰리디는 완벽한 품질의 금속 부품을 가공하는 솔루션을 선보이게 됐다. 이 소프트웨어는 레이저로 금속을 녹이고 붙이는 과정을 하나하나 기록할 수 있어서 품질를 꼼꼼하게 체크할 수 있다. 또한 이 프린터는 국내외 시중에 나와 있는 프린터 소재들은 거의 다 사용할 수 있다.

왼쪽부터 MetalSys 250과 MetalSys 500 [사진=메탈쓰리디]

양산 품질 관리시스템으로 작업환경 개선과 품질 보증 가능

또한, 메탈쓰리디는 3D 프린팅 솔루션은 ‘양산 품질 관리시스템’이다. 메탈쓰리디는 X-Ray 검사 시스템으로 금속 부품을 검사할 경우 품질이 저하되는 문제점을 감안해 ‘Metalsys-MPT(Melting Pool Tomogrphy)’를 개발했다. 이 솔루션은 적층 가공물을 공정에 진행하는 동안 계속 모니터링해서 금속 적층물의 공정을 검사하고, 최종 결과물에 대해 품질을 보증할 수 있게 됐다.

또한, ‘Metalsys-Medica’에 적용된 금속 3D 프린터는 SLM 방식의 ‘MetalsysE’ 시리즈로 의료 전용 장비에 맞게 윈포시스 고유의 기술인 진공 챔버 기술이 적용됐다. 이 장비로 고진공에서 타이타늄을 가공할 수 있으며, 레이저의 오동작 방지 모듈 내장 및 챔버의 폭발 방지 장치도 적용돼 있어 작업자와 작업환경의 안전성을 보증하고 있다.

특히 분말이력관리 시스템, 공정 및 품질관리 시스템, 진공 챔버 기술 등을 탑재하고 있으며, 분말관리 시스템 ‘Metalsys-Powder’로 고순도의 정밀 구형분말을 사용해 분말의 이력 관리는 물론, 품질 저하 문제도 해결했다.

현재, 메탈쓰리디는 품질 관리시스템 패키지를 중공업 부품, 산업용 부품, 광대뼈, 턱뼈 등 얼굴과 치과 등 타이타늄 임플란트 제작사를 중심으로 영업에 박차를 가하고 있으며, 메탈쓰리디는 양산 품질 관리시스템 3D 프린팅 기술을 이용해 부품을 제작하고 있다.

MetalSys MPT의 개요 [자료=메탈쓰리디]

안정적인 대량생산시스템 업그레이드로 국내외 제조 시장 공략

메탈쓰리디는 고객사에서 제작하고자 하는 제품을 양산 시스템 기술로 공정을 최적화하는 한편, 기계적 물성을 만족하는 제품 제작 서비스를 진행했다. 이에 따라 금속 3D 프린터 운용법과 공정 개발 지원해 국내 중공업체 D사에 납품했다.

또한, 코넥스에 상장된 의료기기 전문업체인 휴벨셀과 3D 프린터 및 적층 제품에 대한 제조(OEM 생산방식)와 공급에 대한 전략적 제휴 협약 계약을 체결했으며, 협약 업체인 휴벡셀을 통해 미육군사관학교와 납품 계약을 완료했다.

또한, 메탈쓰리디는 윈포시스와 공동 개발한 품질관리시스템 MPT System은 Add-On 방식으로 국내외 장비에 모두 설치가 가능하다. 이에 선진기술의 도입, 보급 및 중소 기업에 대한 기술지원을 중심으로 연구하는 고등기술연구원의 OR Laser의 금속 3D 프린터에 메탈쓰리디의 MPT System 기술과 고등기술연구원의 하드웨어 기술을 공동 협력해, 난이도 있는 기술을 성공시키기도 했다. 아울러 이러한 기술 개발을 바탕으로 판매까지 진행하며, 금속 3D 프린팅의 다양한 연구 분야에 있어 기술 경쟁력을 확보하고 있다.

한편, 메탈쓰리디는 금속 3D 프린터를 활용한 다양한 양산 체제를 발굴하고 ‘Metalsys 800’ 개발도 추진하는 등 ‘영남권 3D 프린팅 대응전략 기지를 수립할 계획이다. 주 CTO는 “세계적으로 중공업부터 자동차까지 적층제조를 통한 부품 생산이 시작이 되는 시기”라며, “국내에서도 이처럼 금속 3D 프린팅을 통한 양산 시스템이 공급됐다는 점을 큰 의미를 지니게 될 것”이라고 기대했다.

[김관모 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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