◇ 일본의 연구개발 현황

일본 자동차산업 및 제조업의 발전과 함께 장기간 축적된 판재가공 경험과 지식을 바탕으로 토요타·혼다 등 대형자동차사 및 NSC, JFE 스틸 등 주요 철강사들이 공조해 일반 프레스성형으로부터 하이드로포밍, 핫스탬핑 등의 핵심 가공기술을 꾸준히 발전시키고 있다. 특히, 서보프레스 장치의 보급 및 이를 사용한 정밀·고속 프레스성형연구가 활발하다. 이 외에도 Mg 및 Al 합금판재 등의 비철금속 온간성형분야 연구가 활성화돼 있다.

▲ 판재성형 - 일본 선도 연구기관.

◇ 독일의 연구개발 현황

일찍이 소성가공이론을 정립시킨 주요 국가로서 박판성형분야 기술경쟁력 확보를 위해 다수의 대학 및 연구소에 별도의 가공기술센터를 육성하고 있다. 또한 독일에 포진하고 있는 BMW, Audi, Volkswagen, 메르세데스벤츠 등의 주요 완성차 메이커들이 티센크루프 등의 대규모 철강회사들과 함께 판재성형분야 연구에 뛰어들어 시너지를 창출하고 있다. 이는 대학과 산업 간의 공동연구 인프라가 잘 조성돼 있어 신기술 개발에 좋은 환경을 보유하고 있기 때문이다. 독일은 경량 고강도 차체개발을 선도하고 있으며 이를 뒷받침할 TRB(Tailor Rolled Blank) 기술, 핫스탬핑 기술, 하이드로포밍기술 및 각 기술 간의 융복합공정인 TWB핫스탬핑, TWB하이드로포밍, 하이드로미케니컬 포밍 등의 신기술 개발과 적용이 활발하다.

▲ 판재성형 - 독일 선도 연구기관.

◇ 한국의 연구개발 현황

박판성형분야 신기술 개발이 산업계-학계 공동연구를 통해 활발히 이루어지고 있다. 특히, 일반 프레스 기술로는 가공이 어려운 난성형성 비철금속인 Mg 합금, Al 합금 판재의 공동연구가 활발하다. 국내 대형철강사를 중심으로 일반적인 고강도강 성형기술개발과 더불어 하이드로포밍, 핫스탬핑, TWB핫스탬핑 등의 공정, 금형기술이 연구되고 있다.

또한, 철강사와 자동차사의 공동개발이 활성화 돼 있다. 포스코의 경우 지엠 쉐보레와 함께 고강도강 부품을 개발해왔다. 철강-자동차 수직계열화 체제를 갖추게 된 현대기아자동차의 경우 그룹사간 공동연구체제를 통해 기술개발을 진행 중이다.

한편, 일본 등에 비해 상대적으로 뒤쳐져있던 정밀성형분야에서는 최근 포스코, 포스텍 철강대학원 등에 연구용 서보프레스장치가 도입됨에 따라 서보프레스를 통한 정밀성형 분야 연구기반이 점차 갖춰지고 있다.

▲ 판재성형 - 한국 선도 연구기관.

◇ 기술경쟁력분석

국내 상위 중견기업을 기준으로 했을 때 일반적인 프레스성형의 경우 선도국가인 일본·독일과 큰 격차는 없다. 그러나, 다수를 차지하는 중소업체의 기술력 및 전문 인력 부족 현상이 만성화돼 있다. 또한, 자동차산업, 가전 및 디스플레이 산업 등에 수직적으로 종속된 구조에서 오는 불리한 수익구조와 이로 인한 연구개발 투자 위축(독일 등의 업체는 대체로 수평적 구조)이 경쟁력 약화 요인으로 작용한다. 참고로 이들 수요산업분야에 대한 프레스산업의 의존도는 약 90%선인 것으로 추정된다.

신기술인 서보프레스 및 핫스탬핑의 경우 설비·공정·연구 활동 면에서 선진국 대비 상당한 기술격차를 보이고 있다. 자동차공업의 견인 하에 TWB, 하이드로포밍, 핫스탬핑 등의 경량화 부품 양산기술의 정착이 빠르게 진행돼 국산 경량화기술이 적용된 차량의 우수성이 해외시장에서 증명되고 있으나, 해당 기술에 대한 중국의 추격이 가속화 되고 있는 실정이다. 한편, 포스코에 이은 현대제철의 강판공급과 포스코의 마그네슘합금판 공급으로 인해 소재수급의 안정성이 높아진 것은 판재성형분야의 전반적인 경쟁력 향상요인으로 작용될 것으로 기대된다.

▲ 판재성형 - 기술격차 및 기술수준.

■ 산업 및 시장동향

우리나라의 판재성형분야 견인 산업인 자동차 산업의 경우 2011년 8월 기준, 현대기아자동차의 EU 판매량이 아시아메이커 1위를 기록하고 했다. 2011년 하반기 국내총생산대수는 2,219백만대, 수출은 1,453만대를 예상하고 있다. 이와 보조를 맞춰 자동차차체부품 프레스금형이 금형산업의 수출입을 주도하고 있으며, 주요 수출입국은 중국과 일본이다. 그러나 생산원가 절감을 위해 중국 등 인건비가 저렴한 신흥공업국가에서의 금형현지생산이 증대되고 있는 추세이다. 이는 완성차메이커의 중국현지생산 증가 때문이다.

■ 국내외 주요 기업의 생산 활동

국내 프레스성형의 대부분은 중소기업에서 수행하고 있으며 대체로 대기업에 종속되는 수직적 산업구조이다. 수요산업인 완성차업체로부터의 지속적인 단가압력으로 수익성에 제약이 따르고 있다. 근래 비용절감을 위한 글로벌소싱(Global Sourcing)이 본격화되면서 해외 완성차메이커에서의 국내부품조달 주문이 증가하고 있으며 이러한 수직적 구조는 유지될 것으로 보인다. 반면 완성차의 해외 현지생산에 발맞추어 동반수출 증대 효과가 있다. 특히 자동차경량화에 부합하는 특수 성형 분야인 TWB(Tailor Welded Blank) 제조, 하이드로포밍 및 핫스탬핑 분야는 중소기업 외에도 포스코, 현대하이스코 등의 대기업이 직접 진출해 대량생산체제를 구축한 바 있다.

국내 업체의 특수한 점으로는 원자재 가격변동의 영향에 둔감한 점을 들 수 있다. 이는 원자재(강판)의 대부분을 완성차업체로부터 직접 공급받기 때문이다. 예전에 비해 자동차 신규모델의 출시 간격이 짧아져 금형 신규 수요가 증가하고 있으나, 모델 간 차체의 공유(플랫폼 공용화) 노력으로 인해 신규 금형 수요증가율이 어느 정도 둔화되는 현상도 공존한다.
프레스성형시장을 주도하는 국내 업체로는 현대기아자동차, 삼성전자, LG전자를 위시해 서진산업, 화신, 성우하이텍, 아산성우하이텍, 오스템, 세원물산, 일지테크, 오토젠, 엠에스오토텍, 신영금속, 인지디스플레이 등이 있다.

▲ 판재성형 기술별 국내외 주요업체 및 생산품목.

■ 시장규모 및 전망

판재성형분야를 견인하는 프레스산업의 경우 공작기계적 측면에서의 프레스기계, 프레스금형 및 최종 프레스성형품을 제조하는 프레스가공 분야로 크게 나눌 수 있다.

프레스기계의 경우 시장규모의 추정치는 약 200억달러 규모로 평가되고 있다. 주요 수출국으로는 일본·독일·이태리·한국·대만 등이며 중국·인도·러시아·미국 등이 주요 수입국이다. 국내 업체는 현대로템·현대위아·심팩 등이 있으며, EU 업체는 Schuler·Weingarten·Fagor·Ravne 등이 있다. 일본에는 고마츠·아이다·아마다 그리고 대만의 친퐁·잉유 등의 업체가 있으며, 중국 업체로는 절강단압기계·양주단압기상집단·서주단압기계, 월드정기 등이 있다.

한편 국내 프레스금형산업의 경우 2009년 기준 거의 2조 원 규모의 시장을 형성하고 있다. 근래에 들어 급격한 성장세를 보이고 있으며 점차 전체 금형산업(프레스, 주조, 단조, 고분자, 분말야금, 유리 등)을 프레스금형부문이 주도하는 선진국형 구조로 이행해 가는 추세이다. 한국 자동차수출에 발맞춰 판재성형품의 시장 장악력은 확대될 전망이다. 국제 원자재 원가상승 및 유가상승으로 인한 철강 및 비철금속의 원료비 부담이 부정적인 요인으로 작용할 것으로 보인다.

중국의 경우 기술수준이 뒤처지나 가격경쟁력에서 우위를 점하고 있으며, 여타 산업계와 마찬가지로 점차 기술격차를 좁혀오고 있는 실정이다. 최근에는 바오산강철(Bao Steel)에서 중국에 진출한 합작자동차회사에 하이드로포밍과 핫스탬핑 부품을 납품할 목적으로 Shanghai Baosteel Hot Stamping Co., Ltd(연산 100만)와 Shanghai Baosteel Hydro-forming Parts Co., Ltd(연산 50만)의 설립을 추진하고 있다.

프레스 부품의 세계시장 규모는, 자동차산업으로 한정할 때 2015년까지 약 1,000억달러 규모의 시장이 형성될 것으로 보인다. 그러나, 정확한 시장규모를 알기 위해선 더욱 자세한 시장 수요조사가 필요하다.

국내시장은 2009년 기준 약 8조6,000억원 규모다. 국내시장 규모는 판금, 자동차프레스가공품, 기타 프레스가공품, 스틸캔, 알루미늄캔, 에어로졸캔, 병마개 및 싱크상판에 대한 생산액기준 통계 자료를 기초로 산정됐다.

▲ 판재성형기술의 국내외 시장 규모.

■ 미래의 연구방향 및 국내 산업이 나아갈 방향

◇ 미래의 연구방향

○ 융복합형 신 성형기술의 개발

강력한 환경규제 및 차량안전규제의 압력과 수려한 제품 디자인의 영향으로 박판성형품의 형상은 더욱 복잡해진 반면 재료의 강도는 높아지고 두께는 얇아져, 종래의 성형기술이 한계점을 드러내고 있다. 소재 측면에서 봤을 때, 경험하지 못했던 새로운 기계적 성질을 지닌 TWIP강, Q&P강, 고Mn강, 베이나이트강 등의 신개념 고강도강판이 출현하고 있기 때문에 신규 소재의 특성을 극대화할 수 있는 성형기술이 요구되고 있다. 이러한 요구들을 수용하기 위해 기존 박판성형 기술의 개선과 함께 신기술의 개발이 시급하며, 종래의 기술과 신기술의 접목을 통한 기술 융복합 연구가 필요하다. 특히 핫스탬핑의 테일러드퀜칭기술, 전자기성형 및 스탬핑, 하이드로미케니컬드로잉 등의 선도 기술이 우선 연구 대상이다.

○ 지능화 및 정보화

전산환경의 발달과 성형해석 및 설계 툴의 보급을 바탕으로 해, 종래의 경험 위주의 기술에서 정보 집약적인 산업으로 탈바꿈해 나아가야 한다. 이를 위해 디자인과 해석기술이 통합된 CAE(Computer-Aided Engineering) 환경 아래 부품설계, 디지털금형설계, 성형시뮬레이션을 적용한 제품개발이 필수적이며, 이를 위한 자원(전문 인력, 투자)의 확보가 중요하다. 국내에 발달한 IT기반과 종래의 생산기술의 적극적인 접목을 통한 품질 향상 및 생산의 최적화를 지속적으로 진행해야 하며, 선후행공정, 즉 제품의 이송 및 전후처리의 자동화 기술도 함께 발전시켜야 한다.

○ 정밀, 고속 및 에너지 절감 기술

판재성형품의 제품경쟁력을 높이기 위해 생산성 향상, 에너지 절감과 함께 보다 엄격한 치수공차가 요구되고 있으며 이를 위해 서보프레스기술의 개발과 보급이 필요하다. 고가의 수입 서보프레스기를 대체할 우수한 품질의 국산 서보프레스기의 개발을 통해 기술 확산을 가속시킬 필요가 있다. 정밀성형을 뒷받침할 금형 소재, 금형 가공 및 금형 코팅과 열처리기술의 종합적인 발전이 있어야 한다.

◇ 국내 산업이 나아갈 방향

판재성형기술은 제조업을 주업으로 하는 우리나라 국가 경쟁력의 근간이 되는 핵심 기술이므로 그 중요성을 새롭게 인식할 필요가 있다. 이 분야의 전문 인력을 육성하고 기술경쟁력을 높이기 위해 정부·기업·학계의 다차원적인 관심과 꾸준한 정책적 지원이 요구된다. 산학연 연구사업, 기술개발 금융지원, 정보지원 등을 더욱 효과적으로 관리해 새로운 성장 동력을 이끌어내고 실효적인 연구가 이루어지도록 할 필요가 있다.

또한 판재성형분야의 수익성 확보와 이를 통한 연구개발투자의 선순환이 이루어져야한다. 이를 위해 수요산업인 자동차, 가전 및 디스플레이 분야 대기업과 중소 프레스성형업체 간의 수직적인 구조를 개선해 상생기반을 갖추어나가는 노력이 필요하다.

기술적인 측면에서는 종래의 단순 기계식, 유압식 프레스기술에서 벗어나 신기술과 종래 기술의 융복합화, 지능화/정보화, 에너지 절감 및 정밀화 방향으로 연구가 전개돼야 한다. 이를 위해 수요산업에서도 신기술의 적용에 적극적인 자세를 취할 필요가 있다.