▲ 주승환 센트롤 부회장.

메탈 3D 프린터가 가장 많이 사용하는 곳이 의료용과 항공용 크게 두가지다.

의료용은 국내에 메디세이㈜, 강원 생산기술연구원 등이 전자빔을 사용하는 아캠(ARCAM) 사의 장비를 사용해 외산으로 연구 중이고, 국내의 광주에서 조선대병원 문영래 교수님팀과 센트롤㈜ 등과 많은 업체가 국산 장비를 중심으로 개발을 하고 있다.

항공용으로는 아직 국내에서는 개발 사례가 별로 소개가 되지 않고 있으나 현재 센트롤은 가장 큰 시장인 항공 시장에 국내 제품을 납품을 하기 위해서, 많은 노력을 하고 있다.

현재 항공 부품을 3D 프린팅으로 만들려는 시도는 미국을 중심으로 많이 되고 있다. GE사의 경우 3D 프린터로 제트 엔진을 만들려는 시도가 진행되고 있다.

GE사는 작은 제트 엔진을 3D 프린터로 제작을 하고, 실제 대형 제트 엔진에 많은 부품을 3D 프린터로 교체 해 실제 사용하고 있다. 또한 생산에 적용해 대량생산을 하는 사례도 많이 있다.

GE사가 3D 프린팅으로 제작 엔진의 사례가 아래 그림에 있다. 손으로 들고 있는 것이 실제 GE가 3D 프린터로 소형 제트 엔진을 프린팅한 사례다. 실제 동작이 가능하다.

신시네티의 GE 항공의 ATC(Additive Technolgy Center)를 방문해서 확인을 하고, 동일한 제작이 가능한 센트롤이 개발한 국산 메탈 3D 프린터를 판매를 하기 위해 방문을 한 바가 있다.

▲ 주승환 부회장이 세계 2대 항공 엔진 제조 회사인 프렛 앤 휘트니사의 부사장과 미팅을 진행했다. 3D 프린팅 항공 엔진 부품에 대한 세미나에서 현재 제트엔진의 많은 부분을 3D 프린팅으로 대체하려는 많은 시도가 진행 중이다..

▲ GE 항공에서 3D 프린팅으로 제작한 소형 제트 엔진 제작과 GE 항공 3D 프린팅 공장을 방문한 주승환 부회장.

■ 국산 3D 프린터로 제트 엔진을 제작하기 위한 프로젝트 구상

해외에 국산 메탈 3D 프린터를 판매를 하기 위해서는 제트 엔진을 프린팅을 하는 것을 진행을 하는 것이 필요하다는 것을 생각하게 됐다.

실제 사례로 제트 엔진을 프린팅 한다면, 국내외로 많은 가능성을 타진을 할 수가 있다는 생각이 들고, 기술적으로 우리 프린터의 우수성을 외국에 알릴 수 있는 기회가 되는 것이다.

3D 프린터로 제트 엔진을 만들기 위해서 프로젝트 팀을 구성을 하고, 이에 대한 테스트 진행에 들어갔다. 제트 엔진 이름을 SJ-77로 명명했다. SJ-77은 센트롤 제트 엔진(Sentrol Jet)에서 앞의 약자를 땄고, 77은 행운을 의미하는 77로 했다.

먼저 실제 제트 엔진을 3D 프린터로 개발하기 위해, 실제 시중에서 판매를 하는 제품을 구입해 테스트 및 분해, 엔진 시동 환경을 구축을 했다. 매연이 많이 발생을 해서, 창가 근처에 덕트를 생산해서, 원할 때, 실내에서 테스트가 가능한 환경을 구축했다.

해외에서 판매가 되는 엔진을 여러 대 구입을 해서 실제 분해 조립 테스트를 진행했다.

3D 프린팅으로 제작을 할 주요 부품을 분해를 해서 파악을 하고 실제 설계를 통해서 진행을 하려고 추진했다. 이에 3D 프린팅으로 제작을 할 엔진을 설계하고, 플라스틱 프린터로 모델을 프린팅 했다. 플라스틱 모델을 프린팅해서 설계상 문제가 없는 것을 확인을 한 후에 국산 메탈 3D 프린터 센트롤 SM150으로 프린팅을 시작했다.

현재는 제트 엔진용 임펠러에 대한 3D 프린팅을 마친 상태다. 향후 다른 부품에까지 메탈 3D 프린팅을 진행하기 위한 연구를 진행 중이다.

많은 자금이 소요되는 만큼 앞으로의 연구를 위해 개발 자금을 정부에 신청 할 계획이다. 현재 메탈 3D 프린터 부분은 정부에서 관심을 많이 가지고 있는 분야다. 정부에서도 우리 회사를 방문해주셔서 격려를 해준 바 있다.

▲ 해외에서 판매하는 제트 엔진을 테스트 하기 위해서, 제트 엔진 테스트 환경 구축했다..

▲ 테스트 환경을 위해 엔진을 분해 조립 중이다..

▲ 임펠러를 메탈 3D 프린팅으로 진행한 예.

제트 엔진·부품 제작용 연구 진행

美·日 방문, 3D 프린팅 실증 목도

■ 3D프린팅 제트엔진 분야 선점 필요

제트 엔진의 응용 범위는 무궁무진하다. 또한 3D 프린팅으로 제트 엔진을 생산한다면 가격 면에서도 아주 우수하다. 기존 방식에 비해서 실제 가공비가 저렴해서, 국제 경쟁력을 가질 수가 있다.

응용 면에서 제트기 드론 및 개인용 차량 기능을 하는 1인용 제트기 등에 응용을 할 수가 있다.
개인용 제트기를 위해서 미국 오대호 부근 그린시티에 소낙스라는 회사에 방문을 했다.

소낙스사의 개인용 제트기는 가격대가 1억5,000만원 정도로 제트기 가격으로는 저렴하고 비교적 안정적이어서 세계적으로 판매가 되는 기종이다.

이런 기종을 구입해서 분석하고 개발을 하려고 방문을 했다.

제트기 드론 개발을 위해서는 일본 오사카부근에 있는 드론 비행장을 방문해서 많은 제트기 드론 제품을 보았고, 실제 날리는 것을 보았다. 일본은 전국에 제트기 드론을 날릴 수 있는 비행장이 있었고, 이런 곳을 비행장이라고 하지 않고, Airstation이라고 했다.

무인기의 시장을 전세계적으로 보았을 때, 세계 최초의 3D 프린트된 UAV의 경우는 바디만 주로 플라스틱으로 만들었으나, 인명 구조나 전투에 사용 가능한 타이타늄 바디(DED 방식)를 제트 엔진(PBF 방식)을 순수 국산 3D 프린터를 활용해 제작으로 시도하는 경우는 전세계적으로도 아직 유래가 없다. 이런 메탈 3D 프린터를 만들게 되면, 항공용 전용으로 제작돼 경쟁력을 확보할 수가 있다.

특징을 정리를 해보면 △순수 국산 메탈 프린터 사용 △세계 최초의 3D 프린팅 제트기 드론으로 판매용 3D printed Jet Engine을 적용하고, 세계 최초 3D printed titanium body를 적용하면, 초음속까지 문제없이 비행할 수 있는 제품을 만들 수가 있다.

현재 미국에서는 제트기 드론을 실제 개발 중이다. 나사와 보잉사가 만든 최신 제품은 길이 6m에 달하고, 실제적으로 여러가지 기능을 수행할 수가 있다.

이제 세계는 본격적인 제트기 드론 시대에 진입하고 있다. 여기에 3D 프린팅을 적용하면, 생산 방식, 단가에서 국제 경쟁력을 확보할 수가 있다. 엔진은 PBF 방식으로 찍을 수가 있지만, 동체는 크기로 인해 PBF 방식으로 사이즈가 커서 문제가 되는 데, 최근에 개발 중인 DED 방식을 적용하면, 대형 사이즈의 동체를 타이타늄으로 찍을 수가 있다.

결국 기술적으로는 PBF 방식으로 엔진을 제작하고, 동체 대형 부품은 DED 방식으로 개발을 하게 되면, 두대의 메탈 3D 프린터로 자동 생산 시스템 구축이 가능하다. 이 방식이 구현되면, 현재 1억원대 이상의 UAV 마켓에서 단가 경쟁력을 향상 시켜서, 세계 시장을 점령할 수가 있다.

DED와 PBF의 기술을 가진 메탈 3D 프린터 업체와 전장의 기술을 가지고 있는 업체와 공동으로 개발을 한다면, 국제 경쟁력을 가진 국내 제품으로 세계 시장을 누빌 수가 있을 것이다. 이에 대한 공동 연구 개발 추진이 필요한 실정이고, 정부의 대책이 있기를 바란다.

▲ 산업통상자원부 관계자들이 메탈 3D 프린터 개발 업체 센트롤을 방문해 살펴보고 기념촬영을 하고 있다..

▲ 미국에서 개발 중이 최신 제트기 드론.