▲ 이창우 한국생산기술연구원 강원지역본부장.

■ 생기원 강원지역본부 3D프린팅기술센터에 대한 소개를 부탁드린다

3D프린팅기술센터는 2014년 초 개소되어 주로 금속 3D프린팅 기술 분야의 원천공정기술 R&D, 기업 수요 시제품 제작 지원을 수행하여 왔다. 지속적인 전문 연구인력 확보 및 인프라 구축을 통해 2015년 12월에는 정규 연구그룹으로 출범하여 센터의 기능과 더불어 3D프린팅용 소재, 특화 설계, 원천공정 및 실용화 제조기술, 후처리 등 전 분야의 R&D 및 엔지니어링 기반 기업지원을 수행할 수 있도록 노력하고 있다. 또한, 2016년 하반기부터 시작되는 3D프린팅 지역거점센터사업을 통해 3D프린팅 분야 애로기술 및 시제품 제작 분야에 보다 많은 기업지원을 수행할 수 있을 것으로 기대된다.

■ 금속 3D프린팅 관련해 국내 연구기관 중 가장 활발한 원천/실용화 기술 개발과 기업지원에 나서고 있다.

약 4년간의 원천 제조기술 연구개발 및 엔지니어링 기술지원을 통하여 국내 특허 20여건 이상 출원하였으며, 현재 다수의 특허가 등록되고 있고 해외 특허출원도 진행되고 있다. 가장 대표적인 연구 성과로서 순수 티타늄 소재를 3D프린팅 공정제어를 통하여 기존 강도 대비 200% 향상된 강도를 확보할 수 있는 3D프린팅 공정기술을 확보한 것이며, 필요에 따라서 강도를 제어할 수 있는 기반으로 응용될 수 있을 것으로 기대하고 추가 연구를 지속하고 있다. 본 기술 적용으로 올해 4월 초 순수 티타늄 소재 적용 인공 두개골 임상시험을 성공적으로 수행한 바 있다. 이는 인체에 삽입되어지는 인공뼈, 인공관절 등이 기존에 강도 유지를 위하여 Ti-6Al-4V합금을 이용하여 제조하던 것에 비교하여 순수 Ti 금속으로 동일 강도를 나타낼 수 있는 것이 가능해 짐으로서 Al(알루미늄)원소의 알츠하이머 질병의 유해성이나 V(바나듐)원소의 인체 독성에 대한 유해성에서 벗어날 수 있는 것을 의미하기도 한다.

■ 3D프린팅 기술이 제조업에 활발히 적용되기 위해서 가장 시급한 사항과 적용 유망 분야는

3D 프린팅 기술은 창의적 아이디어 제품을 형상에 구애받지 않고 매우 신속하고 정확하게 제작할 수 있는 新제조 기술로서 인정받고 있으나 현재 산업의 실제 적용은 미흡한 상황이다. 이는 3D프린팅이 필요한 많은 산업분야에서 금속으로 제작되는 부품의 물성에 대해 재현성이 부족한 부분과 제작된 부품이나 제품이 기존에 사용되는 것들에 비교하여 요구되는 물성을 실제로 검증하여 그 안전성을 확보하지 못한 점, 이와 더불어 장기간 그 사용 성능을 보장하는 신뢰성 검증이 미흡했기 때문이다. 이는 소재와 장비가 있음에도 불구하고 공정원천기술과 평가기술의 뒷받침이 필요하다는 것을 의미한다. 3D프린터가 입력된 데이터로 출력되는 3차원 구조물이 아니고 제조하는 공정에 따라 그 물성과 신뢰성이 많이 차이가 있는 유동적 제조 공정을 얼마나 잘 제어할 수 있느냐는 것에 그 중요성이 있다고 생각합니다. 이를 위해 정확하고 재현성이 있는 공정기술의 개발과 이를 수요산업에서의 검증/활용하는 기술 및 산업적 실제 적용에 대한 사회적 규제를 풀어가는 길이 산업화에 매우 필요하고, 이와 더불어 기업에게 공정원천기술을 잘 이전해 주는 것이 산업적 실용화를 앞당기는 매우 중요한 일이라 할 수 있다.

3D 프린팅의 많은 장점, 즉 독창적이고 개개인의 맞춤형 제조가 가능하고, 가공이 어려운 재료의 복잡한 형상구현이 가능한 장점을 고려할 때 의료산업의 적용이 가장 두드러진 적용장점을 보이고 국내에서 특수한 소요가 있는 항공/우주/국방 산업에도 매우 중요한 제조기술로 적용되리라 생각된다. 현재 이미 일부 실용화가 이루어진 인체 삽입용 인공관절, 인공뼈가 환자 개개인에게 맞춤형으로 보급되고 있으며, 항공분야에서 특수 고온 노즐이나 엔진부품에 적용 타당성을 평가받고 있다.

Ti 공정 개발·두개골 임상실험 성공, 세계시장 겨냥 분말소재화 R&D

국내 기술, 中 수준보다 낮아…원천 소재·공정기술개발 기업이전 추진

■ 3D프린팅과 관련해 강원지역본부가 향후 중점 개발할 기술은

생기원 강원지역본부에서는 인공고관절, 슬관절 등을 개발하여 출시를 눈앞에 두고 있고 다양한 재료에 대한 제조 공정 원천기술 개발에 역점을 두고 있다. 또한 현재 소재기술이 무기화되어 특정 소재에 대해서는 상호 무역거래도 하지 않는 국제동향에 비추어서는 Ti, Ni(니켈) 기반 슈퍼 알로이 등의 분말소재화를 동시에 연구개발하고 있다. 생기원 강원본부는 비철금속소재부품, 융복합신소재, 3D프린팅 기술로 특화되어 있는 본부로서 분야별 상호 협력 연구가 매우 유리한 조건을 지니고 있어 이러한 연구에 더욱 시너지 효과를 낳을 것으로 기대하고 있다. 이러한 고온 소재 및 특수 소재의 3D 소재용 분말화 연구개발과 함께 저단고, 고 재현성을 지니는 특화 제조 설계 및 제품 제조후의 안정성을 확보하는 열처리, 표면처리의 후처리 기술 개발을 통해 국가 3D 프린팅산업이 글로벌 실용화를 선도할 수 있도록 더욱 주력할 계획입니다.

■ 끝으로 3D프린팅 업계 발전을 위한 제언을 부탁드린다

3D프린팅은 하나 또는 두 가지 분야 기술로 대변될 수 있는 기술이 아니다. 소재부터 기계, 전자, 광학을 비롯하여 기존 뿌리기술의 응용까지 많은 기술 분야의 융합 및 협업 연구가 필요한 新제조기술이다. 지금 국내 3D프린팅 기술은 선진 기술수준은 물론이고 중국의 기술수준보다 낮은 평가를 받고 있다는 것이 지배적인 의견이다. 근 미래에 新제조기술의 높은 경쟁력을 확보하기 위해서는 세계적으로도 높은 기술수준을 보유한 국내의 소재, 장비, 공정기술 등 기초 뿌리기술 분야의 협업연구 활성화와 더불어 실용화 실현을 위한 산업계의 인식 제고, 적용 노력이 동반된다면 충분히 글로벌 선도기술로 성장 가능할 것으로 사료된다.

3D프린팅에 종사하는 많은 기업과 기관들에서는 현재 공개 가능한 범위의 기술을 공유하여 가능한 산업 실용화를 앞당길 필요가 있고, 이와 더불어 독창적 기술개발에 대한 연구를 지속적으로 수행, 개발하여야 저단가, 고정밀, 맞춤형 제품개발로 고부가가치를 이룰 수 있다고 생각한다.

마지막으로 당부드리고 싶은 말씀은 생기원 강원본부가 보유하고 있는 선도적 공정기술만으로, 혹은 근시일내에 소재와 장비기술만으로는 결코 3D프린팅 산업은 발전치 못한다는 것이다. 사회적 규제를 완화시키고 각 산업간 수요 성능과 신뢰성의 검증이 많은 부분에 필요하리라 생각한다. 자생적으로 발전해온 기존 산업들과 달리 모두의 관심과 협력이 경제적이고 창조적인 新제조기술을 확립하는데 꼭 필요하다. 3D프린팅이 필요하신 많은 분들은 언제든지 주저없이 생기원 강원본부로 연락주시어 함께 선도적 산업을 만들어 가시기를 기원한다.

▲ 생기원 강원지역본부에서 3D프린팅으로 제작한 부품.