▲ 중국 BLT가 메탈 3D프린터로 만든 타이어 휠을 들고 기념촬영을 했다.

지난 11월13일부터 16일까지 독일 프랑크푸르트 메세전시장에서 열린 ‘폼넥스트(Formnext) 2018’은 세계적인 3D프린팅 및 적층제조 관련 소재, 장비, 소프트웨어, 서비스 등이 총 망라된 박람회다. 미국의 래피드(Rapid), AMUG 엑스포와 더불어 세계 3대 3D프린팅 전시회로 널리 알려져 있으며 주로 산업용 위주로 제품이 출시되고 있다.

올해 폼넥스트에는 GE 애디티브(Additive), 3D시스템즈, HP, EOS, SLM 솔루션즈, 스트라타시스, 머티리얼라이즈 등 선도기업을 포함해 521개사가 참석했는데 2015년 200개 업체, 2016년에는 300개 업체, 지난해에는 470개 업체가 참가한 것을 보면 규모가 지속적으로 늘고 있음을 알 수 있다. 참관객 수도 지난해 기준으로 2만2,000명에 달할 정도다.

한국기업들도 출품했는데 울산시는 울산정보산업진흥원(UIPA) 주관으로 씨에이텍(CA-Tech), CK D&C, 캐리마 등 4개 기업이 ‘2018년 울산기업 공동관’을 운영했고, 신도리코, 윈포시스, 하나AMT 등 기업들도 출품했다.

전시장에는 3D프린팅 디자인에서 연속 제작에 이르기까지 전공정에 필요한 부품 및 제품과 관련된 산업 도구, 재료, 기계 공학, 계측, 프로토타이핑, 제품 처리, 액세서리 등이 전시됐다.

올해 폼넥스트의 두드러진 특징은 △생산용 장비 대형·고속화 △다수의 생산·가공업체의 등장 △중국업체의 세계적 수준으로 약진 △자동차, 중공업 등 적용산업 확대 등을 꼽을 수 있다.

▲ EOS 협력사인 AMCM이 프린팅한 1m급 메탈 프린팅 부품

EOS, SLM솔루션즈 등은 양산을 위한 고속의 메탈 3D프린터를 출품했다. ‘EOS 300-4’ 장비는 4개의 레이저가 장착돼 적층속도가 빠르면서 1톤 정도의 분말을 넣어 두면 부품이 자동으로 생산이 되도록 자동화 됐다. 생산 부분과 후처리 공정 부분이 별도로 동시에 작업이 가능하며 생산 과정을 모니터링하는 소프트웨어가 탑재됐으며 분말 소재 공급 및 회수 부분도 자동화돼 생산효율을 증대시켰다. 이 장비는 항공기 부품 생산 업체인 GKN Aerospace에 구축됐다.

대형화의 경우는 EOS, GE가 크기 1m 이상 부품을 생산하는 PBF 방식의 3D프린터를 출시했고 중국의 금속 3D프린터 개발 및 서비스기업 BLT는 1m 이상 대형 3D프린팅 부품을 출품했다. 샤이닝3D는 대형화에 도달하지는 못했지만 400mm 이상 장비가 안정적으로 생산이 가능할 정도로 기술이 진보됐다. EOS의 협력사인 AMCM은 1m급 대형 메탈 3D프린팅 부품을 출시했다. 이에 비해 우리나라는 많은 정부 자금이 지원이 되었지만, 몇 년간 진척이 없고 시제품을 겨우 내는 수준임을 생각하면 위기라는 생각이 강하게 들었다.

부품 생산업체의 경우는 GKN 등 다수의 업체가 등장하면서 적층제조생산 시대로 가고 있는 것을 느낄 수 있었는데 다만 아쉬운 것은 생산 단가가 기존 방식에 비해서 아직도 비싸서, 항공 산업과 의료용 산업 위주로 진행 중인 점이다.

▲ SLM솔루션즈는 부카티 경주용차 캠 커버 8개를 대형 메탈 3D프린터로 출력했다.

3D프린팅은 중공업과 자동차 시장 등으로 적용이 확대되고 있다. HP는 메탈 3D프린터의 신제품을 발표하고, 파트너와 같이 개발을 해나가는 프로그램을 발표했다. 자동차 분야에서는 폭스바겐, 오토데스크(Autodesk)와 소프트웨어 개발 파트너십을 맺고, 생산업체와는 판매 및 생산 부분의 개발을 진행한다는 계획이다.

SLM솔루션즈는 자동차 엔진 상단 부분의 덮개, 캠 커버 부분을 메탈 3D프린팅한 것을 전시했다. 길이는 80~100cm 정도이고, 8개를 부카티 경주용차에 사용하기 위해서 알루미늄 합금으로 출력했는데 엔진 정도 크기의 제품은 이제 양산이 가능함을 보였다.

호프만 그룹의 경우는 자동차에 들어가는 모든 부품의 3D프린팅 적용 사례를 보여주었다. 일본은 8기통 엔진을 3D프린팅으로 제작할 수 있는 기술을 확보했는데 생산 단가가 맞으면 양산이 가능한 시점인 것이다.

현재 3D프린팅은 자동차 경주용과 고급차 위주로 적용이 되고 있는데, 추후에는 급격히 성장하고 있는 전기차 관련 부품의 대부분을 차지할 것으로 예측이 되고 있다.

중공업에 들어가는 부품도 3D프린팅이 적용된 사례가 많았는데 지멘스를 중심으로 발전기 부품의 핵심 부품인 블레이드를 특수소재로 3D프린팅해 실제 장착이 된 것도 볼 수 있었다.

‘폼넥스트 2018’, 양산 위한 장비 대형·고속화, 中 기술 도약 인상적

항공·의료 양산 돌입 사업기회 확대, 공정개발·인력양성·혁신 부품 생산 나서야

▲ 1.3 m 급 구리합금으로 3D프린팅한 프로펠러. 표면 가공 전과 후를 볼 수 있다.

한국적층제조사용자협회는 최근 40cm급의 프로펠러를 3D프린팅으로 제작해 실제 배에 장착한 사례가 있는데 이번 전시회에서도 선박 프로펠러를 3D프린팅으로 제작하는 업체도 등장했다. 네덜란드 RAMLAB과 오토데스크는 1.3m급 프로펠러를 와이어 아크 방식으로 제작, 실제 선급 허가를 받아 배에 장착한 프로펠러를 전시했다. 한국적층제조사용자(K-AMUG)협회는 정부 과제를 통해 SY메탈, 생산기술연구원, 현대중공업 등과 컨소시엄을 구성해 2m급 대형 선박용 프로펠러 제작 사업을 추진 중이이서 이번 참관이 큰 도움이 됐다.

이밖에 후처리 장비 업체도 다수 출현 했는데, 표면정밀도가 금형의 수준까지, 플라스틱의 경우 염색이나 후처리 수준이 금형에서 출력되는 수준까지 올라섰다. 또한 창업투자회사가 부스를 마련하면서 투자가 활발히 일어나는 것을 볼 수가 있었다. 스타트업 회사를 대상으로 경진대회가 열려 새로운 회사 출현이 기대되고 있는데 소프트웨어 부문은 Authentise사가, 소재 부분에서는 3devo사가 우승을 차지했다.

결론적으로 이번 폼넥스트의 주제는 메탈이고, 디지털 팩토리, 디지털 프로세스 체인의 구축이라고 정리할 수 있다. 항공시장과 의료용 시장은 대량 생산이 시작되었고, 이에 대한 디지털 프로세스 체인의 구축이 이슈가 되고 있다. 이에 대형화, 시뮬레이션, 위상최적화, 생산 소프트웨어, 후처리 장비의 자동화 등이 나타났고, 디지털 프로세스 체인을 빨리 구축을 하는 공정 업체의 등장이 두드러졌다.

특히 중국 업체의 도약과 메탈 3D프린터의 성능 향상은 대형화와 정밀화, 저가격화를 일으켜 280~300mm대 장비의 가격이 모든 후처리 장비 포함해서 4억원대까지 떨어졌다. 장비의 성능도 국내 제품에 비해 우수한 것으로 평가가 되고 있고 작은 업체까지 FAA(미국 항공우주국)의 성능 지표에 맞도록 장비를 개발해 판매 중이다.

이제 우리나라는 3D프린팅 육성 방향을 정확히 설정하지 못하면 바로 도태가 될 수 있는 기로에 서있다. 우리는 공정 개발에 집중해서, DfAM(적층제조를 위한 디자인)과 시뮬레이션 인력 양성 및 혁신적인 부품 생산을 통해, 디지털 프로세스 체인 구축을 지원한다면 세계시장에서 경쟁할 수 있는 기회가 올 것이라고 믿는다.

▲ 중국 BLT가 1.5m 규모로 3D프린팅한 금속부품. PBF 방식으로는 세계에서 제일 높은 사이즈로 기록됐다.