▲ ‘첨단산업 전략소재 3D프린팅 동향 및 타이타늄 재활용 방안 세미나’에서 강민철 3D프린팅연구조합 이사가 ‘경량소재를 활용한 맞춤형 분말 개발동향과 응용분야’를 주제발표하고 있다.

3D프린팅의 제조업 적용 확대로 3D프린팅용 금속분말 시장이 급성장하고 있는 가운데 세계적인 선진 기업들은 톤 단위 생산능력을 갖추고 단가를 낮추고 있다. 이러한 상황에서 한국과 같은 후발주자들이 경쟁력을 갖추기 위해선 틈새시장을 겨낭한 맞춤형 신분말 생산 및 스크랩을 재활용할 수 있는 공정 구축이 반드시 필요하다는 의견이 제시됐다.

(재)포항산업과학연구원, (재)경북테크노파크, 재료연구소 공동주관으로 지난 14일 대구 그랜드 호텔에서 ‘첨단산업 전략소재(Ti, Ni) 3D프린팅 동향 및 타이타늄 재활용 방안 세미나’가 열렸다. 타이타늄(Ti)과 니켈(Ni) 등 첨단산업 전략소재를 육성 중인 경북에서 관련 3D프린팅 기술 동향을 공유하기 위한 이번 행사에는 100여명에 달하는 인원이 등록·참석해 소재 분야에 대한 높은 관심을 나타냈다.

지금까지 3D프린팅용으로 사용되고 있는 금속분말은 기존 MIM(금속분말사출성형) 등에서 사용되던 분말 중 일부를 사용하는 수준이었다. 가장 대중적인 금속 3D프린팅 방식인 PBF의 경우 머리카락 굵기 5분의 1 크기(15-50㎛)의 구형분말이 사용되는데 가스 아토마이징(Gas Atomizing)으로 생산시 수율이 20% 밖에 나오지 않고 80%는 버려야 하기 때문에 3D프린팅용 분말 가격은 매우 비쌌다.

그러나 최근 적층제조시대 도래로 3D프린팅 전용 금속분말을 제조하는 기업이 크게 늘어났으며 선진기업인 LPW의 경우 연간 분말 판매량이 200톤을 돌파하는 등 세계 3D프린팅용 금속분말시장은 연간 1000톤 규모로 확대됐다. 홀러스 리포트에 따르면 세계 3D프린팅용 금속분말 시장은 2016년 1억2,400만달러에서 2020년 6억3천만달러로 연평균 50% 성장하고 2025년에는 약 5조원 시장으로 확대되는데 이중 40%가 타이타늄이 차지할 것으로 전망되고 있다.

이러한 금속분말 시장 확대를 위해선 수율을 높이기 위한 새로운 생산공정 개발과 생산원가를 낮추기 위한 스크랩 재활용 방식의 도입이 중요하다. 박요설 AM파우더 대표는 가스 아토마이징 방식을 통한 금속분말 생산기술 및 시장에 대한 주제발표를 통해 원하지 않는 형태의 금속분말과 저급의 금속분말을 재활용할 수 있는 스컬 멜팅 가스 아토마이징 방식, RF 플라즈마를 사용한 하이브리드 방식, 아토마이저 디자인을 바꾸거나 고압의 핫(Hot) 가스를 가하는 방식 등 다양한 연구개발이 진행되고 있으나 아직 실험실 수준에 불과한 상황이라고 설명했다.

박요설 대표는 “이러한 새로운 분말생산 방식이 상용화되기 시작한다면 가격이 하락해 3D프린팅 시장이 활성화 될 것”이라며 “특히 PBF와 DED 등 장비에서 사용되는 분말 스펙이 서로 다르지만 현재 PBF 방식에서 사용되는 양이 압도적으로 많아 분말가격이 비싼 것이며 향후 다양한 방식의 장비를 개발한다면 분말 가격은 더 저렴해질 것”이라고 밝혔다.

미국의 철강회사이자 최근 LPW를 인수한 카펜터 테크놀로지는 스크랩 재활용 설비에서 가스 아토마이징에 이르는 밸류체인을 구축해 생산원가를 대폭 낮추고 있다. 이에 시중에서 가장 많이 사용되는 초내열합금인 인코넬 718의 경우 불과 1년만에 kg당 250달러에서 80달러 수준으로 낮아졌으며 타이타늄 가격도 400달러대에서 100달러대로 급락했다.

국내에서는 관련 스크랩을 분리·재활용하는 기술은 물론 재활용 분말로 3D프린팅 분말을 양산할 기업도 없는 등 전후방 기술이 단절돼 있어 시도조차 어려운 상황이다. 이에 금속 3D프린팅 사용자는 분말을 받아보려면 높은 운송비를 주고도 10주 이상 기다려야하는 불편을 겪고 있으며 이는 3D프린팅 산업 활성화를 저해하고 있다.

노윤경 동아특수금속 대표는 “국내기업들이 세계시장에서 경쟁하기 위해선 재활용부터 생산으로 이어지는 밸류체인 구축이 시급하다”며 “모든 장비, 분말을 수입에 의존한다면 우리는 후진국형 가공산업에 머물 수 밖에 없다”며 산학연이 힘을 합쳐야할 시기라고 강조했다.

이러한 상황에서 우리나라가 3D프린팅용 금속분말산업에서 경쟁력을 갖추기 위해선 비정질 소재, 형상기억 합금, 고전도성 소재 등 틈새시장을 찾고 신합금을 개발하는 것이 필요하다. 특히 국내 금속분말기업 하나 AMT와 3D프린터 국산화기업 대건테크는 의료용에 적용하기 위한 마그네슘 합금분말과 전용장비를 개발한 바 있으며 해외에서 많은 관심을 받고 있다.

강민철 3D프린팅연구조합 이사는 “기존 타이타늄 등 금속분말 시장에서는 가격하락이 시작되고 있기 때문에 후발주자는 마그네슘, 스칸듐 등을 첨가한 특수소재 합금을 개발하고 아토마이징 기술을 확립해 틈새시장을 개척해야 한다”며 “국내시장은 아직 협소하기 때문에 해외 주요 3D프린터 제조업체와 연동해 기술개발 검증 및 양산화에 나서는 것이 유리하다”고 제언했다.