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  • 기사등록 2019-03-12 17:15:46
  • 수정 2019-03-13 13:31:18
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신소재경제와 3D프린팅연구조합은 국내 산학연 관계자 43명과 함께 지난 2월21일부터 23일까지 중국 상하이 SNIEC에서 열린 세계적인 적층제조 전문 전시회인 ‘TCT 아시아 2019’를 참관하고 현지기업인 테크진(Techgine)을 방문했다. 중국 정부는 제조업 스마트화와 부품 수입대체 등을 목표로 자국의 우주항공, 방산, 중공업 등에 3D프린팅 기술을 적극 적용하고 있으며 그 결과 TCT 아시아는 3D프린팅에 필요한 요소 부품과 기술이 모이는 세계적인 비즈니스의 장으로 거듭나고 있다.
이번 전시회에서 본 중국의 3D프린팅 기술과 산업은 선진국을 위협할 정도로 하루가 다르게 성장하고 있었다. 참관단을 구성하게 된 배경 중 하나도 우리와 같은 후발주자였던 중국이 어떠한 어플리케이션으로 어떻게 성장했는가를 배우기 위한 것이었다. 이번 참관단의 연재기고를 통해 세계 3D프린팅 트렌드를 살펴보고 적층제조시대에 우리가 준비해야할 점을 진단하는 자리가 되길 바란다.

◇ 연재순서
(1)폴리머&플라스틱 어플리케이션 확대(조좌형 ㈜자이브솔루션즈 주임)
(2)3D프린팅용 금속분말 이슈(구용모 주식회사 창성 부장)
(3)세계 3D프린팅 트렌드와 인력양성 방향(신진국 전품연 3D프린팅사업단장)


적층제조시대 대비하는 금속분말 ‘잠룡’ 움직임 활발



4차 산업혁명이라는 이슈로 많은 트렌드가 변화하고 있고 그 속도도 빨라지고 있다. 전기차와 자율주행차로 대변되는 스마트카 시장과 5G 통신, 폴더블과 스크래처블로 새로운 디스플레이 시장이 이미 열리고 있고 이러한 시장을 뒷받침하는 소재인 반도체 기술도 비약적으로 발전하고 있다. 그 안에 혁신적인 공정 파괴 기술이 있으니 이것이 적층제조기술인 3D프린팅이다. 다시 말해 3D프린팅 기술은 독립적인 공정이 아닌 4차 산업혁명이라는 새로운 트렌드에 걸맞는 새로운 공정 기술이라는 큰 틀에서 볼 필요가 있다.


3D프린팅 기술의 변화와 발전을 볼 수 있는 전시회는 독일의 폼넥스트(Formnext), 중국 상해의 TCT 아시아, 그리고 한국의 TCT 코리아라고 생각한다.


이번에 글로벌 공장의 역할을 하고 있는 아시아의 3D프린팅 기술과 산업동향을 볼 수 있는 상해 TCT 아시아 2019를 참관했는데 금속분말 제조업체 관점에서 소개하고자 한다.


이번 전시회의 업체 참가수는 270여개로 전년대비 70여 업체가 늘었다고하며 전시관 2개를 운영하는 중급 이상의 규모였다. 일본 업체의 참여가 적고 국내 업체도 거의 찾아 볼 수 없다는 점에서 중국 업체 중심의 전시회였다는 점이 다소 아쉬움으로 남지만 중국이 비약적으로 발전했다는 점은 상당히 주목할 만하다. 

중국업체 장비의 규모와 완성도면에서의 발전은 그 어느 전시회보다 크게 어필을 한 것임에 틀림이 없다. 특히 중국의 BLT, 테크지니(Techgine) 등의 부품 사이즈 1미터 이상 대형화는 주목할 만하다. 또한 중국의 우주항공국과의 연계를 통한 해당 소재 개발에 박차를 가하고 있는 현실은 부러움마저 느끼게 해 주었다. 

소재의 관점에서 보면 회가내스, 샌드빅(Sandvik), 바스프(BASF), 올리콘(Oerlikon) 등 글로벌 메이저 업체들이 아직은 관망세를 유지하고는 있지만 본 시장에 진입을 하기 위한 분말, 소재개발, 부품 특성평가 등의 내부 인프라 역량을 극대화하고 있다는 것이 감지됐다. 중국 금속분말 제조업체는 연간 생산량 100~300톤에 달하는 중급 수준의 생산규모를 갖추고 있어 본 시장의 특징인 다품종 소량 생산 체제에 특화되어 있다. 또한 이미 본 산업에서 먼저 활성화가 되어 있는 플라스틱 소재 업체의 금속분말 시장으로의 진입 시도 또한 보인다. 더불어 산업의 완성도를 높이는 적층소재 후처리 공정 업체, 일체화 및 연속 공정 업체가 눈에 띈다.


이번 전시회는 중국의 금속분말 연산 100톤 이상의 중급 생산 능력 회사가 10여개 이상 참석하여 중국의 금속분말 소재 기술 현황을 볼 수 있었다. 대부분의 업체가 2010년 이후 설립되거나 기존에 금속분말을 제조하는 업체에서 파생되었으며 중국 정부 지원하에 단기간에 육성된 특징을 갖고 있다. 금속분말 제조설비로는 VIGA(Vacuum Induction Inert Gas Atom), EIGA(Electrode Induction Gas Atom), PREP(Plasma rotating electrode process)등을 주로 보유하고 있다. VIGA로 대변되는 Atomizer공법은 용탕을 노즐로 통과시키면서 고압의 기체나 액체로 타격하여 분화시켜 분말로 만드는 기술로 가장 보편적인 대량 생산체제와 적층 제조기술에서 요구되는 구형도의 면에서 우수한 금속분말 제조공정이다. EIGA와 PREP공정은 타이타늄(Ti)과 같이 용해가 어렵고 용탕의 반응성이 높아서 도가니에 담기 어려운 경우에 금속 잉곳을 직접 녹여가면서 분화시키는 방법이다.


AVIMETAL PM社의 경우는 경우 상기 공정을 모두 보유하여 연산 300톤 규모 60명 직원에 연구인력 30명으로 성장 가능성이 클 것으로 보인다. PSNM(Peshing New Metal)社는 Atomizer 설비를 5기 보유하여 철(Fe) 베이스 금속분말을 연 1,600톤 생산하지만 EIGA를 3기 보유하면서 Ti 합금과 코발트크롬(Co-Cr) 시장 진입을 위하여 금속분말 라인업을 확대해가고 있다.


중국의 분말 제조업체는 기존의 Atomzer 방식의 대량업체보다는 중국 정부 주도하에 신생하여 본 시장의 특징인 다품종 소량 생산에 최적화하고 있는 것이 큰 특징으로 보인다.


中 중기 다품종 소량 준비, 글로벌 메이커 진입시점 주시
3D프린팅용 금속분말 최적화·DB구축·가격하락 노력 필요


이에 반해, 회가내스, H.C Stack, Sandvik, BASF, Oerlikon, LPW등과 같은 세계적인 금속분말 메이저 업체들도 전시회에 참여하였지만 본 적층제조 시장이 대량 생산 체제에 진입하지 않았기에 적극적으로 대응하기보다는 내부의 역량을 본 시장에 맞도록 최적화해 나가면서 본격 진입 시점을 지켜보고 있는 것으로 보인다. 

특히, 글로벌 최대 분말회사인 회가내스가 H.C Stack을 인수하여 본 전시장에 참여한 것은 본 시장에 진입을 시작하겠다는 움직임이라 생각해도 될 것이다. 또한 용사(Thermal Spray) 시장의 소재 선두기업인 Oerlikon의 특징은 자사내에 미국과 독일의 분말, 소재개발과 부품 특성 평가 역량을 연결하여 부품 공급 업체로서의 입지를 강화하는 것이다. 이미 용사용 분말은 구형도와 청정도가 높은 수준이므로 적층소재 공정에 바로 적용이 가능한만큼 분말의 특성 개선이나 제품 라인업을 확대하는 것이 아니라 부품 특성을 확보하는 곳에 집중한다는 전략이다.


다만 대형 금속분말 제조업체들은 Fe, 니켈(Ni), 코발트(Co) 베이스의 한정적인 합금 소재에 대한 대량생산 체제여서 적층제조시장에서 요구하는 단기, 다품종, 소량 생산 대응에 가장 큰 어려움을 가질 것으로 보인다. 이 점에 본 시장에 대한 금속분말 제조업체들의 고민과 역할이 있을 것이다.


이렇듯 중국과 글로벌 메이저 분말 제조업체들의 변화와 발전을 보고난 후 적층제조산업의 발전을 위한 소재 업체들의 역할과 과제에 대한 필자의 생각을 정리해 보고자 한다.


첫째 3D프린팅 부품 성능 향상을 위한 부품 특성평가와 데이터베이스(DB) 구축이다. 기존 공정으로 제작되는 금속 부품대비 공정 파괴로 인한 혁신은 이룰 수 있겠으나 요구되는 부품 성능 특성에 도달하지 못하면 무용지물이 된다. 새로운 조성 개발과 이에 대한 지속적인 평가를 통해 분말-적층공정-부품-평가 피드백을 통한 데이터 구축이 필요하다. 한국이 가장 뒤쳐지고 있는 부분이기도 하다. 이를 위해 국내 분말 제조업체들의 경쟁력을 높이고 GE Additive와 같은 모델을 구축할 필요가 있다. 한국의 자동차 부품 경쟁력을 높일 수 있는 기회이기도 하다.


둘째 분말 소재 특성의 플랫폼화다. 적층 장비에 따라 사용 가능한 분말의 메이커가 다르고 한정적으로 되는 경우가 있다. 적층 방식이 단순화되었다지만 각 장비업체마다 레이저원과 적층시 내부 분위기 등이 상이하여 원료분말을 자사 장비에 최적화하려는 요구가 있다. 이렇게 장비업체에 최적화되고 특화되게 되면 마치 경쟁력이 있을 것으로 보이지만 결국에는 본 시장의 활성화를 저해할 것으로 생각된다. 분말 제조업체들이 다양한 장비에 자사의 분말을 적용하여 공통적인 분말의 요구 특성을 도출하여 플랫폼화해야 한다. 장비가 아닌 3D프린팅용 분말의 최적화라는 큰 틀에서 접근해야 한다.


셋째 금속분말 시장 가격의 합리화이다. 상용화될 것으로 보이는 금속분말의 라인업은 스테인레스, Ni계 합금(인코넬, Super Alloy), Co계, Ti계이다. 분말의 사이즈는 10~40um 수준이다. 기존 분말 야금 입장에서 보면 스테인레스 분말의 시장가격은 특수한 경우에도 3만원/kg 미만이다. 하지만 3D프린팅용으로 통용되는 가격은 10만원/kg 이상이다. 물론 양산 진입 단계가 아니고 양산 단계에서도 기존 분말 야금과 같이 수십톤 이상을 사용하지 않을 수도 있고 적층 공정비가 높기에 원료분말의 전체 원가 부분이 작다고 생각을 할 수도 있겠으나 원료를 자유롭게 선택하고 원가면에서 부담없이 적용하기에는 어려운 것이 현실이다. 분말 업체들이 합리적인 시장가격을 제시할 필요가 있다.


금속분말 대량 생산 체제를 갖추고 있는 글로벌 업체가 본격적으로 본 시장에 진입하게 되면 상기 과제에 대한 많은 부분이 해소될 것으로 기대하고 있다. 이와 같은 관점에서 볼 때 국내 40년 업력을 자랑하는 금속분말 제조업체로 필자가 몸담고 있는 창성의 역할이 본 3D프린팅 산업의 활성화를 위해 그 어느 때보다 중요하며 이미 그 시작을 했다고 생각한다.



▲ AVIMETAL은 다양한 금속분말 제조기술과 제품을 전시했다.



▲ 올리콘은 적층제조부품 기술개발을 위한 글로벌 인프라를 구축 중이다.



▲ 회가내스는 H.C Stack를 인수했으며 이번 전시회에 공동 전시부스를 마련했다.


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