中 적층제조 대형화·상용화·투자 활발, 韓 협력 확대해야

▲ 시안 국제 3D 프린팅 전시회장 앞에서

중국 정부의 초청으로 최근 국제 IAME(International Additive Manufacturing Expo, China, Xian, 시안 국제 3D 프린팅 전시회)와 중국 국립 3D프린팅 연구원을 방문했다. 중국은 바야흐로 산업용 적층제조시대가 열리고 있는데 시안에 위치한 BLT社는 110대 이상의 금속 3D프린터를 설치한 공장을 기지고 연간 800억원 이상의 부품을 생산해 중국 항공 및 중국 공군에 납품을 시작하고, 중국 국립 3D프린팅 연구원은 2만평 이상의 부지에 초대형 장비를 설치하고, 생산을 지원하는 공장 시설을 건설, 제품 개발 후에 기술 이전을 진행하고 있다. 이번 중국 방문은 이러한 흐름이 현실화되고 있음을 직접 목도할 수 있는 기회가 됐다.

중국 국립 3D프린팅 연구원(NIIAM)에서 주최한 국제 IAME는 지난 9월19일부터 21일까지 시안 국제전시장에서 열렸다. 30개국에서 약 100여개 업체가 참여했으며 근래에 보기 드물 정도로 정리가 잘된 전시회였으나 한국 업체는 참석하지 않아 아쉬웠다. 부대행사로 국제 DfAM(적층제조특화설계) 경진대회가 열렸고, 필자는 한국을 대표하는 DfAM 경진대회 심사위원으로 참석했다.

컨퍼런스는 엔지니어링과 기술에 대한 국제 정상포럼, 항공, 의료, 디자인 혁신, 프로세스와 장비 개발, 교육, 금융 투자, 중국 기계학회의 적층제조(AM) 정례 미팅, 교육관련 CEO 미팅, 국가 3D프린팅 전략 등 다양한 주제로 진행이 됐다.

▲ 중국 3D프린팅 연구원은 200m 이상 연결된 공장라인이 구축돼 있다.

■ 적층제조로 부품 양산 확대, 투자 활발한 중국

이번 전시회에서는 다수의 최종 결정권자 미팅을 통해 많은 투자가 이뤄지고 있음을 볼 수 있었고 이제 중국은 투자의 시기에 접어들었다는 것을 느낄 수 있었다.

3D프린팅 장비 부분에서는 프린터의 대형화, 하이브리드 생산 장비 개발 및 실용화, 대형 EBM(전자빔) 장비의 구축 등 대형화가 진행되고 있었다. 중국은 많은 인력과 예산을 지원해 다양한 대형화 시도를 하고 있으며, 또한 장비 개발에서 벗어나 실제 적용을 위한 실용화 연구가 진행되고 있는 것이 특징이다. 이를 위해 중국 정부는 해외에 다양한 업체와 전문가들 초청해 많은 사람을 만나보고 의견을 나눌 수 있도록 하고 있다.

그간 중국산 제품에 대한 안정성에 대해 불안하게 여겨왔으나 이번에 실제로 제품 생산을 하는 것을 보고, 우려가 불식됐다.

중국산 주물사(샌드) 3D프린터의 경우는 대량 생산에 사용이 되고 있고, 국내에 도입이 될 만큼 많은 경험과 생산 능력을 갖춘 것이 특징이다. 특이한 것은 메탈 임플란트에서 PEEK 소재를 활용한 의료 임플란트의 제작을 위한 프린터가 상용화되고, 이를 활용한 의료 수술이 급격히 늘고 있다는 점이다. 장비 가격도 메탈 프린터에 비해, 1/20 정도 낮출 수 있는 것이 특징이다.

신제품 중에는 스마트폰을 활용한 DLP 프린터가 흥미로웠는데 일반 전화기 화면을 아래에 놓고, 그대로 출력이 가능하며 가격도 저렴하다.

북경대 교수가 만든 회사로 유명한 3D Printing Technologies는 자사가 개발한 샌드 3D프린터, 메탈 3D프린터 등을 출품했다. 이 회사는 중국의 파순, BLT, HBD 와 더불어 중국 4대 메탈 프린팅 업체로 알려져 있다는 것을 알게 됐다. 각 회사당 200~500대 정도의 메탈 3D프린터가 생산·설치돼 적층제조생산에 활용되고 있으며 이는 중국산 장비의 안정성 향상으로 이어지고 있다.

KOCEL社는 바인더 젯(BJ) 방식의 샌드 프린터로 생산을 하고 있으며 중국 3D프린팅 연구원에도 대형 장비를 설치했다. 샌드 프린터의 경우는 독일산에 비해서, 가격은 2/3 정도이고, 성능은 2배 이상 향상됐다고 하며 저가의 생산이 가능하다.

시안의 교통대 교수가 직접 창업한 회사인 JUGAO-AM社는 PEEK 재질로 의료용 임상 실험을 완료해 실제 사용이 되고 있다. 장비 가격도 1~2천만원대로 생산 장비로 투입이 가능한 것이 특징이다.
장비업체의 약진과 더불어 분말업체의 경우, AVIMETAL, ZTT SRIM 은 BLT, HBD社 등에 납품을 하고 있어, 국내에 도입해도 품질면에서 문제가 없는 것을 확인했다.

▲ 스마트폰을 이용한 DLP 프린터, 오른쪽의 스마트폰을 장비 아래에 놓고 프린팅을 하면 된다.

민관 투자확대로 대형 양산 3D프린터 개발, 저가·양산장비 적합
산업현장 필요한 기술개발·양산 적합 테스트 투자 집중 인상적

■ 中 국립 3D프린팅 연구원, 산업현장 맞춤 대형장비 구축

전시회 마지막 날에는 중국 3D프린팅 연구원의 오프닝 데이가 있었다. 대형 공장동과 실험동으로 구성된 연구원에는 20개의 연구 그룹, 200여명의 연구원이 근무를 하고 있었다. 거의 모든 대형 3D프린터가 설치되어 있었고, 미국의 American Makes와 EWI 연구소를 2배 이상 크게 만든 느낌이었다.

중국 3D프린팅 연구원은 대대적인 투자와 확장으로 200m 이상이 되는 건물동과 장비 구축을 통해 아시아 최고의 생산시설 및 지원시설로 거듭나고 있으며 프로젝트와 인원도 계속 늘릴 예정이라고 한다. 전자빔을 활용한 진공 대형 메탈 3D프린터를 개발해 설치했는데 전자빔 헤드를 직접 제작했으며 현재 1m 이상급 대형 장비를 개발 중일 정도로 기술력이 있다.

연구원은 중국에서는 최초로 의료 임플란트 제조 허가를 10년만에 취득을 했으며 중국 정부의 허가 받은 실험실이 구축돼 실제 임상에 적용 중이다. 또한 산업현장에서 필요한 기술 개발을 위해 수십대의 중국산 장비를 구매해 테스트하고 있는데, 흥미로웠던 것은 이들 장비가 실제 산업 현장에서 사용시에 문제가 없는지 장기간 사용 테스트를 하는 시설(aging)이 있어 메탈 3D프린터를 양산장비로 발전시켜 나가고 있다는 점이다.

한국적층제조사용자협회는 중국 3D프린팅 연구원과 제트엔진과 대형 장비 개발에 대한 기술협력에 나서기로 협의했다. 울산에서는 협회, 메탈쓰리디, 엠피웍스(MP Works) 등이 메탈 3D프린팅을 통해 제트엔진을 개발 중인데 우리와 마찬가지로 중국도 제트엔진 프린팅을 통해서, 공정과 정밀도를 향상시켜 장비의 경쟁력을 높이겠다는 방향을 가지고 있음을 확인했다. 이에 연구원은 한국과의 협력을 강하게 요청했으며 이를 통해 보다 빠르고 저렴하게 제트엔진을 개발할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

▲ 중국 3D프린팅 연구원에서 제트 엔진의 연소기 부분을 메탈 3D프린팅으로 제작했다.

이번 중국 방문을 정리해보자면 메탈 3D프린터의 세계적인 트렌드는 대형화·상용화로 나아가고 있으며, 품질이 떨어진다고 여기지던 중국 장비의 안정성이 실제 상용화를 통해 신뢰성 있는 장비로 거듭나고 있으며 이에 향후 저가형 부품생산에 활용될 수 있을 것으로 전망된다.

또한 중국 업체들은 기술개발, 납품처 발굴 등에 투자를 아끼지 않고 있어 우리보다 앞서 나가고 있기 때문에 이제 중국을 경쟁자가 아닌 상생 파트너로 삼고 적극적인 협력에 나서야 할 것이다.

특히 울산에서 현대중공업 계열사, 현대차 등에 적층제조로 제작한 부품이 납품이 시작되고 메탈쓰리디에 금속 3D프린터 8대가 설치가 돼 적층제조 공장이 구축되는 등 산업용 AM시장이 이제 막 형성되려는 시점에서 AM 생산에 시행착오를 줄이기 위해선 중국 3D프린팅 연구원과 같이 생산에 도움이 되는 3D프린팅 연구원 건설이 시급하다고 여겨진다.

▲ 적층제조를 통한 부품생산을 위해선 후공정이 매우 중요하다. 연구원은 후공정 장비도 다수 구축하고 있다.

▲ 자동차 차체를 출력할 수 있는 카본 복합재 초대형 3D프린팅 장비(2층 규모)

▲ 중국 3D프린팅 연구원이 카본 복합재 초대형 3D프린팅 장비로 출력한 카본 소재 자동차. 대형 장비를 실제 산업에 적용하는 사례이다.