▲ 아우라테크가 항공우주연구원으로부터 기술이전 받아 금속 적층가공을 통해 제작한 ‘가스터빈 엔진의 터빈 디스크’

금속 적층가공(3D프린팅) 부품 후공정 전문기업 주식회사 (주)아우라테크(대표 김명세)가 가스터빈 엔진의 주요 부품인 터빈 디스크를 적층가공을 통해 부품화하는데 성공했다.

아우라테크는 한국항공우주연구원이 지난 2016년 특허 등록한 ‘가스터빈 엔진의 터빈 디스크’를 지난해 기술이전 받았다. 이 기술은 항공기용 가스터빈 엔진의 터빈 디스크 구조 안정성을 향상시키는 것이 핵심이다.

일반적으로 항공기용 엔진에 적용되는 가스터빈엔진은 고온·고압의 연소가스를 이용해 압축기 구동 및 추력을 발생시키는데 사용된다. 가스터빈엔진에는 내측으로는 샤프트가 결합되고 외측으로는 다수의 블레이드가 결합되는 터빈 디스크가 구비되는데, 일반적으로 터빈 디스크의 외측에는 터빈 블레이드가 결합되는 홈이 형성돼 있다.

터빈 블레이드는 고온·고압의 가스가 지나가므로 터빈 디스크의 외측은 고온에 노출돼 있으나 내측은 냉각 공기로 인해 상대적으로 낮은 온도를 가지게 된다. 이러한 온도 구배는 열응력을 발생시키고 이에 더해 회전력에 의한 원심력이 더해져 터빈 디스크의 구조 안정성을 해치는 문제점이 있었다.

이에 항우연은 디스크에 추가 냉각 구조를 형성해 디스크의 온도구배를 낮출 수 있는 가스터빈 엔진의 터빈 디스크 개발에 나섰다. 항우연이 개발한 터빈 디스크는 허브와 보어 사이의 웹이 여러 개로 분리된 구조를 가지며, 이 내부에 냉각 공기가 주입돼 추가적인 냉각을 수행하면서 허브와 보어 사이의 온도 구배를 최소화한다.

또한 허브에는 터빈 블레이드와 접하는 부위에 공기층을 형성하는 복수 개의 딤플을 형성함으로써, 고온가스로 인해 높은 금속온도를 가지는 블레이드로부터 터빈 디스크로 열 전달을 낮춰 터빈 디스크의 변형 또는 파손을 예방할 수 있다.

아우라테크는 금속 적층가공 서비스 사업 강화를 위해 항우연으로부터 터빈 디스크 기본 설계기술을 이전받고 1년간 금속 적층가공을 통해 터빈 디스크를 제작하는 기술을 확보했다. 또한 타 기술과 접목해 개량기술을 개발하고 있다.

김명세 아우라테크 대표는 “가스터빈의 고효율화가 진행되면서 더 높은 온도를 견딜 부품 제작을 위해 혁신적인 냉각기술 적용이 가능한 적층가공기술이 사용돼야 한다”며 “이번에 이전받은 기술로 터빈, 유체기계 등 부품 서비스 시장은 물론 해외에서 수요가 급증하고 있는 맞춤형 시제품 제작 시장에도 진출할 계획”이라고 밝혔다.

한편 아우라테크는 지난해 11월 일본 가스터빈 협회(GTSJ)가 주최하는 ‘국제 가스터빈 회의(IGTC:INTERNATIONAL GAS TURBINE CONGRESS) 2019’에 출품해 적층제조를 통한 맞춤형 시제품 제작 서비스를 유일하게 선보였다. 회사는 한국생산기술연구원 3D프린팅제조혁신센터, 한국기계연구원, 한국항공우주연구원, 연세대, 진영 TBX와 협력을 통해 금속 적층제조로 만든 가스터빈 관련 시제품을 실물 전시하며 참관객들의 주목을 받은 바 있다.