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  • 기사등록 2022-09-26 14:05:46
  • 수정 2022-09-26 14:09:05
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미국의 마크포지드는 2013년 세계 최초로 탄소섬유(CONTINOUS CARBON FIBER)소재와 3D프린터를 개발 상용화한 적층제조 솔루션 기업이다. 적층제조 업계 후발주자이지만 카본 파이버 및 슈퍼엔지니어링 소재에서 엔지니어링 소재에 이르는 차별화된 디지털 포징 솔루션을 기반으로 전통 제조 요소기술과 융합에 힘쓰면서 제조업계로부터 많은 관심과 투자를 이끌어냈다.

마크포지드는 팬데믹 이후 제조업계가 풀어나가야 할 제품의 고부가가치화, 디지털 전환, 새로운 공급망 구축 등을 해결하고자 회가네스(Höganäs)의 금속 3D프린터 사업부를 인수하는 등 적극적인 투자와 수요처 발굴에 앞장서고 있다.

이의 일환으로 세계적인 제조 강국인 한국에서 다양한 제조혁신 어플리케이션을 발굴하고 솔루션 파트너로 함께 성장한다는 전략을 달성하고자 최근 백소령 한국지사장을 선임했다. 백소령 지사장은 3D스캐닝 역설계·품질 검수 솔루션 기업인 아이너스 기술에서 EMEA(Europe Middle East Asia) 지사장 및 글로벌 영업 전략을 역임하고, 2012년 3D시스템즈에 인수 합병이후 10년간 대한민국·동남아시아 3D프린터 사업부를 총괄하는 등 3D프린팅 전문가로 널리 알려져 있다.

본지는 신임 백소령 지사장과의 인터뷰를 통해 마크포지드의 차별화된 복합소재, 신소재 등 적층제조 솔루션을 알아보고 신산업 활성화에 적층제조가 어떻게 기여할 것인지에 대해 생각해보는 자리를 마련했다.


“차별화된 적층제조·복합재료·기능성 금속재료 솔루션기업 마크포지드”


■국내에서는 아직 생소한 마크포지드는 어떠한 솔루션을 제공하고 있는가?


마크포지드는 2013년에 세계최초로 카본 섬유 소재 성형기술을 개발하면서 이제 10년차에 접어든 신생기업이다.

미국과 유럽에서는 차별화된 기술 덕분에 폭넓은 인지도로 빠르게 성장하고 있지만 대한민국에서는 현재까지는 인지도가 낮은 것이 사실이다.



신생기업임에도 불구하고 마크포지드가 주목받는 이유는 바로 ‘ME TOO’ 기술과 제품이 아닌 독보적이고 차별화된 솔루션을 가지고 제조업계와 협업을 하고 있다는 점이다.


마크포지드는 소재, 3D 프린팅 프로세스 및 최적화 소프트웨어 세가지 측면에서 차별화 솔루션으로 섬유 및 금속 적층 제조 솔루션을 제공하고 있다.


마크포지드의 차별화된 소재 솔루션을 살펴보면 카본 섬유소재부터 케블라 섬유, 강화유리섬유, HSHT (고강고온) 유리섬유 등 다양한 고기능성 장섬유(Continuous Fiber) 소재를 유일하게 3D프린팅 성형을 지원한다. 또한, 일반 단섬유 카본복합소재, 범용 엔지니어링 플라스틱 소재 성형을 기본적으로 지원하며, 실리콘·고무 성형을 대체하는 고품질 TPU 95A를 제공하고 있다.


이러한 소재의 차별성은 폴리머뿐만 아니라 금속 분야에도 적용된다. 금속 3D프린터에서 범용으로 공급하는 타이타늄, 인코넬, 알루미늄, 스테인리스 이외에도 기계 부품 및 생산 툴 제작을 위한 A2, D2, H13 등의 특수 공구강 및 구리 소재 성형이 가능하다.


▲ 마크포지드의 특수 공구강 및 경량화 강성 복합소재 활용 사례


프린팅 기술의 차별성으로는 일반 FDM 방식 3D프린팅과 다른 포징 기술로 장섬유 소재 성형이 가능하며, 기존 압출방식의 프린팅 성형물과는 다른 고품질의 부품 성형이 가능한 점이 있다.


금속 프린팅 기술로는 가장 경제적인 금속 프린팅 기술로 알려진 바운드 금속분말을 이용한 압출 방식의 금속 프린팅 솔루션과 가장 다양한 금속 소재의 활용과 미래 생산성 적층 제조 기술로 부각되고 있는 바인더 분사 금속 프린팅 솔루션을 공급하고 있다.


마지막으로 탁월한 소프트웨어 기술이 있다. 개인적으로는 마크포지드 소재의 특수성에 이끌려 이직을 결심했는데 마크포지드 본사에서는 소프트웨어 기술을 강력한 차별화 솔루션으로 꼽고 있다는 점이 놀라웠다.


마크포지드는 다양한 섬유소재의 성형을 위해 부분 보강, 전체 보강, 이종 부품의 중간 삽입, 이종 소재의 국부적 배열. 강성 강화 효과들을 고려한 최적의 슬라이싱 기술과 펌 웨어의 개발에 초기 사업화 단계에서부터 많은 연구와 투자를 했다. 이를 최적화하기 위해 PLC 또한 자체 설계하고 있다. 슬라이싱과 성형을 위한 최적화뿐만 아니라 사전 및 실시간 품질 검수를 위한 플러그인 모듈 소트웨어 또한 지원하고 있다.

부품 성형 이전에 소성 분석, 열해석 등을 통한 변형 및 불량 예측을 하는 시뮬레이션 소프트웨어, 그리고 파츠 성형 중에 실시간 레이저 측정을 통한 실시간 품질 관리가 가능 하고 이렇게 실시간으로 측정된 3D 레이저 스캔 데이터를 노미널 데이터인 CAD 데이터와 비교를 통해 품질 관리를 지원하는 블랙 스미스(BLACK SMITH) 소프트웨어 등을 지원하고 있다.


마크포지드의 슬라이싱 및 이종 소재의 성형 조건 최적화, 사전/실시간/사후 품질 관리 소프트웨어 기능들은 아이거(EIGER)라고 하는 소프트웨어 플랫폼에서 지원한다. 또한 생산 라인 구축에 따른 설비 증가로 생산성을 확장하고자 하는 경우 생산 계획, 공정 및 생산 관리 기능을 추가한 아이거 플릿(EIGER FLEET)을 통해 전체적인 생산성 관리가 가능하다. 아이거 통합 플랫폼은 온라인 협업 플랫폼으로 고객사의 운영 환경에 따라 온·오프라인 라이선스 선택이 가능하다.


협업 작업 및 생산성 관리에 필수적인 온라인 플랫폼 기반작업에 대한 신뢰성 확보를 위해 마크포지드의 온라인 플랫폼 및 클라우드 데이터 관리는 CSA 및 ISO/IEC 27001인증으로 검증된 기준에 따라 전문적으로 개발, 관리 및 운영되고 있다.


■오랜기간 국내 적층제조 산업의 성장과 함께 해온 경험을 바탕으로 마크포지드의 적층제조 솔루션이 제조업계에 어떻게 혁신을 불러 일으킬 수 있을 것인지에 대해 전망해달라.


마크포지드의 3D프린팅 복합소재는 이러한 신성장동력 산업군의 경량화, 고강도 구조체, 내마모성 및 내화학성 성형체, 탄성체 성형 등에 필요한 차별화된 솔루션을 제시하고 미국에서는 단기간에 가장 많이 팔린 프린팅 솔루션이 되었다. 제조업의 혁신 동력이 움직이는 곳에서 마크포지드의 차별화 솔루션으로 함께 성장해 나갈 것이다.


현재 우리 제조업계는 미래형 전기 및 디지털 제품의 개발, 전기차를 포함한 다양한 형태의 미래 운송 수단, 자연 환경 보존 및 경제 패권 전쟁에 따른 미래 에너지 개발, 고령화에 따른 서비스 로봇, 노동인구감소에 따른 무인 자동화 로봇, 협업작업 로봇, 자동화 지원을 위한 다양한 생산툴의 개발, 신경제 냉전체계에 따른 차세대 국방 무기 체계 개발 및 구축, 자원 개발 및 생활 공간 확장을 위한 위성 발사 및 달 탐사 등 수많은 당면 과제들을 위기이자 기회로 마주하고 있다.


제조업계는 이를 기회로 살리고자 신속한 혁신과 발전을 거듭하고 있다. 이러한 전기차, 로봇, UAM, 차세대 군수 무기체계 및 우주 발사체 등 신성장동력 산업군의 현장에서는 공정 혁신을 위해 다양한 신소재 및 새로운 공정 기술과의 융합 기술을 검증하고 생산라인을 구축하고 있다.


산업 패러다임 변화에 따라 신성장동력 산업군을 중심으로 하기와 같은 마크포지드 솔루션을 활용한 혁신사례들을 각 제조 기업에게 세부적으로 소개하고 대한민국 제조기업들에게 새로운 혁신 동력을 불어넣을 수 있도록 노력할 나갈 계획이다.


▲ 마크포지드의 로봇, 우주항공, 미래 운송시스템 활용 사례


마크포지드의 적층 제조 솔루션의 제조업 적용사례를 살펴보면 복합 소재 특유의 경량화 강성 구조의 장점으로 인해 지그, 픽스쳐, 그리퍼, 로봇엔드 암 및 자동화 등의 다양한 생산툴 솔루션으로 입지를 넓혀가고 있다.

특히 다양한 산업 현장에서 생산 툴 제작 솔루션으로 각광받고 있다. 미국 미시간 산업 클러스터에서는 400여대의 마크포지드 3D프린터가 설치돼 지그, 픽스쳐, 그리퍼, 로봇 자동화 등의 생산 툴이 공급 중이다. 생산 툴 제작용도로 마크포지드의 복합소재 프린팅을 활용하던 제조기업에서는 소재. 물성, 부품의 기능적 설계에 따라 적층제조의 부품 생산에 적용 범위를 확장하고 있다.



▲ 마크포지드 3D프린팅으로 생산한 지그, 픽스쳐, 로봇암, 그리퍼. 자동화 생산툴.


또한, 마크포지드는 과거 모토로라가 군용 특수 무전 통신 장비를 제공한 것처럼 군용 특수 3D프린터를 공급하고 있다. 미국의 육··공군은 작전 및 훈련상 이동 시 운송 장비에 마크포지드의 필드지원 특수 3D프린터를 싣고 다니면서 MRO 부품제작 솔루션으로 활용하고 있다.

모든 제조 환경은 진동, 습기, 온도의 조건이 제어되어야만 최적의 성형이 가능하기 때문에 이러한 이동형 운송 장치에 액상 또는 파우더 형태의 3D프린팅 소재를 싣고 다니면서 현장 MRO를 수행하기에는 장애요인이 많다. 마크포지드는 고상 성형 기술과 3D 프린터의 특수 설계 하우징을 통해 이를 극복했다.


그동안 제조 선진국의 기간산업으로 불리던 우주항공, 에너지, 군수방위 등의 산업에서는 수 십년전에 개발 상용화된 플랫폼에 수 십년에 걸쳐 검증된 수 만~수 십만개의 부품과 인증된 소재를 사용해왔다. 이렇게 성숙된 공정이 갖춰진 산업군에서 신소재와 신제조공법이 새롭게 자리를 잡기는 어려웠다.

그러나 신경제 패권전쟁이 촉발한 패러다임 전환으로 제품·플랫폼들이 차세대 혁신체계로 전환하면서 상당수 부품과 제품이 새롭게 기획, 설계되기 때문에 적층제조가 전통 제조공법에 융합돼 혁신을 일으킬 수 있는 기회가 많아졌다. 이러한 변화로 국내 제조업계에서 국제적인 새로운 위상을 확보할 기회 또한 높아졌다.


특히, 이러한 차세대 혁신 제조업계에서는 복합 소재 및 고기능성 금속 소재를 이용한 부품화에 많은 관심을 가지고 기술개발을 지속 추진 중이다. 제조부문의 이러한 복합 소재, 고기능성 소재의 요구가 있는 곳에 집중적으로 마크포지드 솔루션 공급과 프로젝트를 수행해 나갈 계획이다. 제조 강국인 대한민국생산 현장에서 강력한 생산툴로, 자동화 지원 솔루션으로 함께 성장할 수 있기를 기대한다.



▲ 마크포지드의 필드 에디션 3D프린터는 군수 및 아웃도어 환경에서 사용되고 있다.


신소재·신공정으로 로봇·전기차·UAM·군수방위 등 新성장산업 붐업 이끌 것”

생산·품질관리 SW 플랫폼 및 금속 BJ 3D프린팅 솔루션 통해 고객 양산 지원


■마크포지드의 주력 기술 중 하나인 바인더 분사 금속 적층제조 기술에 대해 설명해 달라.

바인더 분사(BJ) 금속 3D프린팅 기술은 상대적으로 빠른 성형 속도 및 다양한 소재 사용이 가능하기 때문에 대량 생산이 가능한 양산 기술로 잠재력을 인정받고 있다. 바인더 분사 기술은 성형제 가공 공정에 고열에너지 대신 바인더를 이용한 쾌속성형작업(NEAR NET SHAPING)을 수행하고 후공정인 열처리 작업을 통해 최종 성형체를 완성한다.


이러한 바인더 분사 기술은 산업계가 요구하는 다양한 소재를 사용 가능하게 하고, 성형 작업 시 열응력 및 잠열이 미비해서 변형 실패 확률도 낮고, 레이저 빔 용융처럼 연소가스 분사에 따른 위험이나 낙진에 따른 기공발생이 없다.

또한, 열 변형률이 미미하기 때문에 모든 부품을 굳이 열응력처리 목적의 위상 최적화를 통한 재설계 작업이라든가 열배출을 위한 서포트 설계 작업 등을 하지 않아도 되기 때문에 전처리 공정 단축이라는 장점을 가지고 있다. 물론, 소재비 절감 및 구조적 강성 확보용도의 위상 최적화는 적극 권장한다.


성형을 위해 사용된 바인더는 MIM/분말야금과 동일한 방식으로 탈지하여 제거하고,모든 금속 성형 공정처럼 열처리 작업을 통해기공성과 이방성을 제어한다.이 열처리 작업이소결 작업의 일환으로 구동한다.


바인더 분사 프린팅 기술 또한 도전 과제가 있는데, 바인더를 탈지 및 소결하는 과정에서 수축률을 정확히 시뮬레이션하여 수치상 정확한 성형 부품을 생산하도록 제어하는 것이다.


이러한 정확한 수축율 제어라는 도전 과제로 인해 바인더분사 금속 프린팅 기술 출시 선언 이후 5~7년이라는 추가 공정 검증 개발을 거치고서야 이제 본격적으로 산업화의 문을 두드리게 되었다.


■마크포지드는 최근 회가네스 금속 3D프린팅 사업분야를 인수하는 등 금속 적층제조 분야를 강화하고 있다.


폴리머 복합 소재가 소재의 특수성으로 단순 시제품이 아닌 최종 산업용 부품으로 적층제조 기술 활용이 가능하게 했던 것처럼, 금속 프린터 특히 바인더 금속 프린터는 양산이라는 제조 혁신을 위한 또 하나의 기폭제 역할을 할 것이기 때문이다.

바인더 금속 프린터는 분말 베드기반의 프린팅 기술과는 다르게 전자, 자동차, 미래형 운송수단, 로봇, 기계 부품들의 소형 대량 생산 부품 제조를 타겟으로 한 양산 기술로 발전할 것으로 기대하고 있다. 이를 위해서 기존에 마크포지드가 수행한 금속 시제품 제작 및 배치 양산 케이스들을 국내 제조 기업들과 함께 공유해서 테스트 베드 프로젝트를 수행하고 각 고객사의 수요와 스펙에 맞는 생산 기술로 함께 성장해 나갈 계획이다.

▲ 마크포지드의 바인더 젯 기술 기반 디지털 메탈 프린팅 사례


앞서 말했듯 바인더 기술의 바인더 탈지 및 소결 과정에서의 도전과제를 해결하고자 마크포지드는 최근 회가네스의 금속 3D프린터 자회사인 Digital Metal을 인수했다. 회가네스는 1797년에 설립된 200년이 넘는 역사를 가진 세계 최대 금속분말 제조업체이다. 그간 축적해온 금속 분말과 분말야금기술을 기반으로 독보적인 ‘Digital Metal’ 3D프린터를 개발, 부품서비스 및 프로젝트를 제공해 왔다.


바인더분사 성형 기술 중 탈지 및 소결 작업은 분말야금 기술과 대동 소이하여 회가네스처럼 금속 분말의 조성 설계 및 분말야금 공정 노하우를 가진 제조 산업에서 빠른 도입과 적용이 가능한 기술이다. 또한 근래 들어 발전하는 지능형 시뮬레이션 기술을 통해 정밀 성형기술력 또한 성장하고 있다.


마크포지드는 이번 인수를 통해 세계 최고의 금속 전문기업에서 개발하고 상용화한 바인더 분사 금속3D프린팅 기술·소재·솔루션과 전문인력을 확보하게 됐다. 마크포지드는 분말야금 기술력과 지능형 시뮬레이션 기술을 접목한 바인더젯 분사 기술을 소형, 정밀, 대량 생산이 필요한 전자부품, 자동차 부품 및 기계 부품 등에 적용 가능하도록 산업군별 프로젝트를 시행을 통해 대한민국 제조기업들과제조 혁신을 리딩해 나가고자 한다.


한편, 마크포지드의 와이어 타입의 바운드 분말 금속 프린터는 열응력에 따른 변형 없이 신속하고 아주 경제적인 가격으로 금속 시제품 제작, 신속한 금속 생산툴 제작 및 금속 소재부품 연구 개발용도로 이미 폭넓게 활용되고 있어서 해당 분야에 대해 보다 적극적으로 집중 지원해 나갈 계획이다.



▲ 마크포지드의 와이어 포징 금속 프린팅 사례


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