▲ 에이엠솔루션즈에 구축된 로봇팔 결합 LW-DED 장비

적층제조(3D프린팅) 설계·공정·시스템 통합솔루션 기업 에이엠솔루션즈(대표 김대중)가 우주항공·국방 등 산업에서 대형 부품 및 구조물 제작용으로 수요가 늘고 있는 LW-DED(레이저 와이어 직접 에너지 적층) 방식 금속 3D프린팅 솔루션 사업을 본격 추진한다.

에이엠솔루션즈는 지난해 대전에 로봇팔과 결합된 LW-DED 장비를 구축하고 물성테스트, 치수 정밀도 확인을 위한 시편제작 등을 마무리한데 이어 올해는 추가적으로 3~4대의 장비를 설치해 장비 판매 및 출력 서비스 사업을 확장할 계획이다.

LW-DED 공정은 금속 분말 대신 금속 와이어를 레이저로 녹여 적층하는 방식으로 현재 금속 부품 제작에 널리 사용 중인 PBF 방식 대비 빠른 제작 속도, 저렴한 재료비, 대형 부품 제작 가능 등 장점이 있다. 시중의 일반 용접 작업용 와이어를 그대로 사용하면서 작업 표면 마감도와 치수 정확도가 우수해 필요 후공정이 상대적으로 줄어들어 생산성이 매우 우수하다.

특히 LW-DED 헤드를 로봇팔(Robot arm)과 결합하면 팔의 길이에 따라 미터(m)급 이상 원하는 크기의 부품을 유연하게 생산할 수 있으며 무인 자동화가 가능하기 때문에 다품종 소량 대형부품 생산·보수를 위한 스마트팩토리 구현에 최적화된 기술이다.

현재 국내외 모두 시장이 형성 중인 기술도입 단계이지만 항공우주, 방산, 자동차, 중공업 등 다양한 분야에서 날로 수요가 늘고 있는 중대형 크기의 복잡하고 고성능을 요구하는 금속 부품을 중심으로 적용이 본격화되고 있다.

▲ 미국 Relativity社가 개발한 WAAM 장비(左)로 제작한 우주발사체 연료탱크 부품(右)

대표적인 사례로 지난 3월22일 세계 최초로 3D프린팅으로 제작된 로켓을 발사해 주목을 받은 미국의 우주 스타트업 렐러티비티 스페이스(Relativity Space)는 ‘스타게이트(Stargate)’라는 로봇팔 기반 WAAM(wire arc AM) 장비를 자체 개발해 대형 추진제 탱크 전체를 적층제조로 제작했다.

회사는 3D프린팅으로 로켓의 95%를 제작하고 부품 수도 1천개 미만으로 줄여 로켓 제작기간을 기존 24개월에서 2개월 미만으로 줄이고 발사 비용도 1/5~1/6로 줄이는 것이 목표다. 추진제 탱크는 전체 발사체 부피의 80%를 차지할 정도로 크기가 크고 경제성을 확보하고자 와이어 소재로 하는 적층제조 기술을 적극 활용하고 있는 것이다.

우리나라의 경우 한국생산기술연구원 시흥 3D프린팅 제조혁신센터(단장 손용)에서 우주 발사체 추진제 탱크를 LW-DED 공정을 통해 다양한 크기로 제작하여 경량화 및 공간 효율을 높이고 있으며 현재 실제 발사체에 적용하기 위한 실증을 추진 중이다. 또한 제1호 한국형 구축함인 3,200톤급의 광개토대왕함의 디젤엔진 클러치 잠금장치를 하루 만에 LW-DED로 수리하는데 성공함으로써 긴급 정비가 필요한 부품에 최적화된 솔루션임을 입증했다.

에이엠솔루션즈는 스페인 멜티오(Meltio)社 및 코엑스워크(Coaxworks)社의 LW-DED 헤드를 기반으로 로봇팔, 와이어 송급기, 적층경로생성 SW 등을 기술적으로 통합해 국내 고객사에 토털솔루션으로 공급하거나 적층제조 서비스를 본격화할 계획이다. 최근 자체 제작한 헤드와 피더기술까지 확보해, 산업별 맞춤형 장비(기술)와 고객사의 요청사항, 제작부품, 예산에 따라 변경이 가능하다.

LW-DED 공정 자체가 시작 단계이고 로봇 기반 장비 자체도 시장에 전무하다 보니 상용화를 위해선 적층제조 연구개발과 함께 기반 표준화, 인증 기준 등의 정립이 필요한 상황이다.

이에 에이엠솔루션즈는 우주항공, 방산, 중공업 등에 필요한 부품을 DED 공정으로 제작·지원하며 기술력을 확보해 온 한국생산기술연구원 시흥 3D프린팅 제조혁신센터와 기술협력 MOU를 체결하고 헤드 모니터링 기술 등을 이전받았다.

이를 통해 공정에서 발생하는 문제점을 개선하는 한편 정부 R&D 과제에도 함께 참여해 제조업 전반에 LW-DED 공정을 확산시킨다는 계획이다. 시흥센터가 보유한 LW-DED 장비는 상대적으로 고출력으로 속도가 빠르고 에이엠솔루션즈의 장비는 저출력으로 정밀도가 높기 때문에 기술 협력을 통한 시너지가 기대되고 있다.

이밖에도 에이엠솔루션즈는 최근 울산광역시가 주관하는 ‘2023년 주력산업 3D프린팅 기술융합 실증지원사업’ 중 ‘금속와이어 3D프린팅 기술을 이용한 선박용 유연형상설계 저비용 Air Tank 제조기술개발’에 선정돼 수요기업인 현대중공업에 시제품을 공급하고 실증할 예정이다.

에이엠솔루션즈는 LW-DED로 추진제 탱크를 제작하는 서비스 사업을 중심으로 자동차, 중공업, 방산 등 시장을 개척할 예정이다. 우선 오는 6월28~30일 대전컨벤션센터에서 방위사업청와 대전광역시 주최로 열리는 ‘2023 방위산업 부품·장비대전 및 첨단국방산업전’에 출품해 방산업계에 LW-DED 솔루션에 대해 널리 알릴 계획이다.

김대중 에이엠솔루션즈 대표는 “LW-DED 기술은 앞으로 새로운 와이어 합금 개발, 스프트웨어 및 제어시스템 발전, 로봇 자동화 등을 통해 제조업에 적용이 가속화 될 것”이라며 “끊임없는 장비 및 공정 솔루션 개발과 상용화를 통해 세계 시장을 선도할 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.

▲ 한국생산기술연구원 시흥 3D프린팅 제조혁신센터에 구축된 LW-DED 장비로 광개토대왕함 부품을 수리하고 있다.

▲ 에이엠솔루션즈가 LW-DED 장비로 제작한 Glass Mold Core 부품