▲ ‘제2회 스마트제조 적층제조기술 공유 심포지움’ 참석자들이 기념촬영에 응하고 있다.

적층제조(3D프린팅) 기술이 국내 국방·방위산업·전자·금형 등 제조업 현장에서 스마트제조에 기여하고 있는 것으로 나타났다.

교육부가 주관하고 울산경남지역혁신플랫폼 스마트제조엔지니어링사업단(단장 이재선), 창원대 첨단방산소재부품연구실(센터), 3D프린팅연구조합(이사장 이조원) 공동주최, 신소재경제신문과 창원컨벤션센터 후원으로 ‘제2회 스마트제조 적층제조기술 공유 심포지움’이 19일 창원컨벤션센터 컨퍼런스홀 301+302호에서 열렸다.

이날 행사에는 이재선 단장, 박종규 산업응용공유연구소장과 산학연 관계자 80여명이 참석했다.

이번 행사는 창원대 스마트제조엔지니어링사업단 산업응용공유연구소에 대해 알리고 국방·방산·전자·금형 등 경남지역 주력 제조산업의 스마트화를 이끌고 있는 적층제조기술을 소개함으로써 경쟁력 강화를 지원하기 위한 자리다.

이날 이재선 스마트제조엔지니어링사업단장의 축사와 박종규 산업응용공유연구소장의 산업응용공유연구소 소개를 시작으로 △국방 R&D 사업과 적층제조(국방기술진흥연구소 박경철 팀장) △방산분야 3D프린팅 공정개발 및 부품 적용 사례(두산에너빌리티 한정민 수석) △대형 국방 무기 부품제조를 위한 주조 적층제조기술(KTC 안형수 팀장) △적시적량 대응형 스마트 적층기술 및 사례(LG전자 생산기술원 박인백 책임) △스마트제조의 금속 3D프린팅 기술 기반 금형 개발 및 실증 사례(파트너스랩(주) 박기철 팀장) 등이 주제발표 됐다.

러-우 전쟁, 이스라엘-팔레스타인 분쟁 등으로 인해 세계 각국이 무기 구입 및 자국 방산 육성에 높은 관심을 보이고 있다. 우리나라도 자국 방산기술 보호와 수출산업화를 위해 부품국산화에 박차를 가하고 있으나 부품 제조를 담당하고 있는 중소·벤처기업은 전체 기업 수의 89%에 달하나 매출액은 15%에 불과해 적극적인 육성이 요구되고 있다.

국방기술진흥연구소는 국방분야 유일의 R&D 기획·관리·평가 및 방산 육성 전담기관으로서 1조원에 달하는 R&D 예산을 관리하고 있다. 3D프린팅 등 신기술을 방산분야에 적용하고 혁신기업 육성 및 일자리 창출을 위해 관련 핵심기술연구개발사업을 통해 △금속 3D프린팅 기반 열방호 소재 특화연구실(49.6억원) △유도무기용 플라즈마 기반 3D프린팅 내열금속 분말 제조기술 연구(59.8억원) △3D프린팅을 이용한 경량/고강도 복잡형상 SiC 부품 제작공정개발(34.6억원) 등을 지원하고 있다.

박경철 국방기술진흥연구소 팀장은 “우수 중소벤처를 선별해 맞춤형으로 기업을 지원하는 ‘방산 혁신기업 100’, 군 또는 체계업체에서 필요로 하는 기술개발을 지원하는 ‘국방벤처혁신기술지원사업’ 등 다양한 지원사업이 있으니 ‘국방기술정보통합서비스(DTiMS)’ 등을 활용해 달라”고 전했다.

▲ 이재선 울산경남지역혁신플랫폼 스마트제조엔지니어링사업단장이 축사를 하고 있다.

사형 주조에 있어 3D프린팅을 적용하면 복잡한 코어를 단순화 시킬 수 있고 코어 수를 줄여 몰드 제작시간과 비용을 절감하는 효과가 있다. KTC는 독일의 세계적인 사형주조용 몰드·중자 제작 3D프린팅 전문기업 독일 복셀제트(Voxeljet)社의 바인더 젯팅(BJ) 3D프린터 판매와 함께 직접 장비를 구축해 서비스 사업을 진행 중이다.

이 3D프린터는 자동차, 발전, 선박, 기계 등 산업에 필요한 대형 부품을 제작하는데 있어 효과적인 기술로 자리매김 중이다. 40cm 이상의 자동차 크랭크 케이스를 제작하는데 있어 BJ 3D프린터를 활용한 결과 기존 2개월이 걸리던 제작시간을 단 5일로 줄였고 비용도 1.2억원에서 2천만원으로 83% 절감했다. 특히 CAD 데이터만 보관하면 언제든지 제작이 가능하기 때문에 목형, 금형 등을 보관하는데 필요한 부수적인 공간과 관리 비용도 줄이는 효과가 있다.

안형수 팀장은 “수송기기의 경량화가 요구되면서 복잡한 형상과 얇은 부분과 두꺼운 부분을 조합하는 등 새로운 주조방식의 형상이 필요한데 3D프린팅은 이러한 최적화 형상 디자인과 실 제작이 가능하기 때문에 수요가 늘어날 것”이라고 전망했다.

금형을 이용한 플라스틱 사출공정에 있어 용융된 수지를 고화시키는 냉각은 전체 공정시간의 50~70%를 차지하고 있고 제품의 정밀도 및 변형에 많은 영향을 미치기 때문에 금형을 빠르게 냉각시키는 것은 제품 경쟁력과 직결된다.

냉각 속도를 빠르게 하기 위해서 냉각채널이 사용되는데 3D프린팅은 복잡한 형상의 냉각채널을 생산하는데 최적화된 기술이기 때문에 정밀금형 분야에서 적용이 확대되고 있다. 아우디의 경우 자체적으로 적층제조(AM) 센터를 구축하고 직접 금속 레이저 소결(DMLS) 방식 3D프린터로 금형을 제작해 아우디4 등의 바디 패널 양산에 적용 중이다.

파트너스랩은 금속 및 플라스틱 3D프린팅 출력 서비스와 정밀 NC 가공을 통한 금형 설계 및 제작, 사출까지 한 곳에서 진행 가능한 인프라를 서울 금천구에 구축하고 원스톱 서비스를 제공하고 있다.

회사는 지난 2015년 금속 3D프린터를 처음 도입한 이래 현재 독일 EOS社 M290 장비 3대와 M300-4 1대 등 총 4대의 DMLS 3D프린터를 구축했으며 이를 기반으로 최적의 열전달이 가능한 형상 적응형 냉각채널 금형을 생산 중이다. 제품의 형상에 따라 3차원 곡선으로도 냉각채널을 구현할 수 있어 기존 일반 냉각채널 대비 공정시간을 20~60% 단축할 수 있으며 사출 불량률도 10% 이상 감소하는 등 생산성 향상에 큰 효과가 있는 것으로 나타났다.

실제로 파트너스랩은 기아자동차와 형상 적응형 냉각채널을 갖춘 다이캐스팅 인서트를 공동으로 설계하고 제조했으며 다이캐스트 부품 생산에 적용한 결과 생산 수율이 증가해 열 관리 및 고착으로 인한 불량률이 최소화됐다.

박기철 파트너스랩 팀장은 “파트너스랩은 적층제조·절삭가공·사출 등 토털 솔루션을 갖추고 있어 고객이 원하는 서비스를 경쟁력 있는 가격에 제공하고 있다”며 “3D프린팅 기술이 금형·사출 등과 융합해 대량 생산이 가능한 기술로 발전하고 있는 가운데 국내외에서 첨단제조 서비스를 확산시키기 위해 산학연과 협업을 확대하고 있다”고 밝혔다.

이날 이재선 스마트제조엔지니어링사업단장은 축사를 통해 “항공·조선·방산·에너지 등 지역 주력산업의 고도화를 위해 제조혁신이 그 어느 때보다 중요해진 가운데 적층제조와 같은 스마트제조기술이 기업들에게 더욱 확산돼야 한다”며 “사업단은 스마트제조기술 지원과 인재양성에 박차를 가해 지역산업 도약에 일익을 담당하도록 노력하겠다”고 밝혔다.

▲ 박종규 산업응용공유연구소장이 산업응용공유연구소에 대해 소개하고 있다.

한편 창원대에 위치한 산업응용공유연구소는 지역 중소기업의 혁신성장 지원 및 미래 성장동력 발굴을 위해 설립됐으며, 자동차, 우주항공, 수송 기계, 방산 등을 중심으로 △대기업과 경남 특화산업 응용 연구 △중소기업과의 시장지향형 산학협력 R&D △창업 초기 기업에 모험형 핵심기술 탐색 등을 중점 지원하고 있다.

이를 위한 기반 장비로는 금속 FFF 3D프린터, 금속 PBF 3D프린터, DED 하이브리드 금속 3D프린터, SLA 3D프린터, CNC 선반, 3D 이동식 측정기 등이 구축돼 있다.

박종규 산업응용공유연구소장은 “연구소는 프라운호퍼 모델을 기반으로 한 경남형 공유 연구소 플랫폼을 구축해 유망 중소·벤처기업의 성장 파트너로 자리매김하고 있다”며 “스마트제조 적층제조기술 공유 심포지움을 정기적으로 개최함으로써 지역 기업들이 제조혁신 성공사례로부터 인사이트를 얻길 기대한다”고 밝혔다.