▲ 카본코리아에 마련된 마크포지드 부스에서 참관객들이 연속 탄소섬유를 이용한 CFRP(탄소섬유강화플라스틱) 3D프린팅 기술을 보고 있다.

세계 최초로 연속 탄소섬유를 이용한 CFRP(탄소섬유강화플라스틱) 3D프린팅 기술을 상용화한 마크포지드(Markforged)가 미래 모빌리티 및 공장자동화에 필요한 고강도 카본 3D프린팅 솔루션을 선보이는 자리를 마련했다.

마크포지드는 ‘탄소소재, 지속가능한 미래를 향해’를 주제로 10월24일부터 26일까지 서울 aT센터 1전시장에서 열리는 국내 유일 탄소소재 융복합 산업 전시회 ‘카본코리아 2023’에 부스를 마련하고 연속 섬유강화복합소재 3D프린터와 금속 3D프린터를 기반으로 하는 미래 모빌리티 부품 생산 솔루션, 공장자동화에 필요한 생산툴 및 부품 인증 생산 플랫폼 등 제조혁신 솔루션을 선보였다.

전기차, 드론, UAM 등 배터리를 기반으로 하는 미래 모빌리티는 운행 거리 증대를 위해 부품의 경량화가 필수적이다. 우주항공과 같은 내연기관을 활용한 모빌리티도 날로 강화되는 탄소중립 요구에 발맞춰 연료 효율성을 높이기 위해 신소재는 물론 3D프린팅 등 신기술을 적용해 경량화에 힘쓰고 있다.

마크포지드의 연속 섬유강화복합소재 3D프린팅 기술은 두 가지 소재를 적층해 알루미늄만큼 강하면서 무게는 가벼운 산업용 부품을 빠르게 생산할 수 있어 드론·UAM 등 미래 모빌리트의 몸체, 페이로드 하우징, 캐리어, 홀더의 구조물 및 기구부 제작에 광범위하게 사용되고 있다. 또한 전장화로 인해 전자파 차폐가 중요해지고 있는 가운데 마크포지드의 ESD 탄소복합재 및 난연복합재 3D프린팅 기술은 드론·UAM용 전원 공급시스템을 위한 파워모듈 패키징 및 전장부품의 하우징제작에도 활용되고 있다.

국내의 경우 무인비행기 전문기업 프리뉴(PRENEU)가 마크포지드 3D프린팅솔루션을 활용해 VTOL(수직이착륙) 고정익인 ‘MILVUS’, 소형엔진헬기 ‘RUPEL’, 다목적 회전익인 ‘PANDION’ 등 무인 비행시스템을 제작한 바 있다.

공장자동화에도 마크포지드의 연속 섬유강화복합소재 3D프린터와 금속 3D프린터가 활용되고 있다. 현장작업자와 함께 같은 공간에 머무르며 다양한 작업을 함께 수행하는 다관절로봇인 협동로봇은 공장자동화의 핵심 요소다. 작업자가 간단한 훈련만으로 로봇을 운용할 수 있고 단순 반복 공정을 로봇이 맡음으로써 작업자의 능률도 크게 향상되기 때문에 일반 식당에서부터 자동차, 전자 등 제조업에까지 적용이 확대되고 있는 추세다.

협동로봇은 산업용 로봇과 다르게 하중 범위가 3~16kg으로 페이로드(들어 올릴 수 있는 중량)에 제한이 있다. 또한 협동 로봇의 손 역할을 하는 그리퍼는 작업 환경이나 작업 물체에 따라 매번 달라져야 하기 때문에 현장 상황 및 작업 부품에 따라 맞춤화가 매우 중요하다.

이러한 부품은 강도 확보를 위해 금속 소재가 사용되다 보니 협동로봇의 들 수 있는 무게가 제한이 생겼고 기존과 같이 절삭가공으로 제작하는데 있어 시간과 비용 부담도 컸다

마크포지드의 3D프린팅 솔루션은 강도는 금속과 비슷하면서 무게는 훨씬 가벼워진 섬유강화플라스틱 부품을 맞춤형으로 빠르게 제작할 수 있어 협동로봇 그리퍼와 EOAT(End of Arm Tool)에 적극 활용되고 있다.

작업상 강도가 필요할 때에는 탄소섬유를, 고온을 견뎌야 할 때는 유리강화섬유를 보강해 부품을 제작할 수 있다. 또한 작업 물체의 형태에 따라 진공이 필요할 경우 흡입력 향상을 위해 내부 채널을 적용한 설계와 제작이 가능하며 복잡한 모양의 그리퍼 제작이 가능하다는 장점이 있다.

작업상 강도가 필요할 때에는 탄소섬유를, 고온을 견뎌야 할 때는 유리강화섬유를 보강해 부품을 제작할 수 있다. 또한 작업 물체의 형태에 따라 진공이 필요할 경우 흡입력 향상을 위해 내부 채널을 적용한 설계와 제작이 가능하며 복잡한 모양의 그리퍼 제작이 가능하다는 장점이 있다.

이밖에도 마크포지드가 개발한 사전·실시간·사후 품질 관리 소프트웨어 플랫폼인 ‘아이거(Eiger)’를 통해 고객이 연속섬유를 사용한 구조 및 부품설계 작업을 할 때 성형 조건을 최적화하면서 제품의 강도를 예측하고 부품생산 공정의 반복성과 정확성을 확보할 수 있어 양산공정에 바로 적용이 가능하다.

백소령 마크포지드 코리아 지사장은 “마크포지드의 연속 섬유강화복합소재는 경량화는 물론 고강도, 내습·내열 등 고객이 필요로 하는 용도에 따라 소재 선택이 가능한 것이 특징”이라며 “마크포지드의 울템, 연속 섬유복합소재, 난연 복합소재 등은 미국 FAA 인증을 받았기 때문에 항공 및 드론 분야 부품 제조시 부품제조사들이 국제항공인증의 패스트트랙에 올라탈 수 있는 환경을 제공하기 때문에 사업화에 큰 도움이 된다”고 덧붙였다.

한편 백소령 지사장은 오는 10월26일 오후 1시부터 전시장내 컨퍼런스홀에서 열리는 국제 컨퍼런스에서 ‘CFRP 3D프린터. 강성 경량화 미래 모빌리티와 생산자동화 솔루션’을 주제발표할 예정이다. 관련 기술에 관심 있는 관계자는 누구나 무료로 참석할 수 있다.

▲ 마크포지드의 CFRP 3D프린팅 기술로 공장자동화에 필요한 다양한 생산툴을 현장에서 바로 제작할 수 있다.