DED/WAAM, 대형구조물 맞춤제작 제조업 ‘로망’ 실현 기술 자리매김

◇연재순서

1)전시회 총괄평가

2)금속 적층제조 소재 기술 및 시장 동향

3)금속 PBF 기술 동향

4)금속 DED(WAAM 포함) 기술 동향

5)폴리머 적층제조 기술 동향

6)에너지·발전 분야 적층제조 응용사례

7)우주항공 분야 적층제조 응용사례

8)뿌리산업 분야 적층제조 응용사례

9)좌담회-적층제조의 미래, 청년이 이끈다

폼넥스트는 적층제조의 현재와 미래를 한눈에 볼 수 있는 자리였다. 적층제조 기술은 이제 ‘새로운 방식의 제조’에서 벗어나 제조업 혁신의 핵심으로 자리 잡았다. 특히 DED(Directed Energy Deposition)와 WAAM(Wire Arc Additive Manufacturing) 기술은 대형부품 제작과 효율성을 강점으로 하여, 산업의 패러다임을 변화시키고 있다.

전시회장을 돌아다니며 기술의 진보를 직접 확인한 필자는 기술혁신이 얼마나 급속히 이루어지고 있는지 체감할 수 있었다. 전시장 곳곳에서 새로운 기술의 적용 가능성을 논의하는 전문가들과 관람객들의 열띤 대화가 이어졌고, 이는 제조업의 밝은 미래를 보여주는 듯했다.

■DED/WAAM 기술, 대형구조물 고속·맞춤제작용 특화

DED와 WAAM 기술은 금속 소재를 적층하여 부품을 제작하거나 수리하는 기술로, 기술별 명확한 차별점과 강점이 있다.

DED는 금속분말이나 와이어를 레이저 또는 전자빔으로 용융하여 적층하는 기술이다. 이 기술은 복잡한 형상의 부품을 정밀하게 제작하고, 항공 우주산업 등에서 고가의 부품재생에도 탁월한 성능을 발휘한다. 기술자의 손길과 디지털 제어가 어우러진 DED 공정은 마치 예술 작품을 빚는 과정처럼 그 섬세함이 느껴졌다.

WAAM은 필자가 현장에서 가장 주목했던 기술 중 하나였다. 아크 용접을 기반으로 한, 이 기술은 대형구조물 제작에 최적화되어 있었고, 높은 적층 속도와 비용 효율성이 가장 큰 강점이었다. 특히 니켈, 티타늄, 알루미늄 등 다양한 합금 소재를 적용할 수 있다는 점이 현장의 큰 관심을 끌었다.

위의 두 기술은 기존 제조업계에서 불가능했던 대형구조물 제작과 맞춤제작을 가능하게 하며, 제조업의 새로운 가능성을 열어주고 있었다.

■제조업 로망을 향하는 세 갈래의 길

대형부품을 고속으로 제작하는 것은 제조업의 로망(roman: 이상)과 같다. DED/WAAM 기술이 유사한 목적을 위해서 서로 다른 길을 달리고 있는 것을 목격하는 재미가 있었다. 각 기술을 대표하는 적층제조 기업들과 연관지어보면 크게 세 갈래 길이 보였는데 △정통 아크 기술의 첨단화(영국 ‘WAAM3D’社) △적층과 절삭을 동시에(일본 디엠지모리社) △로봇 기반 DED와 다중로봇 협업의 접목(독일 지멘스社) 등이다.

▷WAAM3D社의 ‘CWMIG’ 기술

▲ WAAM3D가 현장에 전시한 알루미늄 소재로 제작된 100kg 규모의 Rocjet Stage는 약 60시간 만에 완성되어, WAAM 기술의 생산성과 경제성을 입증했다. 특히 WAAM3D의 특허기술인 CWMIG 이중 와이어를 적용하여 생산성을 강조하였다.

WAAM3D는 이번 전시에서 로봇을 이용한 WAAM 시스템인, ‘RoboWAAM XP’를 선보여 WAAM 기술의 차별성과 발전 가능성을 보여주었다. ‘Cold-Wire Gas Metal Arc(CWMIG)’라는 특허기술을 기반으로 하여 대형구조물 제작에서 경제성과 생산성을 향상시켰다.

예를 들면, 적층속도는 시간당 15kg에 이르며, 소재는 니켈, 티타늄, 알루미늄 등을 다양하게 지원하여 항공우주, 에너지 해양 산업의 요구를 충족시킬 수 있다. WAAM 기술의 핵심이 소프트웨어(SW) 기술에 있음은 널리 알려진 사실이다.

본 시스템에 채용된 SW는 실시간 공정 모니터링을 통하여 품질을 관리하고 있었으며, 필자는 이 부스에서 직접 시연을 관람하며, ‘용접장이’의 날카로운 눈으로 제조 중에 발생하는 변수와 리스크에 얼마나 효과적으로 대처하는지를 분석하였다.

▲ lurgy Agitator: WAAM3D의 산업용 부품제작사례로, 고속적층과 복잡한 형상구현을 동시에 가능하게 했다. “이제 대형구조물도 빠르고 경제적으로 제작할 수 있다”라는 WAAM3D 대표인 Filomeno 박사의 말은 현장에서 전시된 출력물의 웅장함과 정밀함을 보면 결코 과장이 아니었다.

▲ Ti tanius Tank :항공우주산업에 최적화된 또 다른 대표사례로 Titanium Tank를 출품했다. 이 부품은 Thales Alenia Space와의 협업으로 제작되었으며, 특히 기존 제작방식 대비 소재를 90% 절감하여 기존 제작공정의 한계를 뛰어넘는 혁신적 기술이라는 점이 명확히 드러났다.

다양한 소재 적층 생산성 혁신, 항공우주·에너지·해양산업 수요 확대 전망

후공정·품질 표준화·비용 최적화 개선 필요, 용접과 융합 발전 위해 지속 투자해야

▷DMG-MORI의 적층과 절삭을 결합한 하이브리드 기술

DMG-MORI의 LASERTEC DED-hybrid 시리즈는 적층제조와 절삭 가공을 통합한 하이브리드 솔루션으로 관람객들의 큰 관심을 받았다. DED 적층 후 즉시 CNC 가공이 가능하여, 복잡한 형상의 부품을 정밀하게 제작할 수 있다. 특히 내부의 복잡한 형상과 흐름성의 개선을 위하여 적층 공정 중 실시간 내부가공이 필요한 경우 아주 위력적일 것으로 보였다. 표면의 거칠기 개선과 정밀도 극대화 장점으로 항공우주, 에너지 산업 등에 적합해 보였다. 또 부품 이동 없이 통합공정을 수행함으로써 작업시간을 줄이고 생산비용을 절감할 수 있는 장점 등이 기대되었다.

필자는 이 기술을 보며 일본기업의 약진을 주목했다. 일본기업들은 기술의 섬세함과 정밀도에서 여전히 강점을 발휘하며, 글로벌 경쟁력의 중요한 축을 형성하고 있다. DMG-MORI를 비롯한 일본기업들의 적극적인 기술혁신은 우리나라 제조업에도 자극제가 될 것으로 보였다.

▷지멘스의 로봇 기반 DED 시스템의 확산 및 다중로봇 협업

지멘스와 VLM Robotics의 협업으로 탄생한 ‘Robotic Additive Manufacturing Cell’은 로봇 기반 DED 시스템과 다중로봇 협업으로 제조 자동화의 미래를 제시했다.

복수의 로봇이 각각 다른 공정을 동시에 수행하여 대형부품의 제작 시간을 크게 단축하여 생산성 극대화를 꾀하였다. 적층, 절삭, 측정 공정이 하나의 셀 내에서 이루어져 공정 이동 없는 생산성 향상을 꾀하였다.

필자가 시연을 목격한 항공우주용 니오븀 노즐의 제작 과정은 복잡한 형상구현이 가능함을 보여주어, 로봇 기반의 적층제조기술의 실질적인 가능성을 보여준 것으로 평가된다. 다중로봇들이 힘을 합쳐 하나의 복합한 부품을 제작하는 그 장면은 꽤 인상적이었다. 필자는 이 기술이 단순히 생산성을 높이는데 그치지 않고 제조를 나아가 세상을 바꿀 잠재력을 가졌음을 직감했다. 공상과학 영화의 몇 장면이 머릿속에서 데자뷔되어 지나갔다.

■DED/WAAM, 풀어야 할 숙제는 있다

이번 전시에서 확인한 DED와 WAAM 기술은 혁신적이었지만, 풀어야 할 과제도 분명했다. 첫 번째로 후처리 가공의 어려움이다. WAAM으로 제작된 대형구조물은 표면 거칠기와 형상 오차가 발생하기 쉬워, 후처리 공정의 기술적 개선이 필요하다.

두 번째는 품질의 표준화다 대형부품의 일관된 품질확보를 위해 실시간 모니터링과 시뮬레이션 기술이 필수적이다.

마지막으로 비용 최적화로, 소재 비용과 공정속도 개선하는 연구가 지속해서 이루어져야 한다.

이번 전시는 제조업 혁신의 방향성을 보여준 뜻깊은 자리였다. 대형부품 제작, 하이브리드 제조, 자동화 시스템은 제조산업의 새로운 가능성을 열어주는 동시에 혁신 또한 요구하고 있다. 특히 우리나라 적층제조 산업이 꾸준히 성장하기 위해서는, 뿌리산업인 용접에 대한 지속적인 투자와 관심이 필요하다.

㈜진흥테크는 지난 24년간 용접산업에 몸담으며 대한민국 제조업의 발전과 혁신을 위해 노력해왔다. ㈜진흥테크의 대표를 맡고 있는 필자는 이번 전시회에서 WAAM 기술이 한국제조업에 어떤 기회를 제공할 수 있을지 깊이 고민하며 참관했다. 진흥테크는 영국 ‘WAAM3D’의 단독 디스트리뷰터로서, 이러한 혁신기술을 도입하고 이를 통해 국내 제조업계에 새로운 가능성을 제시하고자 노력하겠다.