韓 제조업 고부가화 실현 적층제조 활성화, 산학 협력·가격 경쟁력 확보 必

◇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

■좌담회 참석자

▷김범준 갓테크 연구원

▷박승민 파우더팜 대표

▷박재현 대건테크 연구원

▷박지니 한밭대 학생

▷송노건 인하대 학생

▷유병진 자이브솔루션즈 과장

▷이수관 울산대 학생

▷전민수 인하대 학생

▷정승민 학생

▷최이형 3D프린팅연구조합 책임

▷허민지 3D프린팅연구조합 선임

허민지(사회) ■이번 폼넥스트를 참관하게 된 동기와 소감을 말씀해주시고, 참관을 통해 얻은 새로운 정보나 경험에 대해 말씀 부탁드린다

▷유병진: 자이브솔루션즈는 적층제조 솔루션 산업에서 전문화된 공정 컨설팅과 서비스(전처리 소프트웨어, 바인더젯. 금속 PBF, 나노/마이크로, 금속 후가공 연구소, CT 비파괴 검사 등)를 제공하고 있다. 5년 정도 엔지니어로 근무하며 폴리머부터 금속, 가공과 검사 등의 전문 기술을 습득했으며 폼넥스트를 통해 세계적으로 앞선 기술들을 공부할 수 있는 기회를 얻게 되었다.

특히 폴리머 시장에서는 고객의 니즈에 맞춰 친환경적인 소재와 대형제품 출력, 빠른 제작, 다양한 소재 등을 중심으로 개발된 3D프린터와 기술이 선보였고 금속 PBF 방식 3D프린터는 출력 사이즈가 커지고 후가공의 어려운 점을 보완하려 서포트를 최소화시키는 기술을 볼 수 있었다.

▷박승민: 과거 금속 적층제조 부품은 주로 브라켓, 지지대 등 동력이 직접 전달되지 않는 분야에 적용됐었지만 최근에는 전기차 모터, 우주발사체 연소챔버, 선박 엔진 등 주요 동력 부품에 적용되고 있음을 알 수 있었다. 적층제조가 활성화 되기 위해선 제조원가 절감이 중요하다고 생각하는데, 현재와 같이 특수 분야에 지속 적용한다면 앞으로의 적층제조 미래는 밝을 것으로 보인다.

▷박지니: 반도체 산업에 응용 가능성이 있는 제품들이 눈길을 끌었다. 예를 들어, 구리 와이어로 수직 채널을 형성한 제품은 독특한 설계와 응용 가능성을 보여주었고, 멀티 소재 적층제조 제품은 반도체 생산 공정의 혁신 가능성을 시사했다. 이러한 제품들은 적층제조가 단순히 제조기술에 머무르지 않고, 미래 산업의 핵심 기술로 자리 잡을 가능성이 높을 것임을 시사한다.

▷송노건: 현재 적층제조로 제조된 소재에 대한 미세조직과 물성을 분석하는 연구를 진행하고 있다. 이번 폼넥스트를 참관하게 된 동기는 이러한 소재들이 실제 산업에서 어떻게 활용되고 있는지, 산업 현장에서는 어떤 공정을 사용하고 있는지 또는 사용을 고려하고 있는지 등 산업 현장의 정보를 얻기 위해서였다.

폼넥스트는 첨단 제조 기술과 실질적인 산업 응용 사례를 가장 가까이에서 확인할 수 있는 기회로, 최신 기술 동향을 파악하고 연구와 산업 간의 접점을 발견하는 데 최적의 기회가 됐다. 이를 통해 내 연구가 산업적 요구에 어떻게 기여할 수 있을지 방향성을 설정하고자 했다.

■이번 전시회에서 특히 감명 깊었거나 눈 여겨 본 기술이나 응용 분야와 함께 기술개발이 더 필요한 부분이 있다면 말씀 부탁드린다

▷김범준: 폼넥스트에서 가장 눈에 띄었던 기술은 DED(Direct Energy Deposition) 공정을 활용한 대형 금속 부품 제조였다. 이 기술은 항공우주와 해양 산업에서 복잡한 구조물의 제작과 수리가 가능하다는 점에서 특히 매력적이었다.

하지만 이 기술이 더 널리 적용되려면 공정의 품질 안정성을 보장하는 표준화와 소재 다양화가 필요하다고 느꼈다. 또한, 설계 단계에서부터 공정을 최적화할 수 있는 적층제조 전용 소프트웨어가 부족한 점도 아쉬웠다. 이러한 부분이 보완된다면 적층제조는 더욱 강력한 도구가 될 것이라 생각한다.

▷박재현: HP는 Multi Jet Fusion(MJF) 기술을 통해 텍스트(text) 기반 모델링 및 프린팅을 구현하고 있다. 이 기술은 3D 공간의 각 복셀(voxel)을 제어하여 복잡한 형상의 부품을 정밀하게 제작할 수 있다. MJF 기술은 기존의 선택적 레이저 소결(SLS) 방식과 비교해 생산 속도가 빠르고, 재료 재사용률이 높으며, 균일한 기계적 특성을 가진 부품을 제작할 수 있는 장점이 있다.

또한, HP는 AI 및 머신 러닝 기술을 프린팅 프로세스에 접목하여 사용자가 텍스트 방식으로 모델링하는 과정을 통해 생산성 향상과 비용 효율성을 높이기 위한 연구를 진행하고 있다.

▷전민수: 이번 전시회에서 가장 주목했던 기술은 바로 현재 연구에 활용하고 있는 Wire Arc Additive Manufacturing(WAAM) 관련 기술이었다. WAAM은 DED 공정의 한 형태로, 금속 와이어를 아크(Arc)를 이용해 적층하는 방식인데 이 기술은 적층 속도가 빠르고 대형 부품 제작에 적합하다는 강점을 가지고 있어, 최근 다양한 산업에서 활발히 연구·활용되고 있다.

특히 WAAM 관련 기업 중 GEFERTEC社이 near-net shape(가공 전 대략적인 형태) 방식을 통해 공정 시간을 단축시키고 비용이 절감시킨 것이 눈에 띄였다. 앞으로 적층제조 기술이 어떤 방식으로 발전하고 적용될지를 보여주는 사례라고 생각한다.

▷이수관: 이번 전시회에서 Colibrium Additive(舊 GE Additive)는 바인더젯(BJ) 공정으로 부품을 양산할 수 있는 Factory System을 설명했다. 이는 BJ기술이 기존의 제조 기술과 생산비용측면에서 도전을 했음을 시사하는 것으로 보이며, 내부적으로 0.01cc/c라는 자체 목표까지 있는 것으로 보여, 생산 단가 검토의 단계에 이르렀음을 보여주어 충격적이었다.

개인적으로 BJ기술과 WAAM 기술 그리고 MJF 기술 등은 양산 기술로 발돋움할 여지가 충분해보인다. 글로벌 금속 3D프린터 최강기업인 독일의 SLM社를 일본의 광학기업이 니콘이 인수하여 세간의 주목을 받은 바가 있는데, 니콘 SLM에서는 PBF 공정으로 Nb(나이오븀) 소재의 적층제조 제품 제작 및 로켓 엔진과 DED 장비로 제작한 대형 열교환기 등의 기술을 선보였다.

■대한민국 적층제조 발전을 통한 제조업의 고부가화를 위해선 현장에서 필요로 하는 전문인력 양성이 시급하며 이를 위해 산(産)·학(學) 간 긴밀한 협력과 정보교류가 필요하다. 보다 많은 이공계 학생들이 적층제조에 관심을 가질 수 있게 하기 위해서는 무엇이 가장 필요한지

▷김범준: 적층제조 기술의 발전을 위해선 산·학 협력이 필수적이다. 이를 위해 첫 번째로, 실무 중심의 교육 프로그램이 필요하다. 예를 들어, 기업의 요구를 반영한 대학 커리큘럼과 실습 과정을 운영해 WAAM, DED 같은 실제 기술을 체험할 기회를 제공해야 한다. 아울러 외국과 경쟁하여 경쟁가능한 수준의 프로그램이 되도록 교육비를 많이 투자하여 제대로 된 양질의 교육이 이루어지도록 하여야 한다. 이는 기업들의 모두의 공통된 의견이기도 하다.

두 번째로, 공동 연구와 인턴십을 활성화하면, 학생들이 산업 현장에서 기술을 적용하고 경험할 기회를 가질 수 있다.

마지막으로, 정기적으로 세미나와 기술 교류회를 열어 최신 정보와 사례를 공유하며 네트워크를 형성할 필요가 있다.

▷최이형: 적층제조 산업의 지속적인 발전을 위해서는 무엇보다 전문인력 양성이 시급하다. 이를 위해 대학과 기업 간 협력을 강화하는 산·학 협력 모델이 활성화돼야 한다. 예를 들어, 산업체에서 필요로 하는 인력을 양성하기 위해 맞춤형 교육 과정을 설계하고, 이를 통해 이공계 학생들에게 적층제조 기술을 실질적으로 경험할 수 있는 기회를 제공할 수 있다.

또한, 산·학·연·정이 협력하여 적층제조 관련 인턴십과 장학금을 확대함으로써 이공계 학생들 뿐만 아니라 문과학생도 모두 참여할 수 있도록 해야 한다. 적층제조 기술이 단순히 기술적 혁신에 머무르지 않고, 사회적 가치를 창출하는 데 기여한다는 점을 강조하는 것도 학생들의 동기를 부여하는 데 효과적일 것이다.

이밖에도 적층제조 시장의 파이를 키워야 한다고 생각한다. 이를 위해 정부가 장기적으로 로드맵을 만들어서 과감한 투자를 진행할 필요가 있다.

▷박지니: 대한민국의 적층제조 발전을 통해 제조업의 고부가가치를 실현하기 위해서는 현장에서 요구하는 전문인력 양성과 이를 지원하는 산학 협력의 강화가 필수적이다. 산업통상자원부의 지원으로 울산대, 한밭대, 인하대 등이 참여하고 있는 ‘3D프린팅 전문인력 양성사업’과 같은 과제가 확대된다면, 산업체가 필요로 하는 인재를 양성하는 데 큰 도움이 될 것이다. 줄어든 교육비로 인하여 실무교육이 외국에 비해서 부실해지지 않을지 같이 독일 출장을 간 교육사업 단장님이 고민이 많은 듯하다. 미래에 과감히 투자해달라.

특히, 이 사업에서는 산학 프로젝트를 함께 진행하므로 학생들이 산업체의 요구를 이해하고, 실무 역량을 강화하는 기회를 가질 수 있다. 이를 통해 산업체와 학생 간의 요구와 기대가 일치되면서, 나아가 실질적인 고부가가치 창출로 이어질 수 있다.

▷정승민: 정보교류 활성화를 위해 기술자와 연구소가 지속적으로 정보(문제점, 아이디어, 등)를 빠르게 주고 받아야 한다고 생각한다. 이러한 정보교류를 통해 새로운 아이디어가 창출되고 신속한 사업화로 이어질 것이다.

WAAM·BJ 등 양산 기술 및 제조업 적용 분야 확대 인상적

전문인력 양성·소재 국산화 등 정부 과감한 투자 나서야

▲ 독일 하이델베르크에 100% 재활용 가능한 콘크리트로 적층한 데이터 센터. 유럽 최대 3D프린팅 구조물로 기록됐다. 이번 좌담회에 참여한 청년들이 기념촬영을 했다.

■적층제조는 양산 공정에 적용을 목적으로 대형화, 소재 다양화, 자동화 등이 지속 발전 중이다. 제조산업에서 보다 적용이 확대되기 위해 사용자 입장에서 가장 필요한 점이 있다면

▷최이형: 적층제조 기술이 제조산업에 보다 널리 활용되기 위해서는 제조 공정의 표준화 및 자동화가 우선적으로 이루어져야 한다고 생각한다. 양산 공정에서의 균일한 품질 보장은 기술의 신뢰성을 높이는 데 핵심적인 요소이다. 이를 위해 품질 관리 및 검사 기술의 발전과 더불어, 자동화된 워크플로우 설계가 필요하다고 생각한다.

또한 양산 공정에 적용하기 위해선 적층제조 재료의 가격, 공정 비용을 낮추고 생산량을 높임으로써 가격 경쟁력을 확보해야 한다. 현재 적층제조 공정은 초기 투자 비용이 높아 중소기업에서는 접근이 어려운 경우가 많다. 이를 해결하기 위해 장비 대여 프로그램, 공동 활용 시설 등 사용자가 초기 부담을 줄일 수 있는 지원이 확대돼야 한다.

▷유병진: 해외 제조사들은 고객 니즈에 따라 다양한 기술 개발을 진행 중이다. 다만 대부분의 사용자들은 2010년 이후로 많은 적층제조 기술을 사용하며 실패와 성공을 경험했다. 실패의 원인 중 대부분은 신규 기술을 이해하지 않고 장비 구매를 진행한데 따른 것이다.

그러므로 적층제조 기업들은 신규 기술이나 장비가 출시된다면 본사의 자료에 의존하지 않고 직접 장비사용과 연구를 선행하여 고객의 니즈를 확인하고 전문화된 솔루션을 제공해야 하고, 사용자는 정확한 솔루션을 얻기 위해 투자를 아끼지 말아야 할 것이다.

▷전민수: 적층제조 기술이 양산 공정에 본격적으로 적용되기 위해 가장 중요한 요소는 빠른 생산 속도라고 생각한다. 현재 적층제조의 가장 큰 단점은 기존 제조 공정 대비 비용이 높다는 점이다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 지금까지는 국방, 항공, 우주 등 고부가가치 산업을 중심으로 적층제조 연구와 적용이 활발히 이루어져 왔다.

그러나 앞으로 적층제조 기술이 더 다양한 산업으로 확장되고, 대중화되기 위해서는 무엇보다 가격 경쟁력을 확보해야 한다. 이를 위한 첫 번째 과제는 적층 속도를 높이는 것이라고 본다.

■국내 적층제조 기술의 한계와 기회가 있다면 한 말씀 부탁드린다

▷박재현: 국내 적층제조 기술은 제조 속도와 대량 생산에 한계가 있으며, 기존 제조공정 대비 효율성이 떨어져 대규모 산업 적용이 어렵다. 고성능 및 저비용 소재 개발이 미흡하고, 해외 의존도가 높아 소재 수급 안정성에 문제가 있다. 또한, 후처리 공정이 수작업 위주로 이루어져 시간과 비용이 증가하며, 공정 표준화와 인증 체계의 부재로 신뢰성 확보가 어렵다. 전문 인력 부족과 중소기업의 높은 진입 장벽은 기술 확산을 저해하는 주요 요인이라고 생각한다.

반면, 적층제조 기술은 항공우주, 의료, 자동차 등 다양한 산업에서 혁신의 기회를 제공한다. 국내에서는 적층제조를 활용해 항공기 부품의 경량화와 구조 강화를 구현했으며 순천향대병원에서는 맞춤형 의료 기구 제작에 성공하며 의료 분야에서의 가능성을 입증했다. 또한, GM은 자동차 디자인 공정에 적용해 개발 시간을 단축하고 생산 비용을 절감했다.

향후 적층제조 기술은 지속 가능한 제조와 디지털 생산 체계를 강화하며, 국내 제조업의 글로벌 경쟁력을 높이는 핵심 동력으로 자리 잡을 것이라고 생각한다.

▷최이형: 현재 국내 적층제조 기술은 고성능 소재와 공정 장비의 일부에 대해 여전히 해외 의존도가 높다는 한계를 가지고 있다. 이러한 문제를 극복하기 위해서는 국내 기술의 내재화와 기술 경쟁력 강화를 위한 전략적 접근이 필요하다. 한국은 IT 인프라와 제조업 기반이 강한 만큼, 적층제조 기술을 스마트 제조와 융합하여 새로운 시장을 창출할 수 있는 충분한 잠재력을 보유하고 있다.

특히, 의료, 항공우주, 전기차와 같은 고부가가치 산업에서 적층제조 기술의 활용 가능성은 매우 크다. 이를 위해 고성능 소재와 장비 개발을 위한 국내 연구를 강화하고, 정부 차원의 연구개발(R&D) 지원과 글로벌 기업과의 협력이 더욱 확대되어야 할 것이다.

국내 적층제조 기술의 한계를 해결하고 글로벌 시장에서 경쟁력을 확보하기 위해서는 민간과 정부, 그리고 글로벌 기업 간의 긴밀한 협력과 체계적인 노력이 더욱 필요하다고 생각한다. 국내 적층제조 시장은 침체되고 있어 위기다. 그러나 양산공정에 적용되고 있는 기회이기도 하기 때문에 정부와 기업이 과감한 투자에 나선다면 기회를 잡을 수 있을 것이라고 생각한다.

▷박승민: 대기업이 적층제조 시장을 주도해야 한다. 국내 대다수의 대기업은 적층제조 도입에 소극적이다. 연구는 활발하게 하는 듯 하지만 이렇다 할 양산 사례를 찾아볼 수 없다. 대기업이 발 벗고 나서 양산에 돌입한다면 국내 적층제조 기술은 진일보할 것이라고 생각한다.

▷송노건: 현재 우리나라는 고온합금(Ni-alloys, Co-alloys 등)이나 고순도 금속의 경우 수입에 의존하고 있어 적층제조 기술 발전에 제약이 있다. 이런 상황이 지속된다면 소재 공급망에 있어 불확실성과 가격 변동성으로 인하여 적층제조 기술에 대한 소재-공정 최적화가 어려워지고 산업화 및 상용화가 늦어질 것이라고 생각한다.

적층제조는 폐기물 발생을 최소화 할 수 있는 기술이다. 재활용 금속이나 친환경 소재의 적층제조 기술이 발전한다면 값비싼 소재를 더욱 효율적으로 사용함으로써 글로벌 환경 규제에 대응하고 제품 고부가가치화를 실현할 수 있을 것이라고 생각한다.