금속 적층제조, AI·자동화 적용 디지털·무인화 가속

◇연재순서

1)전시회 총괄평가

2)금속 적층제조 동향

3)적층제조 서비스 동향

4)적층제조 SW 동향

분말 자동 재공급 시스템 일반화, AGV 등 활용 스마트팩토리 구현

구리 적층 방열 제품 도약 눈길, 마찰용접 방식 등 신기술 전시

‘TCT 아시아’ 전시회는 아시아 지역에서 가장 영향력 있는 적층제조(3D프린팅) 산업 이벤트로 자리매김하였으며, 올해에는 55,000㎡ 이상의 전시 공간에 550개 이상의 전시업체가 참여하여 지난해보다 20% 이상 규모가 커져 역대 최대 규모를 기록했다.

금번에 신소재경제신문과 3D프린팅연구조합의 TCT 아시아 2026 참관단을 통해서 20여명의 적층제조 관련 업계분들과 전시회를 볼 수 있었다.

이번 전시회에서 느낀 금속 적층분야의 흐름은 다음과 같이 정리할 수 있다. 첫째 PBF(Powder Bed Fusion) 방식 금속 적층제조 장비의 금속분말 관리의 자동화 구현이다.

이제 중국 장비는 다수 레이저 금속 적층제조 기술이나 미터(m)급 대형 부품 출력이 기본이며 분말의 자동 재생 및 재공급 모듈이 메이저 회사를 중심으로 일반화되었다. PBF 금속 장비는 금속 분말을 사용하고 재생 비율이 98% 정도 되기 때문에 분말의 관리 및 재생은 매우 중요한 공정 분야이다.

특히 일부 금속 분말이 인체에 해로울 수도 있고, 작업 중 금속분말이 작업복에 묻거나 장갑에 묻는 것이 지저분한 느낌이 있어 작업자의 의욕을 낮추는 큰 원인이 된다. 필자의 생각으로는 PBF 금속 적층이 자동화되기 위해서는 가장 중요한 자동화 포인트가 분말의 자동 재생 및 공급 장치이다.

중국의 대부분의 PBF 금속 장비 회사들은 지난해까지만 해도 대형 금속 분말통을 장비 옆에 두고 주로 금속 분말을 자동 공급하는 개념이었는데, 1년 만에 메이저 회사들이 장비에서 사용된 금속분말을 수집해서 시빙하고 다시 재공급하는 분말 재공급 시스템이 일반화되었다.

▲ 유니온테크의 금속분말 재생 및 분말 재공급 시스템(출처:씨와이오토텍)

두 번째는 무인화 및 자동화 개념의 구현이다. 제조 전 과정의 디지털화와 무인화는 피할 수 없는 흐름이며, 적층제조 역시 경쟁력 확보를 위해 AI 기반 모니터링과 자동화 공정 도입을 가속화해야 한다.

이에 대해서 BLT, E-plus3D, TSC, Lim-Laser, HAITIAN 등 중국의 금속 장비 회사들이 사람의 개입 없이 적층 작업 후 적층 제품 수거 및 카트리지 통째로 분말의 제거 그리고 카트리지 재장착을 자동화하고 있다. H사 등은 적층 자동화에 필요한 적층 전용 AGV(Automated Guided Vehicle), 분말 공급기등을 모듈 판매하고 있다.

하지만 적층 공정 자동화는 아직까진 동영상 및 이미지 형태로 전시되어 있었다. TSC만 스마트팩토리 형태로 공간을 구성하여 실제로 금속 적층 스마트팩토리의 무인화 실현을 전시하고 있었다.

금속 적층 후 카트리지를 꺼내고 재생한 금속분말을 AGV를 통해서 카트리지를 특정 위치에서 고정하고, 재생 분말 주입 후 다시 로딩하는 방식으로 전시를 하고 있었다. 일반적인 스마트팩토리 전시회에 가면 공장 자동화 시연을 하듯이 금속 적층제조 공장의 자동화를 시연했다.

▲ TSC의 AGV를 사용한 금속 3D프린팅 무인 자동화 시스템(출처:씨와이오토텍)

세 번째는 구리 적층 방열 제품의 도약이다. 이번 전시회에 순수 구리(Pure Copper), 고온 내열 합금 등 난삭재 및 특수 합금의 적층 제품 사례가 다수 전시되었고, 비율로 보면 구리 방열 부품에 대한 샘플의 수가 많은 비율을 차지하였다. 다수의 회사들이 구리 적층 제품을 전시하였고 특히 그린레이저(532nm 파장대)를 사용한 전문 장비 또한 출시되었다.

그린레이저 적층제조 장비회사인 Addireen은 500W 그린레이저를 사용한 가공 영역이 160mmx160mm인 ‘XH-M160G’ 모델 등을 출시했다.

▲ 구리 방열 관련 적층제조 샘플(출처:씨와이오토텍)

네 번째는 새로운 장비 회사들의 새로운 방식 적용이다. TCT 아시아 초기에는 유럽의 정비회사 및 프로그램 회사들이 많았으나 이제는 유럽의 장비 및 SW 회사들을 찾아보기가 어려웠다. 스트라타시스만이 비(非)중국 장비 회사로서 눈에 띄었고, 그 빈자리를 그동안 이름을 들어보지 못한 많은 중국의 업체들이 채웠다.

금속 적층제조 분야에서는 이제 가공영역이 작은 전자빔을 사용한 제품을 볼 수가 없었고, 작년에는 용접 방식의 WAAM(와이어아크적층제조) 방식 금속 장비를 전시한 회사가 많았으나 올해는 비중이 줄었고, AEE사 등에서는 마찰용접 방식의 금속 적층제조 장비와 3.3m급의 우주선 구조물을 전시하였다.

▲ AEE가 마찰용접 방식으로 적층한 3.3m 급의 우주선 구조물(출처:씨와이오토텍)

필자가 소속된 씨와이오토텍에서도 168시간 연속 생산이 가능한 금속 적층 스마트팩토리를 구현하고 있다. 분말의 자동 재생 및 공급, AI를 이용한 금속 적층 공정 검사, 1kW 레이저를 사용한 구리 방열판제품 등에서 중국 메이저사들과 동등한 연구를 진행하고 있다. 기술적으로 급변하는 중국 시장을 보면서 우리도 도전을 계속 이어가리라는 다짐을 굳게 하게 된다.

올해 TCT 아시아 전시회 기간에 전시회장은 다르지만 포토닉 차이나 전시회도 같은 기간에 열려 포토닉 차이나 전시도 볼 수 있었다. TCT 아시아 전시회를 관람하는데 2일 정도 소요되는데, 포토닉 차이나 전시회는 이것보다 3배 이상 큰 전시회였다.

10만㎡ 이상의 전시 공간에 1,400개 이상의 전시업체가 참여하여 레이저가공 장비, 레이저 소스, 소스에 들어가는 ROD 등의 광학 부품과 광학렌즈 생산장비 및 검사 장비 등에 관한 각종 기술 및 제품이 전시되었다. 레이저 소스 회사가 수십 개이며, 갈바노 스캐너와 스캔 헤드렌즈를 만드는 회사가 수십개 였다.

필자는 중국의 금속 적층제조 시장의 성장세는 물론 수많은 관람객이 금속 적층제조에 관심을 가지고 보는 전시장의 풍경이 부러웠다. 그리고 이렇게 꽃을 피울 수 있는 뿌리가 되는 레이저 산업 생태계를 갖추고 있는 것도 인상적이었다. 소재·부품·장비라는 뿌리가 튼튼해야 제조업의 미래가 있다는 것을 다시금 느낀 참관 일정이었다.