▲ 한국현 삼영기계 사장은 지난 4월6일 개최된 ‘2022 스마트팩토리·자동화산업전’에 출품해 자사의 BJ 샌드 3D프린팅 기술을 소개했다.

철도·선박·내륙발전용 중속 엔진 부품 전문기업 삼영기계가 주조 공정 스마트화를 위해 독자 개발한 바인더 젯팅(BJ) 샌드 3D프린터 ‘BR-S1100’을 국내 기업에 처음으로 공급했다. 이와 함께 금속 부품·주조용 몰드 출력서비스 사업과 건축용 스마트노드 주조품 사업을 본격 확대한다는 계획이다.

삼영기계는 최근 인천에 위치한 주조기업에 ‘BR-S1100’을 공급했다. 이 장비는 모래(실리카)나 세라믹 등에 바인더를 분사해 적층하는 BJ 방식의 샌드 3D프린터로, 최대 1100x520x450mm³(가로x세로x높이) 크기의 중대형 부품을 400dpi의 해상도로 9시간 이내에 출력할 수 있는 양산 장비다. 또한 실제 출력하기 전에 미리 시뮬레이션할 수 있는 소프트웨어가 장착돼 있고 모바일 앱을 통해 원격으로도 제작공정을 모니터링 할 수 있는 등 양산 최적화 설비로 설계됐다.

‘BR-S1100’은 알루미늄, 주철, 주강, 스테인리스, 특수강, 구리합금 등 금속 부품과 주조용 몰드·코어를 빠르고 저비용으로 제작할 수 있다는 특징이 있다. 실제로 삼영기계는 독일 M社의 직경 225mm 엔진에 들어가는 피스톤을 BJ 샌드 3D프린팅으로 제작하는데 성공했다.

기존에는 4개의 중자를 제작해 합형 후 후처리하는 복잡한 공정을 거쳐야 했으나 BJ 3D프린팅을 통해 중자 개수를 한 개로 줄여 공정시간은 40% 단축되고 소재원가도 28% 절감하는 성과를 거뒀다. 이 성공사례는 ‘2020년 3D프린팅 경진대회’에서 과학기술정보통신부 장관상을 수상한 바 있다.

주조 등 뿌리산업은 대다수가 영세한 중소기업이다 보니 새로운 기술에 관심을 갖고 투자하기가 어려운 상황이다. 삼영기계는 같은 뿌리업계 입장에서 이를 잘 이해하고 있기 때문에 ‘BR-S1100’ 장비 가격을 최대한 낮추고 샌드 및 바인더 가격도 독점 수입과 국산화 등을 통해 외산대비 절반으로 줄였다.

한국현 삼영기계 사장은 “신제품 출시 속도가 날로 빨라지면서 주조업계는 개발기간의 절반에 달하는 몰드 제작 시간을 줄이기 위해 3D프린팅에 많은 관심을 가지고 문의하고 있다”며 “뿌리산업계의 스마트화에 도움이 되고자 삼영기계는 시제품 제작 서비스를 확대하고 주조업계의 양산공정에 적용이 가능한 3D프린팅 솔루션을 제안하는데 매진하고 있다”고 밝혔다.

▲ 삼영기계가 샌드 3D프린팅으로 제작한 건축용 비정형 스마트노드. 광교 G백화점에 실제 적용됐다.

삼영기계는 BJ 샌드 3D프린팅의 새로운 어플리케이션으로 건축 분야를 점찍고 확대하고 있다. 건설업계에서 독특한 디자인을 가지는 비정형 건축물을 짓는 것이 유행인 가운데, 외관의 철제 구조 프레임과 유리 등 부재를 연결시키기 위해선 모양이 모두 다른 스마트노드가 필요하다. 이를 기존 주조 공정으로 만들려면 금형의 개수가 엄청나게 늘어나기 때문에 시간과 비용을 줄이는 기술로 어떠한 형상이든 빠른 몰드 제작이 가능한 3D프린팅이 유일한 해답이 된 것이다.

실제로 삼영기계는 광교 G백화점 비정형 외관의 기하학적 형태를 갖는 창문을 만드는데 필요한 수백 개의 스마트노드를 4개월만에 샌드 3D프린팅으로 제작해 공급하는데 성공했다. 이러한 성공을 기반으로 부산 북항의 랜드마크가 될 ‘부산오페라하우스’의 비정형 입면(파사드)에 필요한 스마트노드를 올 하반기부터 공급할 계획이다. 삼영기계는 회사가 보유한 샌드 3D프린터를 총동원해 기존대비 시간과 비용을 절감시킨 2세대 하이브리드 공정 신기술로 제작할 예정이다.

삼영기계는 BR-S1100을 국내 기업에 추가 공급할 예정이며 2미터 이상(가로 기준) 대형 부품 및 주조용 몰드 제작이 가능한 BJ 샌드 3D프린터도 개발한다. 회사는 최근 중소벤처기업부가 시행하는 ‘2022년 중소기업기술혁신개발사업’의 ‘강소기업100’에 신청하여 ‘연속 생산이 가능한 1200L급 대형 BJ 분사방식 적층설비 및 적층제조기술 고도화’ 과제로 선정됐다. 이를 기반으로 뿌리산업은 물론 방산, 항공, 조형물 등 신시장과 세계시장 진출에 박차를 가한다는 계획이다.

한국현 사장은 “인력 고령화, 환경규제 등 고질적인 문제를 안고 있던 뿌리산업계는 코로나 팬데믹으로 외국인 인력도 못 구하게 되면서 그 어느때보다 스마트화 및 디지털 전환이 시급한 상황”이라며 “반도체, 자동차, 조선 등 우리 주력산업의 품질을 결정하는 뿌리산업을 살리기 위해선 3D프린팅과 같은 신기술과 관련 운영 인력 양성에 정부가 관심을 가지고 투자를 해야 한다”고 제언했다.

▲ 삼영기계가 BJ 샌드 3D프린터 ‘BR-S1100’ 출고를 준비하고 있다.

▲ 삼영기계가 샌드 3D프린팅으로 제작한 직경 225mm 피스톤(右)의 윗부분을 보면 기존 목금형으로 제작한 피스톤(左)과 달리 크랙을 유발하는 핀(Fin)이 발생하지 않고 표면조도도 향상됐다.