▲ 한국전자전에 마련된 에이엠솔루션즈 부스에서 손용 생기원 시흥 3D프린팅제조혁신센터장(左)과 김대중 에이엠솔루션즈 대표가 LW-DED 금속 3D프린팅 기술을 활용해 타이타늄 소재로 제작된 발사체 고압탱크를 소개하고 있다.

생기원 헤드 모니터링 기술 이전, 직경 650mm 국내 첫 제작·납기 80% 가격 50% 절감

수입 의존 발사체 고압탱크 대체 통한 민간 우주시장 활성화 기대, 실증 후 내년 사업화

우주항공·국방 등 산업에서 대형 부품 및 구조물 제작용으로 수요가 늘고 있는 LW-DED(레이저 와이어 에너지제어용착) 방식 금속 3D프린팅 솔루션을 활용해 국내에서 처음으로 우주발사체 고압탱크가 제작됐다. 중대형 우주 발사체 및 인공위성에서 가압가스 및 추진제를 저장하는데 필요한 이 고압탱크는 전적으로 수입에 의존하고 있어 이번 국산화를 통해 대한민국 민간 우주사업 활성화가 기대된다.

한국생산기술연구원 시흥 3D프린팅제조혁신센터(센터장 손용, 이하 생기원)와 에이엠솔루션즈(대표 김대중)는 지난 10월24일부터 27일까지 서울 코엑스에서 개최된 ‘한국전자전’에 부스를 마련하고 LW-DED 금속 3D프린팅 기술을 활용해 타이타늄(티타늄) 소재로 제작된 발사체 고압탱크를 전시했다.

내부식성이 뛰어나고 중량 대비 강도가 높아 항공우주 소재에 많이 활용되는 티타늄 합금은 가공성이 매우 떨어진다. 기존 티타늄 고압용기를 고전적인 주조, 성형, 용접 등의 방식으로 제조할 경우 비용이 매우 높으며, 정밀 형상을 구현하는 기술적 난이도 또한 높은 것으로 알려져 있다.

국내 우주발사체와 인공위성 등에서 가압가스 및 추진제를 저장하기 위해 탑재되는 고압탱크는 내부 압력을 견디기 위해 티타늄 합금이 사용되는데, 두께를 수 mm 수준으로 얇게 하면서도 완전한 구형을 이루도록 제작해야 하는 고난이도 공정이 필요하다. 현재는 전통 제조방식을 통해 독일, 미국 등의 소수 업체에서 글로벌 우주발사체 고압탱크 시장을 독점하고 있는 상황이다.

생기원은 자체 개발한 로봇팔 기반의 LW-DED 3D프린팅 장비를 활용하여 직경 650 mm의 고압탱크 시제품을 성공적으로 제작하였다. 티타늄 고압탱크 제작에 3D프린팅 공정을 적용할 경우 원 소재의 성형을 위한 여러 단계의 복잡 공정을 단순화 할 수 있으며, 금형이 필요 없기 때문에 수요 맞춤형 설계 변경이 용이하다.

특히, 기존 DED 방식 3D프린팅에 주로 사용되는 금속 분말 대신 시중에서 용접용으로 사용되는 금속 와이어를 사용하는 LW-DED 공정 적용으로 소재 비용 절감 및 생산속도 향상 효과를 극대화 하였다. 이를 통해 전통 제조공정 대비 납기 단축 80%, 비용 절감 50% 이상의 효과가 예상된다.

생기원은 제작 티타늄 고압탱크의 실제 발사체에 적용을 목표로 산업통상자원부가 지원하는 2022년도 3D프린팅 융합실증 기술개발 과제 중 ‘수요 맞춤형 우주항공·방산 타이타늄 특수부품 고속/유연 생산을 위한 열변형 저감 레이저 기반 금속 와이어 3D프린팅 기술개발(주관기관 케이피항공산업)’을 통해 실증을 진행 중이다. 함께 과제에 참여 중인 에이엠솔루션즈는 LW-DED 장비 판매 및 서비스 사업을 추진 중인 기업으로 생기원으로부터 LW-DED 공정 모니터링 및 제어 기술 등을 이전 받았다.

또한 LW-DED 기술은 UAM, 친환경 선박 등에 필요한 맞춤형 연료탱크 제작에도 활용될 수 있어 파급효과가 크다. 실제로 에이엠솔루션즈는 최근 울산광역시가 주관하는 ‘2023년 주력산업 3D프린팅 기술융합 실증지원사업’ 중 ‘금속와이어 3D프린팅 기술을 이용한 선박용 유연형상설계 저비용 Air Tank 제조기술개발’에 선정돼 수요기업인 현대중공업에 시제품을 공급하고 실증할 예정이다.

김대중 에이엠솔루션즈 대표는 “LW-DED 기술은 새로운 와이어 합금 개발, 소프트웨어 및 제어시스템 발전, 로봇 자동화 등을 통해 글로벌 우주항공, 방산, 중공업 등 제조업에서 적용이 활발하다”며 “발사체 고압탱크 실증을 한국항공우주연구원과 추진하고 내년부터 사업화를 추진함으로써 글로벌 시장을 선도할 것”이라고 포부를 밝혔다.

손용 생기원 시흥 3D프린팅제조혁신센터장은 “고압탱크는 제조기술 선진국 일부에서만 조달이 가능하고 가격도 매우 비싸서 민간 우주시장 발전에 걸림돌이 돼 왔다”며 “연구소의 기술이 민간 기업에 이전돼 국내 제조혁신에 기여함은 물론 공급망 강화에도 이바지하는 성공사례가 될 수 있도록 후속 지원에 적극 나서겠다”고 전했다.

한편 에이엠솔루션즈는 이번 전시회에 LW-DED 3D프린팅 기반 모빌리티 적층제조시스템 ‘위드 홀로닉(With:Holonic)’을 실물 전시해 참관객들로부터 많은 관심을 받았다. 이 시스템은 로봇팔과 결합된 LW-DED 장비와 구동실이 컨테이너 박스 안에 설치돼 있어 트럭으로 이동하면서 현장에서 즉시 3D프린팅이 가능한 것이 특징이다. 미군에서는 부품 보수 및 제작용으로 지상은 물론 항공모함에서도 이러한 모빌리티 적층제조 시스템을 운영 중이다.