▲ ‘2023년 3D프린팅산업 전문인력양성사업 워크숍’ 참석자들이 기념촬영에 응하고 있다.

금속 적층제조(AM) 기술이 우주·항공·선박 등 경남 지역 주력산업의 제조혁신과 경쟁력 강화에 기여하고 있는 가운데 국내외에서의 실제 사례와 발전 방향을 모색하는 자리가 마련됐다.

경상남도가 주최하고 창원대학교 3D적층제조기술 전문인력 양성 사업단(단장 이재현 창원대 신소재공학부 교수, 이하 사업단)과 3D프린팅연구조합(이사장 이조원) 주관으로 11월16일 오후 1시부터 창원 컨벤션센터(CECO) 301·302호에서 ‘2023년 3D프린팅산업 전문인력양성사업 워크숍’이 개최됐다.

이번 행사는 경남지역 제조업 고도화를 위해 맞춤형 적층제조 인재를 양성하고 있는 창원대학교 3D 적층제조기술 전문인력 양성 사업단(단장 이재현 창원대 교수)이 한해 교육을 마무리하면서 국내 최고 전문가들로부터 선진 금속 적층제조기술 발전방향을 공유하고 상호기술교류 및 네트워크를 구축하기 위해 마련됐다.

사업단은 2019년부터 ‘3D프린팅산업 전문인력 양성사업’을 통해 경남도내 구직자 및 재직자, 대학교 재학생 등을 대상으로 전문인력을 육성 중이다. 직무현장에서 필요로 하는 전문인력 양성에 맞춰 3D프린팅 이론부터 설계, 제작, 후처리 실습까지 전과정을 교육하고 있다.

올해 세미나에서는 이재현 사업단장과 이조원 이사장의 인사말을 시작으로 △적층제조 기술에 관한 국방 소재 개발 연구(백종규 국방기술진흥연구소 PD) △Qualifying an Additive Manufacturing Component for Aerospace Production(Mr. Donald Godfrey 니콘 SLM 솔루션즈) △항공기용 금속 재료 특성 평가(손진일 테스코 대표) △초내열 Ni Alloy 분말 소재의 특성에 따른 적쳉 제조품의 물성 변화(박은수 이엠엘 대표) △선박엔진 핵심부품 적층제조 대량생산 사례 소개 및 기술개발 동향(이성모 HD현대그룹 3D프린팅 TF장) 등이 주제발표 됐다.

상업용 항공기에 들어가는 모든 부품은 인증을 받아야 하기 때문에 주요 규제 기관인 FAA(연방항공청)과 EASA(유럽연합항공안전청)에서 인증 절차를 밟아야 한다. 이러한 절차에는 장비, 제조 공정, 출력물 구성 요소의 적격성 평가 등이 포함된다. 또한 소재-프린팅-열처리-후공정 등 제조 공정을 고정해 반복적으로 테스트해서 검증해야 한다.

니콘 SLM 솔루션즈의 Mr. Donald Godfrey는 자사의 금속 3D프린터로 제작된 시편의 인장테스트 등 결과를 공유하면서 Ni(인코넬)718, 하스텔로이 X 등 우주항공 및 발전산업에 필요한 초내열 합금 적층제조를 발전시키기 위해 NASA, NIST, UTEP 등과 협력하고 있는 사례를 소개했다. 또한 금속 3D프린팅으로 양산 부품의 생산성을 높이기 위해선 멀티 레이저 기술이 매우 중요하며, 우주항공에 필요한 장비 대형화와 함께 멀티 재료 3D프린팅 기술을 상용화하고 있다고 밝혔다.

금속 적층제조가 우주항공, 모빌리티, 전자 등에 적용이 확대되면서 세계 금속분말 시장규모는 2022년 70억달러에서 2025년 85억달러로 확대될 것으로 전망되고 있다. 특히 기술의 고도화로 고정밀, 고성능 부품의 수요가 늘면서 고부가가치 분말 생산이 요구되는데 이를 위해선 구형도, 수율 향상, 산소 함량 저감 분말 생산기술 개발이 관건이다.

이엠엘(EML)은 경기도 화성공장에 직접 설계해 제작한 EIGA(Electrode Induction Melting Inert Gas Atomization)와 VIGA(Vacuum Induction Melting Inert Gas Atomization) 장비를 통해 지난 2월부터 IN718 분말을 월 1톤 이상 생산해 공급 중이다.

이엠엘은 EIGA 장비로 생산하는 PBF용 금속 분말의 품질을 높이고자 연구개발을 통해 산소, 질소 등 불순물을 극저로 제어했으며, 400℃의 초고압 고온 가스를 사용해 IN718 분말 수율을 기존 50% 이하에서 70% 이상으로 향상시키고 가스 소모량도 25% 감소시켰다. 가스 온도를 높이면서 분말 내부 기공(결함)이 줄어들었는데 이엠엘은 해당 소재로 적층제조한 시편의 미세조직을 SEM으로 분석해 외산 분말 대비 품질이 우수함을 객관적으로 입증했다.

박은수 이엠엘 대표는 “세계 각국의 분쟁과 수출 규제로 제조업계에서 날로 공급망 관리가 중요해지고 있는 시점에서 우리 주력산업에 필요한 슈퍼알로이, 구조재용 합금 등 고부가 금속 분말을 경쟁력 있는 가격으로 국산화하는데 최선을 다하겠다”고 밝혔다.

조선산업에서도 3D프린팅을 통해 선박에 필요한 부품을 제작하는 사례가 늘고 있다. DNV는 적층제조 표준화 프로젝트를 통해 지난 2022년에 금속 와이어를 녹여 적층하는 WAAM 기술로 닻줄 구멍(Hawse hole)을 제작해 기존 주조 공정대비 내구성을 20%, 항복 강도를 2배 향상시켰고, 2020년에는 잠수함용 유압블록을 3D프린팅으로 제작해 무게를 기존 대비 8#%나 줄이고 공정시간도 감소시켰다.

독일의 만(Man)은 지난 2018년 260만유로를 투자해 적층제조센터(MANCAM)를 설립하고 엔진부품을 3D프린팅으로 제작하고 있다. 국내에서는 지난 2022년 삼성중공업, 코스글로벌, 재료연구원 등이 바이메탈 초저온 밸브를 DED 방식 3D프린팅으로 제작했다.

HD현대는 지난 2015년부터 금속 3D프린팅 연구개발을 시작해 그간 선박 프로펠러 제작, 사형몰드 제작, 엔진부품 양산 등 성과를 거뒀다. 특히 지난 2022년부터 울산의 3D프린팅 전문기업 메탈쓰리디와 양산을 시작한 대형선박용 엔진의 연소실 핵심부품인 프리챔버(pre-chamber)는 독일에서 전량 수입하던 부품으로, 수입에 따른 부품 수급 불안정을 해소하고 납품 기간을 3개월에서 1개월로 단축시켜 업무 효율과 생산성을 높였다. 이 부품은 선박 시운전 및 성능시험을 완료했다.

이성모 HD현대 3D프린팅 TF장은 “시제품 제작용으로 시작된 3D프린팅이 그간 항공우주, 의료 등의 소량 맞춤 생산기술로 발전해왔지만 최근에는 맞춤형 대량생산(Customized Mass Production) 기술로 발전하고 있다”라며 “이러한 트렌드를 이끄는 어플리케이션은 조선, 기계, 발전 등 중공업 분야이며 HD현대는 대량생산시대를 준비하기 위해 기술개발에 매진하고 있다”고 밝혔다.

이날 이재현 단장은 인사말을 통해 “지역 내 주력산업인 항공, 방산, 조선, 발전, 기계 등 제조업 고도화와 고품질 청년일자리 창출을 위해선 적층제조 전문인력 양성이 매우 중요하다”며 “올해 교육을 이수한 전문인력들이 양산 공정으로 거듭나고 있는 적층제조기술을 직시하고 이를 기회삼아 함께 발전해 나가길 기대한다”고 밝혔다.

▲ 이재현 창원대학교 3D적층제조기술 전문인력 양성 사업단장이 인사말을 하고 있다.