▲ 하나에이엠티(주)가 DfAM을 적용해 적층제조한 LED헤드램프용 히트싱크

금속분말 및 신소재 개발 전문기업 하나에이엠티(주)가 자체 개발한 3D프린팅 공정과 신소재 합금 기술을 활용해 가벼우면서 냉각 효율이 우수한 LED 헤드램프용 히트싱크를 제작하는데 성공했다. 자동차, 전기전자 등에 사용되는 전자기기의 출력 증가 및 소자의 경박단소화로 인해 방열부품 시장이 날로 성장하고 있는 상황에서 하나에이엠티는 신규 시장 진출에 박차를 가한다는 계획이다.

하나에이엠티(주)(대표 김홍물)은 현대모비스, 한국생산기술연구원과 함께 정보통신산업진흥원(NIPA)에서 주관하는 '3D프린팅 제조혁신 실증지원 사업('21~'23년)' 중 '200W/mK급 모빌리티용 방열부품 제조' 연구 과제를 통해 DfAM을 적용한 LED 헤드램프용 히트싱크 개발에 성공했다고 14일 밝혔다.

LED 광원은 전기적, 물리적 성질이 우수해 최근 전자제품을 중심으로 기존 할로겐 광원 등을 빠르게 대체해 나가고 있다. LED 광원은 차량 및 운·수송 매체와 같은 모빌리티 산업 분야에서의 광원으로도 주목받고 있는데 실제로도 자동차 헤드램프와 같은 차량용 중요 광원의 핵심 부품으로 사용되고 있다.

LED 기반의 헤드램프의 경우, 기존 광원 기반의 헤드램프에 비하여 전력 소비량이 적고, 효율이 높아 CO2 배출량을 감축할 수 있어 친환경적이며, 기존 광원 대비 수명이 길고 구조적 안정성이 높아 유지 보수비용 역시 상대적으로 낮다는 장점이 있다.

이에 현재 소형차의 주간 주행등 및 후미등에 LED 광원이 적용됐으며, 상하향등에 모두 LED를 적용한 Full-LED 헤드램프 기반의 차량 역시 생산되고 있다. 또한, 연비 및 기능적 효율성이 높아 차세대 모빌리티인 전기차와 수소차, 미래형 모빌리티인 PAV에서도 적용 가능할 것으로 기대된다.

그러나 LED 헤드램프는 LED 광원부 온도가 수명 및 안정성 감소, 색변화 등 문제를 초래할 수 있다. 이에 150℃ 이하 온도 영역에서 정상적으로 구동되도록 방열 특성 향상을 위해 히트싱크(Heat Sink: 방열판)가 필요한데 기존 다이캐스팅 방식으로 제작할 때 주로 사용되는 소재인 ADC12의 열전도율은 92W/mK로 낮은 수준이기 때문에 넓은 면적과 온도를 낮추는 팬(fan)이 필요해 무거워 진다는 단점이 있었다.

▲ DfAM을 적용한 LED 헤드램프 히트싱크 제작 예시

이번 과제를 통해 하나에이엠티와 현대모비스, 한국생산기술연구원은 DfAM(3D프린팅특화설계)과 신소재 개발로 신개념 자연 방열 히트싱크를 제작했다. DfAM으로 부품의 방열효율을 극대화한 설계를 적용하고 레이저로 금속 분말을 녹여서 적층하는 PBF 방식 금속 3D프린팅 기술로 소재의 한계를 극복한 것이다.

▲ 하나에이엠티(주)가 DfAM을 적용해 적층제조한 LED헤드램프용 히트싱크

하나에이엠티는 이번에 히트싱크의 방열 효율을 높일 'Al6M13'이라는 알루미늄 합금을 새로 개발했다. 이 신소재의 열전도율은 200W/mk급으로 열전달 특성과 냉각 효율이 우수하다. 또한, 소재의 기계적 강도도 273.6MPa, 연신율도 5.9%로 높은 성능을 보였다. 신소재로 3D프린팅 한 히트싱크는 기존 다이캐스팅 대비 40% 이상 경량화에 성공했다.

하나에이엠티 김홍물 대표는 "3D프린팅용 알루미늄 합금 분말 국산화와 DfAM 적용 3D프린팅 공정으로 기존 소재로 충분한 퍼포먼스를 내지 못한 고방열, 고열전도도 부품을 국산화하게 돼 기쁘다"며 "이번 과제를 통해 실증된 신소재 Al6M13과 같은 고방열 알루미늄 합금 소재를 활용해 신규 방열 부품 시장을 창출할 수 있을 것으로 기대된다"라고 밝혔다.

한편 하나에이엠티는 현재 4대의 금속 3D프린터를 구축하고 제조업계가 요구하는 경량·고강도·방열 등 특성이 뛰어난 합금과 부품을 제작하고 있다. 최근에는 초경량 Mg-Li계 신소재와 LVCC(Low vacuum continuous casting)공정을 개발하고 양산체제를 구축해 노트북 케이스, 휴대폰 프레임, 전기자전거, 드론 등 다양한 산업에 필요한 경량 소재를 공급할 계획이다.