中 3D프린팅, 정책·자본 바탕 기술 발전 성장세 ‘괄목상대’

◇연재순서

1) 전시회 총괄평가

2) 금속 적층제조 동향

3) 폴리머 적층제조 동향

4) DED(Directed Energy Deposition) 금속 적층제조 동향

5) 적층제조 신기술 동향

‘TCT ASIA 2024‘는 아시아 최대 규모의 적층제조 전문 전시회로 지난 5월7일부터 3일간 중국 상하이 국립 컨벤션 및 전시센터(SNIEC)에서 진행됐다.

올해 전시회에는 중국 및 세계 각국의 300개 이상의 기업이 참가해 금속 3D프린터 및 비금속 3D프린터, 금속 소재, 폴리머 소재, 기타 소재, 소프트웨어, 3D스캐너, 후처리 장비 등을 전시하면서 3D프린팅 토털 밸류체인의 최신 기술 동향을 확인할 수 있었다.

행사장의 면적은 약 2만㎡로 약 축구장의 3.1배의 크기로 전시관은 금속 3D프린팅 관과 비금속 3D프린팅 관으로 총 2홀로 나눠 구성돼 있었으며 전시기간 동안 약 3만명의 참관객이 방문했다.

올해 TCT ASIA는 전년대비 참가기업이 15개 늘었으며 참가자 수도 큰 폭으로 증가했다. 코로나19 기간(2020~22년) 동안 전시 참가자 수는 평균 11,250명에 불과했으나 상황이 안정된 2023년 참가자 수가 1만7,000명으로 대폭 늘었던 것과 비교하면 올해는 더욱 3D프린팅에 대한 관심이 높아졌음을 확인할 수 있었다.

시제품 제작 용도로 시작됐던 3D프린팅 기술은 이제 유연성 및 효율성을 바탕으로 양산 시스템으로 진화하고 있으며 우주항공, 자동차, 소비재 등 다양한 산업 분야의 최종 사용 부품이나 제품을 제조하고 있다.

TCT 아시아 2024에서도 제품 양산에 필요한 △3D프린터 대형화 및 신뢰성 향상 △다양한 어플리케이션에 맞춘 메탈 및 폴리머 등 소재 개발 △자동 후처리 기술 △장비 및 소재 비용의 감소 등이 주요 트렌드임을 확인할 수 있었다.

대형 금속 3D프린팅 출력물을 만들기 위해서는 넓은 빌드 사이즈 뿐만 아니라 다수의 레이저를 장착해 신속한 제작이 필요하다. 다중 레이저 시스템을 통해 생산성을 높이기 위해선 여러 레이저를 동시에 작동시키는 제어기술이 필수적이다.

또한 고온의 레이저로 금속 분말을 용융 시 부품 품질에 영향을 미치는 흄이 발생하게 되는데 이를 해결하기 위하여 공기역학 시뮬레이션을 통한 연기 배출 및 집진기술이 필요하다.

특히 이번 전시회에서 가장 인상 깊었던 부분은 중국의 3D프린팅 기술 발전 속도 및 기술 수준이 국내보다 상당히 높다는 것이다. 중국은 정책과 자본의 쌍두마차로 3D프린팅 산업을 공격적 으로 견인하고 있으며 현재의 제조업을 ‘Intelligently Made in China’로 전환하고 있기에 양산 등급의 3D프린팅 기술을 적극적으로 개발하고 있다.

▲ 파순(Farsoon)이 실물 전시한 초대형 금속 3D프린터 ‘FS811M-10’ (사진:3D프린팅연구조합)

이러한 이유로 중국의 금속 3D프린팅 기술의 주요 발전 방향은 초대형 빌드 사이즈 및 다중 레이저 시스템, 고속화 등을 통해 대형 항공우주, 의료 자동차, 에너지, 치과 및 의료기기 금속제품 양산을 가능하게 하는데 있다.

이번 TCT 아시아에서 이러한 중국 금속 3D프린터 대형화 노력과 성과를 여실히 느낄 수 있었다. 중국의 PBF 방식 금속 3D프린터 메이저 제조업체인 파순, BLT, HBD 등은 1m급 부품 적층이 가능한 2층 높이의 대형 금속 3D프린터를 일제히 선보이며 참관객들로부터 많은 관심을 받았다.

금속 3D프린터가 2층 구조로 설계된 것은 상층과 하층에 각각 다른 기능의 모듈을 배치해 전체 3D프린팅 시스템의 공간 효율성을 극대화하기 위해서다. 상층에는 실제로 출력이 이뤄지는 금속 3D프린터 출력 배드와 후처리 공간이 있어 출력이 끝난 후 바로 후처리를 진행할 수 있다. 하층의 경우 상층에서 적층하는 공정에 필요한 가스 공급장치, 분말 공급 장치 등 부가적인 설비를 내재화 시켰다.

파순은 이번 전시회에서 Φ1,530x850mm의 빌드 사이즈를 보유한 FS1521M를 선보였는데, 이 장비는 해당 장비는 16개의 500W 파이버 레이저와 이를 제어할 수 있는 기술이 탑재돼 균일한 기계적 특성을 보장하는 제품을 만들 수 있다.

1m급 대형 금속 3D프린터 기술 선도, 장비·소재 가격경쟁력 확보

정책·자본 지원 업고 기술·시장 발전 선순환, 韓 ‘타산지석’ 삼아야

▲ 파순이 초대형 금속 3D프린터로 제작한 항공우주 부품(Lattice Fin of Rocket) (사진:3D프린팅연구조합)

BLT는 1,200x600x1,500mm의 빌드 사이즈를 보유한 BLT-S1000를 전시했는데 이 장비는 최대 12개의 500W 레이저로 티타늄 합금, 알루미늄 합금, 초합금 등 다양한 금속 소재를 적층할 수 있으며 수 있으며 다양한 광학 시스템 및 품질 모니터링 기능이 탑재돼 품질을 보증할 수 있다.

Eplus3D가 소개한 금속 3D프린터 ‘EP-M2050’는 2,050x2,050x1,100mm에 달하는 초대형 빌드 사이즈와 최대 64개 레이저가 탑재됐으며 해당 장비로 제작된 금속 부품이 실물 전시됐다.

폴리머 3D프린팅의 경우 중국 기업들은 해외 선두 업체들과 수준은 유사하면서 가격은 저렴한 장비와 소재를 선보이며 가격 경쟁력에서 앞서 있음을 홍보했다.

▲ Kings 3D의 초대형 펠릿 3D프린터 ‘JS-FGF-1800’

대표적으로 Sailner社의 MJP 방식 풀컬러 3D프린터 ‘J402Plus’는 가격이 선진업체 대비 60% 수준이고 Kings3D社의 펠릿 압출 3D프린터 ‘JS-FGF-1800’는 대형 출력물을 일반 사출성형에서 사용하는 펠릿으로 저렴하게 생산할 수 있다.

TCT ASIA 2024를 참관하면서 가장 크게 느낀 점은 중국 3D프린팅 기업들의 기술 발전 속도가 매우 빠르며 기술과 시장 모두 우리나라를 크게 앞서고 있다는 것이다.

특히 글로벌 선두 3D프린팅 기업들의 부스는 상대적으로 작고 간소화된 반면, 이에 비해 중국 기업들의 부스는 3배 이상 크고 화려하게 꾸며져 있었다. 이는 해외 선두기업들이 중국 시장에서의 경쟁력을 잃어가고 있음을 시사한다. 중국의 이러한 기술 발전은 정부의 적극적인 정책 지원과 막대한 자본 투입 덕분에 가능했으며, 이는 기술 발전을 지속적으로 견인하는 원동력이 되고 있다.

이러한 상황을 감안할 때, 국내 3D프린팅 기술과 시장은 큰 위기에 봉착했다. 글로벌 경쟁력을 유지하기 위해 국내 상황을 재점검하고 이러한 위기 상황을 타개하기 위하여 기술 혁신과 투자 확대, 그리고 정부의 적극적인 지원을 통한 생태계 조성이 필요할 것으로 보인다. 후발주자임에도 불구하고 글로벌 경쟁력을 갖추고 있는 중국의 성공 사례를 참고해, 전략적인 정책 지원과 민관 협력 모델을 강화하는 것이 중요할 것으로 사료된다.