금속3D프린팅 경제성 높인 기술로 중국 시장 진출 청신호

한국기계연구원(원장 박천홍, 이하 기계연)이 중국 웨이난고신기술산업개발구 관리위원회와 중국 내 금속3D프린팅 기술 상용화에 박차를 가한다. 웨이난에 설립되는 한중웨이난3D프린팅산업협동연구센터의 육성도 적극 지원키로 했다. 기계연이 보유한 금속3D프린팅 기술력과 중국의 풍부한 시장 수요를 바탕으로 금속3D프린팅 기술의 상용화에 탄력이 붙을 전망이다.

기계연구원과 웨이난고신기술산업개발구관리위원회는 9월 22일 중국 산시성 웨이난고신기술산업개발구에서 기계연 박천홍 원장과 쉐이칭지운 위원장 등 두 기관 관계자가 참석한 가운데 업무협약(MOU)을 체결했다.

두 기관은 향후 금속3D프린팅 상용화를 위해 한중웨이난3D프린팅 산업협동연구센터의 육성에 힘을 모으기로 했다. 이를 위해 금속3D프린팅 분야의 정보공유, 기술교류, 인적교류, 성과이전, 기술 사업화 등 다양한 각도로 협력할 방침이다.

웨이난고신기술산업개발구는 중국 산시성 웨이난시에 위치하고 있는 중국 최초의 3D프린팅 기술사업화 전문단지다. 칭화대학교를 비롯해 시안교통대학교, 시베이공업대학교 등 21개 대학과 연구개발 기관이 위치하고 있다.뿐만 아니라 고속제조국가공정연구센터, 산시적층제조협동연구원 등 관련 분야의 협동혁신플랫폼과 레이저가공부터 시험평가, 데이터처리까지 전주기적인 혁신 서비스 제공을 위한 플랫폼을 구축하고 있다.

기계연구원은 1980년대부터 레이저를 이용한 기계가공기술을 연구해왔다. 특히 2015년에 국가과학기술연구회의 금속3D프린팅융합연구단으로 선정된 이래 연간 약 100억 원의 연구비를 받으며 금속3D프린팅 장비부터 공정, 재료까지 상용화를 위한 전주기적 연구를 수행하고 있다.

두 기관은 중국 현지 기술설명회에서 인연을 맺은 후 3D프린팅 기술 상용화 과정의 어려움에 공감하고 기술적인 해결책을 모색하는데 뜻을 모아왔다. 기계연구원은 상용화 과정의 난제로 지목되는 공정 단축을 기술적으로 해결하고, 웨이난고신기술산업개발구는 중국 현지 상용화를 추진할 방침이다.

특히 금형을 이용한 제조업이 발달한 중국에서는 금속3D프린팅 방식의 하나인 DED(Directed Energy Deposition, 고출력 레이저를 집광하여 용융풀(melt pool)을 형성하고 금속 분말이나 와이어를 공급해 적층하는 방식) 기술을 향상시킨 자동추적(Auto-tracking) 기술에 큰 관심을 보여 왔다. 금형 제작에는 많은 비용이 필요해서 손상된 금형을 보수하여 사용하려는 수요가 많기 때문이다. 기존에는 금형 등 기계부품의 손상부위를 정확하게 제거하고 프린터를 세팅하는 사전 공정이 길고 비용이 많이 들었다. 하지만 기계연의 자동추적 기술을 이용하면 이 단계를 획기적으로 줄일 수 있다.

금속3D프린팅의 또 다른 방식인 PBF(Powder Bed Fusion, Powder Bed Fusion. 금속 분말을 얇게 깔고 레이저 프린터와 동일한 원리로 고출력 레이저를 분말에 조사해 적층하는 방식) 프린팅 기술의 상용화에도 속도를 낼 전망이다. 기계연은 기존 고정 스캐너 방식의 프린팅 영역을 2배 이상 확대하고 정밀도는 5배 이상 향상시킨 새로운 프린터 출시를 목표로 막바지 연구에 박차를 가하고 있다.

시장조사 전문기관 마켓스앤마켓스(MarketsandMarkets)의 ‘2022년 3D프린팅 국제시장전망’에 따르면 중국의 3D 프린팅 시장은 2016년 기준 5억 달러 수준에서 연 평균 34.2%의 성장률을 보이며 2022년에는 29억 달러 까지 확대될 것으로 전망하고 있다. 특히 중국은 금형 제품의 양산이 왕성하게 이뤄지고 있어 상용화에 성공할 경우 글로벌 시장 선점 효과도 기대된다.

기계연구원 박천홍 원장은 “금속3D프린팅융합연구단은 3D프린팅 기술의 한계였던 경제성을 향상시키기 위한 기술적인 혁신을 거듭하고 있다”며 “금형부터 국방, 항공, 발전까지 3D프린팅 기술의 적용 분야를 넓혀갈 뿐 아니라 의료장비 등 생활과 밀접한 분야의 상용화 추진을 통해 국민이 연구개발 성과를 체감할 수 있도록 앞장설 것”이라고 말했다.