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[SIMTOS 2018] -3D 적층 가공 최신 트렌드- 한계에 한계를 넘어서는 제조의 미래
작성자 : 관리자
2018-01-17 |
조회 : 1386
SIMTOS 미리보기 취재 _ 류정우 기자
자르고, 깎고, 다듬는 등 전통적인 제조 방식은 있는 재료를 덜어내는 식이었다. 각각의 작업이 얼마나 더 효과적으로 이루어지는 지를 가늠하며 기술의 발전을 측정했지만 ‘덜어낸다’는 본질은 변하지 않았다. 최근 3D 프린터는 이러한 전통적인 제조의 방식을 완전히 바꾸어 놓았다. 덜어내지 않고 ‘보태는 것’이다. 3D 적층가공은 전통적인 제조방식으로는 완전히 불가능한 가공을 가능하게하며 그 영역을 무섭게 확장시키고 있다.
적층 가공은 3차원 물체를 만들어 내기 위해 원료를 여러 층으로 쌓거나 결합시키는, 컴퓨터의 지시에 따라 원료를 층(Layer)으로 겹쳐 쌓아서 3차원의 물체를 만들어 내는 것을 말한다. 적층 가공(Additive Manufacturing)은 입체(3D) 프린팅을 일컫는데, 이는 기존의 제품은 재료를 자르거나 깎아서 생산하는 절삭 가공(Subtractive Manufacturing)인데 반해, 입체(3D) 프린팅은 재료를 층층이 쌓아 만들기 때문이다.
이 방식은 고체의 열가소성 플라스틱, 금속 분말, 모래 등의 재료를 이용하며, 제품화 단계에서 금형을 제작하는 등 중간 과정이 전혀 필요 없고, 즉각적인 수정 작업이 가능해 제품의 개발 주기 및 비용의 효율성을 높여 준다.
이런 장점으로 3D프린팅은 추가 비용 없이 복잡한 형상의 디자인 출력이 가능하며 기존 제조기술의 한계를 극복할 수 있다. 또한 자유롭게 설계 변경이 가능해 신제품의 출시 시간을 단축시킬 수 있다.
현재 3D 프린터 시장에 대한 관심이 점점 높아지고 있는 가운데 금속가공 시장에서 적층 가공의 잠재력 역시 커지고 있다. 매년 30% 이상의 높은 성장률을 기록하고 있는 적층 가공 산업은 2020년까지 높은 성장률을 기록할 것으로 예상되면서 세계 유수의 업체들이 이 시장에 뛰어들며 규모를 키워가고 있다.
마작(MAZAK), 3D 프린팅의 새 트렌드를 이끈다
3D 프린팅 분야에서 가장 빠르게 대응하는 업체 가운데 하나가 바로 마작(MAZAK)이다. 2016년 선보인 NTEGREX i-200S AM은 절삭기술과 금형적층 조형기술을 융합한 하이브리드 복합가공기에 멀티레이저식 금형적층(Multi-Laser Metal Deposition : M-LMD)기술을 실용화한 장비다. 이 기술은 마작과 오사카국립대학 접합과학 연구소 연구팀이 협력하여 제품화한 것이다.
여러 개의 레이저 빔을 쏘아 중심부에 금속 분말을 분출시키는 원리를 기반으로 하는데 기존 기술에 비해 미세한 적층 가공이나 열 영향이 문제 되는 박판 모재의 적층가공에 특화되어 있다. 중력에 의한 분말 공급의 치우침이 적어 5축 자유곡면으로 가공하기에도 유리하다.
마작은 지난 9월 ‘EMO 2017’ 전시회에서 NTEGREX i-200S AM의 후속 기종인 LMD 방식의 5축 하이브리드 복합가공기 INTEGREX i-300S AM을 출품했다. 이 제품은 머시닝센터에서 3차원 물체를 만들어 내기 위해 원료를 여러 층으로 쌓거나 결합시키는 입체(3D) 프린팅이 작동하는 방식으로 원료를 층으로 겹쳐 쌓아서 3차원 물체를 만들어 내는 금속 적층 가공(Additive Manufacturing)인 3D 적층 후 선삭 및 머시닝이 가능한 것이 특징이다.
이처럼 INTEGREX i-300S는 절삭공구와 3D 적층조형 공구를 선택해 절삭과 3D 적층을 동시에 이루어낼 수 있다. 이를 활용하면 이종 합금을 접합할 수 있어 여러 가지 금속 재종과 다양한 어플리케이션에 대응 가능하다.
DMG MORI, 적층 가공의 한계에 도전한다
DMG MORI는 이미 4년 전부터 파우더 노즐을 이용한 레이저 증착 용접 기술로 적층가공 분야에서 동안 성공적으로 사업을 운영해 왔다. 지난 2월에는 금속 3D프린터 제조업체인 REALIZER사 지분 50.1%를 인수해 파우더 베드 기술을 포함함으로써 포트폴리오를 확장했다.
DMG MORI는 최근 5축 가공기에 적층 가공(Additive Manufacturing) 기능이 탑재된 LASERTEC 65 3D를 선보였다. 이 장비는 레이저 헤드 전환 자동셔틀 핸들링 시스템에 의해 레이저 헤드가 좌우로 이동하여 분말노즐에 의해 금속증착 작업 후 밀링작업이 가능하여 유연한 작업이 가능하도록 한 것이 특징이다. DMG MORI는 그간 LASERTEC 3D 시리즈를 통해 파우더 증착 노즐과 5축 밀링을 통합시킨 레이저 증착 용접을 성공적으로 결합시켰다. LASERTEC SLM 기술은 파우더 베드에서의 선택적인 레이저 용융을 의미한다. 하나의 기계로 두 기술을 모두 구현할 수 있으며, 제품 범위를 서로 이상적으로 보완한다. LASERTEC 3D 하이브리드 시리즈의 최대 강점은 다양한 응용 가능성에 있다. 첫 번째로, 레이저 증착 용접 및 밀링 또는 턴-밀 가공을 단 한 번의 세팅으로 완성품 수준으로 바로 제조할 수 있다. 또한 파우더 노즐 및 밀링 헤드를 언제든지 교체할 수 있어서 한 번 가공이 끝나면 추가 접근이 불가능한 복잡한 구성물을 적층과 밀링을 번갈아 교대하면서 작업함으로써 공작물을 완성시킬 수 있다. 이러한 기술 응용 분야는 특히 항공 우주, 에너지 기술 및 다이&몰드 분야에 적용이 가능하다.
센트롤, 미래 제조업을 이끌 강자
센트롤은 우리나라 3D 프린팅을 대표하는 업체로 이 분야를 선도하고 있다. 센트롤은 독자적인 3D프린팅 기술을 바탕으로 기술력을 쌓아가고 있다. 지난해 독일 프랑크푸르트 국제전시장에서 개최된 ‘폼넥스트 2016’ 전시회에서 금속 3D 프린터 ‘센트롤 3D SM250’을 선보이며 호평을 받는 등 세계에서도 기술력을 인정받고 있다. 또한 10월 개최된 ‘제 41회 국가생산성대상’ 스마트혁신 우수기업 부문에서 산업통상자원부 장관 표창을 수상했다.
지난 4월에는 금속 3D프린터 신제품 ‘SENTROL 3D SM350’을 출시했다. 이번에 출시한 금속 3D프린터 SM350은 15~50μm 두께로 분말을 적층해 최대 속도 7m/s의 레이저로 금속파우더를 융용하고 다시 도포하는 과정을 반복하며 부품을 출력한다. 이 제품의 최대 출력사이즈는 직경 350Ø, 높이 330㎜ 사이즈로, 기존 자사 금속3D프린터 대비 3배 이상 커진 크기다. 1개의 레이저를 탑재한 3D프린터로는 세계 최대 수준의 출력물 크기다.
현재 센트롤은 SM350을 통해 복잡한 구조의 항공기부품, 의료, 자동차 등을 제작하는 3D프린팅 출력서비스 사업에 박차를 가하고 있다. 소비자가 의뢰한 부품을 3D데이터로 변환한 후 제조, 출력, 후가공, 포장, 배송까지 통합솔루션 형태로 제공한다. 또 수입에 의존하고 있는 값비싼 금속 분말을 국산화해 출력서비스는 물론 소재까지 공급할 예정이다.
센트롤은 현재 기술개발을 통한 세계 시장 개척에 적극적이다. 일본 아사히글라스 세라믹스(AGCC), 중국 블랙드래곤 등과 공동 연구개발(R&D)과 마케팅을 협력해 진행한다. 이와 함께 센트롤은 포항산업과학연구원(RIST)과 공동 개발한 10마이크로미터(㎛) 이하 철(Fe)계 금속 분말 제조 기술 상용화를 추진한다.
우리나라는 현재 3D 프린팅 금속 분말의 80%를 수입에 의존하고 있다. 해외 메이저 장비 업체가 자사 전용 소재 사용을 강제하고 있어서다. 센트롤은 이 기술의 상용화를 통해 해외 업체가 주도하는 금속 분말 시장 판도를 바꾸는 발판을 마련한다는 계획이다.
