3D 프린팅의 최신 기술동향 및 제조혁신 아이디어 공유 

제4차 SAMA 3D 프린팅 국제 전시회 및 포럼이 8월 16일부터 18일까지 상하이(ShangHai)에서 열렸다. 이 행사는 금속 적층가공(AM) 개발에 대한 최신 연구 및 응용 프로그램을 소개하는 국제 포럼 및 전시회로 자리매김하고 있다.

SAMA(Shanghai Additive Manufacturing Association)는 중국의 적층제조 기술을 토론하는 국제 포럼으로 전 세계 30여 개국에서 참여하고, 1만명 이상이 관람하는 기술 포럼이다. 한국에서는 8개의 회사 및 기관이 참여했으며, 참고로 오는 9월 4일에는 한국 울산대학교에서 한중 포럼이 개최될 예정이다.

‘혁신, 협력, 융합’이라는 주제로 시작된 이번 포럼에서는 중국의 엄청난 기술력을 보여줬다. 먼저 첫 날에는 개회식과 함께 각 나라의 3D 프린팅 산업의 현황을 보여줬다. 이를 통해 독일, 이탈리아, 이스라엘, 스웨덴, 영국, 체코, 인도, 한국 등 여러 나라의 3D 프린팅 산업 현황에 대해 알아볼 수 있었고, 각 나라의 현황을 바탕으로 수출 진행이 가능한 네트워크 미팅까지 진행되어 좋은 기회가 되었다. 

▲ 전시회 포럼에 전시, 발표 참여한 VIP 사진

다음 날에는 항공 분야, 자동차와 금형, 소재와 장비, 의료 임플란트, 필름과 엔터테인먼트 사업, 소비재와 혁신 등 각 주제별로 포럼이 개최되었다.

항공 분야는 중국 민항기 제조 회사인 COMAC 연구소장인 지아젠 장 박사의 기조연설로 시작되었다. 중국의 민항기 분야의 응용 분야와 연도별 체계적인 연구 개발 계획에 대한 설명이 있었다. 항공 분야에서 체계적인 발전계획은 있지만, 산업이 부족한 국내에서는 주력 산업인 중공업, 조선, 자동차 분야에서 체계적인 개발 계획이 있어야 할 것이다.

멀티 레이저를 사용한 대량생산 사례도 소개되었다. 중국에 연구센터가 있는 하니웰은 EOS, GE 등의 장비로 중국에서 필요한 항공기 부품을 DfAM 방식으로 설계하여 공급하고 있는데, 약 80~100개의 부품이 메탈 3D 프린팅으로 생산되고 있었다.

▲ 제트 엔진 부품 전시

다쏘시스템의 DfAM 설계 솔루션 발표도 있었다. Buildplate와 같은 시뮬레이션을 기본으로 하는 것이 우리나라보다는 앞서 있다는 것을 느꼈다.

지멘스 중국센터의 카레리나 스비나렌코 박사는 화학 분야에서 아주 획기적인 결과를 발표하였다. 기존의 화학반응을 위해서 사용하는 버너 팁 3.4m를 메탈 3D 프린팅 방식으로 1.7m로 줄인 것이다. 반응기의 인입부를 3D 프린팅으로 설계하여 기존 방식에 비해서 효율적으로 생산하고 있었다. 50개 파트를 19개의 파트로 줄이고, 나머지를 1개의 AM 부품으로 변환한 것이 특징이다.

금형 산업과 자동차 산업에 대해서는 독일의 프라운호퍼연구소의 금형과 다이 전문 센터장인 모리츠 울브린크 박사가 금형 산업 분야와 후처리 분야의 필요성에 대해서 역설했다.  

▲ 자동차 타이어 휠 전시

본 발표를 본 결과, 여러 가지 시사점을 느끼게 하였다. 우리나라 금형 산업의 경우는 중국의 저가 시장과의 경쟁에서 많은 업체가 문을 닫고 있는 상황이고, 선진국의 고가 시장에는 접근조차 못하는 실정이다. 후발 주자인 중국은 신기술을 적용하여, 기술력을 향상시키고, 선진국의 시장과 경쟁으로 가고 있는데, 우리는 아직 3D 프린팅 신기술인 고속 냉각채널 기술의 실제 산업 적용에 진입조차 못하고 있는 실정이다. 금형 선진국인 외국의 경우는 쿨링 채널(Cooling Channel) 연구가 실제 산업에 적용되고, 중국 역시 3D 프린팅을 활용한 신기술로 넘어가고 있는 상황에서 연구가 없는 우리나라는 경쟁력이 현저히 떨어지고 있는 상황이다. 이에 대한 대책 마련이 시급한 실정이다.

자동차 산업에서 샌드·몰드 분야의 화북 지다 웨이창 전자기술 회사는 3m급의 샌드 프린터를 상용화해서 독일, 미국의 ExOne과 복실젯의 호환 제품을 절반 가격으로 공급·사용 중이다.

소재 분야는 중국산 Ti 분말 가격이 150달러로 국내 수입 외국 제품에 비해 현저히 저렴했다. 의료용 등 특정 용도가 아니면 저가형 분말을 양산용으로 사용하는 것도 좋은 방안으로 여겨졌고 마그네슘, 구리, 고융점 금속에 대한 분말의 판매가 보편적으로 이루어지고 있어 이에 대한 협력이 필요한 상황이다.

장비의 경우는 SLM 솔루션 회사의 경우는 70여 회의 장비 개조가 이루어지고, GE 역시 장비 개조가 많이 이루어져 구 버전 기계를 신 버전으로 변경이 가능한 솔루션을 제공했다. 

▲ 전시품 : 제트 엔진, 안경, 금형

사이즈가 500mm 이상이 되는 멀티레이저의 경우, SLM의 경우는 이미 100여대가 판매가 되었다고 한다. 이는 생산으로 시장이 변하는 상황이다. 국내 장비의 수준은 SLM의 70회 이상의 장비 개조 전의 상태이다. 이런 상황을 개선하기 위해, 윈포시스는 16회 이상 개조를 진행했는데, 앞으로 많은 개조가 이루어져야 선진국을 따라갈 수 있을 듯하다. 

가격 면에서도 150mm 장비의 경우 독일산 고가 제품이 3억원대면 충분히 구매가 가능해 우리나라에서 3억원대에 판매하고 있는 장비는 이미 가격 경쟁력을 상실하였다. 250mm 사이즈의 장비는 이미 5억원대로 판매가 되고 있었다. 

중국산 메탈 프린터의 경우는 대표적인 업체가 총 100여대를 판매했는데, 후처리 장비가 포함된 250mm 사이즈의 장비 가격이 대리점에서 약 30만불대로 한화로 약 3억 6000만원 정도이다. 국산 장비의 경우 5억원대에 판매가 되고 있는데, 가격 경쟁력까지 없는 상황으로 가격 경쟁력이 없는 제품은 정리하고, 대형 사이즈에 주력해야 하는 시점이다. 

▲ 네트워킹 미팅 : 중국 업체와 수출 협의

한국적층제조사용자협회의 전시 참여 목적은 의료 시장의 장비 판매와 기술 판매, 의료 임플란트 시장의 협력 업체 찾기, 연결 가능한 업체를 찾는 것이었다. 

HBD의 영업 총괄 디렉터와 니콜라스 야오 아시아 태평양 담당과 미팅을 통해 프로세스 모니터링 소프트웨어를 HBD 장비에 장착하기 위한 테스트를 진행하기로 했으며, 이로써 수출의 길이 열리기 시작했다. 또한 MPD의 마크 사장에게 중국 판매에 대한 협의도 진행하였다.

중국 세미나에서 한국의 윈포시스와 Metal3D의 모니터링 소프트웨어를 소개하여 호평을 받았다. 또한 중국 의료협회와 협의를 진행하여 중국 내에 의료 기술 이전과 합작 회사 설립에 대해서 논의를 하였고, Mahmoud A. Hafez라는 이집트, 영국 외과의사가 실제 운영 중인 회사와 협의가 완료되어, 9월 4일 울산에서 의료용 임플란트 제작 솔루션과 임플란트 수출에 대한 계약을 진행할 예정이다. 또한 하드웨어 제작이 필요한 회사라 의료 부품 납품 협의도 진행하였다. 이 회사는 영국과 이집트에 있는 회사로, 의료 소프트웨어 전문인력을 보유하고 있고, 특허도 보유하고 있다. 

▲ 의료 임플란트 제품 전시

결론적으로는 세계는 장비와 소재 가격이 현저하게 떨어지고 있고, 공정 개발에서 후처리 등 피로 강도를 높이는 방향으로 연구, 개발 방향이 진행되고 있다. 우리나라 역시 시장에 맞는 가격 등의 설정이 필요한 상황이다. 장비 분야의 경우는 가격 경쟁력이 없는 모델에 대한 구조 조정이 절실한 시점이다. 연구 방향도 공정 분야는 이미 끝내야 하는 상황이고, 후처리 분야에 전념을 해야 하는 상황으로 바뀐 것이다.

산업 응용 분야는 항공 분야가 없는 우리나라는 대기업 중심으로 지멘스의 화학 분야의 진출의 예처럼, 우리나라 주력 산업인 화학 공업, 자동차, 중공업 부분으로 가격 경쟁력이 있는 DfAM 방식의 설계 부품으로 가격 경쟁력이 있는 부품을 개발할 수 있도록 대기업을 지원하는 프로그램이 절실하다. GE나 지멘스 등의 컨설팅이 필요하며, 이에 대한 지원이 되고 중소기업은 이런 제품을 생산할 수 있는 생산력 향상이 필요하다. 대기업과 중소기업의 협력이 절실한 시점이 앞서 나간 나라에서 배울 점이다.

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