일본 TCT(TCT Japan) 전시회가 1월 29일부터 31일까지 도쿄 빅사이트에서 개최되었다. 일본 TCT는 일본의 3D 프린팅과 적층제조 산업을 대표하는 전시회이다. 이번 전시회에는 100여개의 업체가 참여했으며, 약 5만명 이상의 전문가가 참석했다.

2019년 6월 19일 일본 니케이의 조사에 따르면 일본의 3D 프린팅 시장은 2017년부터 매년 9.1%(Compound Annual Growth Rate, CAGR)의 성장률을 보이고 있다. 적층제조 기술은 모든 산업의 제품 및 제조 프로세스의 가속화·최적화를 도모하기 위한 필수적인 기술로 변혁을 이루는 중이다. 

이런 변화를 위해서는 3D 프린터뿐만 아니라 설계부터 조형, 시뮬레이션 및 생산 관리를 연결하는 생태계 구축이 급선무이며, 변화에 맞춰 3D 프린터를 중심으로 얼라이언스 형성이 가속화되고 있다. 최근 25년간 세계 5개국에서 3D 프린팅 및 적층제조 기술 관련 콘퍼런스와 전시회가 활발하게 개최된 것이 이런 흐름을 반영한다. 

이번 TCT 전시회에서는 세미나도 함께 개최되었다. 세미나는 ‘적층제조 시장의 미래’, ‘적층제조의 비즈니스, 표준화, 경제성’, ‘DfAM 디자인과 적층제조 산업의 응용’이라는 주제로 3일에 걸쳐 진행되었으며 일본, 미국, 유럽 등에서 초청된 연사들이 기술적인 노하우와 산업 응용사례를 발표했다.

▲ TCT 일본이 열린 빅사이트 전시장에서

양산품 개발 및 공정, 소재 개발 활발

이번 전시회는 장비 위주의 전시가 아닌 실제 양산 제품, 소재 등이 주를 이뤘다. 중견기업 위주의 산업 진행을 엿볼 수 있었고, 공정 개발을 통한 산업 응용사례, 실제 개발된 특수 소재 등이 부각되었다. 소재는 일본의 대표적인 철강 회사와 티타늄 회사, 그리고 알루미늄 회사 등이 실제 산업에 응용가능한 소재를 선보였다. 토호타이타늄과 토호테크가 티타늄 분말 등을 전시했고, 니오븀 금속 응용을 위해 HS Starck의 사업부를 인수하여 분말 전시 및 응용 사례 발표를 진행했다.

전시회에서는 기존 바나듐이 들어간 티타늄에서 철로 대체된 분말이 소개됐다. 이는 단가를 크게 하락시킬 것으로 예상되며, 이외에도 일반 구형 분말 대신 기계식 파쇄 분말을 활용한 3D 프린팅 기법에 대해서도 소개되었다.

▲ 바나듐 대신 철 합금으로 만든 티타늄 합금 소재

▲ 구형 분말이 아닌 3D 프린팅 분말의 전자현미경 사진

EBM 장비용으로는 혼합 형식으로 된 소재가 발표되었고, SLM 방식은 기존 분말을 잘 분급하고 효율적으로 섞어서 분말의 유동성 및 물성을 확보한 것이 특징이다. 이 방식의 경우 분말 단가를 현저하게 낮출 수 있다. 토호테크는 반도체 산업 등에 활용되는 고품질의 일반 분말과 나노분말을 전 세계적으로 수출하는 회사로 유명하다.

일본 전시회에 한국적층제조사용자협회와 사업상 함께 방문한 업체는 일본 업체와 해외 협력을 위한 기술 교류를 진행했다. 용접 방식으로 제작된 화학 공장의 펌프에 들어가는 고가의 티타늄 임펠러는 내식성이 요구된다. 이 방식의 임펠러를 비구형 티타늄, 스테인리스 분말을 3D 프린팅으로 적층제조하는 공정 개발을 협회를 통해 진행하고 있는데, 우선 3D 프린팅 기술을 활용해 임펠러에 대한 물성테스트를 진행 중이며, 현대중공업에 납품 등록된 메탈쓰리디와 품질제어 기술을 협의하는 등 진전이 있었다.

▲ 용접으로 제작된 티타늄 임펠러 확대 모습

▲ 용접으로 제작된 티타늄 임펠러 내·외부

일본 경금속은 알루미늄의 분말 및 응용 사례를 발표하였다. 스칸듐을 활용한 스캔알로이 고강도 알루미늄을 발표하였다. 이 제품은 에어버스의 자회사인 APWorks에 납품되어 항공기 부품에 적용되고 있고, 자동차의 엔진 블록 8기통을 빠른 시간 내에 찍어서 자동차 엔진 개발에 활용되는 예가 발표되었다. 

▲ 알루미늄으로 제작한 8기통 엔진 블록

▲ 새롭게 출시된 EBM, DED 알루미늄 분말과 스캔 알로이

우리나라의 자동차 기업들도 이제는 2주 이내에 납품이 가능한 3D 프린팅 기술을 활용하는 것이 필요하다. 일본과 유럽에서는 일반적으로 사용되지만 국내에서는 알루미늄 자동차 응용 기술은 개발은 되었으나, 아직 예전 주조를 하던 방식에서 벗어나지 못하고 활용이 안 되고 있는 실정이 아쉬웠다.

▲ 알루미늄으로 제작된 고온, 고강도의 엔진 매니폴더

우리나라의 포스코와 같은 대기업인 니폰스틸의 3D 프린팅 분말 사업 진출이 눈에 띄었다. 대기업이 3D 프린팅 분말 사업에 진출해 결과물을 내고 있는 것이 우리나라와 다른 점이었다. 공정 서비스도 대기업과 공조를 통해 활발히 진행되고 있다. 일본 백동, MTC, 고이와이, NTT 등이 대기업과 공동으로 부품 제작 사업에 진출하고 있고, 이로써 기술력도 많이 향상되었다는 것을 확인할 수 있었다.

일본 중소기업의 경우는 3D 프린팅 장비 도입시에 50% 이상 정부 지원 및 융자를 받아 부담 없이 장비를 구입할 수 있고 많은 소재 업체가 공동으로 소재를 개발해 사용하는 사례가 많았다. 특히 정부와 3D프린팅기술연구조합(TRAFAM)이 함께 진행한 프로젝트가 끝나가서 많은 결과물이 나오고 있다.

▲ 고이와이사의 대형 사이즈 메탈 3D 프린터로 제작한 자동차 부품(800x400mm)

▲ 3D 프린팅 샌드 프린터로 주조 틀을 만들어 엔진 블록을 제작한 사례(고이와이사)

▲ 일본 백동(공정 회사)에서 제작한 퍼터 사용 예

타이어 금형에도 3D 프린팅 기술이 많이 사용되고 있다. 자동차 부품 중에서 가장 적용이 잘 되는 분야이고 프랑스의 미쉐린뿐만 아니라 국내 타이어 회사에서도 많은 응용이 이루어지고 있는 부분이다. 국내는 아직 전체 금형보다는 부분에 사용되고 있고 실제 타이어 금형 전체 응용은 이루어지고 있지 않으나, 공정 업체 중심으로 연구 개발이 일어나고 있다.

장비 분야에서는 소수이지만 기존 기술을 넘어서 작은 사이즈, 정밀부품 생산이 가능한 니콘의 소형 DED, 미야키의 컬러 프린터 등이 발표되었다.

우리나라에서는 울산의 일부 공정 업체를 중심으로 산업체에 응용이 시작되고 있다. 새로운 분말 소재를 사용한 부품이 개발되고 있으며 이러한 상황에 니폰스틸, 토호타이타늄 등 일본의 대기업이 적층제조 시장에 진출한 것은 매우 고무적이다. 울산은 품질 제어가 가능한 3D 프린팅 생산기술을 보유하고 있기 때문에 일본과 협력이 활발해진다면 화학, 자동차, 중공업 등에서 많은 시너지를 발휘할 것으로 생각된다.

특히 고급 금속소재의 개발이 빠른 일본과의 협력은 시너지를 낼 것이다. 이번 전시회를 통해 일본이 한국의 금속 3D 프린팅 기술에 호의적임을 확인할 수 있었고 이를 기회 삼아 협력을 확대해 나가야 할 것이다.

▲ DfAM 기술을 이용하여 경량화한 드론의 예

▲ 니콘의 DED를 사용해서 만든 정밀 DED 부품 사례

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