금속3D프린팅 융합연구단 29일 한국기계연구원 본원서 개소  

한국기계연구원(원장 임용택)은 29일 연구원 본원에서 금속 3D 프린팅(M3P:Metal 3D Printing) 융합연구단(단장 이창우) 개소식을 개최했다.

이날 개소식에는 이상천 국가과학기술연구회 이사장, 임용택 기계연 원장, 이영수 한국생산기술연구원 원장, 이상훈 한국전자통신연구원 원장, 김해두 재료연구소 소장, 신홍현 3D 프린팅 연구조합 이사장과 연구단 관계자들이 참석했다.

연구단은 한국기계연구원 주관으로 4개 출연연구기관과 에이치케이, 대림화학, 고려용접봉 등 9개 기업, 9개 대학이 참여한다. 예산은 3년간 260억 원이 투입된다.

연구원들은 과제종료 후에 원 소속기관으로 복귀하는 ‘온-사이트(On-Site) 융합연구’제를 적용하기로 했다.

금속 3D 프린팅은 DED(Direct Energy Deposition), PBF(Powder Bed Fusion), ME(Material Extrusion) 등 3가지 종류로 나뉜다. 금속 3D 프린팅 기술은 단순히 장비성능에 의존하는 플라스틱 3D 프린팅과는 다르게 장비성능은 물론 공정, 재료에 따라서 현저한 차이를 갖는다.

연구단은 부가가치가 높고 실제 적용이 가능한 분야에서 3가지 금속 3D 프린팅 방식의 장비, 공정, 재료를 모두 개발할 예정이다.

DED(Direct Energy Deposition) 방식은 고출력 레이저를 집광해 모제에 용융풀을 형성하고 금속 분말이나 와이어를 공급해 적층하는 방식이다.

연구단은 이번 융합연구를 통해 기존 장비 대비 적층속도 5배 이상의 성능향상을 목표로 하고 있다. 또한 3차원 냉각 채널을 가지는 스마트 금형을 대상으로 생산속도를 50%이상 향상시켜 현재 10조 원에 이르는 국내 금형 산업의 경쟁력을 높일 것으로 기대된다.

PBF(Powder Bed Fusion) 방식은 금속 분말을 얇게 깔고 레이저 프린터와 동일한 원리로 고출력 레이저를 분말에 조사해 용융시키는 방식으로 형상을 만들어 낸다. DED 방식에 비해 강도는 떨어지지만 복잡한 형상제작에 유리하다.

연구단에서 개발하는 PBF방식의 프린터는 정밀도가 현재보다 2배 정도 좋은 10㎛급으로 기존에 필요했던 후가공 공정없이 사용이 가능할 것으로 보고 있다.

연구단은 PBF방식의 프린터로 부가가치가 높은 인공관절 제작을 목표로 하고 있다. 보통 인공관절은 인체에 무해한 티타늄을 사용하는데 현재 프린팅용 티타늄 분말은 1㎏당 700달러 이상이다. 그나마 전량 수입에 의존하고 있다.

연구단에서는 현재 가격보다 절반이하 가격으로 티타늄 분말을 생산하는 기술을 개발할 예정이다.

2014년 기준 세계 인공관절 시장규모는 약 17조 원, 국내는 약 1131억 원 수준이다.

ME(Material Extrusion) 방식은 금속 보다는 플라스틱 계열에 적용되는 방식으로 주로 액체 상태의 플라스틱을 밀어내어 적층하는 방식이다. 금속에 ME 방식을 적용하기 위해서는 고온에서 금속을 녹여야 한다.

연구단은 보통의 금속과는 다르게 300 ℃의 비교적 낮은 온도에서 녹는 합금금속을 개발해 사용한다. 금속 ME 방식의 프린터는 주로 3차원 곡면을 가지는 부품에 직접 배선하여 3차원 회로를 만드는 공정 및 장비를 개발할 계획이다.

이창우 단장은 “금속 3D 프린팅 기술은 금형, 인공관절, 3차원 회로제작 등 다양한 분야에 실제로 적용돼 국민, 국가산업에 기여할 것”이라며 “다양한 참여기관의 연구원들과 함께 융합하여 3년 안에 많은 성과를 창출하도록 할 것”이라고 말했다.

대전=박희범기자 hbpark@etnews.com
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