[첨단 헬로티]

산업용 3D프린팅 전문 협회인 한국적층제조사용자협회(KAMUG, 이하 협회)는 대표단을 이끌고, 지난 19일부터 22일까지 독일 프랑크푸르트 메세에서 열리는 세계적인 적층가공 전시회인 ‘폼넥스트 2019’에 참여했다.
 

폼넥스트는 유럽의 우수한 금속 3D프린팅 장비, 소재, 소프트웨어, 서비스 등 적층제조 각 분야의 기업이 전시하는 적층제조 전문전시회로 세계 3대 이 적층제조 분야 전시회 중에 하나다.

2018년 대비 전시규모가 2배나 증가했으며, 800개 업체 및 약 3만 명 이상의 참관객이 참가해 활발한 비즈니스가 진행됐다.

작년에는 중국 기업이 다수 참여했으나, 올해는 BLT, 샤이닝 3D, HBD를 제외하면 참석이 적어졌고, 러시아, 스페인, 이스라엘 등의 국가가 약진했다. 장비 업체의 규모는 작년에 비해 적었고, 공정과 소재 업체가 장비 업체를 압도할 정도로 많이 참여했다.

또한, 국내외 산학연관 관계자 역시 올해 선진 적층제조기술과 발전방향을 보다 면밀히 살피고 공유하기 위해 폼넥스트에 참석했다.

최근 적층제조 분야의 대표적인 변화는 생산 장비의 급격한 가격 인하와 대형화, 소재의 다양성, 후처리 공정 자동화로의 변화를 통해 실제적인 생산이 일어난다는 점이다.

 
적층제조는 오늘날 전 세계 생산량의 15%를 차지했으며, 향후 이 분야는 세계 시장 2000조 원, 국내 시장 80조 원 규모를 형성할 것이라는 예측이 나오고 있다.

한편, GE 전략 세미나에서는 적층제조 기술이 시제품 및 부품 제작에 머물지 않고, 경제성을 확인한 출현의 '제1시기'를 지나 생산의 도전 시기, 어려운 시기인 '제 2시기'에 도달하고, 뒤이어 대량 생산 단계인 '제3시기'로 향할 것이라고 말했다.

GE 전략 매니저는 출현시기, 생산의 도전, 생산의 실현의 세 가지로 분석해 출현시기에서 생산의 도전으로 넘어가는 현재가 가장 어려운 시기라고 답했으며, 조만간 생산의 실현 시대가 올 것으로 전망했다.

한편, 또 다른 변화는 기존의 항공과 의료 시장 이외에 자동차와 중공업 분야에 생산이 시작됐으며, 특히 다량으로 실제 생산에 사용되는 소재인 60·70 스캔알로이 계열 알루미늄과 니켈 합금 계열, 고기능 스테인레스, 구리의 소재를 중심으로 한다는 점이다.

 ▲적층제조 기술로 제작한 갈비뼈

한 예로, 의료 임플란트 기술은 협회와 같은 국내의 전문 교육 기관이 있듯이 전 세계적으로 일반적인 생산 기술로 변화했으며, 갈비뼈 맞춤형 임플란트는 일반화 하고 있다.

 
생산 단계로 넘어가는 중인 플라스틱은 생산 시에 속도와 표면 정밀도가 거칠었으나 이제는 금형에서 압출된 수준만큼의 제품으로 향상된 SLA 제품이 나와 고품질 생산이 가능하다.

SLS의 경우, 다이오드 레이저를 다량으로 붙여 수시간 걸리던 과정도 몇 분만에 양산이 가능하게 됐고, 이런 것이 BMW 미니 등에 직접 장착되는 사례가 발표됐다.

이런 결과물이 나올 수 있었던 배경은 3D시스템즈, EOS, 엔비전텍, 스트라타시스의 신기술, 후처리 분야에 다이멘션이 플라스틱 후처리와 염색에 대한 솔류션이 있었다. 이에 기업들은 데스크탑의 연속적인 카본 공정, 카본의 연속 생산 공정이 가능해지고, 신발 등이 양산이 되는 사례를 보여줬다.

▲언더아머 사의 신발 사진 및 중국산 프린터와 소재로 제작된 신발 사진

안경의 경우, 국내에 3D프린팅 안경 전문 업체가 있으며, 국내에서 타이타늄 안경이 제작된 것 같이 해외에도 이미 보편화 했다.

플라스틱 소재의 경우는 BASF 사가 적극적으로 개발 중이고, FDM을 사용한 카본 파이버 나일론 소재의 일반화, PEEK, ULTEM, PEKK의 소재가 널리 사용되고 있다.

이제는 일반 저가형 프린터에서 가능하고, 금속 파우더가 들어간 소재도 많이 발표가 됐다. 저가형 장비에서도 이제는 구현이 가능한 시대가 도래했다. 이러한 변화는 대량 생산을 위한 준비 과정으로 볼 수 있다.

한편, 메탈 적층제조 분야는 눈에 띄게 발전하고 있다. GE는 생산에 필요한 기능 보강해 정밀 생산에 기존의 PBF 방식의 'M 시리즈' 장비를 개발했고, 용접 베이스의 양산에는 EBM 장비를 배치했다. 또한, MIM 등의 부품을 대량 생산하는 BJ 메탈 프린터를 발표했다.

MIM 시장을 타킷으로 하는 제품은 HP, GE, Desktop Metal, ExOne, Triconic, 스트라타시스에서 출시된 바 있다.

설계는 여러 부품을 하나로 만드는 것을 넘어 여러가지 기능을 수행하는 멀티 펑션 부품 생산으로 변화하고 있으며, 새로운 소재로 항공용 고강도 알루미늄을 발표하기도 했다.

EOS는 자동 생산을 위한 솔류션과 다양한 소재를 발표했다. 다양한 알루미늄을 비롯해 고온에서 가공해야 하는 H13 공구강, 여러가지 스테인레스 강을 활용한 부품을 발표, 산업 현장에 맞는 소재 대응이 시작됐음을 알렸다.

SLM 사의 경우, 다이버전트 사와 더불어 자동차 생산용 대형 부품이 다수 전시돼 대형 알루미늄 제조에 활용되는 적층제조 기술을 엿볼 수 있었다.

▲SLM 사의 장비로 제작한 대형 자동차 부품

소재 면에서는 테크나(캐나다), VDM(독일) 등의 약진 및 수많은 업체가 전시회에 참여했다. 미국, 독일 유럽 위주의 소재 회사에서 중국, 러시아, 대만 업체의 등장이 두드러졌고, 한국에서는 하나AMT 등 몇 개의 소재 업체가 전시회에 참가했다. 국내 소재도 고가 금속을 제외하면 국내 양산이 가능해졌다.

 
또한, FIT와 바이오닉은 테크나의 타이타늄, 알루미늄, 텅스텐, 몰리브덴 소재를 사용해 부가티(BUGATTI)의 부품 생산을 시작했다.

VDM는 니켈 전문 세계 1위 기업으로 2조 원의 매출을 기록하고 있다. VDM은 기존의 인코넬 718,625 이외에 247,780과 코발트 크롬의 신소재를 발표했다. 대만의 서클은 고강도 알루미늄 소재 이외에 스캔 알로이를 생산해 실제 항공용 부품 생산에 납품하고 있다.

국내에서는 아직 알루미늄을 전문적으로 서비스 하는 회사가 없었으나, 메탈쓰리디㈜가 전문적으로 항공과 자동차 부품을 생산하기 시작했다. 국내 소재는 하나AMT가 알루미늄 분말 양산에 성공해 국산화를 진행할 계획이다.

제품의 대형화는 작년까지 DED와 와이어 방식의 DED가 주류를 이뤘는데, 해외의 경우, GE, EOS, Addup, BLT, 샤이닝 국내는 윈포시스(500mm)급 장비가 나오기 시작했고, DED의 경우 1m 이상 급이 사용되는 사례가 많았다.

▲FIT의 자동차 부품

후처리 장비의 경우, 플라스틱의 다이멘션, 포스트프로세스, 메탈 분야의 DLyte와 지멘스에 납품하는 Solukon 등이 대표 기업이었다.

시장 조사 분야에서는 AM Power 등이 새롭게 등장했고, 벤처 캐피털 분야에서는 AM 벤처스가 주도하고 있다. 소프트웨어 부분에서 시뮬레이션은 ANSYS, MSC, 넷팹이 주도적이며, 작년부터 활발하게 움직이는 앰피온이 여러 장비 회사에 OEM을 공급하고 있다.

경량화 위상 최적화는 인스파이어, 넷팹, 엔토폴로지, ANSYS가 눈에 띄었다. 엔토폴로지는 사용 가능한 솔류션과 의료용 솔류션을 발표했으며, 3D시스템즈의 의료용 솔류션, 메디클립의 솔루션 등이 전시됐다. 의료용 소프트웨어와 위상최적화 소프트웨어는 다수 발표돼 한 회사의 독점 체계가 사라지고 있다.

 
공정 모니터링 소프트웨어에서 시그마랩, 메탈쓰리디㈜의 'MPTools'는 중국의 데비봇의 CTO와 2차 상담이 이뤄져 테스트 버전이 납품될 예정이다.

요즘은 일반적으로 SLM, GE, EOS는 EOSTATE, 3D시스템즈, 트럼프 등의 업체는 자체 솔류션을 탑재하는 방향으로 가고 있다. 이는 생산에서 공정모니터링이 차지하는 비중을 의미한다. 곧 품질이 어느 때보다 중요해지고 있다.

한편, 생산 전문 회사인 5대 독일 서비스 회사의 약진이 돋보였다. FIT, 올리콘, Toolcraft, FKM, Protolabs 등의 업체는 다양한 생산 사례를 공개했다. 독일 이외에는 Protolab, GKN, Materials Solution 사가 대표적이다.

전시회에서는 적층제조 분야 신기술도 엿볼 수 있었다. 이스라엘 회사인 트리톤은 MJ 방식으로 MIM의 몰드를 대량으로 프린트 하고, 거기에 메탈 페이스트를 넣어 MIM 제품을 양산하는 하이브리드 기술을 개발했다.

현재 국내 적층제조 시장은 제1시기를 지나 제2시기의 한복판에 있다. 그렇기에 경제성을 맞출 수 있는 제품군을 찾아내는 작업이 필요하다. 본 협회와 국내 적층제조 업체들은 이에 대한 해결책을 강구하고 있다. 

머지않아 다가올 대량 생산 체제를 대비해 기술 개발과 인프라 구축에 힘써야 한다. 이러한 과정을 잘 수행해갈 때, 국내에도 공정 분야의 세계적인 업체가 등장할 것으로 보인다.