[뉴스비전e 박준상 기자] 3D 프린터가 제조업의 혁신을 이끌고 있는 가운데, 전세계가 금속프린팅 기술 개발에 박차를 가하고 있다.

대부분의 3D 금속 프린팅은 제품을 만들때 금속 분말을 사용하는데, 이때문에 결함이 발생하기도 쉽고 기계적 특성이 저하될 수도 있기 때문이다.

특히 금속에게 있어 강도와 연성은 서로 상극과 같은 존재로, 동시에 향상시키기는 매우 힘든 상황이다.

이 때문에 현존하는 합금 중 90% 이상의 소재가 3D 프린터로 만들어질 수 없는 상황이다.

미국과 영국 등 선진국들은 이러한 문제점을 개선하기 위해 다양한 연구를 펼치고 있다.

◆ 美·英·瑞·中 연구진, 새로운 3D 금속프린팅 기술 개발 '총력'

미국 조지아 공과 대학교(Georgia Institute of Technology)와 오레곤 주립 대학(University of Oregon), 그리고 3대 핵무기 연구소 중 한 곳인 로렌스 리버모어 국립연구소(Lawrence Livermore National Laboratory) 연구팀은 강력하고 연성이 강한 '스테인레스 스틸'을 3D로 인쇄하는 방법을 개발했다고 지난해 12월 밝혔다.

연구진은 316L이라고 불리는 저탄소 타입의 가장 일반적으로 사용되는 선박용 스테인레스 강재 중 하나를 효과적으로 생산했다. 

연구진은 "실험 및 컴퓨터 모델링뿐만 아니라 재료의 미세 구조 변경을 통해 취약성을 제한하고 3D 인쇄 된 스테인레스 스틸의 밀도를 최적화 하는데 성공했다"고 설명했다. 

이들은 두 개의 다른 레이저 파우더 베드 융합 기계를 사용해 스테인레스 스틸 316L의 박판을 인쇄했는데, 이 기법은 기계적 특성을 변경하고 향상시키는 데 사용할 수있는 세포와 유사한 구조를 만들었다.

영국의 버밍엄 대학(University of Birmingham), 스웨덴의 스톡홀름 대학(Stockholm University), 중국의 절강 대학(Zhejiang University) 등 3개국 연구진은 3D 프린팅에 폭넓게 사용되고 있는 스테인리스강의 프로세스 매개변수(냉각 속도)를 최적화 시킴으로써 강도와 연성이 개선된 구조물을 만드는데 성공했다고 최근 밝혔다.

연구에 참여한 스웨덴 스톡홀롬 대학(Stockholm University) 레펑 리우(Dr. Leifeng Liu)박사는 "3D 금속 프린팅의 냉각속도를 최적화시킴으로써 강도와 연성이 크게 개선된 물체를 만들 수 있었"고 설명했다.

◆ 3D 금속프린팅, 제조업 패러다임을 바꾼다

이처럼 세계 각국이 3D 금속프린팅 기법에 총력을 기울이고 있는 이유는 바로 제조업의 혁신을 이끌 수 있기 때문이다.

3D 프린팅은 우리의 제조 방식을 바꿀 수 있는 기술로 인식되어서 현재 많은 연구가 진행되고 있는데, 최근 몇 년 동안의 기술적 발전으로 산업 전반에 널리 적용되고 있다.

실제로, GE(General Electric)는 항공기 엔진의 핵심 부품을 3D 금속 프린팅으로 만들고 있는데, 이 기술은 40% 가벼우면서 60% 저렴한 부품을 만들 수 있게 했다.

영국 시장조사기관인 아이디테크엑스(IDTechEx)는 3D 프린팅 전세계 매출이 2025년까지 연간 200억 달러가 넘을 것으로 예상했다.

금속 3D 프린팅 기술은 금형과 인공관절, 3차원 회로제작 등과 함께, 항공 우주, 자동차 및 석유 · 가스 등 특히 엄격한 기준이 적용되는 산업분야에서 생산성과 비용을 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 기대되고 있다.

우리나라도 지난 2016년부터 9개 기업과 9개 대학이 참여한 한국기계연구원 금속 3D 융합연구단이 관련 기술 개발에 나서고 있다. 정부는 이를 위해 올해까지 모두 260억원의 R&D 자금을 지원하고 있다.

국내 부품 업계 관계자는 "최근 일련의 3D 금속프린팅 기법 연구는 강도와 연성이 크게 개선된 차세대 구조용 합금을 제조할 수 있는 새로운 길을 열어줄 수 있을 것"이라며 "아직까지는 기술 개발 단계이어서 이러한 연구가 양산화되기까지는 상당 기간이 걸리겠지만, 앞으로 이 기술이 부품 제조 기술의 발전에 새로운 계기를 마련해 줄 것"이라고 전망했다.