[특집인터뷰] “메탈 3D 프린팅 모니터링 기술로 국제적 리더십 확보”

  • 2019-08-09
  • 전동엽 기자, imdy@elec4.co.kr



인터뷰 윈포시스 조재형 연구소장(위)/ 주승환 CTO(한국적층제조사용자협회 회장)

적층가공 서비스 업체 ‘메탈3D’, 한국적층제조사용자협회와 산업 생태계 조성


윈포시스는 국내 몇 안되는 메탈 3D 프린팅 장비 제조업체로, 대형 장비부터 연구용 소형 장비까지 다양한 형태의 장비를 제작하고 있다. 3D 프린팅 선도국인 독일에도 몇 없는 모니터링 기술개발에 성공해 가공물의 품질 관리에 대한 솔루션도 준비 중이다. 장비 및 기술 제작에 그치지 않고 적층제조 서비스 업체 ‘메탈3D’를 설립해 대량생산 서비스를 준비하는 등 메탈 3D 프린팅 산업 생태계를 키우는데도 기여하고 있다. 윈포시스의 주승환 CTO, 조재형 연구소장을 만나 윈포시스의 메탈 3D 프린팅 기술과 업계 전반에 대한 이야기를 들었다.

Q. 윈포시스에 대한 간단한 소개 부탁드립니다.

A.
윈포시스는 1999년 설립된 성진네텍 반도체사업부에서 2004년 분사해 공정자동화시스템 전문기업으로서 본격적으로 시작했습니다. 그리고 2013년부터 금속 3차원 프린터에 대한 연구를 시작하여 국내 최초로 SLM(Selective Laser Melting) 방식의 금속 3차원 프린터를 개발했습니다.

세계 금속 프린터 장비의 80%는 금속 분말을 사용하는 SLM 방식을 사용하고 있습니다. SLM 방식은 금속 분말을 30μm~100μm정도 얇게 펴고 레이저로 용융한 후 다시 금속 분말을 얇게 펴는 반복 공정을 통해서 3차원 가공물을 제작합니다.
현재 티타늄, 철합금, 코발트, 크롬, 스테인레스 등의 다양한 금속에 대응할 수 있는 장비를 개발한 상태이며 장비 판매를 진행하고 있습니다.

저희가 개발한 금속 프린터는 200W 화이버 레이저를 사용하였으며 가공 최대 크기가 150 X 150 X 150mm와 250 X 55250 X 250mm 영역으로 주로 치과 기공 및 금속 제품을 생산하기 위한 금속 프린터 시장을 목표로 하고 있습니다. 그리고 대형 금형 제작에 사용할 수 있는 Dual 레이저의 500 X 330 X 330mm, 연구소의 소형 금속 프린터에 대한 요구를 충족할 수 있는 등의 4가지 모델을 개발했습니다. 이에 대한 많은 연구 개발과 특허창출을 통한 지식 산업 재산권 확보를 위한 노력도 계속하고 있습니다.

2011년부터 3D 스캐너 등의 3차원 관련 장비를 생산하였으며 여기에서 축적된 3차원 관련 프로그램 및 장비 제어 기술을 바탕으로 2013년부터 금속 프린터 개발에 매진하였고, 적층가공 서비스 전문회사인 ‘메탈3D’를 세웠습니다.

‘메탈3D’는 제품의 적층가공 전 시뮬레이션을 통해서 응력과 변형을 최소화하는 기술을 보유하고 있으며 바탕으로 금형, 기계부품과 같은 산업적 적층 서비스 이외에도 적층생산시설을 GMP 의료 생산 인증을 받고, 메디컬 임플란트와 같은 의료기기 위탁 생산 업무도 병행하여 진행을 하고 있습니다. 이를 통해서 산업과 의료분야의 메탈 3D 프린팅 적층 산업의 활로를 주도하고 있습니다.

Q.. 세계 3D 프린팅 시장과 더불어 국내 3D 프린팅 시장도 지속적으로 성장세를 보이고 있습니다. 국내 3D 프린팅 시장 현황은 어떻습니까?

A.
국내 3D 프린터 시장은 세계시장의 3.9%(2018년 기준) 내외로 산업의 규모에 비하여 매우 적습니다. 이는 현시점에 대한민국이 고민하고 있는 산업적인 구조도 일부 기인하다고 생각합니다. 아직 우리는 산업시설 기반의 대량 생산이 주류이므로 개발 생산에 적합한 3D 프린터의 적용이 늦은 편입니다.

"금속 3D 프린터에 ‘양산제품 생산’이라는 역할이 대두되면서
출력되는 제품에 대한 품질이 중요한 문제로 떠올랐습니다.
그래서 저희는 가공제품의 품질 보증에 관한 기술 개발을 진행 중입니다."


Q. 윈포시스의 메탈 3D 프린팅 기술력은 어느 정도 수준입니까?

A.
저희는 외국의 선두 업체들과의 경쟁에서 우위를 가질 수 있는 부분에 집중을 하고 있습니다. 이러한 부분은 대한민국이 선두적인 기술을 보유하고 있는 사물 인터넷 분야입니다. 장비 대수가 많아지면 원격모니터링 또한 중요해지기 마련입니다. 다수의 장비를 PC나 핸드폰을 통해 원격에서 알림을 받고 동작, 정지 시킬 수 있는 시스템을 개발했습니다.

금속 3D 프린터에 ‘양산제품 생산’이라는 역할이 대두되면서 출력되는 제품에 대한 품질이 중요한 문제로 떠올랐습니다. 그래서 저희는 가공제품의 품질 보증에 관한 기술 개발을 진행 중입니다. 이 기술은 장시간 가공되는 금속 3D 프린터에 영상 검사기술을 접목하여 실시간 멜팅풀(Melting Pool)과 적층가공 표면 상태를 모니터링 하는 기술입니다. 이를 통하여 금속 3D 프린터 가공물의 품질을 실시간으로 보증하고자 합니다. 이에 대한 특허권 확보에도 힘을 쏟고 있습니다. 기존에는 X-Ray를 사용해 검사하고 있었는데, X-Ray 시스템으로는 적층제품의 정확한 품질 관리가 어렵습니다. 금속은 X-Ray가 잘 투과되지 않고 많은 산란이 일어나기 때문입니다.

이러한 모니터링 기술은, 독일의 메탈 3D 프린터 업체에서도 완벽히 구현하지는 못한 상태입니다. 머신비전을 이용한 검사 기술은 국내도 어느 정도기 기반기술을 확보한 상태이며 이 기술들을 기반으로 고난이도?고부가가치인 금속 프린터에 관련된 멜팅풀 모니터링 기술 시장을 선점한다면, 금속 프린터 분야에서 국제적 리더십을 확보할 수 있는 기회가 될 수 있을 것입니다.

"3D 프린팅을 하고나면 설계와 똑같이 출력되지 않는 경우가 있습니다.
…(중략)… 문제가 되는 부분을 시뮬레이션을 통해 잡아서 맞추는 것입니다"


Q. 메탈 3D 프린팅에서 시뮬레이션이 필요한 이유는 무엇인가요?

A.
3D 프린팅을 하고나면 설계와 똑같이 출력되지 않는 경우가 있습니다. 약간의 변형이 있을수 있는데요, 그래서 도면을 바꿔서 찍는 게 일반화되어 있습니다. 이런 식으로 문제가 되는 부분을 시뮬레이션을 통해 잡아서 맞추는 것입니다.

시뮬레이션이 중요한 이유는 예를 들어 사람 머리에 들어갈 두개골을 3D 프린팅으로 만들었는데, 수술 할 때 머리를 열고 맞춰보니 맞지 않으면 그대로 아무것도 못한 채 수술이 끝나버리게 될 것입니다. 그것을 사전에 예측하고, 수정하는 과정을 통해 시행착오를 줄이는 것입니다. 어떤 업체는 이런 경우를 대비해 모형을 3개나 만들어 가기도 합니다. 비용과 시간, 착오를 줄이기 위해서는 시뮬레이션이 필수적입니다.



Q. 메탈 3D 프린팅 기술의 전 세계 동향은 어떤지 궁금합니다. 또한 메탈 3D 프린팅 기술을 어떻게 전망하고 계시는지 궁금합니다.

A.
메탈 프린터는 현재 85%의 시장이 PBF (SLM) 시장입니다. 이 방식은 정교한 제품을 만들 수 있지만 저가의 대량 생산에는 부적합합니다. 그래서 HP 사 등이 Binder Jetting 방식의 개발을 진행하고 있지만 아직 BJ 공정은 완벽하지는 않지만 계속 투자가 이루어지고 있는 상황입니다.

Q. 메탈 3D 프린팅의 활용영역으로는 현재 의학, 항공 우주가 가장 각광 받고 있고 상용화 단계에 접어들고 있다고 들었습니다. 이 외에도 자동차, 중공업, 음식 등의 다양한 산업분야에서 적층제조를 활용하고자 하는 움직임이 있습니다. 앞으로 3D 프린팅의 활용 영역은 어디까지 확장될 수 있을 것이라고 보십니까?

A.
5월에 있었던 미국 3D 프린팅 전시회에서 관람객 수만 명을 상대로 설문조사를 진행했습니다. 그 중 ‘앞으로 3D 프린팅이 가장 큰 역할을 할 분야는 어디라고 생각하나?’라는 항목이 있었는데, 항공과 의료 분야에 가장 많은 응답이 나왔습니다. 업계는 가까운 미래에는 중공업과 자동차 분야에도 메탈 3D 프린터를 통한 대량생산이 들어갈 것이라고 바라보고 있습니다.

앞서 소개해드렸던 ‘메탈3D’에서도 현재 항공, 의료 분야에 적용되는 제품들을 만들고 있습니다.

항공분야에서는 실제로 비행기에 장착해서 날리기 위해 제트엔진을 3D 프린팅으로 제작했습니다. 8월에 울산에서 열리는 전시회에서 이 제트엔진을 탑재한 비행기를 날릴 예정입니다.

의료분야에서는 3D 프린팅으로 만든 임플란트 44개 파트를 허가받아 국내에서 양산중입니다.




Q. 특히 3D 프린팅을 대량생산에 접목하려는 움직임이 있는데요, 메탈 3D 프린팅의 현재의 기술력으로는 아직까지는 불가능한 이야기 인 것 같습니다. 이를 위해 해결되어야 할 문제는 무엇이 있을까요?

A.
DfAM과 시뮬레이션 분야가 활성화 되어야 전체적인 메탈 3D 프린팅 산업이 활성화 될 수 있습니다.

적층가공 전문 회사인 메탈3D를 설립한 것도 이를 위해서입니다. 저희는 3D 프린팅을 활용한 스마트팩토리를 만들 예정입니다.

10대 단위의 모듈러 규모로 국제규격에 맞는 공장을 제작하고 있습니다. 한국적층제조사용자협회에서도 기술 지원을 하면서 DfAM 전문회사, 제조회사, 세일즈 마케팅 회사까지 하나의 라인을 형성하려고 하고 있습니다. 메탈3D는 윈포시스의 메탈 3D 프린터로 거의 모든 생산을 하고 있고, 시뮬레이션 소프트웨어와 디자인 소프트웨어를 보유하고 있습니다.

Q. 전문 인력을 구하는데도 어려움이 많을 것으로 예상됩니다. 국내에선 적층제도 관련한 대학 교육 과정이나 전문가 양성과정이 부족한 것으로 알고 있는데요, 현실은 어떻습니까?

A.
현재 산업에서 필요한 교육을 받은 인원이 적습니다. 이에 대해 울산의 KAMUG(한국적층제조사용자협회)와 인천 산학융합원등에서 3D 프린팅 인력을 양성하고 있습니다.

특히 KAMUG에서는 메탈 3D 프린팅 교육을 통해서 CAD와 CAM, 그리고 시뮬레이션이 가능한 산업에서 필요한 인력을 공급하고 있습니다. 교육을 통해 80명 정도의 전문인력이 양성됐습니다.

Q. 정부에서는 2017년부터 3D 프린팅산업 진흥을 위한 시행계획을 발표하고 진행해왔는데요, 윈포시스에서 참여한 부분이나 지원받은 부분이 있습니까?

A.
국가에서는 2014년도에 전략기술 로드맵을 작성하고 이를 기반으로 2015년부터 기술 자금 지원 등 국가적으로 3D 프린팅 지원을 진행해왔습니다. 저희도 해당 로드맵에서 제시한대로 기술개발을 진행해왔는데, 지금 돌이켜보면 이때 체계적인 계획이 수립되었던 것 같습니다. 저희는 2016년부터 정부의 지원을 받아 ‘사출성형 금형 제작을 위한 복합가공 3D 프린팅 장비 및 30㎛급 금형강 분말 제조기술’을 포항산업과학연구원(RIST), 울산대와 같이 공동 개발했습니다.

Q. 자사 기술, 혹은 업계 전반에 있어 개선되어야 할 사항이 있다면 어떤 점이 있을까요?

A.
앞으로 메탈 3D 프린팅이 활성화되고 장비 수, 운용 시간이 늘어나게 되면 폭발사고가 100% 일어나게 될 것입니다. 분말로 된 금속과 불꽃을 이용하다보니 분진 폭발이 발생하는 것이죠. 그러나 우리나라는 아직 3D 프린터를 활용한 공장도 없고, 많이 사용하지 않기 때문에 아직 발생하지 않은 것입니다. 실제 금속 3D 프린터를 운용하는 사용자는 전신에 보호복을 착용해야 합니다. 그러나 지금 우리나라는 그런게 자리 잡지 못했습니다. 사고가 일어나기 전에 안전에 대한 부분을 강화해야 할 필요가 있습니다.

소재 측면에서는 메탈 3D 프린터는 급속 용융 후 급속 냉각의 공정이 반복되는데 이를 극복할 수 있는 금속 재료 개발이 필요한 상황입니다.

Q. 윈포시스의 목표와 비전이 궁금합니다.

A.
윈포시스는 메탈3D, KAMUG와 함께 전반적인 메탈 3D 프린팅 생태계를 만들어가고자 합니다. 윈포시스에서는 장비 제작 및 공정모니터링 기술을, 메탈3D에서는 적층가공 서비스 및 양산을, KAMUG에서는 교육을 통한 인력배출 및 창업지원을 맡아 생태계를 만들어 나가고 있습니다. 어느 하나만 해서도 안 되고 동시에 해야만 전체 생태계가 살아날 수 있습니다.
 

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