고기능 플라스틱 소재로 최적의 3D 프린팅 기술 설계

2019.12.16 09:00
지난 10월 22일 경기 시흥에 위치한 링크솔루션 사무실에서 손용(오른쪽) 한국생산기술연구원 3D프린팅제조혁신센터 수석연구원과 최근식(왼쪽) 링크솔루션 대표를 만났다. 링크솔루션은 손 박사의 기술지원을 받고 있다. 동아사이언스 DB
지난 10월 22일 경기 시흥에 위치한 링크솔루션 사무실에서 손용(오른쪽) 한국생산기술연구원 3D프린팅제조혁신센터 수석연구원과 최근식(왼쪽) 링크솔루션 대표를 만났다. 링크솔루션은 손 박사의 기술지원을 받고 있다. 동아사이언스 DB

프린터로 물체를 찍어내는 3차원(3D) 프린팅은 최근 불고 있는 제조 혁명의 대표적인 아이콘으로 손꼽힌다. 집이나 사무실에서 사용되는 레이저 프린터가 종이에 글자를 인쇄하는 방식이라면 이 출력 기술은 플라스틱과 금속 등 다양한 소재를 이용해 입체 물체를 찍어내는 방식이다. 이 기술은 최근 주목받기 시작했지만 벌써 30여년의 역사를 자랑한다.  3D프린팅 기술 전문업체 ‘3D시스템스’의 공동 창업자인 찰스 헐이 1983년 처음 기술을 내놨다. 헐은 여러 개의 얇은 층을 쌓아올려 입체 형태의 물체를 만들어 내는 ‘스테레오리소그래피(SLA)’ 방식을 고안했다. 이후 3D프린팅 기술은 빠른 생산시간을 장점으로 시제품 제작 등에 활용되며 시장을 넓혀왔다.

 

지난 2014년 3D프린팅 기술을 구성하는 핵심 특허 90여건이 만료되면서 3D프린팅 시장은 급격히 성장하기 시작했다. 시장분석기관 IDC는 지난해 세계 3D프린팅 시장 규모가 2022년 약 26조원에 달할 것이란 분석을 내놨다. 한해 성장률도 평균 약 18.4%의 높은 성장을 보일 것으로 예측했다. 한국도 일찌감치 3D프린팅 관련 핵심 특허들이 만료됐던 시기인 2014년 3D프린팅 시장에 뛰어들었다. 한국생산기술연구원(생기원)을 주관기관으로 ‘3D프린팅 기술기반 제조혁신지원센터 구축사업’을 시작했다. 

 

이 사업은 3D프린팅 공정을 하나의 체계적 생산 공정으로 발전시켜 설계, 생산, 실용화 등 기술서비스를 총체적으로 제공하는 제조관련 기반을 구축하는 게 목표다. 생기원은 경기도 시흥에 센터를 설립하고 기업들에 대한 3D프린팅 기술지원에 나섰다.

 

 

3D프린팅 전문가들...기업에 최적의 설계 전수

 

생기원과 링크솔루션이 함께 개발한 3D프린팅 장비 ‘LINK-EP’의 모습이다. 동아사이언스DB
생기원과 링크솔루션이 함께 개발한 3D프린팅 장비 ‘LINK-EP’의 모습이다. 동아사이언스DB

손 박사는 2016년부터 스타트업 ‘링크솔루션’을 지원하기 시작했다. 링크솔루션은 3D프린팅 및 주변기기 개발업체로 2010년 대학생 4명이서 창업했다. 사업 초기 3D프린팅 기술 및 사업 운영 관련 어려움을 겪고 있던 차에 2016년 생기원을 만났다. 손 박사는 “생기원의 3D프린팅 전문가들이 3D 프린팅에 쓰일 소재는 무엇이 좋을지 디자인은 어떠면 좋을지 등을 따져 최적의 설계를 잡아내 기업에 기술지원을 한다”며 “링크솔루션은 그 대표적 사례”라고 말했다.

 

링크솔루션은 생기원의 기술지원에 힘입어 유수의 성과들을 내고 있다. 우선 고기능 플라스틱 ‘피크’를 재료로 하는 3D프린팅 장비 ‘LINK-EP’를 개발했다. 피크는 높은 강도, 내화학성, 내열성, 내방사선이 특징인 3D프린팅용 소재다. 자동차, 우주, 항공, 화학성 반도체, 임플란트 등에 쓰이고 있다. 

 

손 박사는 “LINK-EP는 고성능 소재의 피크도 출력이 가능한 장비”라며 “중국이 저가형 3D프린터 시장을 꽉잡고 있기 때문에 시장성 확보를 위해 비싼 소재를 생산할 수 있는 3D프린팅 개발이 필요했다”고 설명했다. 손 박사는 링크솔루션이 피크를 재료로 하는 3D프린터를 개발할 수 있도록 요소 기술을 지원하고 공동 과제를 수행했다.

 

3D프린팅 방식에는 ‘광조형방식(SLA)’ 방식도 있다. 광경화성 수지를 도포한 후 모형으로 만들 부분에만 레이저를 쏘인다. 레이저를 사용하기 때문에 금속을 재료로 3D프린팅 기술을 접목할 수도 있다. 정밀한 모형을 제작할 수 있다. 

 

손 박사는 “SLA 방식을 사용하는 대형 3D프린팅 장비를 만들려면 여러 개의 레이저를 사용해야하는데 이를 조절하는 것이 중소기업의 기술력에선 어렵다”며 “생기원의 레이저 기반 3D 프린팅 전문가들이 링크솔루션을 지원했다”고 말했다. 해당 장비는 출력 서비스를 시작으로 장비 상품성을 높여 상용화를 준비 중이다. 링크솔루션은 생기원과 함께 3D프린팅 장비인 압출적층방식(FDM)장비와 고온 기능성 장비를 개발 중이다. FDM은 플라스틱 소재의 필라멘트 열로 녹여 압출한 후 상온에 굳혀 물체를 쌓아 올리는 3D 프린팅 방식이다. 

 

3D프린터 고기능 플라스틱인 피크를 이용해 각종 부품들을 만들었다. 피크는 높은 강도, 내화학성, 내열성, 내방사선이란 특징을 가졌다. 동아사이언스DB
3D프린터 고기능 플라스틱인 피크를 이용해 각종 부품들을 만들었다. 피크는 높은 강도, 내화학성, 내열성, 내방사선이란 특징을 가졌다. 동아사이언스DB

 

기술력 가진 중소기업을 대기업에 보증하는 역할도 해

 

생기원은 우수 3D프린팅을 가진 기업을 발굴하고 대기업에 연결시켜주는 중간 매개 역할도 하고 있다. 최근식 링크솔루션 대표는 “생기연의 3D프린팅 전문가들이 관련 기술은 물론 대기업과의 연계를 돕고있다”며 “중소기업들은 수준 높은 기술을 보유하더라도 신뢰성 확보가 안되는 사례가 많아 생기원이 공신력 있는 연구 기관으로서 기술을 검증해주고 있다"고 말했다. 

 

손 박사는 “3D프린팅제조혁신 센터연구원들이 한달에 최소 30곳 넘는 기업들과 회의를 연다”며 “국내 어디든 수요자와 공급자를 연결하기 위해 기업들을 만나고 있다”고 말했다.

 

링크솔루션은 국내 대기업과 협력 관계를 맺고 제품 개발에 나서고 있다. 아모레퍼시픽과는 3년간 공동 연구를 통해 세계 최초로 마스크팩을 만드는 3D프린터를 개발했다. 이목구비 위치, 얼굴 크기, 피부 특성 등 개개인의 얼굴에 맞게 마스크팩을 찍어내는 장비다.  이 제품은 올해 말 중국 상하이 백화점에서 시판에 들어가며 서울에서는 내년 상반기에 제품을 내놓을 예정이다. 내년 1월 미국 라스베이거스에서 열리는 세계 최대전자제품 박람회 ‘CES’에도 링크솔루션이 개발한 3D 프린팅 마스크팩 제조기술을 출품할 예정이다. 

 

현대자동차와는 미래 자동차 개발을 위한 협업을, 삼양사와는 항공 부품, 자동차 부품 등의 제작에 쓰일 수 있는 엔지니어 플라스틱 3D 프린터 판매를 추진하고 있다. 손 박사는 "최근 3D 프린팅에 대한 규격화가 이뤄지고 있다”며 “3D프린팅을 통해 제작된 중소기업 제품이 최종 수요자가 구매할 수 있도록 하겠다”고 말했다.

 

생기원은 기술력이 있는 중소기업을 적극적으로 발굴해 대기업에 연계시켜주는 역할도 하고 있다. 아모레퍼시픽, 현대자동차 등 여러 대기업에 연구개발 과제를 받아 수행하고 있는 링크솔루션이 대표적 예다. 동아사이언스DB
생기원은 기술력이 있는 중소기업을 적극적으로 발굴해 대기업에 연계시켜주는 역할도 하고 있다. 아모레퍼시픽, 현대자동차 등 여러 대기업에 연구개발 과제를 받아 수행하고 있는 링크솔루션이 대표적 예다. 동아사이언스DB

 

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