2013년 미국 오바마 대통령은 제조 혁신을 가져올 수 있는 신기술로 3D 프린팅을 소개했다. 이에 대한 전 세계적인 도전이 시작됐고, 최근 국내 연구진은 산업체에서 사용하는 ‘티타늄 합금 블레이드(이하 블레이드)’의 원가를 획기적으로 낮출 수 있는 3D 프린팅 기술 개발에 성공했다.

한국원자력연구원(원장 주한규)은 원자력용 소재 부품 제조 3D 프린팅 기술을 ‘산업용 금속 소재 부품 적층 복원용 3D 프린팅 기술’로 스핀오프(Spin-off, 특정 분야에서 개발한 기술을 다른 분야에 적용하는 것)하는 데 성공했다고 1월 19일 밝혔다.

원자력연구원은 한국타이어앤테크놀로지(주)(대표이사 이수일/이하 한국타이어), 3D프린팅 스타트업인 HM3DP(대표이사 김동석)와 함께 원자력연구원에서 개발한 3D 프린팅 장비 및 공정 기술을 활용해 한국타이어에서 사용하는 타이어 소재 절단용 블레이드의 손상부를 복원하는 기술을 개발했다.

‘타이어 소재 절단용 블레이드’는 경화 소재가 첨가된 타이어 소재를 반복적으로 절단하므로 내마모성이 좋고, 첨가물에 의한 부식에 강해야 한다. 티타늄 합금은 강도가 우수하고 화학적으로 다른 물질과의 반응이 거의 일어나지 않아 타이어 소재 절단용 블레이드로 사용되지만 제조비용이 많이 든다는 단점이 있다.

원자력연구원 김현길 박사 연구팀은 마모손상된 블레이드의 손상부를 고출력 레이저를 이용해 금속 재료를 겹겹이 쌓아 올리는 분말 적층 방식(DED, Directed Energy Deposition)으로 복원하는 데 성공했다. 이 기술로 적층 복원된 블레이드는 현재 한국타이어 대전공장 내 생산설비에 설치돼 현장에서 사용 중이다.

한국타이어는 그동안 블레이드를 완제품으로 공급받아 사용해 왔고, 마모 및 손상으로 교체가 필요한 블레이드는 전량 폐기했다. 하지만 이번에 개발한 ‘산업용 금속 소재 부품 적층 복원용 3D 프린팅 기술’을 이용하면 손상된 부분을 복원해 재사용할 수 있어 블레이드 구매비용의 50%를 절감할 수 있다. 또한 부품 제조 시 발생하는 이산화탄소(CO2)도 60% 이상 줄일 수 있어 탄소저감에 기여하는 친환경적 제조산업 생태계 조성을 기대할 수 있다.

한국타이어는 2015년부터 산업용 금속 3D프린터를 선제적으로 도입하고, 3D 프린팅 기술의 혁신성과 가능성에 지속적으로 투자해왔다. 또한 탄소발생량을 줄여 기업의 사회적 책임을 다하기 위한 노력에도 힘쓰고 있다.

이번 연구를 주도한 원자력연구원 김현길 핵연료안전연구부장은 “이번 성과는 원자력연구원이 보유한 3D 프린팅 기술을 비(非)원자력 산업에 적용하는 스핀오프(spin-off)에 성공한 사례”라며 “원자력 기술이 다양한 분야에서 활용될 수 있음을 보여준다”고 밝혔다.

한국테크노돔의 조재영 박사는 “이번 성과는 한국타이어의 기술 혁신이 현실화된 좋은 사례”라며 “3D 프린팅 기술이 또 다른 혁신으로 이어질 수 있도록 다양한 분야의 전문가와 협업하겠다”고 밝혔다.