일본산업뉴스요약

금형의 지평을 열다 (상)
3D조형이 구세주
설계∙가공기술 활용, 보다 싸고 빠르게

엄혹한 경영환경에 놓인 금형(金型) 업계에서 차세대기술의 시도가 서서히 진행되고 있다. 3D프린터나「IoT」의 활용으로 난국 타개를 도모한다. 일본경제신문사가 정리한 금형 조사에 의하면, 앞으로 3년의 경영 전략에 있어서 연구개발의 강화가 중요하다고 생각하는 기업이 36%를 차지하였다. 활로를 개척하는 시도를 따라가 본다.

불과 일주일 동안의 연수를 통해 복잡한 형태의 금형을 제조할 수 있게 된 기술자가 있다. 그 사람은 자동차 엔진이나 트랜스미션(변속기) 등의 금형을 제조하는 Shippo Moulds(七宝金型工業, 아이치현, 마쓰오카(松岡) 사장)의 CAD기술자인 기무라(木村) 기술전략실 과장이다.

기무라 씨가 대형장치의 전면에 장착한 터치 패널의 버튼을 누르자, 내부에서 레이저 빛이 움직이기 시작하였다.「이 장치가 24시간 계속 움직입니다. 그러면 제품 완성입니다」. 이튿날이면 다이캐스트(Die casting) 금형의「Nesting」이라고 부르는 부품이 완성된다.

-- 복잡한 모양 --
기무라 씨가 조작하는 것은 금속분말을 쌓아 올려 입체 조형하는「금속 3D프린터」다. Shippo Moulds는 2015년에 마쓰우라(松浦)기계제작소(후쿠이시)의 금속 3D프린터「LUMEX」를 1대 도입하였다.

장치 내부에서는 레이저가 작업 테이블 위의 금속 분말을 녹이면서 굳혀, 50㎛(마이크로는 100만분의 1)씩 쌓아 올린다. 레이저가 10회 움직이면 윤곽을 절삭하여 형태를 만드는 구조다. 기존의 3D프린터와 달리 절삭 공정도 담당하기 때문에 고정밀도의 가공이 가능하다.

현재 3D프린터로 제조하는 것은 트랜스미션 케이스를 만들기 위한 금형 부품이다. 자동차 기업에 채용된 실적이 있다.「냉각수관」이라는, 금형 내부를 물로 식히는 관 구조를 연구하여, 효율적으로 부품을 제조할 수 있는 이점을 고객에게 어필하였다.

기존의 절삭가공에서는 외부에서 직선적으로만 가공할 수 있었다. 3D프린터로 구부러진 관도 자유자재로 성형할 수 있는 점이 새로운 제조에 있어서 결정적인 수단이 되었다.

현재, 3D프린터는 시작품을 만드는 목적으로 도입하는 기업이 많다. 금형 업계에서는「금형은 필요 없다」라는 제조 방식이 정착하는 것은 아닌가에 대한 위기감이 강하다. 그러나 이러한 상황을 역이용하여, 3D프린터로 지금까지 없었던 가치를 가진 금형 제조에 도전하는 기업도 등장하고 있다.

Shippo Moulds가 3D프린터의 도입을 결정한 것은 위기감 때문이었다. Shippo Moulds의 금형의 90%는 엔진 주변 부품이다. 그러나「전기자동차(EV)의 보급으로 인해 줄어들지도 모른다」라고 마쓰오카 사장은 말한다. 마쓰오카 사장의 불안은 작년에 적중하였다. 닛산자동자가 모터만으로 구동하는 새로운 하이브리드 기술「e Power」를 탑재한 자동차를 발매하였다.「트랜스미션이 없는 차량이 앞으로 늘어날 가능성이 있다」고 경계한다.

이 때문에 3D프린터를 사용한 제조를 더욱 발전시켜, 자동차 이외의 시장에 참여하는 것도 시야에 넣는다. 항공기나 의료기관 등과 함께「B to C로 사업 범위가 확대된다」는 사실도 마쓰오카 사장은 기대한다.

금형 조사에서는, 주목하고 있는 가공방법(복수 회답)으로 금속 3D프린터라고 대답한 기업은 44.3%다. 작년 조사에서도 1위였던 탄소섬유(45.1%)에 이어 많았다. 장기적인 인구 감소가 예상되는 국내 제조업에서, 금형 시장의 대폭적인 신장은 이미 기대할 수 없다. 각 사는 생존을 선진기술에 걸었다.

그러나 금형 3D프린터의 가격은 수천만 엔에서 1억 엔 가깝게 증가하여, 설비 도입의 부담은 가볍지 않다. 차량용 플라스틱 부품을 위한 금형을 제조하는 MEIKU(후쿠이현, 구라치(倉知) 사장)는 아이치현의 보조금으로 구입비의 약 3분의 2를 충당하여 2014년에 3D프린터를 도입하였다.

-- 1대로 완결 --
최대 목적은「금형을 보다 싸고, 빠르게 만드는 것」이라고 이토(伊藤) 전무는 말한다. 금형 제작에는 절삭이나 담금질, 연마 등의 공정이 있으며, 일반적으로는 각 공정에 1대의 공작기계가 필요하다. 3D프린터는 1대로 거의 모든 공정을 커버할 수 있다. 금속 덩어리를 깎는 것보다 재료를 절감할 수 있는 경우도 있다고 한다.

제조하는 것은 차량의 드링크 홀더를 비롯하여 플라스틱 부품의 금형이다. 사출성형기에 설치하여 사용한다. 효율적으로 성형물을 냉각하여, 제조 때 발생하는 가스를 외부로 방출하는 내부 구조를 실현하였기 때문에, 기존의 금형에서 대체할 수 있었다.

3D프린터를 제조하는 마쓰우라기계는「도입 실적의 80%는 금형제조업체다」라고 말한다. 그러나 현시점에서는 도입 효과를 올리고 있는 금형제조업체는 극히 일부다. 가공 속도가 아직 늦고 또한 재료비도 기존의 약 20배로 높다.「3D조형에 의한 금형 강도를 의문시하여, 3D프린터로 만들지 말라고 하는 고객도 있다」고 금형제조업체 관계자는 말한다.

금형 제조 비용을 절감하여, 고객을 납득시킬 수 있는 강도나 수명을 실현할 수 있을까? 버튼 하나로 제조할 수 있는 3D프린터가 보급되면 될수록 설계 능력의 차이가 여실히 드러날 것이다. 지금까지 축적해 온 설계나 가공기술을 새로운 제조에 응용할 수 있을 것인가? 차세대기술로 살아남기 위해서는 각 금형제조업체의 저력이 중요하다.

  -- 끝 --