일본산업뉴스요약

IHI, 신형 로켓엔진 부품제조 위해 3D프린터 도입
공정 수,∙중량 감소에 기대

IHI는 우주항공연구개발기구(JAXA) 등과 공동으로 개발하고 있는 신형 로켓 엔진 ‘LE-9’용 부품 생산에 3D프린터를 도입한다. 3D프린터를 통해 엔진의 ‘터보 펌프’라고 하는 핵심 장치 내부에 사용되는 정밀 부품의 시작(試作)과 제조, 강도 시험 등의 공정 수를 크게 줄이고 중량도 경량화할 수 있을 것으로 전망된다. 이것은 JAXA와 연대해 추진하고 있는 로켓 발사 비용 절감 정책의 일환이다.

터보 펌프 내부의 부품은 지금까지 니켈과 티탄합금을 원료로 주조 및 공작 기계로 깎아 제조해왔지만, 정밀한 형태의 가공에 시간이 소요되었다. 3D프린터를 이용할 경우 정밀 가공이 가능하고 복수의 금속 적층도 만들어낼 수 있다.

3D프린터를 이용해 “부품 가공의 리드타임을 10분의 1로 단축할 수 있다”(IHI 기술개발센터의 미하라(三原) 씨. 깎아내면서 불가피하게 버려지는 재료도 줄일 수 있어 제조 비용 절감 효과 및 중공구조 등 가공에 시간이 걸렸던 부품을 단시간에 성형할 수 있는 장점도 있다.

‘파우더 베드(Powder Bed) 방식’이라고 불리는 방식으로 층층이 쌓아간다. 장치는 유럽에서 도입. 수 10마이크로미터의 두께로 분말을 도포한 후, 레이저를 조사(照射)해 녹이고 다시 응고시킴으로써 얇은 금속을 한 층씩 쌓아 간다.

로켓 엔진은 연료와 산화제를 고압으로 연소기에 송출해 연소 시에 발생되는 분사 가스로 로켓을 발사시킨다. 이 때, 섭씨 마이너스 253도의 액체수소를 연료로 하지만 그 연소 온도는 약 700도에 달하기 때문에 부품에 가해지는 부담은 매우 크다.

연료를 고압으로 하는 기능을 맡고 있는 터보 펌프는 경량화를 위해 고압 탱크를 설치하지 않는 로켓 엔진에서 많이 사용되고 있다. 이것은 로켓의 심장부라고도 불리는 것으로, 로켓 전체의 중량도 좌우한다. LE-9의 개발에서도 저비용화의 열쇠를 쥐고 있는 것으로, 기존형에 비해 부품 개수를 20% 줄이는 등 제조 프로세스를 재검토하고 있다. 2017년에는 다네가(種子)섬(가고시마 현)에서 연소 시험이 시행되었다.

IHI는 일본의 주력 로켓 ‘H2A’의 엔진 ‘LE-7A’ 등을 제조하고 있다. LE-9은 2020년 투입이 계획되어 있는 신형 로켓 ‘H3’의 제 1단에 탑재될 예정이다. JAXA는 H3의 발사 비용을 H2A의 절반까지 줄일 계획을 가지고 있어, IHI는 제조 공정을 재검토하여 대상을 앞으로도 확대해나갈 방침이다.

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