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금속 3D프린터 각광
미쓰비시중공업 등, 항공기 부품에 대응

-- 높은 내구성 용도 확산 --
금속 부품을 생산할 수 있는 3D프린터의 수요가 확대되고 있다. 미쓰비시(三菱)중공업 및 도시바(東芝)기계가 항공기 부품 등을 생산할 수 있는 기종을 잇따라 개발 및 발매해 독일 지멘스 등 앞서있는 해외 기업을 뒤쫓고 있다. 3D프린터는 기존에는 수지의 성형이 중심이었으나, 금속을 성형할 수 있게 되면 산업용으로 폭넓게 사용할 수 있다. 재고 절감 및 생산 시간의 단축 등 제조를 변화시키는 기술로서 주목 받고 있다.

금속 3D프린터는 재료인 금속 분말을 레이저나 전자 빔을 조사(照射)함으로써 3차원 형태로 적층해 부품 등을 성형한다.

미쓰비시중공업은 자체적으로는 첫 금속 3D프린터를 개발해 최근 국내의 고객에게 납품했다. 타사의 기종에 비해 성형 속도가 10배이상 빠른 기술을 확립. 카메라 및 센서를 사용해 성형의 공정을 감시∙제어함으로써 완성품의 질을 대폭 높이는 것에 성공했다. 1대에 수천만 엔으로 향후 미국 등 해외에서도 수주를 시작할 예정이다.

도시바기계는 폭 2미터, 높이 1미터의 성형이 가능한 세계 최대급 금속 3D프린터 기술을 개발. 2019년도 안에 프린터 판매를 시작한다. 대형 항공기 부품 등의 성형에 활용될 전망이다. 금속 3D프린터를 발매한 DMG모리세이키(森精機)는 2019년에 전년 실적보다 많은 100대를 판매할 계획이다.

3D프린터는 2010년대 전반에 시작품 및 부품을 간단히 만들 수 있는 차세대 기술로서 주목을 받았다. 그러나 사용할 수 있는 재료가 주로 수지였기 때문에 강도 등에 문제가 있었다. 개인이 장식품이나 완구를 만드는 취미 분야에서는 일정 부분 보급되었지만, 제조업의 현장에서는 시작품 레벨 등에 그치는 경우가 많았다.

그 이후, 기술 혁신으로 금속 성형이 가능한 프린터가 등장. 내구성 등이 필요한 항공기나 자동차 부품으로서 실재로 사용되는 사례가 나오기 시작했다.

금속 3D프린터의 강점 중 하나는 소량다품종의 생산이 가능하다는 것이다. 데이터를 읽어 들이면 1대로 다양한 성형에 대응할 수 있다. 재고 없이 수주 후에 바로 생산 및 공급하는 것도 가능하다.

조달 및 생산 시간의 단축 효과도 기대할 수 있다. 도시바기계에 따르면, 일부 항공기 부품의 재료가 되는 단조(鍛造)의 금속 조달은 지금까지 135일 걸렸으나, 프린터의 재료가 되는 금속 분말일 경우에는 3일로 단축할 수 있다고 한다.

설계의 자유도도 높아진다. 복잡한 형태 및 이음새가 없어 강도가 높은 부품을 제조할 수 있다. 금속 3D프린터를 구입한 어느 정밀가공업자는 “기존에는 구조적으로 불가능했던 가공도 금속 3D프린터로 가능하게 되었다”라고 말한다. “적층 과정에서 서로 다른 소재를 혼합함으로써 새로운 기능을 추가할 수도 있다”(미쓰비시중공업).

신에너지 산업기술종합개발기구에 따르면 프린터 등의 장치, 재료, 성형품의 3분야를 합친 세계시장은 2030년에 2017년 대비 약 25배인 약3조3,000억엔이 될 전망이다. 중소기업도 포함해 제조업이 번성한 일본에서의 잠재 수요는 클 것으로 보는 견해가 많다.

세계적으로 도입이 추진되고 있는 분야는 우선, 항공과 우주이다. 특수한 부품의 생산이 많을 뿐만 아니라, 연비 성능의 향상 및 경량화가 요구되고 있기 때문이다.

일본에서도 IHI가 금속 3D프린터를 사용해 신소재에 의한 엔진 블레이드의 시작(試作)을 추진하고 있다. 우선 H3로켓에 도입해 앞으로는 항공기 엔진에도 응용할 방침이다.

한편, 앞으로 금속 3D프린터로 부품을 양산하기 위해서는 비용이 커다란 걸림돌이 될 전망이다. 장치가 1대당 수천 만~1억엔 정도로 고가일 뿐만 아니라, 재료의 금속 분말의 가격도 일반 금속 덩어리에 비해 ‘2자릿수가 다를 정도로 비싸다”(정밀가공업자). 최적의 성형 조건 등의 노하우를 축적하는 것도 과제가 되고 있다.

-- BMW, EV 부품에 채택 --
금속 3D프린터의 시장 참여에서는 미국과 유럽 기업이 앞서 있다. 장치 개발 및 판매를 비롯해 자사 내에서의 부품 생산 등에 활용하는 사례도 많다.

자동차 부품으로의 채택 사례로 나오고 있다. 독일 BMW는 전기자동차 ‘i’시리즈에서 3D프린터로 만든 금속 부품을 채택했다. 독일 국내 공장에서는 3D프린터로의 투자를 확대하고 있다.

지멘스는 2016년에 금속 3D프린터 사업을 하고 있는 영국 머티리얼 솔루션즈를 매입해 프린터를 외부로 판매하고 있다. 지멘스의 영국 거점에 최첨단 프린터를 도입한 시험적인 공장도 세웠다. 또한 발전용 터빈 블레이드의 생산에도 성공했다.

미국 제너럴 일렉트로닉스(GE)도 2016년에 독일의 3D프린터 회사를 매입해 기술을 축적. 프린터를 판매하고 있을 뿐 아니라, 자사의 항공기 엔진의 제조 공정에서 도입하고 있다.

GE 및 지멘스는 화력 발전 등의 전력 관련 사업의 수익 환경이 악화되고 있다. 따라서 재생 에너지 사업과 어깨를 나란히 하는 새로운 수익의 축으로서 금속 3D프린터에 기대가 모아지고 있다. GE는 2020년까지 전세계 해당 사업의 연간 매출액을 10억달러(약 1,100억엔)로 육성시킨다는 계획이다.

▶ 금속 3D프린터는 해외 기업이 앞서고 있다
- 독일 지멘스; 발전용 터빈 블레이드 등을 생산
- 미국 GE; 프린터를 외판. 항공기 엔진 부품에도 활용
- 독일 BMW; 전기자동차의 부품에 채택
- 미쓰비시중공업; 업계 표준보다 성형 속도가 10배 이상 빠른 기종 개발
- 도시바기계; 세계 최대급의 성형이 가능한 기종을 개발
- DMG모리세이키; 2019년에 전세계에서 100대 판매를 목표

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