3D프린팅으로 고강도 알루미늄합금 만들었다

재료연구원-현대차-포항공과대 공동개발
3D프린팅용 합금 분말 제조기술 국산화

한국재료연구원(KIMS) 분말재료연구본부 김경태 박사(왼쪽)와 최중호 박사가 새로 개발한 기술로 만든 3D프린팅용 고강도 알루미늄합금 분말을 들어 보이고 있다. 재료연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국재료연구원(KIMS) 분말재료연구본부 김경태 박사팀이 현대자동차, 포항공과대(POSTECH)와 공동 연구를 통해 3D프린팅용 고강도 알루미늄합금 분말 제조기술을 개발해 국산화하는데 성공했다. 또한 3D프린터로 알루미늄합금을 만드는 과정에서 금속이 굳을때 생기는 균열까지 미리 예측할 수있는 기술도 개발했다. 이를 통해 7000계열 알루미늄합금을 3D프린팅 공정으로 항공·우주·모빌리티 분야 핵심소재 제작이 가능해질 전망이다.

글로벌 마켓리서치 전문기관인 스마트테크에 따르면 3D프린팅용 알루미늄합금 분말 시장 규모는 2018년 856만 달러에서 2023년 4053만 달러로 빠르게 성장하고 있다. 하지만, 3D프린팅용 고강도 알루미늄합금 소재는 해외 선진기업에 의해 고가에 독점 공급되고 있다.

김경태 박사는 13일 "이번 기술개발로 국산화에 의한 수입 대체 효과는 물론, 분말과 공정을 결합한 통합 솔루션의 수출 또한 가능할 것"이라고 말했다.

지금까지는 금속 3D프린팅 전용 고강도 알루미늄 분말 소재 기술과 균열 등 결함 예측 기술이 각기 따로 개발돼 통합 솔루션 제공에 어려움이 있었다. 특히, 응고 균열 거동 예측 모델은 균열 발생의 경향성은 알 수 있지만, 응고 균열 발생의 임계점 예측이 어려워 재료와 공정에 변화가 있을 때마다 임계점을 실험해 직접 찾아야만 했다.

연구진은 알루미늄합금 복합분말 합성공정 개발과 함께 공정 과정에서 균열이 발생하는 조건을 세계 최초로 수치화했다. 새롭게 개발한 복합분말로 레이저 공정 조건을 적절하게 조합해 만든 알루미늄 합금은 균열이 없고 규소를 섞은 알루미늄 계열 합금과 비교해 2배 이상의 강도를 가졌다.

연구진은 이 기술로 경제성과 물질의 성질을 동시에 확보할 수 있다고 설명했다.

김경태 박사는 "이 기술은 현재 전량 수입에 의존하는 3D프린팅용 금속 분말 소재 분야에서 고부가가치 경량 알루미늄합금 분말의 국산화 방향을 제시할 모델이 될 것"이라며, "향후 소재와 연계한 공정 기술의 저가격 상용화를 위해 국내 금속 3D프린팅 수요 및 분말 생산업계와 면밀한 협업이 필요하다"고 말했다.

한편, 연구진은 이번 연구 결과를 3D프린팅 분야 세계 1위 학술지인 '애디티브 매뉴팩쳐링(Additive Manufacturing)'에 최근 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자