3D프린팅, 터빈부터 반도체 장비까지 만든다

3D프린팅 산업이 고가의 정교한 부품인 터빈은 물론 열교환기와 반도체 장비를 만드는 단계까지 왔다.

지멘스(Siemens)와 지쓰리디팹(Z3DFAB), 콘플럭스 테크놀로지(Conflux Technology) 등 국내외 3D프린팅 전문기업들은 제조산업에서 3D프린팅 기술을 적용했을 때 고부가가치를 낼 수 있는 분야를 발굴 중이며 이같은 추세는 지속될 전망이다.

머티리얼라이즈가 울산시와 함께 13일 울산시 남구 소재 울산대학교에서 개최한 ‘더 머티리얼라이즈 익스피리언스(The Materialise Experience)’에선 3D프린팅 기술로 생산 또는 양산 준비 중인 다양한 고부가가치 제품들이 거론됐다

이번 컨퍼런스에 발표자로 참석한 지멘스는 발전소에서 사용하는 터빈이나 버너 부품을 3D프린팅 기술을 적용해 설계부터 완제품 제작을 하고 있다고 밝혔다.

안드레아 자르 (Andreas Saar) 지멘스 부사장이 13일 울산대학교에서 3D프린팅 기술 접목 사례를 발표하고 있다.(사진=지디넷코리아)

복잡하고 민감한 부품을 고품질로 만들기 위해 지멘스는 부품 설계단계부터 3D프린팅 출력을 고려했으며 출력 과정에서 변형이 일어날 수 있는지 또 완제품에 힘, 열 등이 가해졌을 때 부품 상태 등을 시뮬레이션을 진행해 예측하고 피드백을 적용했다.

안드레아 자르 (Andreas Saar) 지멘스 부사장은 “3년간 E2E(Engineer To Engineer) 방식으로 디지털 프로세스를 거쳐 부품을 제작했다. 15개 3D프린터로 매일 출력하며 최적화 과정을 거쳤다”며 “열이 분산되도록 래티스 구조로 만들었으며 약한 부문도 최소화했다”고 설명했다.

E2E는 엔지니어들이 인터넷 가상설계시스템에서 공동작업하며 자동차를 설계제작하는 새로운 개념의 자동차 생산 방식이다. 기초연구에서 디자인부품조달생산진열 등 전 과정을 실시간으로 정보 교환하며 공동작업할 수 있어 생산과 판매 효율성을 극대화할 수 있다.

김성수 지쓰리디팹 대표가 13일 울산대학교에서 3D프린팅 기술을 활용해 생산한 반도체 장비에 대해 설명하고 있다.(사진=지디넷코리아)

국내 산업용 금속 3D프린팅 전문기업 지쓰리디팹은 현재 생산 개발 중인 반도체 장비를 소개했다. 국내 반도체 장비 제조사 출신인 김성수 지쓰리디팹 대표는 시장이 요구하는 반도체 장비 기술력 발전 속도에 맞추기 위해 3D프린팅을 선택했다고 밝혔다.

지쓰리디팹은 3D프린팅 기술을 활용한 반도체 장비 생산 단계를 5단계로 나눴다. 첫 단계는 제품 품질에 영향을 주지 않는 주변 장비며 ▲2단계는 좀 더 민감한 장비 ▲3단계는 수율에 영향을 줄 수 있는 모듈 ▲4단계는 제품 품질에 영향을 주는 모듈 ▲5단계는 생산에 관련된 챔버 등이다. 지쓰리디팹은 현재 3단계에 있다.

김 대표는 “반도체 장비 중 하나인 히트 싱크의 효율을 높이기 위해 아예 여러 버전으로 설계한 후 시뮬레이션을 진행했다. 지난해 첫 개선 후 올해 또 개선 버전을 만들었다”며 “현재 고객사에서 품질 검증를 받고 있다”고 말했다.

이어 “쿨링 모듈러는 기존 절삭가공 방식으로 만든 것과 비교해 22개였던 위크 포인트(weak point)도 3D프린팅 고려한 재설계로 크게 줄였다”고 덧붙였다.

2014년에 설립된 콘플럭스 테크놀로지는 3D프린팅 기술로 열교환기를 만드는 기업이다. 이같은 기술을 가진 기업은 콘플럭스 테크놀로지를 포함해 세계에 단 두 곳뿐이다. 해당 기업은 글로벌 금속 3D프린팅 기업 이오에스(EOS)와도 협력 중이며 파이프 관련 제품도 연구 중이다.

케빈 헤이즐허스트(Kevin Hazlehurst) 콘플럭스 케트놀로지 박사는 “당사 열교환기와 응용 애플리케이션, 유체응용역학에 집중하고 있으며 2016년부터 열교환기를 생산하는 3D프린팅 기술 개발에 집중해왔다. 지난해엔 AM 벤처스(Ventures)로부터 투자도 받았다”며 “제품을 만들면 영국 우카스연구소 등에서 품질을 실험한다. 12개 지역에서 열교환기 특허도 출원 준비 중”이라고 말했다.