항공우주산학융합원, 금속 3D 프린팅으로 항공기 엔진 부품 만든다

▲2022년 5월, 금속 3D프린팅에 사용되는 새로운 소재 개발과 성능 검증 및 항공기 엔진 구조물 부품 적용 공동 연구를 위하여 한국측 컨소시엄이 업무협력 양해각서(MOU)를 체결하고 기념촬영을 하고 있는 모습.

‘3D 프린팅’으로 불리는 적층제조 기술이 항공기 및 엔진 분야에도 적용 영역을 점차 넓히고 있다.

인천 송도 국제업무지구 내 항공우주산학융합원(원장 유창경)이 3D 프린팅을 활용한 항공기 엔진 부품 국제 공동연구개발 사업을 3개월 간의 준비기간을 거쳐 이달부터 본격화한다. 과학기술정보통신부에서 시행하는 ‘한-캐나다 협력기반조성사업’의 일환으로 지난해 10월부터 2년간 한국과 캐나다 양국의 산·학·연이 참여해 항공기 엔진 부품을 3D 프린팅으로 제조하는 공법을 공동 연구개발 하기로 했다.

이에 따라 한국 측에서는 주관 연구개발기관으로 인하대학교, 공동연구개발기관으로 항공우주산학융합원, 한국항공우주산업(KAI)과 3D 프린팅 전문업체인 ㈜레이어와이즈가 참여하고 캐나다 측에서는 ÉTS(École de technologie supérieure)대학교와 3D 프린팅 금속 분말 생산 업체인 AP&C(Advanced Powders & Coatings)사가 참여하고 있다.

3D 프린팅 기술은 기존의 제조 공법으로 구현이 불가능한 복잡한 형상 생산이 가능하다는 특징으로 부품의 경량화, 통합화, 형상 최적화 측면에서 큰 이점이 있어 적용 범위가 점차 확대되고 있다.

이번 양국의 공동 연구는 신규 적용 입도분포*(PSD, Particle Size Distribution) 분말의 3D 프린팅 제조 공정 개발과 이를 활용한 항공기 엔진 부품 제작 적용을 위한 연구로, 분말의 단가를 낮추고 성능을 검증하며 해당 부품을 국산화하는 것이 목표이다. 또한 항공기 엔진 부품 제작에 3D 프린팅을 적용해 공정 단계를 단축하고자 한다. *입도분포 : 분말의 크기 분포

캐나다 AP&C사가 플라즈마로 금속 분말을 제조하는 APA(Advanced Plasma Atomization) 공법을 통해 새로운 입도분포 분말을 개발하면, 한국 측 연구기관인 항공우주산학융합원은 레이저 분말 베드 용융(Laser Powder Bed Fusion)방식을 기반으로 한 소재 공정 개발을 진행한다. KAI는 기존 입도분포 분말과 새로 개발한 입도분포 분말을 적용해 엔진 부품의 시제품과 시편 제작을 맡게 된다.

또 ㈜레이어와이즈에서 3D 프린팅 제조 특화설계(DfAM, Design for Additive Manufacturing) 및 생산 전략 연구를 맡게 된다. 인하대학교는 3D 프린팅으로 제작한 시편 및 엔진 부품을 분석해 관련 데이터를 축적하고, 캐나다 ÉTS 대학교에서는 입도분포에 따른 물성 분석과 적층 위험 예측 모델을 개발하게 된다.

유창경 항공우주산학융합원장은 “이번 연구를 통해 소재 개발 및 항공우주산업 분야의 3D 프린팅 기술력 향상이 기대된다”며 “특히, 세계 3D 프린팅 금속 분말 시장을 선점하고 있는 AP&C사와 우수한 연구진이 포진한 ÉTS 대학과 국제 공동연구를 수행함으로써 3D 프린팅을 활용한 국내 소재·부품 기술력이 크게 향상될 것” 이라고 말했다. 뿐만 아니라 “다양한 항공우주 부품 생산에 3D 프린팅 제조 방식이 활용될 수 있는 계기가 됨으로써 글로벌 항공우주산업 분야에서 국가 경쟁력을 향상시킬 수 있도록 최선을 다하겠다”고 밝혔다.

항공우주산학융합원은 지난 2017년 4월 산업통상자원부, 인천광역시, 인하대학교, 등 관련 기관, 학교 및 기업들이 참여해 산학융합지구 조성사업으로 설립됐다.