[인사이트코리아=장진혁 기자] 바야흐로 생각하는 대로 물건을 찍어내는 시대가 도래했다. 바로 3D 프린팅 기술 덕분이다. 기존의 생산 방식에서 벗어나 어떤 제품이든 만들 수 있고, 재료를 다듬기 위한 특별한 공정이나 유통 과정도 줄어들기 때문에 또 다른 산업혁명이라고도 불린다. 3D 프린팅은 첨단 과학 분야에서 더욱 빛을 발할 것으로 보이며, 앞으로의 쓰임새는 무궁무진할 전망이다.

현재 선진국에서는 많은 기업이 다양한 산업에 3D 프린팅 기술을 적용하고 있다. 국내에서도 3D 프린팅 기술을 접목하기 위해 노력하고 있으나 해외에 비해 미미한 실정이다. 특히 자체적으로 금속 재료를 활용한 3D 프린팅 기술을 연구·개발하는 회사는 거의 없으며, 대부분의 경우 해외 장비를 도입해 프린팅 서비스를 제공하는 것에 그치는 상황이다.

이러한 현실에서 인스텍은 자체적으로 하드웨어부터 소프트웨어에 이르기까지 금속 3D 프린터에 들어가는 모든 핵심 기술을 연구·개발하는 국내 유일의 기업으로 알려져 있다. <인사이트코리아>는 지난 11월 24일 대전시 유성구에 위치한 인스텍 본사에서 신석진 연구소장을 만나 금속 3D 프린팅 기술에 관해 얘기를 들어봤다.

한국공학한림원이 2025년 한국을 먹여 살릴 100대 기술로 선정한 ‘DMT(Direct Metal Tooling) 금속 3D 프린팅 시스템 및 공정 기술’에 대해 설명 부탁드린다.

“인스텍이 독자적으로 개발한 DMT 기술은 직접분사 적층공정(Directed Energy Deposition, DED) 방식의 금속 3D 프린터 성능을 최대화하는 것이 핵심이다. DED 방식은 고출력 레이저 빔을 조사해 순간적으로 금속 표면에 용융 풀(Melt pool)을 생성하고, 그 안으로 정밀하게 제어되는 금속 분말을 공급해서 형상을 만든다. 이 과정에서 분말 상태, 공기 환경 등 다양한 요인이 중요하게 작용한다. 이러한 요인들을 제어하고 보완하는 시스템을 말한다. 실시간 용융 풀을 모니터링하면서 레이저 값을 변경할 수 있고, 적층 높이를 제어해 보다 안정적이고 우수한 기계적 물성을 지닌 금속 제품을 만들 수 있다. 단 한 가지 부품을 제작하더라도 이종소재 사용이 가능한 점도 특징이다.”

한국의 금속 3D 프린팅 산업 현황과 함께 해당 기술이 어떻게 산업 발전에 기여하고 있는지 알려 달라.

“인스텍은 자체 연구·개발로 만든 금속 3D 프린터 장비를 국내외에 판매하는 동시에, 다양한 산업에 쓰이는 제품을 직접 찍어내서 납품하는 서비스도 제공하고 있다. 특히 우주항공 분야에서 비즈니스가 성황리에 이뤄지고 있다. 지난 6월 순수 국내 기술로 만든 한국형 발사체 ‘누리호’의 발사 성공이 주목받았는데, 누리호를 뜯어보면 최소 1만 가지 이상의 부품이 들어간다. 종래의 방식으로 그 부품들을 만들기 위해선 상당한 비용과 시간이 소요된다. 이미 미국에선 3D 프린팅 기술로만 발사체를 만드는 회사인 렐러티비티 스페이스(Relativity Space)가 있을 정도다. 아직 우리나라는 걸음마 단계지만, 인스텍은 한국항공우주연구원(항우연)·한화에어로스페이스 등과 협업하면서 민간이 주도하는 ‘뉴 스페이스 시대’를 이끌어 나갈 계획이다.”

현재 해당 기술을 활용해서 주력으로 판매하고 있는 제품은 무엇이며, 그동안 제품은 어떤 방식으로 진화하고 있나.

“인스텍이 주력으로 판매하고 있는 금속 3D 프린터 장비는 MX-Lab, MX-Fab, MX-Med 등 3가지로, 편의성 증대와 사용 목적에 맞는 기능 최적화를 목표로 계속 진화하고 있다. 합금연구가 목적인 MX-Lab은 국내외 대학 및 연구기관에서 많은 구매를 했으며, 형상 제조를 위한 MX-Fab의 경우 다양한 산업 분야에서 제품 판매뿐만 아니라 해당 기술을 활용한 서비스 사업도 활발하게 이뤄지고 있다. MX-Med는 의료용 다공성 코딩(Porous Coating) 전용 장비로, 의료산업에서 정형외과 인공관절 표면처리에 사용할 뿐만 아니라 반도체 산업에서도 기존의 표면처리 기술을 대체하고 있다.”

인스텍의 금속 3D 프린터로 찍어낼 수 있는 제품의 한계(재료·모양·크기 등)는 어디까지인가.

“금속 3D 프린터로 찍어내기 위해선 결국 다양한 금속 재료를 녹여서 활용해야 한다. 하지만 금속마다 용융점이 다르기 때문에 엄청나게 많은 공정 변수가 존재한다. 인스텍은 연구 끝에 총 25가지 금속 재료의 최적 공정 변수를 확보했고, 지금도 금속 재료의 활용도를 높이기 위한 연구를 계속하고 있다. 모양의 경우 보유하고 있는 동시 5축 기술을 통해 오버행 형태 등 다양한 형상을 구현할 수 있으며, 일부 구현이 불가능한 형상은 설계 변경 및 최적화를 통해 해결하고 있다. DED 방식은 다른 금속 3D 프린팅 방식에 비해 사이즈를 자유롭게 확장할 수 있다는 장점이 있다. 현재 우리 회사에서 연구 중인 나래 프로젝트의 경우 로봇 팔을 활용해 지름 3.5m, 높이 7.0m의 대형 제품 제작을 목표로 하고 있다.”

인스텍은 2016년 유럽 주요 국가들에 세계 최대 규모 금속 3D 프린터를 수출하고, 지난해 국내 최초로 미국 육군 미래사령부에 ‘MX-Lab’ 장비를 판매했다. 아시아에선 인스텍만 금속 3D 프린터를 상업화한 것으로 알고 있다. 쟁쟁한 경쟁사를 제칠 수 있었던 기술력이 궁금하다.

“일부 기술만 개발하고 나머지 부분은 아웃소싱해서 외부 의존도가 높은 대다수 경쟁사와 달리, 금속 3D 프린팅의 핵심 기술을 A부터 Z까지 전부 연구·개발하고 있다는 점이 우리 회사의 가장 큰 경쟁력이라고 본다. 특히 MX-Lab 장비의 특허 받은 분말 공급 시스템은 동시에 최대 6개의 서로 다른 재료를 사용할 수 있고 최소 0.03g/min(Ti 기준)까지 미소량의 제어가 가능하기 때문에, 금속 재료의 조성을 바꾸는 합금연구에 최적화된 제품이라고 볼 수 있다. 이러한 분말 공급 시스템과 함께 우수한 소프트웨어 기술력을 바탕으로 미국 육군 미래사령부에 MX-Lab 장비를 판매할 수 있었다고 생각한다.”

향후 금속 3D 프린팅 기술이 높은 활용도를 자랑할 미래 산업은 무엇일까. 그 분야에 대한 포부와 각오는?

“금속 3D 프린팅 기술은 우주항공 개발이 정부 주도에서 민간으로 이전되는 뉴 스페이스 시대에 필수적이라고 생각한다. 벌써 미국은 이런 흐름에 발맞춰 민간 주도로 발사체 부품에 3D 프린팅 기술을 접목하는 등 다양한 시도를 지속적으로 하고 있다. 최근 국내에서도 우주산업 가속화를 위해 항우연을 중심으로 3D 프린팅 기술을 접목하기 위한 다양한 움직임이 늘고 있다. 특히 전통적인 제조방식보다 저렴하고, 단순하고, 빠르게 부품을 제작하는 것에 초점을 두고 있다. 이는 발사체의 주기를 줄이고 발사 횟수를 늘릴 수 있을 것으로 보인다. 다품종 소량생산의 고부가 가치 우주항공산업은 금속 3D 프린팅 기술과 함께 발전할 것으로 예상된다. 사실 국내 금속 3D 프린팅 산업 규모는 해외와 비교하면 왜소한 편이지만, 점차 국내에서도 관련 시장 규모가 커질 것으로 본다. 인스텍은 20여년 전부터 금속 3D 프린팅 기술을 연구·개발해왔고, 2018년부터 기술력과 장비 안정화를 인정받으면서 본격적인 성장가도를 달리기 시작했다. 현재 회사는 해외 판매량을 늘리는 데 초점을 두고 있고, 향후 금속 3D 프린팅 분야에서 기술력을 인정받아 세계를 선도하는 기업으로 성장하는 것이 목표다.”