[관련 기사]적층제조 기술적용 기대되는 ‘가스터빈 시험부품 제작’ 세계시장 노크

금속 적층가공(3D프린팅) 부품 후공정 전문기업 주식회사 아우라테크(대표 김명세)가 적층제조 시장에 가장 적용이 어렵고 기술적 보수적인 분야인 가스터빈 시험부품 제작시장에 본격 진출하기 위해 일본시장을 시작으로 해외시장 문을 두드린다. 그간 국내 가스터빈 관련 산학연과 쌓아온 경험과 노하우를 바탕으로 적층제조의 장점을 수요처에 널리 알려 시장확대에도 기여한다는 계획이다.

일본 가스터빈 협회(GTSJ)가 주최하는 ‘국제 가스터빈 회의(IGTC:INTERNATIONAL GAS TURBINE CONGRESS) 2019’가 지난 11월17일부터 22일까지 일본 됴쿄 토라노몬 힐즈 모리 타워에서 개최됐다. 4년마다 개최되며 올해 12회째를 맞이하는 IGTC는 일본을 포함한 미국, 독일, 영국 등 가스터빈 선진국 기업들이 모여 발전, 우주항공용 가스터빈 기술개발 결과를 공유하고 네트워킹하는 국제적인 행사다. 올해는 17개국에서 약 200개의 논문이 발표됐으며 NASA, GE Additive, 도시바, IHI, 와세다대 등에서 초청된 전문가들이 초청 강연을 펼쳤다.

함께 마련된 기술 전시회에는 ㈜아우라테크를 비롯해 ASME(미국 기계엔지니어협회), 미쓰비시 히타치 파워 시스템(MHPS), 미쓰비시 중공업 항공엔진, IHI, 가와사키 중공업, JAXA, 혼다, 노트르담 터보 기계 연구소(NDTL) 등이 출품해 가스터빈, 전력 시스템, 소재부품, 계측, 응용 소프트웨어, 서비스 등 가스터빈에 필요한 밸류 체인을 한눈에 살펴볼 수 있었다.

아우라테크는 이번 전시회에서 대한민국 기업으로는 유일하게 출품했는데 특히 적층제조를 통한 맞춤형 시제품 제작 서비스를 유일하게 선보이면서 참관객들의 주목을 받았다. 고객의 요구에 따라 타이타늄 합금 또는 니켈 기(基) 초합금과 같은 특정 소재로 부품을 적층제조하고 신속하게 후공정까지 마무리해 공급할 수 있다는 점을 전면에 내세웠다.

이를 위해 아우라테크는 한국생산기술연구원 3D프린팅제조혁신센터, 한국기계연구원, 한국항공우주연구원, 연세대, 진영 TBX와 협력을 통해 금속 적층제조로 만든 가스터빈 관련 시제품을 실물 전시했다.

가스터빈은 고온·고압의 연소가스로 터빈을 가동시키는 회전형 열기관으로 일반적으로 압축기, 연소기, 터빈으로 이루어져 있다. 가스터빈은 주요 구성부품에 왕복운동이 없고 저진동·고속운동이 가능하고 크기도 작게 설계할 수 있어 우주항공 동력기관, 발전, 선박 등에 적용이 확대되고 있다.

가스터빈 특성상 1000℃ 이상의 고온가스로 운전되기 때문에 내부 부품의 내구성을 높이기 위해 아주 복잡한 형상의 냉각 채널, 열차폐 세라믹코팅 등이 적용되고 있다. 가스터빈의 고효율화가 트렌드로 자리매김하면서 더 높은 온도를 견뎌야 하기 때문에 냉각채널의 열순환을 촉진하기 위한 냉각 설계를 최대한으로 적용하는 방법이 적용되고 있다. 일례로 많은 구멍(홀)이 필요한데 크기와 방향이 모두 다르기 때문에 기존 절삭가공을 통해 구멍을 뚫는 것은 어려운 작업이어서 시간과 비용 측면에서 부담이 커지고 있고, 특히 다양한 모델의 시제품을 테스트해야하기 때문에 부담 크기가 그만큼 곱하기가 되고 있다.

이러한 이유로 어떠한 형상이든 맞춤형으로 빠르게 제작이 가능하고 소재 낭비와 공구비용 등 추가비용 부담이 없는 금속 적층제조는 가스터빈 시제품 제작에서 일찍부터 주목받고 활발히 활용되고 있다. 아우라테크 김명세 대표는 수년전 KAMI에서 독일의 컨셉레이저(現 GE Additive) 금속 3D프린터 솔루션을 국내에 공급할 때부터 가스터빈산업에서의 적층제조 수요를 감지했고 고객들과 연구와 협업을 적극 진행했다.

이번 전시품을 살펴보면 생기원 3D프린팅제조혁신센터와 협업을 통해 적층제조된 압축기 블레이드는 강성을 확보하면서 아우라테크의 표면처리를 통해 사용 가능한 부품이 됐다. 기계연에 공급한 연소기 라이너는 연소시험에 필요한 부품으로 많은 구멍과 함께 다양한 설계가 필요했는데 적층제조를 통해 빠르게 제작할 수 있었다. 항우연과 협업한 터빈은 고압·고열에서 운전되기 때문에 냉각 구멍이 많이 필요했는데 전체를 적층제조로 제작해 시간을 절감했다.

아우라테크는 이러한 경험과 노하우를 바탕으로 발전용 가스터빈 선진국인 일본 시장에 금속 적층제조를 확산하기 위해 출품에 나섰다. 새로운 기술을 받아들이는데 인색한 가스터빈 시장이지만 아우라테크의 시제품 제작 능력을 직접 본 관계자들이 많은 관심을 나타냈다.

김명세 아우라테크 대표는 “가스터빈산업 트렌드를 보면 앞으로 적층제조의 중요한 시장으로 성장할 것이 확실하다”며 “이번 전시기간 중 미쓰비시, 가와사키 담당자로부터 연구개발 시제품 및 보수 부품 제작에 대한 견적의뢰, 회사 소개를 3일의 전시기간 동안 40여 개 정도 받았다는 점이 이를 증명한다”고 밝혔다.

아우라테크는 향후 관련 전시회 출품은 물론 일본 오사카에 비즈니스 파트너를 두고 일본 가스터빈 시장에 금속 적층제조 솔루션 공급에 적극 나설 계획이다. 국내는 가스터빈 개발 기업이 두 군데에 불과한데다 수요처인 발전사도 거의 대부분 외산에 의존하고 있어 시장이 한정적이기 때문이다.

김명세 아우라테크 대표는 “발전용 가스 터빈시장은 세계적인 환경규제의 영향으로 석탄화력발전을 대체하면서 지속 성장이 기대되는 산업이고 노후단종 부품조달 문제가 커지고 있어 앞으로 적층제조 활용이 가속화 될 것”이라며 “시제품을 넘어 완제품에 금속 적층제조 부품이 적용되기 위해선 한 업체가 해결할 수 없기 때문에 정부와 산학연이 함께 인증, 소재 개발에 나서야 하며 우리나라가 이러한 흐름에 선제 대응하길 기대한다”고 밝혔다.

또한 “일본 경제산업성 국장급 공무원을 학회 일정 동안 자주 볼수 있는 것을 보고 일본 정부 또한 많은 관심과 지원을 하고 있는 것을 느꼈으며 우리 정부도 전력산업의 핵심인 터빈 기계, 기술에 계속해서 관심을 기울여 주었으면 좋겠다”고 전했다.

마지막으로 그는 아무도 시도하지 않았던 새로운 기술의 실패 가능성을 알면서도, 같이 마음 졸이며 기술 지도와 도움을 많이 준 국내 연구기관 및 대학, 관련 업체 관계자들에게 감사의 인사를 전했다.