3D프린팅 업계, 발전소 시범 사업에 '기대만발'

"국내 기술 개발·접목 사례 나올 것…해외 진출에도 도움"

산업통상자원부가 올해부터 발전소 정비부품을 3D 프린팅 기술로 제작하는 시범 사업에 나서면서 관련 업계가 예비 컨소시엄 구성을 준비하는 등 큰 기대감을 나타내고 있다.

이들 기업들은 이번 시범 사업을 통해 거대한 에너지산업 시장에 3D프린팅 기술이 본격 진출하는 계기가 될 수 있다고 보고 있다.

이미 미국, 유럽에선 가격 경쟁력과 제작기간 단축, 성능 향상이라는 효과에 주목해 3D프린팅 기술 활용 사례가 늘고 있다. 국내서도 정부부처들이 3D프린팅 산업 진흥계획으로 발전용 부품 제작 과제를 뽑으면서 국내 에너지 산업에서 3D프린팅 기술 접목 움직임이 탄력을 받을 것으로 전망된다.

15일 3D프린팅 업계에 따르면 국내 발전소에서 사용되는 일부 부품을 3D프린팅 기술로 대체 제작, 보수해 사용하는 정부 주도의 시범사업이 이달부터 시작된다.

국내 발전소들이 이달부터 일부 부품을 3D프린팅 기술로 제작, 보수한다. 기업들은 거대한 에너지산업 시장에 3D프린팅 기술이 본격 진출하는 계기가 될 수 있다고 기대하고 있다.(사

시제품이 아닌 발전소에 실제 사용하는 부품을 3D프린팅 기술로 만드는 것은 이번이 처음이다. 참여할 민간 기업은 추후 선정될 예정이다.

3D프린팅 기술을 이용한 제품 제조, 보수, 리모델링 기술을 갖춘 3D프린팅 서비스 기업으로선 희소식이다. 이번 시범사업을 계기로 국내 발전소 부품 시장, 나아가 에너지산업에 3D프린팅 접목 사례가 늘어날 수 있다. 산업부는 국내 발전소 정비시장 규모를 약 1조6천억원으로 보고 있다.

오는 2021년 3월까지 2단계로 진행되는 이번 시범사업에선 부품 7종, 개수로는 258개가 제작된다. 1단계 제작 부품은 확정됐으며 2단계 제작 부품은 5종이 후보에 올랐다. 산업부는 한국수력원자력 발전소 부품 2종을 3D프린팅 기술로 개발, 제작하는 사업도 별도 진행할 계획이다.

3D프린팅 서비스 기업들은 산업부와 국내 발전공기업이 주관하는 시범사업이라는 면에서 더 큰 관심을 보이고 있다. 업계는 수주·성공 사례를 확보하면 기술력을 입증할 수 있어 해외 진출에도 큰 도움이 될 것으로 보고 있다. 시범사업 참여를 위해 이미 컨소시엄 구성을 준비 중인 기업들도 있다.

국내 3D프린팅 서비스 전문기업 Z3DFAB 관계자는 "발전소에 들어가는 부품만 수만 개가 넘는 만큼 에너지산업 분야의 3D프린팅 시장 규모는 항공우주 분야보다 더 크다"며 "정부가 주도하는 시범사업 수주는 국내 민간기업들에게 매우 중요하다. 최고의 포트폴리오가 되기 때문에 해외 진출에도 긍정적"이라고 말했다.

■ 제작비용은↑ 내구성·효율성은↓

3D프린팅 기술 선진국인 미국, 유럽 등에서는 이미 에너지 산업과 3D프린팅 기술 간 융합이 각광받고 있다. 발전 부품 제작 기간, 비용은 줄이면서 효율은 높일 수 있기 때문이다. 절삭, 용접, 금형, 주조 등 전통적인 제조 방법으로 부품을 만들면 제작비용과 시간이 많이 들어간다. 부품 모양이 복잡할수록 더 많은 소형 부품이 필요해 제작비용, 시간도 증가한다.

반면 3D프린팅은 플라스틱이나 금속 파우더 같은 소재를 원하는 모양대로 겹겹이 쌓아 출력물을 만든다는 점에서 복잡한 부품 모형이나 주형을 한 번에 만들 수 있다는 장점이 있다. 절삭, 용접, 금형 등 단계가 생략되는 것이다. 산업용 금속 3D프린터는 바로 사용할 수 있는 금속 부품 제작도 가능하다.

3D프린터로 인쇄할 수 있는 부품 모양, 소재를 설계하는 과정에서 기존 부품보다 내구성이나 효율이 뛰어난 결과물을 만들 수도 있다. 한 번에 복잡한 부품을 출력할 수 있다 보니 여러 소형 부품들을 조립할 필요가 없어 부품 무게도 줄어든다. 냉각재 누설을 막거나 발열을 감소시키는 신소재를 개발해 부품을 인쇄하면 발전 효율을 높일 수 있다.

미국은 이같은 장점에 착안해 지난 1일 3D프린팅 기술을 활용한 가스발전용 첨단 고효율 터빈 기술 개발 사업을 발표했다. 미국 에너지부가 지원하는 해당 사업 규모 총 700만 달러(약 75억원)다.

총 14개 사업으로 이뤄졌으며 이중 7개를 제너럴 일렉트릭(GE)과 지멘스가 수주했다. GE는 효율을 65% 높인 고온 가스 주입구(hot-gas-path inlet), 최종단 블레이드(last stage blade) 등 4개 부품 기술 개발 사업을 맡았다. 지멘스는 효율을 65% 높인 복합발전 가스 터빈 부품과 티타늄 알루미나이드 소재 고성능 경량 터빈 날개(airfoils) 부품 등을 설계, 개발하는 사업 3개를 수주했다.

산업부와 국내 발전소들이 진행하는 이번 시범사업도 3D프린팅 기술을 활용해 주조, 절삭 등 부품 제작 공정과 기간을 줄이고 복잡한 형상을 더 간단하게 만드는 것이 목표다. 내마모성 강화 같은 성능 향상도 요구하고 있다.

■ 국내 기술 개발·접목 사례 이어질 것

국내 에너지산업 분야에서 3D프린팅 기술을 활용하는 사례는 앞으로도 지속될 전망이다.

산업부를 비롯한 여러 정부부처들은 ‘2018년 3D프린팅산업 진흥 시행계획’을 지난 2월 발표했다. 계획서엔 12개 추진과제가 제시됐으며 이중 에너지 발전용 터빈엔진 부품을 만드는 3D프린팅 공정기술 연구개발 과제가 포함됐다.

한국원자력연구원도 지난 3월 가스 터빈, 원자로 부품 등에 쓰는 핵심부품 소재인 산화물 분산강화(ODS) 합금을 3D프린터로 제조하는 기술을 세계 최초로 개발했다. 최종 제품 표면에 산화물 입자를 도포한 후 3D프린터 레이저로 금속을 녹이는 동시에 산화물 입자를 혼합해 금속 내부에 내열층을 만드는 공법이다. 기존 공법과 비교해 가공기간이나 비용을 20분의 1로 줄일 수 있다.

3D프린팅 업계 관계자는 "GE, 지멘스 같은 글로벌 기업들은 이미 발전 부품을 3D프린팅 기술로 만들어 공급해왔다"며 "국내서도 에너지 산업에 3D프린팅 기술, 특히 금속 3D프린팅 기술을 접목한 사업, 사례들이 이어질 것"이라고 말했다.