기계연, KCNC 등 산학연 21곳과 표준형 CNC 시스템 개발

오는 5일까지 심토스에 45개 부스 차려…연구 결과물 대거 공개

한국기계연구원(원장 류석현, 이하 기계연)이 오는 5일까지 열리는 '생산제조기술전시회 ‘SIMTOS 2024(이하 심토스)’에 국내 산학연 18개 기관이 공동 개발한 표준형 CNC 시스템을 처음 공개했다.

이 시스템은 기계연을 주관기관으로 한국전기연구원, 한국생산기술연구원 등 출연연구기관과 연세대, 단국대 등 10개 대학, CNC 기술 공급업체 8곳 등 국내 CNC분야에서 내로라하는 산학연 전문기관들이 모여 개발한 표준형 CNC다.

현재 ㈜KCNC와 ㈜현대위아, ㈜디엔솔루션즈, 화천기공㈜, ㈜스맥, 한화정밀기계㈜, ㈜대성하이텍 등 공작기계 제조업체 6곳과 공동으로 실증을 수행 중이다.

5년간 산업통상자원부 지원받아...고급형 시스템도 개발 추진

이 사업은 산업통상자원부 (전담기관, 한국산업기술기획평가원) '제조장비시스템 스마트 제어기 기술개발 사업'(20~25년, 총괄주관기관 기계연) 연구개발 성과다. 국내 최초로 수요업체와 공급업체의 협력모델로 설립된 CNC 전문기업인 ㈜KCNC가 기술 개발에 참여했다.

한국기계연구원이 개발한 국산 CNC 시스템 '테눅스'

이들은 외산이 장악한 국내 공작기계 시장 점유율을 높이는 것이 과제다. 이를 위해 향후 5축 및 특수 기종의 공작기계를 겨냥한 고급형 CNC 시스템 기술 개발을 추진 중이다.

이번 CNC 연구를 주도한 기계연 자율제조연구소 산하 초정밀장비연구실 측은 "지난 2019년 CNC 및 NC 공작기계 분야 국가연구실로 지정됐다"며 "지난 2022년 소부장 국가연구 인프라(3N) 성과교류회에서 25개 국가연구실(N-Lab) 중 최다 득표로 과기정통부장관 표창을 수상한 바 있다"고 말했다.

CNC(Computer Numerical Control) 시스템은 컴퓨터 프로세서를 내장한 제어기에서 가공 프로그램을 해석하고 구동기로 전달해 제조 작업을 수행하는 공작기계 자동제어 전자모듈이다. 컴퓨터 CPU나 스마트폰 앱과 유사한 역할을 수행하는 장치이다.

CNC는 공작기계 기술의 정점으로 불린다. CNC가 기계공작 제품 제조원가의 30~40%를 차지하는 핵심 부가가치 요소이기 때문이다.

그럼에도 CNC 산업은 국내 기술 기반이 부족하고 해외 선진기업들이 시장을 선점하고 있다. 국내 공작기계 시장에서 CNC 시스템은 95% 이상을 일본과 독일에서 수입해왔다.

국산 CNC 시스템 개념도.

기계연은 이번에 개발한 시스템 공개를 위해 킨텍스 제2전시장 7~8홀에 ‘스마트 제조장비용 CNC 시스템 테마관’이라 명명해 45개 부스 규모(22.5m×18m)로 꾸렸다.

이 테마관에는 표준형 CNC 시스템 외에도  CNC 제어기와 서보‧스핀들 모터 및 드라이브, HMI(Human Machine Interface) 개발 시제품 등을 전시한다. 또 국내 공작기계 업체와 협력해 국산 CNC 시스템이 탑재된 공작기계 시연도 예정돼 있다.

이와함께 산업통상자원부 '공작기계 디지털트윈 및 지능화 기술 개발 사업(‘23~27년, 총괄주관기관 기계연)의 일환으로 낸 중간 성과물인 물리 기반 공작기계 디지털트윈 소프트웨어를 ㈜디엔솔루션즈 부스 내 ‘스마트 머신 솔루션’ 전시 공간에서 동영상을 시연할 예정이다.

"국내 공작분야 4대 업체와 맞춤형 스마트 HMI 개발"

기계연은 자체 개발한 금속 3D프린팅 장비 핵심모듈과 이를 활용한 자동차 부품용 3D프린팅 금형, 비행체 부품, 모터 부품 등도 2개 부스에 3D프린팅 관련 25개 전시물을 함께 선보인다.

세계 최고 수준의 적층속도를 가진 DED 헤드 및 자성체 3D프린팅 기술도 관심을 끈다.

연구진은 "기존 모터의 설계 제약을 해소하고 출력 밀도를 높인 3D프린팅 모터가 돋보인다"고 설명했다.

한편 기계연은 전량 수입에 의존하던 초정밀 롤 금형가공기를 100% 국산화했다. 2023년 기준 누적 매출 650억 원 및 수출 340억 원 규모의 사업화를 이뤄냈다.

이외에 스핀들 및 볼베어링, 초고정밀 머시닝센터 등 공작기계 분야 핵심품목 관련 산학연 협력 및 기술이전 등 다양한 성과를 보유했다.

유석현 원장은 "공작기계 CNC 국산화를 위한 원천·상용화 기술 개발에 공을 들여왔다"며 "범용성을 가진 표준형 CNC 시스템의 개발을 완료하고, ㈜KCNC를 통해 상품화에 주력하고 있다"고 말했다.

유 원장은 또 "표준형 CNC 시스템에 포함된 33종의 구동계 시제품 가운데 국내 기술이 취약했던 스핀들 모터와 드라이브 개발을 두드러진 성과로 꼽을 수 있다"며 "국내 공작기계 4대 업체와 공동으로 맞춤형 스마트 HMI를 개발, 디지털 매뉴팩쳐링 시대를 선도할 것"이라고 덧붙였다.

유 원장은 “제조장비 자율화와 디지털화, 스스로 생산 최적화를 수행하는 방향의 연구투자가 확대되고 있는 가운데 기계와 디지털의 결합은 이제 생존의 필수를 넘어 초격차 기술 확보를 위한 핵심 동인으로 부상하고 있다”며 “앞으로 공작기계 분야 핵심품목의 국산화뿐만 아니라 지·산·학·연·관 협력 허브 역할을 통해 기계산업의 디지털화와 지능화 기술 등 차세대 핵심기술 개발에 더욱 매진할 것"이라는 각오를 드러냈다.

한국기계연구원 자율제조연구소가 개발한 3D프린팅 관련 연구성과.