탄소섬유복합재 등 첨단소재 가공 기계솔루션 기술개발 착수

산업통상자원부가 탄소섬유복합재 등 첨단소재를 가공하는 기계 솔루션 기술개발에 본격적으로 착수한다고 밝혔다. 이를 통해 정부는 향후 3~5년간 탄소섬유복합재, 티타늄, 사파이어 글래스 등 미래 유망소재에 대한 가공기술 개발에 총 426억원을 투자할 계획이다. 제조업혁신 3.0전략의 일환으로 발표된 사업계획의 세부내용을 본지가 정리했다.

산업부, 첨단소재 가공시스템 기술개발사업 시작
산업통상자원부(이하 산업부)가 지난 7월부터 정부의 핵심개혁과제인 제조업혁신 3.0전략의 일환으로 3개 ‘첨단소재 가공시스템 기술개발사업’을 시작했다고 밝혔다. 3개 사업에 대한 2015년 총 사업비는 85억원이 투입될 예정이다.
가공 대상인 첨단소재는 탄소섬유복합재(Carbon Fiber Reinforced Plastic), 티타늄, 인코넬, 강화흑연강(Compacted Graphite Iron), 사파이어 글래스 등으로 가볍고 높은 열에 잘 견디며 마모 및 부식에 강한 기계적 성질을 가지고 있는 것이 특징이다.
산업부는 올해 초 탄소섬유복합재, 티타늄 등 특수금속, 사파이어 글래스 등 3종류의 첨단소재를 가공할 수 있는 공정기술, 가공기계 등을 종합적으로 개발하기 위해 3개 과제에 각각 중소기업/대학/출연연구원 등으로 구성한 컨소시엄을 개발자로 선정하고 협약을 체결했다.

가격하락, 환경규제로 첨단소재 가공 기계수요 확대
초경량, 고강도의 성질을 자랑하는 첨단소재는 최근 세계 각국의 환경규제 및 연비향상 요구로 인해 지속적으로 수요가 증가하고 있으며, 이에 따라 첨단소재를 가공하는 기계에 대한 수요도 꾸준히 증가세에 있다.
2013년 각국의 첨단소재 가공시스템 통계자료를 분석해본 결과 약 300억달러에 달하는 것으로 밝혀졌으며, 이는 2023년까지 약 1,000억달러 규모로 성장할 전망이다.
특히, 첨단소재의 가격이 지속적으로 감소함에 따라 항공기, 자동차 등 연비에 민감한 제품을 중심으로 이들 소재의 적용이 확대되고 있으며, 휴대폰 등을 중심으로 사파이어 글래스 등 고강도 소재도 사용이 확대되는 추세다.
탄소섬유의 경우 보잉사의 B787 항공기 기체의 적용 비중을 50%까지 끌어올렸으며 BMW 전기자동차(i3)에도 섀시 등 주요 부품에 적용되고 있다. 이밖에도 티타늄은 터빈블레이드. 사파이어 글래스는 미사일 적외선 탐색창 등에 사용 중이다.

가공장비 발달로 소재산업 극대화
전 세계에 걸쳐 첨단소재의 수요가 확대됨에 따라 최근에는 국내에서도 탄소섬유 생산을 위한 시설투자가 확대되는 등 관심이 증가하고 있다.
다만, 첨단소재는 초경량, 고강성 등 기계적 성질이 우수한 반면 절삭·성형이 어렵다는 특성이 있어, 그동안 가공장비를 전량 수입에 의존하는 등 소재산업의 발전에 발맞춰갈 기계장비의 역량이 부족했다는 지적이 있어 왔다.
산업부는 “이러한 문제를 해결하고 증가하는 첨단소재의 수요에 대응하기 위해 공정기술, 장비, 제어기 등을 종합적으로 포함하는 ‘첨단소재 가공시스템’을 개발해 소재와 가공기계의 균형적 발전을 유도하기로 했다”고 밝혔다.

3가지 제품 개발 집중 투자
산업부는 이번 사업을 추진하면서 첨단소재가공시스템의 개발에 대해 선진국 동향을 감안하되, 가공기계 업체, 대학, 수요기업이 공동으로 참여하며 크게 3가지 제품을 개발하는 방향으로 추진하기로 했다.
① 탄소섬유복합재 가공시스템 개발 사업
탄소섬유복합재 가공시스템 개발 사업에 대해서는 2015년부터 2019년까지 5년간 290억 원을 투자하며, 15개 기관(한국생산기술연구원, 한국정밀기계, 기가비스, 씨에스캠, 시그널링크, 티오피에스, 한국기계연구원, 한국탄소융합기술원, 연세대학교, 중앙대학교, 경북대학교, 빅토리아대학교(University of Victoria), 광주과학기술원, 영남대학교, 울산과학기술대학교)이 산·학·연 컨소시엄을 담당했다.
탄소섬유복합재의 경우 경량, 내열성, 내마모성, 전기절연성이 탁월해 특히 항공기, 자동차, 조선, 레저산업 등에 사용이 확대될 것으로 예상하고 있다.

② 특수금속 가공시스템 개발사업
특수금속(티타늄, 인코넬, CGI 등) 가공시스템 개발사업에 대해서는 2015년부터 2018년까지 4년간 78억원이 투입될 예정이며, 8개 기관(한국기계연구원, 한국생산기술연구원, 창원대학교, 한양대학교, 보로츨라프공대(Wroclaw University of technology), 두산인프라코어, 대성하이텍, 신명정보통신)이 참여하는 산·학·연 컨소시엄에서 이를 진행하게 된다.
티타늄, 인코넬, 강화흑연강 등의 특수금속은 고강도, 고내열성, 고부식성 등을 요구하는 항공·우주, 자동차, 바이오산업 등에서 활발하게 활용될 것으로 전망된다.

③ 사파이어 글래스 가공시스템 개발
사파이어 글래스 가공시스템 개발에는 2015년부터 2017년까지 3년간 58억원이 투자된다. 이 사업은 총 8개 기관(옥산기계(주), 한국생산기술연구원, 이화다이아몬드공업(주), 일진디스플레이(주), 지앤피테크놀로지, 국민대학교, 동명대학교, 금오공과대학교)이 참여하는 산·학·연 컨소시엄이 담당한다.
사파이어 글래스는 경도가 높고 내마모성을 필요로 하는 디스플레이, 미사일, 태양광 기판 등에 수요가 증가할 것으로 예상되는 품목이다.
이번 기술개발에 있어서 특히 수요가 조기에 확대될 것으로 예상되는 사파이어 글래스를 가공하는 공정기술과 기계개발에 대해서 산업부는 당초 5년 계획을 3년 안에 개발하기로 계획을 변경하면서 초기 시장형성에 적극적으로 대응하겠다는 의지를 내비치기도 했다.
현재 사파이어 글래스 가공기계는 14공정, 1,200m/min 작업 성능을 보유한 것으로 알려졌으며, 앞으로는 공정 고도화 및 기계시스템 개발을 통해 양면 고속가공(6공정, 1,600m/min)이 가능한 고성능 제품을 출시 예정이다.

지속적 성장 통해 산업 발전 이룰 것
정부는 금번에 추진하는 세 가지 기술개발이 완료되어 상용화할 경우 2023년까지 1,000억 달러에 달할 것으로 예상되는 전 세계 첨단소재 가공기계분야의 수요에 대응해나갈 수 있을 것으로 파악하고 있다. 또한 국내 공작기계 산업이 이 분야에 진출하는 한편, 소재를 사용하는 수요산업의 발전에도 이바지할 것으로 기대된다.
산업부는 사업 추진 과정에서 기술개발의 실효성을 높이기 위해 올해 하반기에는 수요기업, 개발기업 전문가 등이 참여하는 포럼을 운영하여 성과물의 지속적 수요창출 확대방안과 정부부처 공동 지원 사업을 검토하겠다고 밝혔다.
또한 오는 2016년부터는 개발된 첨단소재 가공시스템의 성능 검증을 위한 검사 장비를 구축하기 위해 ‘첨단소재 가공시스템 기술기반구축사업’도 함께 추진함으로써 개발제품의 신뢰성을 높이기로 했다.

<첨단소재 가공시스템의 필요성> 첨단소재의 가격하락, 시장 확대, 선진국의 강력한 환경규제 및 글로벌 기업들의 기술적 독점 등 빠른 산업 환경 변화에 대응 필요 ① 첨단소재 가공시스템의 개념 초경량, 고강성 등 기계적 성질이 우수한 반면 절삭ㆍ성형이 어려운 소재들을 가공(운영 솔루션 포함)하여 최종제품을 양산하는 시스템을 의미한다. 여기서 말하는 첨단소재란 내열성, 내식성 및 내마모성이 우수한 CGI(Compacted Graphite Iron), 티타늄, 인코넬, 고강도ㆍ초경량 복합소재인 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer) 등의 신소재를 포함하는 개념이다. 이들 첨단소재는 기존 공정으로는 생산효율이 낮기 때문에 소재의 가공성을 높이거나 새로운 공구, 공정, 장비 및 시스템 등을 패키지로 개발할 필요가 있다. ② 첨단소재 가공시스템의 중요성 첨단소재의 초경량, 고강성 성질로 인해 고부가가치 산업(항공/우주, 자동차, 디스플레이)을 중심으로 적용이 확대되는 추세이며 수요산업의 경쟁력을 견인할 핵심기술로 평가받고 있다. ③ 산업 트렌드 변화 최근 소재의 가격하락과 각국의 환경규제 및 연비향상 요구로 첨단소재 적용제품이 급성장을 이어가고 있다. Boeing 787의 경우 전체 소재의 50%에 탄소섬유를 적용하면서 연료 효율이 20%나 향상되는 효과를 거뒀으며, 벤츠, BMW, 포드 등 자동차의 내/외장 부품에도 활발하게 적용이 이뤄지고 있는 상황이다. 지난 2011년 기준 자동차에 적용된 첨단소재의 양은 3천톤에 달했으며, 올해는 약 9천톤  가량이 적용될 것으로 전망된다.

[신혜임 기자]

산업통상자원부  www.motie.go.kr

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 탄소섬유복합재 등 첨단소재 가공 기계솔루션 기술개발 착수