1m 크기 대형 원전 부품 제작 가능한 3D 프린터 나왔다

24일 원자력연 연구팀 성과

연구원 개발 3D 프린터로 제작한 임펠라 시제품이다. 원자력연 제공

국내 연구팀이 1m 크기의 대형 부품을 제작할 수 있는 3차원(3D) 프린터를 개발했다.

한국원자력연구원은 김현길 핵연료안전연구부장과 금속 절삭기계제조기업 ‘씨에스캠’과 공동으로 1m 크기 부품 제작용 PBF 3D 프린터를 개발했다고 24일 밝혔다. 

PBF는 얇게 펼친 분말에 레이저나 전자빔을 정밀하게 조사해 녹이는 방식이다. 녹은 분말은 고체화돼 겹겹이 쌓인다. 복잡한 형상의 정밀 부품 생산에 유리해 가장 보편적인 금속 3D 프린팅 기술로 꼽힌다. 

다만 PBF로 만들 수 있는 부품 크기는 최대 0.5m에 불과하다. 김현길 부장은 “레이저 스캐너를 최대로 펼칠 수 있는 크기가 50cm 정도”라며 “이보다 큰 스캐너를 개발하는 것은 어렵다”고 말했다. 

연구팀은 3D 프린터의 핵심부품인 레이저 소스와 스캐너 두 세트를 나란히 연결하는 ‘병렬확장 기술’을 개발했다. 한곳에 고정된 레이저 소스는 거울처럼 반사하는 특성의 스캐너를 거쳐, 가로 0.5m, 세로 0.5m 면적에 빛을 고루 전달한다. 레이저 소스와 스캐너가 각각 2개씩 설치돼 가용 범위가 가로 기준 1m로 늘어난 것이다. 레이저 소스와 스캐너를 가로와 세로 방향 모두 0.5m씩 추가 연결할 수 있어 앞으로 ‘수 m 부품 제작용 프린터’개발도 가능할 것으로 전망된다.

연구팀은 프린터를 활용해 원전 열교환기 등 니켈 합금 소재의 시작품 5종 제조에 성공했다. 부품별로 맞춤형 공정 및 품질인증을 제공할 계획으로 단종된 부품의 실물을 스캔해 제조하는 역설계, 소형모듈원자로(SMR), 우주용 초소형 원자로의 핵심부품 개발 및 제조에 집중한다. 

박원석 한국원자력연구원 원장은 “첨단 원자력 기술은 물론, 에너지 환경, 국방, 우주 산업 등 타 산업 대형 부품 제조에도 적용할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 

왼쪽부터 연구에 참여한 이성욱 핵연료안전연구부 선임연구원, 김현길 부장. 원자력연 제공

[고재원 기자 jawon1212@donga.com]