티타늄 합금 블레이드 손상부위, 3D프린팅으로 복구해 원가절감

한국원자력연구원

한국원자력연구원이 자체 개발한 금속 3D 프린터가 티타늄 합금 블레이드의 손상부를 복원하고 있다. 한국원자력연구원 제공

국내 연구진이 산업체에서 물체를 절단하는 데 사용하는 ‘티타늄 합금 블레이드’의 원가를 획기적으로 낮출 수 있는 3D 프린팅 기술 개발에 성공했다.

한국원자력연구원은 김현길 핵연료안전연구부장 연구팀이 원자력용 소재 부품 제조 3D 프린팅 기술을 ‘산업용 금속 소재 부품 적층 복원용 3D 프린팅 기술로 스핀오프하는 데 성공했다고 19일 밝혔다. 스핀오프는 특정 분야에서 개발한 기술을 다른 분야에 적용하는 것이다.

이번 기술 개발에는 한국타이어앤테크놀로지의 3D프린팅 스타트업인 ‘HM3DP’가 참여했다. 한국타이어에서 사용하는 타이어 소재 절단용 블레이드의 손상부를 복원했다.

타이어 소재 절단용 블레이드는 경화 소재가 첨가된 타이어 소재를 반복적으로 절단하기 위해 내마모성이 좋고 첨가물에 의한 부식에 강해야 한다. 티타늄 합금은 강도가 우수하고 화학적으로 다른 물질과의 반응이 거의 일어나지 않아 타이어 소재 절단용 블레이드로 사용되지만 제조 비용이 많이 든다는 단점이 있다.

연구팀은 마모손상된 블레이드의 손상부를 고출력 레이저를 이용해 금속 재료를 겹겹이 쌓아 올리는 분말 적층 방식(DED)으로 복원하는 데 성공했다. 이 기술로 적층 복원된 블레이드는 현재 한국타이어 대전공장 내 생산설비에 설치돼 현장에서 사용 중이다.

한국타이어는 그동안 블레이드를 완제품으로 공급받아 사용한 뒤 마모 및 손상으로 교체가 필요한 블레이드는 전량 폐기했다. 이번에 개발한 ‘산업용 금속 소재 부품 적층 복원용 3D 프린팅 기술’을 이용하면 손상된 부분을 복원해 재사용할 수 있어 블레이드 구매비용의 50%를 절감할 수 있다. 또한 부품 제조 시 발생하는 이산화탄소(CO2)도 60% 이상 줄일 수 있다.

이번 연구를 이끈 김현길 부장은 “원자력연구원이 보유한 3D 프린팅 기술을 비 원자력 산업에 적용하는 스핀오프에 성공한 사례”라며 “원자력 기술이 다양한 분야에서 활용될 수 있음을 보여줬다”고 말했다.

왼쪽부터 마모 손상된 블레이드, 3D 프린팅 기술로 복원된 블레이드, 후가공을 통해 복원된 블레이드. 한국원자력연구원 제공

[박정연 기자 hesse@donga.com]