[쫌아는기자들] 매이드, SiC소재 3D프린팅으로 우주로 가다

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“We Print Universe” 슬로건에서 알 수 있듯, 매이드(Madde)는 실리콘카바이드(SiC) 소재 3D 프린팅을 통해 부품을 제작합니다. 3D프린팅 전문가 세명이 모여 2023년 상반기 창업한 초기회사이지만 세명의 공동창업자 모두 대기업, 출연연구소에서 오랜 기간 복합소재 3D프린팅 기술을 개발해왔던 베테랑입니다.

◇우린 “어떤” 문제를 해결하고자 하는가?

2019년부터 SPACE-X는 저궤도 우주인터넷 통신사업을 위하여 스타링크를 본격적으로 쏘아 올리기 시작했습니다. 불과 5년이 채 되지 않은 기간 내 올해 10월 말까지 발사된 스타링크 위성의 수만 5,376기라고 합니다. SPACE-X사는 2027년까지 12,000기이상의 군집위성을 발사할 계획이라고 하니, 글로벌 우주인터넷 시장이 본격적으로 개화하여 우리 실생활에 적용되기 시작한다면 우주항공 및 통신시장이 머지않은 미래, 대중의 주요관심분야가 될 듯합니다.

스타링크 우주인터넷 통신망, /Starlink, SPACE-X

인공위성 내 반사경은 매우 중요한 부품입니다. 위성내 2개에서 8개까지 들어가는 이 반사경은 카메라 렌즈 대신 위성 내 빛을 모아주는 역할을 합니다. 반사경 부품 제조의 핵심은 경량화, 구동환경 두가지입니다. 영하 200도의 기온의 우주환경 내 빛을 모아주는 반사경장치의 특성상 앞, 뒷면에 극심한 온도차이가 발생하기 때문에 열팽창계수가 낮은 소재를 사용해 반사경을 만들어야 합니다.

기존 이 반사경 소재로 열팽창계수가 0에 가까운 유리계열의 제로두(Zerodur) 등의 소재가 사용되어왔는데, 해당 소재는 독일이 독보적 기술을 가지고 있으며, 가격이 매우 비싸다는 단점이 존재합니다. 따라서 특수소재인 베릴륨 혹은 실리콘카바이드(SiC) 소재가 검토되고 있는데 해당 소재들의 높은 가공난이도로 인해 현실적으로 적용되기 어려운 상황입니다.

반도체, 소형원자로, 로켓 발사체, 국방분야 등 다양한 첨단 분야에서도 구동환경에 적합한 SiC소재의 부품에 대한 개발수요가 존재합니다. 결국 복잡한 형상의 SiC 부품을 저비용으로 빠르게 제조할 수 있는 기술이 시장에 더욱 필요해질 것이며, 매이드의 3D프린팅 기술이 이 수요에 대응할 것으로 예상됩니다.

인공위성용 반사경, /Coorstek, 표준연

인공위성용 반사경, /Coorstek, 표준연

◇매이드, SiC 소재 3D프린팅으로 첨단산업시대를 열다

실리콘카바이드(SiC) 소재는 지구상에서 존재하는 세번째 강한 물질로써 내산화성, 내마모성, 우수한 고온물성, 내부식성 등의 특성으로 첨단 반도체 제조 및 우주환경, 소형원자로 구동 환경 등의 최첨단 산업분야에 적용되는 소재입니다. 우수한 소재의 물리화학적 특성으로 인해 가공 시 많은 제약이 있으며, 때문에 제조비용이 높고 제조시간이 오래 걸린다는 단점이 존재했었습니다.

매이드는 SiC분말 프린팅에 최적화된 전용 바인더젯 3D 프린터를 자체 개발하여 부품을 생산하는 기술을 보유하고 있습니다. 3D프린팅 기술을 통해 SiC 소재의 부품을 소결 공정 없이 제조할 수 있어 기존 공정방식 대비 제조비용 및 시간을 획기적으로 단축하는 것이 가능합니다. 3D프린팅 이후 열처리, 후처리를 통해 기존 제조방식으로 구현하지 못한 복잡한 형상의 부품을 고객사가 원하는 물성에 맞추어 생산할 수 있다는 장점 또한 있습니다.

현재 매이드는 우주항공, 반도체, 소형원자로 분야의 국내외 대기업 및 출연연구소와 샘플테스트를 진행하고 있습니다. 기존 제조방식으로 구현하지 못하는 부품 설계를 최적화하여 고객사에 역으로 제시하며 평가를 진행하는 등 수준 높은 연구개발 협업을 이어가고 있으며, 고객사 또한 SiC부품의 확장 적용가능성에 대해 긍정적인 반응입니다.

◇매이드의 3D프린팅 기술이 획기적인 이유

기존에는 SiC부품을 제조하기 위해 제품별 몰드를 각각 따로 제작하여 SiC분말과 탄소의 혼합분말을 고온 고압에서 소결한 후 다이아몬드 팁을 사용하여 장시간 절삭 가공해야 했습니다. 이는 낮은 소재 사용효율 및 장시간 가공해야 하는 특성 탓에 제품의 확장성이 낮고 고비용이라는 한계가 있었습니다. 또한 SiC소재는 세라믹의 성질로 인해 작은 공정 오차에도 쉽게 깨져 단순한 형상만 가공할 수 있었습니다.

SiC소재를 3D프린터로 쌓아 올리는 방식은 기존 SiC 부품 절삭가공 방식의 모든 문제점을 극복합니다. 공인기관에서 시편단위의 평가를 거쳐 3D공법으로 제작된 SiC부품의 물성이 기존 제조방식 대비 동등 이상임을 증명하였습니다.

매이드는 펀딩을 통해 고객사에서 원하는 물성의 부품을 생산하기 위하여 후공정 장비 구축 및 전문인력 충원을 성공적으로 진행하고 있습니다. 2024년도에는 다양한 협업기관과의 연구개발 과제를 통해 보다 고도화된 제품개발과 생산에 박차를 가할 것으로 기대 됩니다.

Binder Jetting Process, /Additively

◇세상을 프린트하다

엔지니어 출신 창업팀 매이드를 처음 만난 날은 그들이 현대자동차 사내벤처팀 소속이던 시절의 여름이었습니다. 직접 개발한 연구용 3D프린팅 장비 옆 퍼나스를 켜 놓은 채 땀을 뻘뻘 흘리며 3D프린터에서 제작한 위성거울용 지지대를 꺼내 보여주던 오지원 CPO의 모습이 생생합니다.

매이드에 투자한 이유는 특정 산업분야에 대한 해결해야 할 문제정의를 명확하게 제시하며 어떤 방법을 통해 이를 해결하고 싶은 지를 제시하는 팀이기 때문입니다. 우주항공, 반도체, 소형원자로 분야 산업이 극복해야 하는 기술에 대한 제 고민의 선상에서 산업의 문제 및 해결방안을 정확히 제시해주었습니다. SiC 소재로 세상을 프린트하겠다는 포부를 가진 복합소재 3D프린팅 전문가들의 도전은 현재 진행형입니다.

사진 왼쪽이 오지원 CPO, 오른쪽이 조신후 CEO /매이드