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GE 코리아

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최첨단 3D 프린팅 기술로 제조하는 항공 엔진의 터빈 블레이드

최첨단 3D 프린팅 기술로 제조하는 항공 엔진의 터빈 블레이드

지난 몇 년간 세계를 대표하는 엔지니어와 경영자들이 끊임없이 이탈리아 피에몬테 주의 카메리(Cameri)을 방문하고 있다. 카메리는 끝없이 펼쳐질 것 같은 평평하고 비옥한 평야에 자리하고 있으며, 이탈리아를 대표하는 공업 도시 밀라노와 토리노 사이에 있는 아주 작은 도시다. 마을에서 가장 붐비는 곳이라고 해도, 12명만 모여도 곧 가득 차버리는 피자 레스토랑일 정도이다.

3년 전, GE항공 산하의 아비오 아에로(Avio Aero, 링크)는 카메리에 유럽 최첨단의 적층제조(3D 프린팅) 공장을 짓고 가동을 시작했다. 이후 전 세계에서 “미래의 제품 생산 과정을 보고 싶다”는 방문자가 끊이지 않고 있다. 데이비드 조이스 GE항공 CEO는 “이 공장에 오면 적층제조(3D 프린팅) 기술이 어떤 가능성을 지니고 있는지 이해할 수 있을 것입니다. 이곳에는 최첨단 기술이 숨쉬고 있습니다”라고 이야기한다.

적층제조기술(Additive Manufacturing Technology), 이른바 3D 프린팅 기술은 인터넷이 정보와 쇼핑 방법을 완전히 새롭게 바꾼 것처럼, 생산 현장에 혁명을 일으키고 있다. 적층제조기술은 재료의 층을 겹치고 용융하는 과정을 반복하면서, 아래에서 위쪽으로 조형해 입체적으로 부품을 만든다. 엔지니어는 컴퓨터에서 부품을 설계하고 그 도면을 3D 프린터로 보낸다. 프린터는 받은 설계 파일을 분해하여 하나 하나의 레이어(층)로 변환하고, 적절한 패턴으로 각 층을 연결한다.

다리오 만테가차(Dario Mantegazza) 카메리 공장의 제조 엔지니어는 ‘아무리 복잡한 형상도 만들 수 있습니다. 원한다면 안이 비어있는 구조도, 뼈와 같은 형태도 만들 수 있습니다’라고 말하며 자신감을 보여준다.

이탈리아 피에몬테 주 카메리에 있는 3D 프린터 공장의 모습 (사진: 아비오 아에로)

GE항공은 2016년 레이저 빔 방식의 3D 프린터 기계 제조업체인 콘셉트 레이저(Concept Laser)를 인수했으며, 전자 빔을 사용하는 3D 프린터 기계 제조업체인 아캄(Arcam)의 지분 76%를 인수했다. 이에 따라 각 회사의 본사가 있는 독일과 스웨덴에서도 거점을 확대했다. 미국에서도 적층제조의 선구적 기업인 모리스 테크놀로지(Morris Technologies, GE에 인수됨)의 본거지 신시내티와 3D 프린팅 제조 공장이 있는 앨라배마 주의 오번 등에 거점을 두고 있다. 하지만 데이비드 조이스 GE항공 CEO는 “이탈리아와 아비오 아에로는 GE항공의 적층제조기술 생태계의 성장에 핵심적인 역할을 하게 될 것”이라고 설명하면서, 카메리가 GE의 적층제조기술의 중요한 전략 거점이라고 강조한다.

GE와 사프란(Safran)의 합작 기업인 CFM 인터내셔널에서 생산하는 ‘LEAP’ 엔진에 장착된 연료 노즐은 3D 프린팅 기술을 사용해 제조하는데, 강력한 레이저로 금속 분말을 여러 층으로 용융시켜 생산한다. 참고로, 한 층의 두께는 20~80 마이크로미터로 사람의 머리카락보다 얇으며, 1,250층을 적층해야 겨우 1인치(약 2.5센티미터)의 적층 재료가 된다.

한편, 카메리 공장에서는 아캄(Arcam)의 전자 빔 방식의 기계가 사용되고 있다. 이를 사용하면 레이저 빔 방식보다 4배나 두껍게, 강도는 수 배 높은 부품을 제조할 수 있으며, 니켈 합금보다 절반이나 가벼운 티타늄 알루미늄 적층 조형도 가능하다.

카메리 공장에는 아캄의 전자 빔 적층제조기계가 줄지어있다. (사진 : 아비오 아에로)

카메리 공장은 이런 전자 빔 적층제조 기계 20대 정도 사용해, 2020년 상업 운전을 개시할 예정인 보잉의 차세대 항공기 B777X에 장착되는 GE9X 엔진의 핵심부품인 저압 터빈 블레이드의 후단을 제작하고 있다.

아비오 아에로에서는 아캄의 3D 프린터를 사용해 GE9X 엔진용 저압 터빈 블레이드의 후단을 티타늄 알루미늄으로 제작하고 있다. (사진 : 아비오 아에로)

카메리 공장의 엔지니어인 만테가차는 전자 빔 방식의 적층제조기술을 ‘가장 자유도가 높은 제조법’이라고 표현한다. 부품의 형상을 용이하게 변경할 수 있으며, 하나의 기계에서 동시에 다양한 부품을 제조할 수 있기 때문이다.

카메리 공장의 아르캄 3D 프린터 내부. 티타늄 알루미늄 분말 위에 놓여있는 생산된 부품의 모습 (사진: 아비오 아에로)

그러나 3D 프린팅은 적층제조공정의 첫번째 단계일 뿐이다. 카메리에서 터빈 블레이드가 완성되면, 이탈리아 남부나폴리의 산업 지역인 포미글리아노 다르코(Pomigliano d’Arco)로 보내진다. 이곳에는 아에로 아비오의 제일 큰 공장이 있는데, 지금은 GE의 혁신거점으로 적층제조공정으로 제조된 부품들을 생산을 위해 준비하는 곳이다. 카메리에서 생산한 블레이드외에도 ATP(Advanced Turboprop) 엔진용 부품도 있는데, GE항공 역사상 가장 많은 3D 프린팅 기술로 제조된 부품을 사용한다.

적층제조기술 덕분에 800여개의 부품이 12개 정도로 줄었다. 엔진 전체 부품의 35%가 프린트되는 것이다. 이처럼 복잡함을 줄였기 때문에 엔진의 연료소비량은 20%나 줄었고 무게도 가벼워졌으며, 출력도 10%나 높아졌다. 당연히 조립공정의 속도도 빨라졌다.

포피들리아노 공장의 엔지니어링 매니저인 카를로 실베스트로(Carlo Silvestro)와 팀원들은 적층제조 기술로 생산된 ATP 연소기 같은 크고 복잡한 부품을 마무리하는 최선의 방법을 모색 중이라고 설명하며, 이런 시도를 하는 것도 GE가 처음이라고 설명한다.


<자료출처 : LIG 넥스원>



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