생기원, ‘DMT 적층기술 활용한 금형제조기술’ 개발

한국생산기술연구원(원장 이성일) 대경지역본부 극한제조기술그룹 성지현 박사 연구팀이 ‘DMT 적층기술을 활용한 금형제조기술’을 개발했다.

성지현 박사 연구팀이 개발한 신기술은 금속 3D프린팅으로 서로 다른 금속을 적층해 소재 강도는 높이면서 제작비용은 낮추는 공법이다. 연구팀은 신기술이 금형을 활용하는 다양한 뿌리산업에 적용되어 생산 수율을 높이는 데 기여할 것으로 기대하고 있다.

‘DMT 적층기술’이란 고출력 레이저 빔을 모재(금속)표면에 조사하여 순간적으로 용융풀(Melting pool)을 만들고 동시에 금속파우더를 공급하여 용융풀의 온도로 금속파우더를 녹여 적층하는 ‘DED(Direct Energy Deposition) 금속 3D프린팅’ 방식 중 하나다.

이 기술의 가장 큰 강점은 '이종소재 적층'을 통해 기존 금형에 고기능 금속 소재를 덧붙일 수 있다는 것이다. 성지현 수석연구원은 먼저 자동차 금형 분야에 이 기술을 도입했다.

최근 자동차 산업에서는 연비 향상과 안정성 증대를 위해 기가 파스칼(GPa, 강도 단위)급 자동차용 고강도 강판의 사용량이 증대되고 있으며, 기존 메가 파스칼급 강판을 자르던 '전단 금형'으로는 이러한 고강도 강판 절단 시 내구성의 문제가 발생했다.

하지만 고강도 금속소재로 '전단 금형'을 제조하기에는 비용문제가 발생했다.

연구팀은 ‘이종소재 적층’을 통해 비용문제를 해결했다. 저렴한 일반 금속 소재로 ‘전단 금형’을 만들고, 강판을 자르는 부위에만 고강도 금속 소재를 적층하여 고기능성 ‘전단 금형’을 제조한 것이다. 늘고 있으나 고강도 금속만 사용해 금형을 만들면 제작비용이 높아진다.

성지현 박사 연구팀은 앞으로 ‘고강도 특수금형강(M2)’ 소재 적층법을 개발해 기가 파스칼(㎬·강도 단위) 수준의 고강도 강판을 자를 수 있는 금형을 만들 계획이다. 이종소재 금형에 활용할 수 있는 금속 물질을 확보해 데이터베이스화하는 작업도 병행할 예정이다.

이외에도 연구팀은 ‘핫스탬핑’ 금형 개선에 도전했다. 핫스탬핑은 950도 이상 온도에서 강판을 성형한 후 급속 냉각시켜 강도를 높이는 과정이다. 열전도율이 높은 금형을 만드는 것이 관건이다. 연구팀은 핫스탬핑 금형 표면에 열전도도가 높은 스텔라이트(코발트를 주성분으로 한 합금) 금속을 적층해 고기능성을 확보했다.

이종소재 금형 기술은 파손 금형 보수, 리모델링에도 활용된다. 파손 부위에 다른 금속을 덧대거나 오래 전에 쓰던 금형을 새롭게 바꾸는 것도 가능하다.

성지현 수석연구원은 “‘DMT 적층기술 활용 금형제조기술’의 강점은 저렴한 가격에 고기능을 갖춘 금형을 제조할 수 있다는 것”이라며 “금속 간 적층을 통해 기존 금형을 강화하거나 단점을 보완할 수 있고, 파손된 금형을 보완 수리해 재활용 할 수 있다는 장점도 갖추고 있다”고 말했다.

이어 “3D프린팅 기술을 더해 국내 금형산업을 세련된 뿌리산업으로 변화시키기 위해 금속 3D프린팅 관련 연구에 매진할 것”이라는 포부를 밝혔다.