“생기원, 타이타늄 SLM 초고속화”…3D프린팅 혁신→의료·항공우주 도약 전망

한국생산기술연구원은 세계 무대에서 타이타늄 3D 프린팅의 새로운 장을 열었다. 생기원이 개발에 성공한 '선택적 레이저 용융(SLM)' 기반 타이타늄 적층 공정은 기존의 기술 한계를 뛰어넘는 혁신적인 적층 속도를 기록하며, 복잡한 의료·항공우주 부품 생산의 시간을 획기적으로 단축할 전망이다. 강도와 내식성이 우수한 타이타늄의 산업적 적용성이 점차 확대되는 가운데, 이번 성과는 빠른 환자 맞춤형 의료기기 제작에서부터 미래형 항공 부품 개발까지 핵심적인 시간 단축과 품질 보장을 동시에 이루는 진일보로 분석된다.

선택적 레이저 용융 공정은 금속분말을 고출력 레이저로 용융·적층하는 방식으로, 치밀하고 정교한 부품 제조에 필수다. 그러나 타이타늄의 경우, 두꺼운 적층 시 레이저 에너지 분포가 불균일해 물성 저하와 미세결함이 빈번히 발생해 왔다. 연구진은 에너지 흡수특성, 레이저 주사 속도, 적층 두께 등 다변수 공정을 정밀하게 재구성해, 단일 레이저 열원만으로도 타이타늄을 고속으로 적층하며 결함 없는 조직을 얻는 데 성공했다. 이 과정에서 기공, 키홀, 표면 팽창 등 결함 발생 조건을 실시간 계측해, 최적의 에너지 밀도와 공정변수를 도출하는 기술을 확립했다.

특히 마르텐사이트 형성을 유도하는 냉각 제어, 원소 조성의 미세 제어를 통해 기존 합금화 없이도 타이타늄 본연의 강도를 극대화하는 데 성공했다. 연구진은 고난도 공정 데이터베이스를 구축하고, 흉곽 임플란트 등 의료 현장의 실증도 마쳤다. 일반적 제작 소요기간을 5일에서 3일 이내로 단축한 이 기술은, 의료 현장뿐 아니라 항공우주·자동차·국방 등 첨단 산업 전반으로의 확장 가능성이 매우 높다.

김건희 수석연구원은 환자 맞춤형 의료기기 제작기간의 단축 효과와 함께, 다양한 금속 소재로의 기술 확장 연구에 박차를 가하겠다고 밝혔다. 전문가들은 이번 공정 혁신이 3D프린팅 기반 제조업의 글로벌 패권 구조에도 변화를 예고하는 신호탄이 될 것으로 내다봤다.