- 원자력硏, 세계최초 1m 부품제작 3D프린터 개발

3D 프린터로 제작한 열교환기 절단면.[한국원자력연구원 제공]
3D 프린터로 제작한 열교환기 절단면.[한국원자력연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 1m 크기의 원전 부품을 만들 수 있는 3D프린터 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국원자력연구원은 세계 최초로 ‘1m 크기 부품 제작용 PBF 3D 프린터’를 개발했다고 24일 밝혔다.

PBF(분말 소결 방식)는 얇게 펼친 분말에 레이저나 전자빔을 정밀하게 조사해 녹이는 방식이다. 녹은 분말은 고체화돼 겹겹이 쌓을 수 있다. 복잡한 형상의 정밀부품 생산에 유리한 원리로, 오늘날 가장 보편적인 금속 3D 프린팅 기술로 알려져 있다.

하지만 PBF 장비로 제조할 수 있는 부품 크기는 최대 0.5m에 불과해 산업현장에서 활용하는 데에 한계가 있었다. 이번에 가로 1m, 세로 0.5m까지 제조할 수 있는 프린터가 제작돼 상용화 장벽을 허물었다.

원자력연구원 김현길 박사팀은 PBF 3D 프린팅의 크기 제약을 없애고자 ‘병렬확장 기술’을 고안했다. 프린터의 핵심부품인 레이저 소스와 스캐너 두 세트를 나란히 연결한 것이다.

한곳에 고정된 레이저 소스는 거울처럼 반사하는 특성의 스캐너를 거쳐, 가로 0.5m, 세로 0.5m 면적에 빛을 고루 전달한다. 이번 프린터에는 레이저 소스와 스캐너가 각각 2개씩 설치돼 가용 범위를 가로 기준 1m로 늘렸다.

이 기술은 현재 특허 출원을 앞두고 있다. 또한 레이저 소스와 스캐너를 가로와 세로 방향 모두 0.5m씩 추가 연결할 수 있어 향후 ‘수 m 부품 제작용 프린터’ 개발도 가능할 것으로 전망된다.

한국원자력연구원이 세계 최초로 PBF 방식 1m 부품 제작용 3D 프린터를 개발했다. 왼쪽부터 핵연료안전연구부 이성욱 선임연구원, 김현길 부장[한국원자력연구원 제공]
한국원자력연구원이 세계 최초로 PBF 방식 1m 부품 제작용 3D 프린터를 개발했다. 왼쪽부터 핵연료안전연구부 이성욱 선임연구원, 김현길 부장[한국원자력연구원 제공]

연구진은 프린터를 활용해 원전 열교환기, 임펠라 등 니켈 합금 소재의 시작품 5종 제조에 성공했다. 특히 단종된 부품의 실물을 스캔해 제조하는 역설계, 혁신형 소형모듈원자로(i-SMR) 및 우주용 초소형 원자로의 핵심부품 개발 및 제조 등에 중점을 두고 있다.

박원석 한국원자력연구원장은 “이번 PBF 3D 프린터의 제조 한계 극복은 연구원의 선도적인 기술 혁신 성과”라며 “앞으로 첨단 원자력 기술은 물론, 에너지‧환경, 국방, 우주 산업 등 타 산업 대형 부품 제조에도 적용할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.


nbgkoo@heraldcorp.com