3D프린팅연구조합 “로봇 부품, 적층제조로 싸고 빠르게 만들 수 있어”

로봇 하드웨어 산업에서 적층제조(Additive Manufacturing, AM)가 부품 개발 기간을 줄이고, 경량화와 기능 통합을 구현할 수 있는 제조기술로 주목받고 있다. 특히 휴머노이드 로봇뿐 아니라 협동로봇, 산업용 로봇, 국방 무인체계 등 다양한 로봇 분야에서 금속 적층제조와 주조 기반 3D프린팅 기술의 활용 가능성이 커지고 있다는 분석이다.

3D프린팅연구조합 강민철 센터장은 7월 9일 일산 킨텍스에서 열린 ‘제2회 AM KOREA 2026 Conference’에서 ‘차세대 로보틱스와 적층제조 기반 제조혁신 전략’을 주제로 발표했다. 이번 발표는 ‘AI 기반 제조혁신과 적층제조 기술’ 세션에서 진행됐다.

강 센터장은 지난해 컨퍼런스가 우주항공·방산 분야를 중심으로 진행됐다면, 올해는 로보틱스 산업을 중심으로 적층제조 기술이 실제 부품 제조에 어떻게 활용될 수 있는지를 살펴보는 자리라고 설명했다. 그는 현재 방위사업청 등과 우주항공·방산 분야 표준화 연구와 티타늄 합금 기반 부품 신뢰성 평가, PBF 공정 기반 무기체계 부품 개발 등을 수행하고 있다고 밝혔다.

발표에서는 금속 적층제조의 대표 공정으로 PBF(Powder Bed Fusion)와 DED(Directed Energy Deposition)가 소개됐다. PBF는 금속 분말층 위에 레이저를 조사해 부품을 한 층씩 제조하는 방식이며, DED는 와이어나 분말을 공급하면서 레이저·아크 등 에너지원으로 소재를 녹여 적층하는 방식이다. 강 센터장은 로봇 부품 제조에서 금속 부품을 “어떻게 하면 싸고 빠르게 만들 것인가”가 핵심이라고 강조했다.

그는 적층제조를 기존 뿌리산업 공정과 연결해 설명했다. 사형주조, 정밀주조, 다이캐스팅, 분말야금, 단조, 기계가공 등 기존 금속 제조공정이 각각 강점을 갖고 있는 만큼, AM 역시 이를 대체하거나 보완하는 방식으로 접근해야 한다는 것이다. 대형 부품은 WAAM 등 와이어 기반 DED, 정밀주조용 패턴은 SLA 기반 번아웃 소재, 사형주조용 모래 주형은 바인더 제팅, 소형 금속 부품은 PBF나 바인더 제팅 등으로 연결할 수 있다고 설명했다.

특히 로봇 부품에 적합한 소재로는 알루미늄-실리콘계 합금, 스테인리스강, Ti-6Al-4V, 구리합금 등이 제시됐다. 강 센터장은 로봇 부품이 경량화와 강도, 정밀도, 기능 통합을 동시에 요구하는 만큼 소재별 특성과 공정 특성을 함께 고려해야 한다고 전했다.

강 센터장은 과거 대형 로봇 팔 부품 개발 경험도 소개했다. 당시 알루미늄 부품이 무거워 마그네슘 합금으로 대체해 일본에 수출한 사례를 언급하며, 로봇 부품에서는 관절 부하를 줄이고 이송 속도를 높이기 위한 경량화가 매우 중요하다고 설명했다. 그는 당시 적층제조 기술이 충분히 활용 가능했다면 개발 기간과 금형 부담을 크게 줄일 수 있었을 것이라고 말했다.

로봇 부품에 적층제조가 적합한 이유로는 설계 자유도, 경량화, 개발 기간 단축, 금형 불필요, 다품종 소량 생산 대응, 기능 통합 등이 꼽혔다. 여러 부품을 용접하거나 볼트 체결하는 공정을 줄이고, 하나의 부품으로 통합할 수 있다는 점도 장점으로 제시됐다.

정밀주조와 적층제조의 결합 가능성도 강조됐다. 기존 정밀주조는 왁스 패턴을 사용하지만, SLA 방식으로 번아웃 가능한 패턴을 제작하면 금형 없이도 초기 개발품이나 소량 부품을 빠르게 만들 수 있다. 강 센터장은 휴머노이드 로봇의 토르소, 팔, 배터리 케이스 등에도 이러한 방식이 적용될 수 있다고 설명했다.

사형주조 분야에서는 바인더 제팅을 활용한 모래 주형 제작이 대안으로 제시됐다. 과거에는 금형과 상·하부 패턴을 제작하고 모래를 다져 주형을 만드는 데 상당한 시간이 필요했지만, 설계 데이터만 있으면 3D프린터로 모래 주형을 제작해 대형 로봇 팔과 같은 부품 개발 기간을 크게 줄일 수 있다.

다만 강 센터장은 적층제조가 모든 공정을 대체할 수 있는 것은 아니라고 선을 그었다. 개발 초기나 수십 개에서 수백 개 수준의 소량 생산에는 PBF, DED, 정밀주조용 3D프린팅 패턴 등이 유리하지만, 생산량이 수천 개 이상으로 늘어나면 다이캐스팅이나 프레스 등 기존 대량생산 공정이 더 적합할 수 있다는 것이다. 그는 “AM이 급격하게 불리해지는 구간도 있다”며 생산량과 부품 특성에 따른 공정 선택이 중요하다고 강조했다.

국방 무인체계와 산업용 로봇 부품도 AM 적용 가능성이 큰 분야로 제시됐다. 경량 구조 링크, 전기 덕트, 모듈 케이스 등은 설계 자유도와 경량화 요구가 크기 때문에 적층제조 적용 가치가 높다는 설명이다. 또 협동로봇과 산업용 로봇은 실제 시장 규모 측면에서 휴머노이드보다 큰 영역인 만큼, 로봇용 AM 부품 수요도 다양한 분야에서 발생할 수 있다고 전망했다.

강 센터장은 한국이 정밀 제조, 금형, 소재, 3D프린팅, 자동화 기술을 모두 보유한 국가라는 점도 강조했다. 그는 “우리나라가 제조 기술 측면에서는 세계적으로 높은 경쟁력을 갖고 있다”며 “로봇 산업이 활성화되기 위해서는 적층제조 기술에 대한 관심과 적용 확대가 필요하다”고 말했다.

업계에서는 로봇 산업의 성장과 함께 금속 적층제조의 적용 범위도 넓어질 것으로 보고 있다. 특히 알루미늄·티타늄 등 경량 금속 소재를 활용한 구조 부품, 바인더 제팅 기반 주조용 주형, SLA 패턴 기반 정밀주조, PBF 기반 소형 고정밀 부품 등은 로봇 하드웨어 제조에서 기존 공정을 보완할 수 있는 기술로 주목된다.

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