제작부품 430종 5239건에 달해

4차 산업혁명을 이야기할 때 대표적으로 거론되는 기술 중 하나가 ‘3D 프린팅’이다. 3D 프린팅은 단어 그대로 3차원의 입체물품을 만들어 내는 기술이다. 얼핏 들으면 원하는 물품을 뚝딱 만들어 낼 것 같지만, 실제 모습은 훨씬 복잡하다. 최첨단 기술 집약체인 만큼 3D 작업 과정에는 정교한 기술력이 필요하기 때문이다. 우리 해군은 일찍이 무궁무진한 활용성을 지닌 3D 프린팅 기술에 주목해 왔다. 특히 함정 정비에 이 기술을 접목한 결과 수리 기간을 단축하고, 예산을 아끼는 알토란 같은 열매를 수확하고 있다. 3D 프린팅이 정비 분야 ‘효자’ 역할을 톡톡히 하는 것. 우리 군 3D 프린팅 기술을 선도하는 해군군수사령부 정비창 ‘3D 프린터팀’을 소개한다. 글=이원준/사진=조종원 기자

전군 유일 3D 프린터팀

금속 6명·비금속 2명·주물 2명

노후 냉각팬·기어·샤프트 등

단종·긴급수리 등에 기술 활용

12억 원 이상 예산 절감효과

금속 프린팅까지 역량 확대

함정 정비 미래 ‘3D 프린터’

3D 프린팅은 크게 ‘스캐닝-프린팅-후처리’ 순으로 이뤄진다. 먼저 필요한 수리 부속의 정확한 치수를 재고(스캐닝), 산출된 자료를 옮겨 3D 프린터로 제작하고(프린팅), 그렇게 만들어진 출력물의 표면을 가다듬는 작업(후처리)이 그것이다. 모든 과정은 정교하고 세심한 주의를 기울여야 한다. 1㎜의 작은 오차라도 발생하면 정비 후 문제가 생길 뿐만 아니라 부품과 연결된 다른 장비의 고장 가능성도 있다.

3D 프린터팀은 육·해·공군을 통틀어 조직명에 ‘3D 프린터’가 들어간 유일무이한 조직이다. 4차 산업혁명 시대 함정의 정비환경은 갈수록 고도화하고 있다. 신형 함정은 최첨단 장비를 장착해 정비 기간이 오래 걸리고, 난도 또한 심화하고 있기 때문이다. 해군정비창은 변화하는 환경 속에서 완벽한 정비지원을 위해 고심한 결과 올해 1월 전군 유일의 ‘3D 프린터팀’을 창설했다.

팀은 10명의 인원으로 문을 열었다. 금속 분야 6명, 비금속 분야 2명, 주물 분야 2명으로 구성된 이들의 임무는 3D 프린터로 함정 부품을 제작하는 것이다. 함정의 수리 부속은 다품종·소량이 요구된다. 그래서 단종되거나 노후 수리 부속은 새로 구매하는데도 어려움이 있다. 팀은 부속 단종으로 조달이 어렵거나 소량이면서 고(高)단가 품목, 긴급수리가 필요한 부품에 3D 프린팅 기술을 활용하고 있다. 노후 냉각팬, 기어, 샤프트 등의 부품이 대표적이다. 지금까지 3D 프린터로 제작한 부품은 430종 5239건에 달한다.

이렇게 3D 프린터로 부품을 만들면서 12억 원 이상의 예산 절감효과를 거둔 것으로 해군정비창은 추산하고 있다. 조달에 1~2년 걸리던 부품도 3D 프린터를 활용하면 수일 내 제작이 가능하다. 특히 해외에서 들여오는 고가의 수리 부속일수록 효과는 배가된다. 현재 팀은 정비창 홈페이지에 3D 프린팅 제작 신청 게시판을 운영하고 있다. 함정에서 필요한 만큼의 부품 수량을 파악해 적재적소의 정비 서비스를 제공하기 위한 노력의 일환이다.



금속 3D 프린터 추가 도입 박차

해군정비창은 2016년 비금속 3D 프린터 2대를 도입해 함정 정비 분야에 최초로 접목했다. 해가 갈수록 3D 프린터 활용성이 늘면서 정비 기술을 발전시키기 위해 2020년 12월 3D 프린팅 활용 정비업무 발전계획을 수립했으며, 2021년에는 정비창 자체 3D 프린팅 태스크포스(TF)를 구성했다. 그리고 올해 정식으로 3D 프린터팀이 출범했다.

팀은 현재 비금속 3D 프린팅에서 나아가 금속 분야까지 역량을 확대한다는 청사진을 마련했다. 함정을 이루는 부품 대다수가 금속이기 때문이다. 특히 기계류 장비는 부분 손상 또는 부식에 의한 고장사례가 많다.

금속 3D 프린터는 이 같은 문제를 해결하고, 많은 영역에서 자체 정비가 가능해질 것으로 팀은 기대하고 있다. 대표적으로는 재생 기술로 함정을 정비하는 모습을 그려 볼 수 있다. 재생 기술은 부분·전면 재생 기술로 나뉘는데, 전자는 부품의 손상된 부분을 기계 가공으로 제거한 뒤 분말과 레이저를 동시에 손상 부분에 집중시켜 재건하는 방식이다. 이를 토대로 부속 기어, 펌프 축 수리 등의 미세한 작업이 가능하다.

전면 재생 기술은 분말을 쌓아 올린 뒤 레이저로 깎아내면서 부품을 재건하는 방식이다. 소프트웨어로 고도의 모델링을 거치기 때문에 상당한 기술력이 요구된다. 이러한 기술을 발전시키면 단시간에 부품을 생산해 긴급수리가 필요한 부품을 만들 수 있다.

3D 프린터팀의 목표는 현장에서 함정 중심의 수리환경을 조성하는 것이다. 이를 위해 팀은 올해 스캐닝·검사장비·3D 프린터 운용 기술을 습득하고, 내년에는 △스캐닝을 통한 모델링 기술 최적화 △검사장비를 통한 사용조건 및 요구도 분석 △3D 프린터 장비를 통한 공정적용 기술 개발을 완료할 예정이다. 오는 2024년에는 △모델링을 통한 형상 접합 재건 공정 기술 △3D 프린터 공정 최적화 및 열처리 공정 기술을, 2025년에는 △모델링 형상의 적층제조 기술 고도화 △3D 프린터 공정 모니터링 기술 개발을 이어갈 방침이다.


해군 ‘3D 프린팅 거점센터’ 목표

3D 프린터팀의 우수한 기술력은 해군을 넘어 국방 분야에서 폭넓게 인정받고 있다. 올해 하반기 개최된 제1회 국방 3D 프린터 활용사례 경진대회에 출전해 비금속 분야 우수상(응축기 에어컨 부식 방지 복합재 튜브 제작)을, 금속 분야 장려상(헬기 유도등 장치 커버 형상 재질 변경)을, 주물 분야 최우수상(해군 도크 압축 시류 펌프 안내 케이싱 제작)을 수상한 것. 지난해 열린 3D 프린팅 비즈콘 경진대회에선 백제 금동대향로를 만들어 비금속 분야 최우수상을, 감속기 구동기어 제작으로 금속 분야 대상을 거머쥐었다.

3D 프린터팀은 이에 안주하지 않고 있다. 더 뛰어나고, 더 필요한 기술 개발에 가속페달을 밟고 있다. 팀은 국내 최고 수준의 3D 프린팅 기술력을 보유한 한국생산기술연구원과 지난 14일 업무협약을 체결했다. 다음 달에는 독일 프랑크푸르트에서 개막하는 국제 3D 프린팅 기술교류회에 참가해 해외 3D 프린터 업체, 국내 산·학·연 참가자와 기술을 교류할 예정이다.

기술 개발 극대화 차원에서 최신 3D 프린터 장비 확보에도 심혈을 기울이고 있다. 내년 4월까지 59억 원을 투입해 금속·비금속·주물사 3D 프린터, 검사·후처리 장비 등 21종을 도입할 예정이다. 아울러 공장 내 3D 프린팅실 공간을 확대해 전용시설을 확보하고, 각 함대에는 3D 프린터 전진기지를 설치해 비금속 프린팅을 지원한다는 구상이다. 해외파병 함정도 비금속 3D 프린터로 작전 수행 중 발생한 손상에 대응할 수 있는 정비체계를 구성할 계획이다. 이를 바탕으로 해군의 ‘3D 프린팅 거점센터’로 도약한다는 게 최종 목표다.

인터뷰 / 안석 3D 프린터팀장 

“미래엔 전투현장서 수리 부속품 제작 가능해질 것”

“기술 발전 속도가 점차 빨라지는 상황에서 그에 걸맞은 함정 정비 기술을 갖추기는 어렵습니다. 그러나 우리 정비창은 3D 프린팅으로 함정 정비의 새로운 물결을 일으키고자 합니다.”

3D 프린터팀 초대팀장이라는 중책을 수행하는 안석 군무사무관은 ‘완벽한 정비지원’을 다짐했다. 3D 프린팅 기술을 활용한 최첨단 군수혁신으로 미래 전장에서 견고한 정비지원태세를 확립하는 것이 목표다.

“3D 프린팅은 해군 전투력의 최일선인 함정이 고도의 전투준비태세를 유지하기 위한 열쇠입니다. 선제적 대응으로 전시 상황이 닥쳤을 때 전승을 보장하는 것이 우리의 궁극적 목표입니다. 기술력이 더 발전한다면 증강·가상현실 기술로 각 함정에 배치된 3D 프린터를 직접 제어하고 싶습니다. 가까운 미래에는 전투현장에서 필요한 함정 수리 부속을 제작하는 게 가능해질 것입니다.”

안 팀장은 3D 프린터팀의 발전방향에 대해 ‘지속성’을 첫 번째로 꼽았다. 고도화된 기술을 다루기 때문에 단시간에 정상 궤도에 오르기 쉽지 않다는 것을 염두에 두고, 기본과 원칙을 되새기면서 꾸준히 기술을 쌓아 간다면 정상에 도달할 수 있다는 지론에서다. 그러면서 팀의 역량이 해군 전투력 발전의 원동력이라는 각오로 최선을 다하겠다고 다짐했다.

“정비창의 기술력이 곧 해군의 전투력이나 마찬가지입니다. 함정이 고도의 전투준비태세를 유지하도록 하는 게 우리의 의무입니다. 4차 산업혁명 선두주자로 나선 만큼 저를 포함한 팀원들은 함정 정비 기술을 선도하는 ‘스마트 정비창’ 구현에 모든 역량을 집중할 것입니다.”