연구팀이 개발한 3D 프린터는 50센티미터(㎝) 제품에서 1미터 제품으로 제품 크기가 두 배 커졌다. 기업이 사용하던 장비는 50센티미터 제품 2개를 만들어서 붙이는 수고로움이 있었다. 기술의 한계가 50센티미터 만드는데 멈춰있었기 때문이다.

일터의 수고를 덜어 준 이 기술은 크기만 크게 만들지는 않는다. 3D 프린터를 이용해 만든 제품은 이음새가 없다. 50센티미터 제품을 두 개 만들어서 잇지 않아도 되니 이음새가 없어졌다. 붙일 필요가 없으니 당연한 일이다.

연구팀이 개발한 3D 프린터는 가장 보편적인 프린터다. 기업들이 가장 많이 쓰는 방식으로 산업계가 사용하기 쉽도록 의도했다.

제품이 1미터로 커지기위해 3D 프린터 장비가 먼저 커져야 했다. 연구를 주도한 김현길 핵연료 안전연구부 부장은 아이디어를 가지고 씨름한 얘기를 들려줬다. 김 부장은 "3D 프린터 제작하면서 프로그래밍하고 프레임 만들고 일이 많았다. 디테일한 부분들 조정해 가면서 공을 들였다"라고 전했다.

◆ 스캐너와 레이저도 2배···대형 3D 프린터 도전기

이번에 개발된 3D 프린터는 스캐너와 레이저가 각각 2개다. 스캐너와 레이저가 바쁘게 오가면서 복잡한 모습의 제품을 이음새없이 만들 수 있게 됐다. 이 과정에서 두 레이저가 중첩되지 않게 하는 기술도 적용됐다.

레이저가 중첩되면 간섭이 일어날 수 있기 때문에 레이저 속도, 패턴에 대한 연구가 같이 이뤄졌다. 3D 프린팅에서 프로그래밍이 중요하고 설계에 핵심이 되는 부분이다. 3차원 설계가 잘 되야 최종 부품이 매끄럽게 나올 수 있다.

김 부장은 3D 프린터가 가진 기술의 차이도 설명했다. 그는 "금속을 가공한다고 하면 용광로를 흔히 떠올린다. 원료를 끓여서 프레스로 누르고 덩어리를 깎는다. 하나의 제품이 나오기까지 여러가지 기계와 공정이 들어간다"라고 설명했다.

이어서 "원료 물질이 녹여서 여러 공정을 장비 하나로 한다. 3D 프린터가 주조, 단조, 압연, 압출 기계가공 공정을 대체한다. 원료 파우더로 최종 부품에 가깝게 만든다"라고 덧붙였다.

프린팅의 또 다른 차별화 포인트는 '레시피'다. 김 부장은 "레이저로 제품 만들 때 소재가 여러가지다. 각각 만들때 레이저 출력이나 움직이는 속도, 가스량, 적층 높이가 달라진다"면서 "레시피에 따라 품질이 바뀐다"라고 강조했다.

프린터에서 만들어진 부품은 원전 열교환기에 들어간다. 복잡한 구조 부품을 이음새없이 만들고 품질을 올리려고 한 이유가 여기에 있다. 결함없는 부품을 만들기 위한 시도를 하고 있고 시작품 5종을 만들었다.

연구팀은 여기서 멈추지 않았다. 기업이든 연구소든 제품에 대한 검증은 필수다. 앞으로 연구팀의 일정은 3D 프린팅으로 만든 제품에 대한 품질인증이다. 자료와 데이터 준비로 인증기준을 충족하기 위한 활동을 계속 해 나갈 예정이다.

이번에 개발된 3D 프린터는 길이 2미터 20센티미터, 폭 2미터의 대형 장비다. 한 장비가 여러 장비를 대체해 공정을 단순화한 것이 특징이다.