정밀 가공으로 직경 350mm의 오픈 임펠러를 제작한다고 가정해 보겠습니다. 기존 방식에서는 316LSi 스테인리스강 소재 블록을 준비한 후, 대부분의 소재를 절삭하여 최종 형상을 만들어야 합니다. 결과적으로 고가의 금속 소재 대부분이 절삭 칩으로 버려지게 됩니다.
고부가가치 소재를 사용하는 정밀 제조업체 입장에서는 원자재 가격 상승과 공급망 불안정이 지속되는 상황에서 이러한 방식은 더 이상 경제적이지 않습니다.
GARY Mécanique de Précision은 60년 이상 정밀가공 기술을 축적해 온 기업으로, 이러한 문제를 해결하기 위해 금속 적층제조를 새로운 생산 방식으로 도입했습니다.
적층제조는 단순히 새로운 기술이 아니라,
- 복잡한 형상의 부품 제작
- Near-Net Shape 블랭크 자체 생산
- 고부가가치 부품의 보수 및 클래딩(Cladding)
까지 가능하게 하는 현실적인 제조 솔루션이 되었습니다.
이번 사례에서는 Meltio의 Wire-Laser Metal Deposition(LMD) 기술을 이용하여, 가공된 허브(Hub) 위에 316LSi 스테인리스강 블레이드를 직접 적층한 오픈 임펠러 제작 사례를 소개합니다.
이 기술은
- 터보기계(Turbomachinery)
- 회전체(Rotating Components)
- 에너지
- 석유·가스
- 항공우주
- 조선해양
- 일반 산업기계
등 다양한 분야에 적용할 수 있습니다.
1. 공급망 불안과 원자재 낭비 문제
최근 회전체 제조업체들은 두 가지 과제를 동시에 해결해야 합니다.
- 원자재 가격 상승 및 공급 불안정
- 더욱 복잡한 부품을 짧은 납기로 생산해야 하는 고객 요구
하지만 기존 제조 방식으로는 이러한 요구를 동시에 만족하기 어렵습니다. 오픈 임펠러와 같은 부품은 기존 방식에서는 두 가지 선택지뿐입니다.
- 절삭가공
- 주조
그러나 두 방식 모두 비용과 리드타임 측면에서 부담이 큽니다.
GARY Mécanique는 이러한 문제를 해결하기 위해 블랭크(Blank)를 자체 제작하는 전략을 선택했습니다.
Near-Net Shape 형태로 블랭크를 제작한 뒤 기존 가공 장비로 최종 가공을 수행함으로써
- 제조 비용 절감
- 납기 단축
- 공급망 의존도 감소
라는 세 가지 효과를 동시에 확보했습니다.
2. 기존 임펠러 제작 방식의 한계
오픈 임펠러는 제조 난이도가 매우 높은 부품입니다.
기존 제조 방식에는 각각 뚜렷한 한계가 존재합니다.
절삭가공
고가의 소재 블록에서 블레이드 형상을 모두 절삭해야 하기 때문에
- 대량의 소재가 폐기되고
- 긴 가공 시간이 필요합니다.
특히 스테인리스나 니켈합금과 같은 고가 소재에서는 원자재 손실이 곧 제조비 증가로 이어집니다.
주조
주조는 소재 낭비는 줄일 수 있지만, 복잡한 금형 제작이 필요하며
특히 밀폐형(Closed) 임펠러처럼 형상이 복잡할수록 금형 제작 비용이 급격히 증가합니다.
적층제조의 기술적 과제
임펠러 블레이드는 평면이 아닌 곡면 허브(Curved Hub) 위에 형성됩니다.
따라서 적층 공정에서는 가공이 완료된 3차원 곡면 위에 정확하게 블레이드를 적층할 수 있어야 합니다.
이러한 정밀한 정합(Best Fit Alignment)이 하이브리드 제조의 핵심 기술입니다.
3. 가공 허브 기반 하이브리드 Wire-Laser Metal Deposition
GARY Mécanique는 Meltio 산업용 Wire-Laser Metal Deposition 기술을 활용하여 이러한 문제를 해결했습니다.
공정은 매우 효율적입니다.
기존처럼 소재 전체를 절삭하거나 복잡한 주조 금형을 제작하는 대신, 먼저 허브만 정밀 가공합니다.
그 이후 Meltio 시스템이 허브의 실제 형상에 맞춰 Best Fit Alignment를 수행한 뒤, 필요한 위치에만 316LSi 블레이드를 직접 적층합니다.
최종적으로 약 1.5mm 정도의 마무리 절삭가공만 수행하면 완성됩니다.
Wire-Laser Metal Deposition의 장점
Wire-Laser Metal Deposition은 적층 속도와 출력 품질을 동시에 만족시키는 공정입니다.
특히 WAAM(Wire Arc Additive Manufacturing)과 비교하면
- 더 높은 형상 정밀도
- 우수한 재료 품질
- 충분한 적층 속도
를 동시에 제공합니다.
직경 350mm급 회전체에서는 생산성과 정밀도를 모두 확보해야 하기 때문에 이러한 특성이 매우 중요합니다.
4. 소재 절감, 가공 최소화, 공정 단순화
Meltio Wire-Laser LMD를 적용하면서 제조 공정과 경제성이 크게 개선되었습니다.
5. 오픈 임펠러를 넘어 폐쇄형 임펠러와 프로펠러, 그리고 부품 수리까지
이번 오픈 임펠러 제작은 단순한 시제품이 아니라 Meltio 하이브리드 제조 방식의 가능성을 보여주는 대표적인 사례입니다.
가공된 허브 위에 블레이드를 적층하는 방식은 기존 제조 방식으로는 어렵거나 경제성이 낮았던 부품 생산을 가능하게 합니다.
향후 적용 분야는 더욱 확대될 예정입니다.
폐쇄형(Closed) 임펠러
– 복잡한 주조 금형이 필요한 폐쇄형 임펠러는 향후 완전 적층제조 방식으로 제작이 가능한 대표적인 대상입니다.
프로펠러
– 프로펠러 역시 가공된 허브 위에 블레이드를 적층하는 동일한 하이브리드 공정을 적용할 수 있습니다.
부품 수리 및 클래딩(Repair & Cladding)
– 마모된 고가 부품을 폐기하지 않고 필요한 부분만 적층 복원하는 유지보수(MRO) 솔루션으로도 활용할 수 있습니다.
이는 최근 제조업에서 중요성이 커지고 있는 순환경제(Circular Economy) 구현에도 크게 기여합니다.
새로운 회전체 제조 방식의 제안
회전체 제조 기업은 지금까지 고가의 주조 금형을 선택하거나 대량의 소재를 절삭하는 방식 중 하나를 선택해야 했습니다.
GARY Mécanique와 Meltio는 여기에 새로운 대안을 제시합니다.
“필요한 부분만 적층하고, 최소한만 가공하며, 소재 낭비를 거의 없는 수준으로 줄이는 제조 방식.”
Meltio의 Wire-Laser Metal Deposition(LMD) 기술은 회전체 제조의 생산성과 경제성을 동시에 향상시키며, 에너지, 석유·가스, 항공우주, 조선해양 등 다양한 산업에서 차세대 제조 솔루션으로 자리잡고 있습니다.
