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중소기업 기술로드맵 조회결과

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정밀·마이크로기계

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하이브리드 가공 시스템
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

하이브리드 가공 시스템 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 하이브리드 가공 시스템이란 두 개 이상의 제조공정이 각 공정의 장점을 극대화 하거나, 각기 다른 공정(화학, 물리, 제어 등)이 하나의 공정영역에서 동시에 또는 순차적으로 작용하는 시스템으로 정의
  • 기존 가공시스템에 레이저, 초음파, 에너지빔 등을 융합하여 가공효율을 극대화하고 다품종 소량생산에 따른 수요자 맞춤형 생산 및 다목적 최적화하며, 고세장비의 증대 및 가공면의 평탄화를 기대할 수 있는 가공시스템을 의미
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발 테마제품분류 관점세부기술
하이브리드 가공 시스템 동시공정 절삭+레이저 보조
  • 세라믹의 레이저 보조 가공(선삭, 밀링)
절삭+초음파 보조
  • 진동자, 선반과 드릴 공정 기반의 가공
  • EDM+초음파 하이브리드 가공
절삭+방전 보조
  • 방전+밀링 하이브리드 가공
순차공정 절삭+적층
  • DED/PBF용 하이브리드 적층 가공
절삭+레이저 가공
  • 밀링/선반 가공 후 열처리, 용접, 표면 패터닝 가공
절삭+절삭
  • 연삭+하드터닝 가공
  • 연삭+연마 가공

[ 공급망 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발 테마공급망 관점세부기술
하이브리드 가공 시스템 난삭재 가공
  • 레이저 예열을 이용한 세라믹 절삭공정 기술
  • 방전가공과 절삭을 결합한 난삭금속 가공기술
  • 고주파 및 레이저 열원을 활용한 대형 부품의 국부 열처리 기술
초정밀 가공
  • 나노정밀도 운동요소 및 Hybrid 모듈 적용 시스템
  • 고에너지 빔 응용 Hybrid 가공시스템 장비
  • 방전기반 다축 초정밀 Hybrid 가공시스템 기술
3. 시장현황 및 전망분석
가. 세계시장

초정밀 및 하이브리드 가공 시스템 시장의 경우 2016년 290억 달러에서 2021년에는 약 591억 달러로 연평균 약 15%의 성장률을 유지할 것으로 예상

[ 하이브리드 가공 시스템 분야의 세계 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 백만 달러, %)

세계 섬유산업 수요 전망
구분'15'16'17'18'19'20'21CAGR
세계시장 초정밀 및 하이브리드 25,592 29,092 33,232 38,734 44,606 51,368 59,155 15.16
전체 공작기계 102,304 111,225 121,169 132,886 145,311 158,897 173,754 9.35

* 자료: 한국공작기계산업협회, “신성장동력장비산업 동향보고서 2012”, “Metal Working Insiders Reports 2012” (Gardner Publications, Inc.), “Machine Tools - A Global Strategic Business Report 2011“(Global Industry Analysts, Inc.) 등의 자료를 참고하여 전망치 추정

나. 국내시장

초정밀 및 하이브리드 가공 시스템의 국내시장은 2015년 5.6조 원에서 연평균 4.38%의 성장률을 기록하여 2021년에는 약 6.4조 원 규모에 이를 것으로 전망

[ 하이브리드 가공 시스템 분야의 국내 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 억원, %)

세계 섬유산업 수요 전망
구분'15'16'17'18'19'20'21CAGR(%)
국내시장 초정밀 및 하이브리드 56,510 56,820 60,050 56,820 59,310 61,910 64,622 4.38
전체 공작기계 147,910 159,280 174,960 159,280 174,350 190,840 208,893 9.46

* 자료: 한국공작기계산업협회, “신성장동력장비산업 동향보고서 2012”, “Metal Working Insiders Reports 2012” (Gardner Publications, Inc.), “Machine Tools A Global Strategic Business Report 2011“(Global Industry Analysts, Inc.) 등의 자료를 참고하여 전망치 추정

4.기술분석
가. 기술동향 분석

(1) 세계동향

공작기계 관련 기술 선진국인 일본의 경우 여러 기업에서 관련 기술을 개발 중

  • FANUC의 터닝기반 5축 가공기인 Robo Nano에 적용된 공기베어링 스핀들과 이송계는 회전정밀도 50nm와 나노미터의 이송분해능을 갖는 요소들을 적용하였으며, 회전과 직선이송이 동시에 가능한 공기테이블, 공기 베어링을 이용한 스크류 동력전달 등의 기술을 가지고, 일본의 초정밀 가공기술을 한 단계 발전시킨 모델로 평가받고 있으며, 한편으로는 일본 외에는 판매하지 않고 있음
  • Toshiba 기계는 V-V 롤러를 이용하는 독자기술을 개발하여 이를 초정밀 가공기에 적용하였으며, 이를 통하여 진직도 300nm를 달성
  • Sodick은 초정밀 머시닝센터인 Nano 100을 통하여 최대 5축의 초정밀 가공기를 개발하였으며, 이 외에 워터젯과 와이어 방전의 Hybrid 가공시스템 및 모듈 등을 개발
  • 기타 Toyoda 공업(현 JTEKT), Nagase 등의 전통적 공작기계업체들이 상대적으로 이후에 초정밀 가공기를 개발하였으나 대부분의 다축 초정밀 가공기의 일본외 수주는 어려운 편

(2) 국내동향

국내 공작기계는 두산인프라코어, 현대위아, 화천기계 등 대기업 3개사가 전체 시장의 90% 이상을 차지하고 있으며, 특히, 두산인프라코어와 현대위아는 국내 공작기계시장에서 점유율 1~2위를 다투며 국내 공작기계 산업을 주도

  • 두산인프라코어는 세계공작기계 5위 업체로 터닝센터, 머시닝센터, 문형 머시닝센터, NC보링기, 스위스턴, 자동화시스템 등에 주력하고 있으며 2014년 연간 1000대 생산규모의 대형 공작기계 전문 생산공장 준공
  • 현대위아는 터닝센터, 머시닝센터, 대형가공기의 매출액이 50%이상 차지하고 있으며, 최근 중국에 2공장을 추가 건설하여 생산능력 확충
  • 터닝센터, 머시닝센터, 범용 CNC 등에 주력하고 있으며 강력 중절삭용 수직/수평형 터닝센터도 최근 출시하며 난삭재 시장에 대응
  • 두산인프라코어는 글로벌 금융그룹인 스탠다드차타드 산하 사모펀드 회사인 스탠다드차타드 프라이빗에쿼티를 공작기계 사업 부문 매각을 위한 우선협상대상자로 선정하여, 매각절차를 진행
  • 한국기계연구원에서는 하이브리드 가공기 개발의 일환으로 2008년 세라믹 절삭용 레이저 보조가공시스템(공동연구: 아메코㈜) 및 2016년 레이저 표면연마 시스템(공동연구:화천기공㈜)을 개발하였음
5.핵심요소기술 선정

확정된 요소기술을 대상으로 중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정

[ 하이브리드 가공 시스템 분야 핵심요소기술 선정 ]

핵심기술 선정결과
분류핵심요소기술개요
동시공정 방전 + 엔드밀링
하이브리드 가공기
밀링 작업에 방전 가공 기술이 접목되어 두가지 가공을 동시에 병행할 수 있는 기술
EDM+초음파
하이브리드 가공기
방전 가공 공정에 초음파진동을 부가하여 미세 방전가공을 하는 기술
밀링기 탑재
초음파 가공기
밀링 작업에 초음파 가공 기술이 접목되어 두가지 가공을 동시에 병행할 수 있는 기술
세라믹 가공용 레이저 밀링
하이브리드 가공기
밀링 작업에 레이저 가공 기술이 접목되어 두가지 가공을 동시에 병행할 수 있는 기술
순차공정 레이저 열처리 탑재
복합 선반 가공기
연삭 작업과 레이저 열처리 기능을 탑재한 복합 선반 기술
융복합피니싱 가공기 레이저, 플라즈마 등의 에너지원을 융복합 및 기능성 재료를 마이크로/나노 단위로 가공하는 기술
절삭/적층 가공용 3차원
하이브리드 가공기
절삭, 적층 공정을 3차원으로 할 수 있는 기술