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중소기업 기술로드맵 조회결과

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정밀·마이크로기계

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극청정/초정밀 가공기계
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

극청정/초정밀 가공기계 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 극청정 가공기계는 기존 절삭 가공공정에서 과다한 절삭유 사용으로 인한 가공비용 및 에너지소모 증가, 환경오염 및 낮은 효율성 등의 문제를 개선하기 위해 절삭유를 최소화하거나 초음파 응용 절삭가공 등 신가공 공정을 활용한 가공기계를 의미
  • 초정밀 가공기계는 3축 이상 가공기가 1㎛ 이하의 가공품질을 구현하기 위하여 초정밀 베어링 기술, 공간 오차 보정 기술, 초정밀 유체베어링 스핀들 기술, 전자식 능동 스핀들 기술, 환경제어 기술 등이 적용된 가공기계를 의미
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발 테마제품분류 관점세부기술
극청정/초정밀
가공기계
친환경 난삭재
가공기술
가공 시 발생하는 높은 온도로 인해 물리적, 화학적 작용으로 공구 부착(BUE 또는 adhesion)과 공구 마모가 급격히 진행되는 현상을 방지하기 위한 신소재 코팅, 최적 공구형상, 및 윤활가공용 공구 기술, 초음파 가공 등 진동응용 가공 등 포함
극저온 가공 터닝, 밀링, 연삭 및 BUE(Built-Up Edge) 형성 억제, 표면조도 향상, 공구수명 및 소재제거율(Material Removal Rate(MRR)) 향상
최소윤활 가공 터닝, 밀링, 연삭 등 일반 절삭 가공
레이저 및
플라즈마 보조 가공
세라믹 레이저 가공, 금속 및 복합 재료 가공, 마이크로 밀링, 반도체 제조, 합성재료, 용접, 고분자, 방식코팅(anti-corrosion coatings) 시스템
초정밀 가공기 유체베어링 이송계/회전계 설계/제작 기술, 정밀도 보정 기술, 정밀 가공 CAM SW기술, 진동제어 기술, 환경 제어기술, 정밀 스핀들 설계/제작 기술

[ 공급망 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발 테마공급망 관점세부기술
극청정/
초정밀
가공기계
고속·복합 가공기계 12축 드릴머신, 하드터닝 머신, 초정밀 터닝 머신, 고출력 마그네틱 드릴링머신, 고속 및 정밀가공용 호빙머신, 천공용 수평 보링머신, 복합형 브로칭 머신, 가공용 대형수직선반, 고속절삭 호빙머신 기술 등
공구 스핀들 고속화 기술, 제진공구 기술, 백페이스 홀용 보링공구장치, 스핀들 간편속도제어 무단변속기구, 어셈블리 유닛, 공작기계용 ATC 에어스핀들, Multi Stamping unit 등
가공 공정 개선 펀칭방식 공정개선 기술, 제조공정과 품질 개선 기술, 최적의 머시닝 개발 및 가공 공정 개선 기술 등
3. 시장현황 및 전망분석
가. 세계시장
  • 고속/복합 및 대형 가공시스템 시장의 경우 ‘13년에 598억 달러에서 ’18년에는 839억 달러로 연평균 약 7%의 성장률을 유지할 것으로 예상되며 초정밀 및 하이브리드 가공 시스템 시장 확대 전망
  • 극청정/초정밀 가공기계 시장의 경우 2016년 9,193백만 달러에서 2021년에는 12,488백만 달러로 연평균 약 6.3%의 성장률을 유지할 것으로 예상

[ 극청정/초정밀 가공기계 분야의 세계 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 백만 달러, %)

세계 섬유산업 수요 전망
구분'16'17'18'19'20'21CAGR
세계시장 9,193 9,775 10,394 11,052 11,748 12,488 6.3

* 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.), 산업기술 R&BD전략 보고서 등의 자료를 참고하여 정밀가공기계 시장 약 10%로 추정

나. 국내시장
  • 국내 가공공작산업 시장의 경우, 2015년 13.7조 원에서 연평균 9.46%의 성장률을 기록하며 2018년에는 17.5조 원에 이를 전망
  • 고속·복합 가공시스템의 국내시장은 2015년 5.6조 원에서 연평균 13.67%의 성장률을 기록하여 2018년에는 8조원 규모에 이를 것으로 전망
  • 극청정/초정밀 가공기계 시장의 경우 2016년 22,342억 원에서 2021년에는 약 45,800억 원으로 연평균 약 19.5%의 성장률을 유지할 것으로 예상

[ 극청정/초정밀 가공기계 분야의 국내 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 억원, %)

세계 섬유산업 수요 전망
구분'16'17'18'19'20'21CAGR(%)
국내시장 22,342 26,840 32,073 38,327 45,800 45,800 19.5

* 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.), 산업기술 R&BD전략 보고서 등의 자료를 참고하여 정밀가공기계 시장 약 10% 및 19.5% CAGR 로 추정

4.기술분석
가. 기술동향 분석

(1) 세계동향

  • 공작기계 관련 기술 선진국인 일본의 경우 여러 기업에서 관련 기술을 개발 중
  • 미국의 초정밀 가공기용 운동요소는 로렌스 리버모어 국립연구실의 초정밀 가공기 연구개발을 시작으로 시작되었으며, 실제 공기베어링 및 이를 이용한 운동요소에 있어서는 가장 성공적으로 상용화시키고 다수의 모듈기업이 활동 중
  • 친환경 가공시스템은 하드터닝 등 공정레벨과 에너지절감 가공장비, 상위 가공Shop 레벨 에너지 관리 등의 전반에서 활발한 연구가 진행 중이며, 특히 티타늄·CGI·CFRP 등 고경도/경량 신소재 관련 기술은 글로벌 3강 국가의 업체와 연구소·대학 중심으로 연구가 활발히 진행 중
  • Mazak(일), DMG/Mori-Seiki 등 선진사는 단일 플랫폼에, One-Chucking Multi- Machining, Done-In-One(All-In-One) 등 융복합 장비를 개발하였고 초음파/레이저 등 비절삭 공정을 절연삭 공정에 가미(Assist)하여, 가공 품질과 생산성을 향상

(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
  • 국내 절삭공구 시장은 2.2조 원(2011)이며 꾸준히 시장이 확대되고 있으나 세계 절삭공구시장의 약 4.8%에 불과하며 세계시장 점유율은 3%로 세계 10위권 밖에 머무르고 있음
5.핵심요소기술 선정

확정된 요소기술을 대상으로 중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정

[ 극청정/초정밀 가공기계 분야 핵심요소기술 ]

핵심기술 선정결과
분류핵심요소기술개요
고효율 그린
성형시스템
에너지 절감 가공시스템 기술 구조의 경량화, 구동원·제어모듈의 고효율화 및 저전력화, 전체 시스템의 최적화 제어를 통해 기존의 시스템 대비 에너지(전력) 소비를 크게 향상시키기 위한 가공시스템 기술
고효율 서보프레스 시스템 기술 유압식 프레스를 대체하여, 서보제어시스템 적용 및 성형성 향상 메카니즘을 통해 프레스공정의 정밀도와 생산성을 향상시킬 수 있는 공정 및 시스템 기술
초정밀/친환경
가공 시스템
하드 터닝 공정 및 시스템 기술 고경도 난삭재 소재에 대하여 정밀 연삭 공정을 대체하며 기존의 냉각 및 윤활을 위한 절삭유 공급을 최소화 또는 Dry-Cutting이 가능한 하드 터닝 가공기 및 가공 기술
세라믹 재료 IT부품 대응
고품위 가공 시스템 기술
난삭재인 세라믹 재료의 IT부품 대응 고품위 가공(조도 1㎛이하)을 위하여 초음파 진동 스핀들 등 특수 가공헤드가 장착된 고속 공구교환 Multi-head형 가공기 및 가공 기술
IT부품 대응 렌즈금형 가공용
초정밀 터닝 가공 시스템 기술
IT부품용 렌즈금형(가공정밀도 0.3㎛이하) 가공을 위하여 유체베어링 이용 이송계, 초정밀 스핀들, 열오차 보정, 공간오차 보정 기술이 적용된 터닝 가공기 및 가공 기술
극청정/초정밀
핵심
요소/유니트
고능률/내마모 공구 기술 공구형상의 최적설계, 고경도 코팅/표면처리 등을 통해 고속가공 또는 고경도 난삭재 가공에 대응하여 내마모/내파손성이 향상된 공구 설계/제작 기술
제진 공구 설계 기술 가공 공정에 최적화된 구조로 공구 또는 공구홀더에 진동 억제/감쇠 기구를 탑재하여 가공 성능 향상 및 공구 수명을 증가 시키는 기술
전자식 능동 스핀들 기술 마이크로 형상가공 시간 최소화를 위하여 정밀스핀들에 전자식 구동기를 장착하여 스핀들 진동 억제/감소 및 정밀도를 능동 제어하는 기술