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중소기업 기술로드맵 조회결과

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고생산성 금속3D프린팅 장치
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

고생산성 금속3D프린팅 장치 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : 고생산성 금속3D프린팅 장치란 고에너지 또는 아크 열원을 금속3D프린팅 기술에 접목한 프로세스로 와이어용융 적층제조공정을 구현할 수 있는 장치 및 시스템을 지칭함
  • 범위 : 와이어용융 적층제조 공정은 와이어를 용융하는 열원에 따라 구분할 수 있으며, 기존의 DED 방식으로 적용되던 시장을 대체할 수 있는 프로세스
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 ]

제품분류 관점 기술범위
기술개발 테마제품분류 관점세부제품 및 기술
고생산성 금속3D프린팅 장치 레이저 기반 용융적층
  • 레이저 빔 정밀제어, 광학계, 와이어 송급제어, 보호가스, 레이저와 시스템 간 인터페이스 등
전자빔 기반 용융적층
  • 전자빔 파라미터, 진공챔버 및 지그, 전자빔 건 제어, 와이어 송급 기술, 원격 모니터링 등
아크열원 기반 용융적층 가스메탈 아크용접 (GMAW)
  • 단락이행 정밀제어, 아크 전원 파형, 아크 토치, 입열량, 스패터 저감, 정격 사용률, 정전압특성제어 등
가스텅스텐 아크용접 (GTAW)
  • 아크 토치, 정전류 특성제어, 입열량, 펄스 및 스패터, 보호가스, 와이어 송급 및 와이어 형상 설계 등
플라즈마 아크용접 (PAW)
  • 플라즈마 토치 모듈, 고전류 인버터 기술, 용접기 전원 특성, 와이어 송급 및 형상 설계, 플라즈마 가스 등

[ 공급망 관점 ]

공급망 관점 기술범위
기술개발 테마제품분류 관점세부제품 및 기술
고생산성 금속3D프린팅 장치 자동차
  • 형상학적 부품에 대한 경량 설계 및 검증기술, 금형의 육성 및 보수 기술, 이종재료 적층기술, 고생산성 시스템 확보기술 등
항공우주
  • 차세대 항공기 부품(프로펠러 허브)의 적층기술, 내열 소재의 신뢰성 있는 적층기술, 비파괴 실시간 품질검사 기술, 제품 리페어 기술, 시스템 정밀제어기술 등
조선 및 중공업
  • 표면 클래딩(육성 및 오버레이) 및 표면개질기술, 터빈 블레이드 및 시추관 등의 대면적/대용착 기술, 품질모니터링 기술, 기계적 물성 확보를 위한 공정제어 기술 등
요소기계부품
  • 적층패턴 설계기술, CAD/CAM 통합운용기술, 시제품 Mock-up 제작기술, 열응력 해석 기술, 후처리가공기술 등
3. 시장현황 및 전망분석
가. 시장현황 및 전망

(1) 세계시장
고생산성 금속3D프린팅 장치의 경우 용접을 활용해 금속3D프린터를 제작하는 산업이 아직 태동기이고 산업통계가 제대로 집계되지 않았기 때문에, 3D프린팅용 금속소재 시장규모 및 전망을 통해 추정하고자 함

[ 금속3D프린팅 분야의 세계 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 백만 달러, %)

제품 시장현황 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
세계시장 150 200 260 350 460 600 31.6

* 출처 : KISTI 마켓리포트, 2016

(2) 국내시장
국내 금속3D프린팅 시장은 아직 초기단계로 시장이 아직 큰 규모로 형성되지는 않았으나, 아직 초기 시장진입 단계이고 전방 및 후방 모두에 산업파극효과가 큰 수준이므로 연평균 47.8% 가량의 고성장이 기대됨

[ 금속3D프린팅 분야의 국내 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 억원, %)

제품 시장현황 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
국내시장 32 47 66 100 149 224 47.8

* 출처 : KISTI 마켓리포트, 2016

4.기술분석
기술환경분석

기존의 레이저열원과 분말을 사용하는 금속3D프린팅의 기술적, 상업적 한계(높은 투자 대비 낮은 생산성과 품질로 인해 실용화가 매우 제한적)를 극복하고자 아크 열원과 와이어를 사용하는 용접기반의 금속3D프린팅 공정 및 시스템의 개발 필요

  • 분말적층소결방식은 가루 형태의 모재 위에 고에너지빔을 주사하며 조사해 선택적으로 용융시키는 방식으로 형상정밀도가 매우 좋을 뿐만 아니라 형상의 자유도가 높아 복잡한 형상에 대해 적용이 가능하지만 용착량의 한계로 인해 매우 낮은 생산성과 챔버 내에서 작업이 이루어지는 공정의 특성 상 크기의 제약이 존재
  • 고에너지 직접조사 방식은 분말을 직접 분사함과 동시에 녹여서 부착시키는 방식으로 PBF 방식에 비해 비교적 높은 생산성과 크기의 제약이 보다 덜한 반면 형상정밀도와 표면 가공 상태에 따른 기계적 후처리가공이 요구됨
  • 와이어용융 적층제조 방식의 경우 설계 형상에 대한 제약 및 기계적 후처리 공정이 추가적으로 요구되지만 분말 적층방식과 비교해 적층 소재의 손실률이 거의 없을 뿐만 아니라 고속 대면적화 및 생산/투자비의 비용절감 측면에서 실용화 가능성이 높음
5.핵심요소기술 선정

확정된 요소기술을 대상으로 중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정

고생산성 금속3D프린팅 장치의 핵심요소기술
분류핵심 요소기술설명
시스템 제어 적층패턴 및 와이어 정밀송급 제어 기술
  • 최적패턴 도출, 와이어 송급기술
적층 품질 실시간 모니터링 기술
  • 실시간 모니터링, 피드백, 균일성 확보
고효율의 용가재 용융을 위한 열원 제어 기술
  • 열원 제어, 공정 최적화
금속 적층 소재 난 용접성 소재 적층기술
  • 난 용접성 소재
적층가공 시스템 용접전원특성 활용한 저입열 고생산성 기술
  • 대면적/대용착 기술 구현을 통한 생산성 증대
대형금속 부품의 자유 형상제조 및 시스템 통합기술
  • 적층물의 자유도 확보를 통한 다양한 산업 진출
적층 파라미터 제어 및 관리기술
  • 공정조건 DB화를 통한 범용성 확보