1. 기술로드맵
[ 이차전지 제조장비 및 측정 장치 기술개발 로드맵 ]
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핵심기술
| 이차전지 제조기술 장비 및 시험 평가 장비에 대한 핵심 기술개발 및 상용화
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`23년
| `24년
| `25년
| `26년
| `27년
| 최종 목표
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산화물, 바인더 및 전도성물질 초고속배합 기술
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 | 이차전지 초고속 믹싱 시스템 개발
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전극 타발 장치
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| 고효율 전극
타발 시스템 개발
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파우치형 LIB 극판 고속 적층 및 패키지 기술
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| 고효율 극판 적층 시스템 개발
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LIB 실시간 SOH 및 SOC 분석 기술
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| 실시간 SOC, SOH 평가 및 예측시스템 개발
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고효율·고출력 충방전 제어기술
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| 고효율 화성시스템 및 충방전 시스템개발
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배터리 제조공정 내 불량품 고속 검사 장비
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| 고속 불량 검사 시스템 개발
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AI 기술을 활용한 배터리 제조 및 검사 시스템
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| 딥러닝 AI 제조검사 시스템 개발
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* 출처: 자체작성
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2. 개요
가. 정의 및 필요성
□ 이차전지 제조장비 및 측정 장치는 이차전지 제조공정에 필요한 장비 및 측정장치(슬러리 배합장비, 패키징 장비, 충방전 장비 등)를 의미함
□ 생산 공정별로 전극공정, 조립공정, 활성화 공정으로 구분될 수 있으며, 파우더 배합 기술, 슬러리 균일 도포 기술, 양/음극판 슬리팅 기술, 극판 고속 적층 기술, 충방전 제어기술 등 세부기술로 정의됨
□ 이차전지 제조장비 및 측정 장치는 이차전지 분야에서 제조핵심 기술 강화를 위한 전략품목으로, 배터리 양산 고도화 기술 개발을 통해 이차전지 분야에 있어서 고생산성 장비 개발이 가능할 것으로 전망됨
[ 이차전지 품목로드맵 내 이차전지 제조장비 및 측정 장치 ]
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* 자체구성
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□ 이차전지 제조장비 및 측정 장치 분야는 주요 이차전지 제조업의 설비투자 확대 및 자동화 설비 구축으로 시장 확대가 예상됨
▪ 이차전지 구성요소별 양산화를 위한 제조장치, 성능 및 유지관리를 위한 검사장치, 국내 장비산업 고도화 및 경쟁력 제고 등을 위해 이차전지 제조장비 및 측정 장치 기술개발 필요
▪ 중장기적으로는 유럽국가들의 독자적 배터리셀 증설 계획으로 수주 확대 가능성이 있어 국내 이차전지 장비산업의 지속적인 수혜가 예상됨
□ 이차전지 장비는 ’19년부터 전기차용 중대형 라미네이션, 스태킹 장비 매출이 본격적으로 발생하고 있어 중·대형이차전지 수요에 대응하여 에너지 용량 증가와 제조 속도 향상 요구 충족을 위한 장비업체의 역할이 더욱 부각될 것으로 예상됨
▪ 중·대형 이차전지 개발로 인한 장비 및 부품의 교체 발생으로 중장기적으로 장비업체의 성장이 예상됨
□ 연이은 에너지저장장치(Energy Storage System, ESS), 전기차 화재 이슈로 이차전지 안정성 확보를 위해 추가적인 검사 및 공정기술이 필요하며 이차전지 패키징 이후 내부상태 검사가 가능한 엑스레이 검사장비 수요와 적용 공정 확대가 예상됨
▪ 패키징 이후 이차전지의 내부를 검사하는 방법으로 엑스레이 검사 방식이 유일하며 엑스레이 검사를 통해 이차전지 내부의 양극과 음극의 정렬상태, 전극수량, 용접불량 등을 확인할 수 있어 이차전지 안전성 확보를 위해 검사장비 개발 필요
나. 범위 및 분류
□ 이차전지 산업이 전기자동차, ESS에서부터 로봇에 이르는 다양한 응용분야로 확대되면서 이차전지 스펙 향상과 제조설비의 최신화가 이루어지고 있음
▪ 다양하고 고도화된 디지털 기기에 전력을 공급할 수 있는 이차전지 제조를 위한 기반이 구축될 경우 전 산업 분야에서 추가적 부가가치 창출이 가능
□ 안전성 강화와 자동화 추세로 산업별 다양한 요구사항에 따라 최적의 자원을 배치하여 에너지 및 운영비용 절감을 통한 경제 발전 예상
▪ 제조업의 무인화 및 자동화 트렌드에 부합하며 최근 이차전지 업체들의 화재사고로 인해 검사장비의 필요성이 더욱 확대되는 추세
[ 이차전지 제조장비 및 측정 장치 품목 산업구조 ]
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후방산업
| 이차전지 제조장비 및 측정 장치
| 전방산업
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제조장비 및 측정장치 소재·부품
| 전극공정장치, 조립공정 장치, 충방전공정 장치, 검사공정 장치 등
| 리튬이온전지, 슈퍼커패시터, 차세대전지, 이차전지 핵심소재 제조
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□ 이차전지 제조에 필요한 전극공정, 조립공정, 충방전공정 등에 따라 각각의 장치로 분류될 수 있음
[ 이차전지 제조장비 및 측정 장치 용도별 분류 ]
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장비
| 주요기술
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전극용 슬러리 배합장비(믹서)
| ▶ 전극 슬러리 배합 기술
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▶ 전극 슬러리 내 기포를 제거하는 탈포 기술
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코팅 및 프레싱 장비(코터&프레스)
| ▶ 양극/음극 슬러리 균일 도포 기술
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▶ 롤 프레스 압축 기술
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슬리팅 장비(슬리터)
| ▶ 양극/음극판 슬리팅 기술
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전극 타발 장치
| ▶ 슬리팅된 전극롤을 컷팅하여 극판 제조
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권취 및 적층장비(stacking)
| ▶ 전극판에 분리막을 사이에 넣고 양극/분리막/음극 순서대로 적층
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전지 팩키징 장치
| ▶ 전해액 주액 및 조립된 전지 밀봉
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충방전 장비
| ▶ 충전 및 방전을 통한 전지 활성화
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검사 및 측정장치
| ▶ 검사 및 측정기술을 통해 이차전지 제조공정 내 불량품 검사
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3. 산업 및 시장분석
가. 산업분석
◎ 생산량 증대 기술 관심 증가
□ 이차전지 및 관련 산업의 특징은 전기화학 분야를 바탕으로 신소재(물리, 화학, 금속 등 기초과학)부터 시스템(전기, 전자, 기계 등 공학) 개발까지 전/후방 산업간 유기적인 연계가 중요한 대표적인 융/복합 산업
□ 최근 스마트폰, 태블릿PC, 디지털카메라, 전동공구, 전기자동차, 에너지저장장치 등 새로움 기기의 출현과 지속적인 성장으로 향후 이차전지 시장 전망은 매우 긍정적
□ 2020년~2021년에는 장비보다 소재에 관심이 집중하였으나, 2022년~2025년에는 셀 업체들의 안정성 및 생산속도 기술에 기초한 생산 능력 상향 조정에 따라 장비에 집중될 것으로 예상
◎ 전방 업체들의 대규모 투자에 따라 70% 이상 동반성장 예측
□ 이차전지의 성능향상 및 다양화에 따른 장비 및 부품의 교체 발생으로, 중장기적 성장 가능성 높음
□ 롤투롤 장비 관련 원천기술의 경우, 일렉포일, MLCC용 코팅, 수처리 멤브레인, 스카치 테이프, 제과 포장재 등 다양한 산업으로 진출 가능
□ 비전시스템의 경우 소프트웨어 기술 기반으로 제조업의 무인화, 자동화 트렌드에 부합하며, 최근 이차전지 업체들의 ESS 화재사고로 인해 검사장비의 필요성이 더욱 확대됨에 따라 수요 증가에 의한 시장 다각화 가능
□ 이차전지 업체들의 증설 규모 확대로 전방시장 확대가 진행 중이며, 공정 안정성 강화 및 자동화 추세에 따라 공정라인 당 검사장비의 수가 점차 늘어날 것으로 전망
◎ 이차전지 적용분야 확대에 따른 장비수요 증가
□ 이차전지는 휴대폰, 노트북 등 소형 IT 기기에 주로 사용되었으나, 최근 대용량화 기술이 발전함에 따라 전력저장장치용 대용량 이차전지(ESS), 친환경 자동차(EV)로 중심이 이동하고 있는 추세
□ 향후 ESS시장에서 시장지배력이 빠르게 확대될 전망이며, ①장수명·고용량 등 경쟁우위 확보, ②전기차 시장에서 대형전지 성능 검증, ③점진적 가격하락이 필요
◎ 기술력 기반 제품군 확대 및 신규산업 창출 가능
□ 독자적인 기술력을 바탕으로 기타 소재 장비산업 진출, 미세먼지 측정, 전고체 장비 등 제품군을 확대하고, 반도체 장비 등 신규 사업 진출 가능
나. 시장분석
◎ 세계시장
□ 2021년 25억 4,000만 달러였던 이차전지 제조장비 및 측정 장치 세계시장 규모는 2026년 102억 6,700만 달러로 증가할 것으로 전망됨
[ 이차전지 제조장비 및 측정 장치 세계 시장규모 및 전망 ]
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(단위 : 백만 달러, %)
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구분
| `20
| `21
| `22
| `23
| `24
| `25
| `26
| CAGR
(`20~`26)
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세계시장
| 1,887
| 2,540
| 3,420
| 4,502
| 5,926
| 7,800
| 10,267
| 31.63
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* 출처 : Battery Manufacturing Equipment Market (By Type: Lead Acid, Lithium Ion, Nickel Metal Hydride, Nickel Cadmium, Others; By Application: Automotive Batteries, Industrial Batteries, Portable Batteries) - Global Industry Analysis, Size, Share, Growth, Trends, Regional Outlook, and Forecast 2022-2030 (precedence research, 2021)
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◎ 국내시장
□ 이차전지 제조장비 및 측정 장치 국내 시장규모는 2021년 1조 5,007억 원에서 2026년 4조 8,530억 원으로 증가할 것으로 전망
[ 이차전지 제조장비 및 측정 장치 국내 시장규모 및 전망 ]
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(단위 : 억 원, %)
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구분
| `20
| `21
| `22
| `23
| `24
| `25
| `26
| CAGR
(`20~`26)
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국내시장
| 11,116
| 15,007
| 19,509
| 25,361
| 28,150
| 36,961
| 48,530
| 31.30
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* 출처 : 이차전지 소재/장비 (한화투자증권, 2019) 재가공
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4. 기술개발 동향
가. 기술개발 이슈
□ 기술경쟁력
▪ 이차전지 제조장비 및 측정 장치는 일본이 최고기술국으로 평가되었으며, 우리나라는 최고 기술국 대비 78.7%의 기술 수준을 보유하고 있으며, 최고기술국과의 기술격차는 1.0년으로 분석
▪ 중소기업의 기술경쟁력은 최고기술국 대비 67.4%, 기술격차는 1.9년으로 평가
▪ 일본(100.0%)>한국(78.7%)>미국(73.6%)>EU(65.2%)>중국(62.2%)의 순으로 평가
□ 기술수명주기(TCT)
▪ 이차전지 제조장비 및 측정 장치는 5.96의 기술수명주기를 지닌 것으로 파악
나. 생태계 기술동향
□ (기술동향) 내부 셀의 제조 공법 변경 및 셀 제조 속도 개선을 위한 관련 기술 개발 활발 또한 전지 폭발 위험 제거 및 제조 수율 향상을 위한 제어기술 연구
□ (플레이어) Panasonic(일), MITSUBISHI ELECTRIC(일), TORAY(일), TOYOTA MOTOR(일), HIRANO(일), MANZ(독일), CANON(일), 삼성SDI(한), SK시그넷(한) 등
□ (중소기업) 이노메트리, 대보마그네틱, 피앤이솔루션, 피엔티, 파워로직스, 명성티엔에스 등
다. 국내 연구개발 기관 및 동향
[ 이차전지 제조장비 및 측정 장치 주요 연구조직 현황 ]
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기관
| 연구분야
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한국산업기술시험원
| ▶ 리튬이온 기반 ESS 안전성 요구사항 및 시험방법 국제표준 개발
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한국표준과학연구원
| ▶ 카보-올가닉 기반 전극소재 및 전지 평가기술 개발
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인천대학교산학협력단
| ▶ 이차전지 상태 및 성능 시험 장치 개발
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한국원자력연구원
| ▶ 중성자산란 기반 이차전지 양극 재료 구조 측정/분석 기술 개발
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한국과학기술원
| ▶ 미세 패턴 내에 증착된 리튬의 전착밀도 측정기술 (이전가능기술)
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5. 전략품목 기술로드맵
가. 핵심기술 리스트
[ 이차전지 제조장비 및 측정 장치 핵심기술 ]
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핵심기술
| 개요
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산화물, 바인더 및 전도성물질 초고속배합 기술
| ▶ 믹싱(슬러리혼합) 공정 시간 단축 또는 분산균일도 향상을 위한 초고속 배합 기술
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전극 타발 장치
| ▶ 슬리팅된 전극롤을 롤투롤 방식으로 단자부분 컷팅과 전지의 넓이 방향으로 잘라 극판을 제조하는 장치
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파우치형 LIB 극판 고속 적층 및 패키지 기술
| ▶ 타발되어 전극판으로 성형된 전극에 분리막을 사이에 넣고 양극/분리막/음극 순서대로 적층 및 패키징하는 장치
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LIB 실시간 SOH 및 SOC 분석 기술
| ▶ LIB(리튬이온배터리)의 실시간 성능 및 잔여 수명 진단평가
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고효율·고출력 충방전 제어기술
| ▶ 전기자동차 및 ESS용 배터리의 고출력 성능평가
▶ 이차전지 제조 에너지 절감형 화성장비 및 EV/ ESS용 고출력, 고효율 충방전 장치 및 시스템
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배터리 제조공정 내 불량품 고속 검사 장비
| ▶ 배터리 외부의 이물질, 전해질의 누액 또는 젤리롤 등에 불량이 있는지의 여부를 판별하는 장치
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AI 기술을 활용한 배터리 제조 및 검사 시스템
| ▶ 딥러닝 기반 vision 기술 및 데이터 분석 기술을 이용한 배터리 제조 및 검사 시스템
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나. 중소기업 기술개발 전략
□ 이차전지 응용 사업이 다각화되어 여러 가지 환경에서의 이차전지의 사용안정성, 안정성의 시험 및 효율 향상이 요구되고 있어 관련 신기술의 이차전지 시험 평가 장비의 개발 필요
□ 원자재 가격의 상승 및 인건비의 증가로 인해 이차전지의 생산단가가 상승할 수 있는 부분에서의 각 생산업체의 자동화 및 AI 기반의 딥러닝 기술을 이용한 생산기술로 생산성 향상과 품질 향상, 인건비 절감등의 효과를 극대화 할 수 있는 이차전지 제조장비의 생산 및 개발을 가속화함
□ 이차전지 응용 사업이 다각화되어 EV, ESS, E-scooter, AGV, renewable system, 사용후 배터리 등의 시장이 급속하게 발달함에 따라 여러 가지 환경에서의 이차전지의 사용안정성, 안정성의 시험 및 효율 향상이 요구되고 있어 관련 신기술의 이차전지 시험 평가 장비의 개발이 절실하게 요구되는 상황임
다. 기술개발 로드맵
[ 이차전지 제조장비 및 측정 장치 핵심기술 연구목표 ]
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핵심기술
| 기술
요구사항
| 연차별 개발목표
| 최종목표
| 연계
R&D
유형
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1년차
| 2년차
| 3년차
| 4년차
| 5년차
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산화물, 바인더 및 전도성물질 초고속배합 기술
| 이차전지 슬러리 제조 믹싱기술
| 기술사양 조사 및 시스템 군 설계
| 설계 시스템 군 발주 및 조립
| 시스템 운영 및 테이터 확보
| 시스템 운영 최적화
| 시스템 상용화 테스트
| 이차전지 초고속 믹싱 시스템 개발
| 기술혁신
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전극 타발 장치
| 고속 전극 타발기술
| 전극 타발기 사양 선정 및 목표설정
| 타발 시스템 설계 및 발주
| 시스템 조립 및 시 운영
| 시스템 운영 최적화
| 시스템 상용화 테스트
| 고효율 전극 타발 시스템 개발
| 상용화
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파우치형 LIB 극판 고속 적층 및 패키지 기술
| 고속 포지셔닝 기술 및 젤리롤 검사기술
| 패키징 기술 사양 및 범위,목표 설정
| 패키징 시스템 설계 및 발주
| 시스템 조립 및 시 운영
| 시스템 운영 최적화
| 시스템 상용화 테스트
| 고효율 극판 적층 시스템 개발
| 상용화
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LIB 실시간 SOH 및 SOC 분석 기술
| SOC 측정기술기반의 전극내 저항 측정기술
| 측정기술 사양 및 목표 및 설계
| 시스템 설계 최적화 및 기본 테스트
| 시스템 조립 및 운영
| 시스템 운영 최적화
| 시스템 상용화 테스트
| 실시간 SOC, SOH 평가 및 예측시스템 개발
| 기술혁신
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고효율·고출력 충방전 제어기술
| 고효울 화성기술, 충방전
제어기술
| 충방전 기술 및 화성기술 사양 설계
| 시스템 설계 최적화 및 기본 테스트
| 시스템 조립 및 운영
| 시스템 운영 최적화
| 시스템 상용화 테스트
| 고효율 화성시스템 및 충방전시스템개발
| 상용화
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배터리 제조공정 내 불량품 고속 검사 장비
| 고속 CCD vision 검사
제어기술
| 고속 검사 사양 선정
| 시스템 설계 최적화 및 기본 테스트
| 시스템 조립 및 운영
| 시스템 운영 최적화
| 시스템 상용화 테스트
| 고속 불량 검사 시스템 개발
| 상용화
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AI 기술을 활용한 배터리 제조 및 검사 시스템
| 딥러닝 기반의 제조검사 시스템
제어기술
| 시스템 설사양 및 제어기술
목표 설정
| 시스템 설계 최적화 및 기본 테스트
| 시스템 조립 및 운영
| 시스템 운영 최적화
| 시스템 상용화 테스트
| 딥러닝 AI 제조검사 시스템 개발
| 기술혁신
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