국내 연구진이 항공기 엔진이나 가스터빈 부품과 같이 고온의 열을 견뎌야만 하는 핵심 부품 소재를 3D 레이저 프린팅 기술을 활용, 손쉽게 제작할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다.

한국원자력연구원은 3D 레이저 프린팅 기술을 활용, 기존 대비 성능은 높이면서 20배나 빠르게 '산화물 분산강화' 합금을 만들 수 있는 신기술을 세계 최초로 개발했다고 5일 밝혔다.

세계 최초로 '3D프린팅기반의 내열 합금 신기술 개발을 이끈 김현길 한국원자력연구원 책임연구원이 공정을 지켜보고 있다./사진제공=한국원자력연구원

이 기술은 원천성을 인정받아 현재 국내를 포함, 미국·일본·유럽(프랑스) 등지에 특허 등록을 완료한 상태다.

'산화물 분산강화(ODS)' 소재는 내열이 필요한 모든 금속 재료에 고온에 강한 산화물을 섞어 만든 합금이다.

현재 비행기 엔진, 원자로 부품, 가스 터빈, 미사일 노즐 등과 같이 고온 강도와 내열성이 필수적인 국방·에너지·항공우주 산업분야 등에서 핵심 부품으로 광범위하게 사용되고 있다.

기존 '산화물 분산강화' 기술은 금속과 산화물을 파우더 형태로 만들어 혼합한 후 추가적인 복잡한 공정을 거쳐야 해 많은 시간과 비용이 소요됐다.

또 초기 재료 단계에서 강화 공정을 진행하기 때문에 최종 제품을 제작하기 위해서는 이미 강화 공정을 거쳐 강도가 크게 증가 된 합금을 재료로 쓸 수밖에 없어 사용자가 원하는 형태의 제품을 만드는데 적잖은 어려움이 있었다.

하지만 이번에 개발된 신기술은 최종 제품을 만든 후 제품 금속 표면에 산화물 입자를 도포하고 3D 프린터의 레이저 열원으로 금속을 녹이면서 동시에 산화물 입자를 혼합, 냉각해 금속 내부에 내열층을 만들어내는 방식이다.

산화물 입자를 금속 내부에 고루 분포시키면서 가공 시간과 비용을 기존 기술 대비 20분의 1로 단축할 뿐만 아니라 사용자가 원하는 특정 부분만 강화할 수 있어 혁신적인 기술로 평가되고 있다.

이 연구원의 하재주 원장은 "후쿠시마 원전 사고와 같은 원자로 수소 폭발을 방지하기 위해 개발한 이 기술로 제작한 핵연료 피복관의 경우 1200℃의 고온에서도 거의 변형되지 않아 핵연료의 안전성을 5배 정도 강화할 수 있을 것으로 기대된다"며 "핵연료 피복관 시장만 국내 연 500억 원, 세계 1조 원 규모에 달하고 있어 이 기술이 상용화되면 내열 금속의 수입대체 및 수출 효과가 클 것"이라고 말했다.