한국원자력연구원은 24일 세계 최초로 '1ｍ 크기 부품 제작용 PBF(분말 소결 방식) 3D 프린터'를 개발했다고 밝혔다.

PBF는 얇게 펼친 분말에 레이저나 전자빔을 정밀하게 쬐어 녹이는 방식이다. 녹은 분말은 고체화해 겹겹이 쌓을 수 있어 복잡한 형상의 정밀부품 생산에 유리하다.

단 PBF 장비로 제조할 수 있는 부품 크기는 최대 0.5ｍ에 불과해 산업현장에서 활용하는 데 한계를 보였다.

원자력연 김현길 박사팀은 이 같은 제약을 없애기 위해 프린터 핵심부품인 레이저 소스와 스캐너 두 세트를 나란히 연결하는 '병렬확장 기술'을 고안했다.

한 곳에 고정된 레이저 소스는 거울처럼 반사하는 특성의 스캐너를 거쳐 가로 0.5ｍ, 세로 0.5ｍ 면적에 빛을 고루 전달한다.

새로 개발된 프린터에는 레이저 소스와 스캐너가 각각 2개씩 설치돼 가용 범위를 가로 기준 1m로 늘렸다.

PBF의 장점인 높은 정밀도를 유지하려면 두 레이저가 중첩되는 부분에 대한 정밀 제어가 관건인데, 연구진은 열 등에 따른 변형을 예측해 연결 부위를 결함 없이 매끄럽게 만들었다.

연구진은 프린터를 활용해 니켈 합금 소재로 원전 열교환기, 임펠러 등 시작품 5종을 만드는 데 성공했다.

레이저 소스와 스캐너를 가로와 세로 방향 모두 0.5ｍ씩 추가 연결할 수 있어 향후 '수ｍ' 부품 제작용 프린터 개발도 가능할 것으로 전망된다.

연구원 관계자는 "원자력 기술에 3D 프린팅 기술을 접목하면 복잡한 구조의 부품을 이음새 없이 설계·제조할 수 있어 안전성이 높아진다"며 "앞으로 첨단 원자력 기술은 물론 에너지·환경·국방·우주 산업 등 다른 산업 대형 부품 제조에도 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.