한국기계연구원(이하 기계연)이 고성능 모터 제작이 가능한 자성체 3D프린팅 기술을 국내 최초로 선보였다.
기계연 자율제조연구소 3D프린팅장비연구실이 한국재료연구원, 가천대와 공동연구로 설계, 소재, 공정, 장비를 아우르는 자성체 특화 3D프린팅의 전 주기적 기술을 개발했다.
이에 따라 금형 없이도 복잡한 차세대 모터구조를 구현하고, 제작한 모터의 출력 평가까지 완료했다.
이번 기술의 핵심은 자성체 물성을 극대화하는 3D프린팅 장비를 개발, 금형 제작이 필요 없고 2차원형상 제약을 극복해 모터성능 한계를 넘어선 것이다.
이 기술은 제한된 공간에서 높은 토크와 출력을 요구하는 로봇, 전기차 등 모빌리티 분야에 적합한 축방향 자속모터 개발에 적용됐다.
축방향 자속모터는 전자기력 방향이 축과 평행한 방식으로 발생하는 특징을 갖는다.
이를 통해 연구팀은 출력 밀도 2.0㎾/L 이상 성능을 갖춘 500W급 3D프린팅 모터를 구현했다.
기존 모터는 전기강판 적층이나 분말성형방식으로 제작하기 때문에 금형이 필수적이면서 제작형상 제약이 따라 성능구현에 한계가 있었다.
또 금형 제작과 재료 손실로 인해 비용이 증가하고 환경 문제가 발생했다.
이번에 개발한 자성체 3D프린팅 기술은 기존 모터 제조방식의 한계를 극복해 고성능 모터가 필요한 로봇, 모빌리티, 의료기기 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용될 전망이다.
특히 최근 다양한 산업분야에서 고성능 모터 수요가 급증함에 따라 높은 설계 자유도를 갖는 3D프린팅 기술을 적용할 경우 기존 부품대비 성능을 극대화할 수 있을 것으로 예상된다.
또 금형, 공정, 설비 등의 간소화로 비용을 절감해 다품종 소량생산 패러다임 전환도 기대할 수 있다.
하태호 기계연 책임연구원은 “자성체 3D프린팅 기술은 기존 제조방식을 뛰어넘는 혁신기술로, 차세대 고성능 모터의 새로운 가능성을 열었다”며 “향후 자성체뿐 아니라 고기능성 소재 3D프린팅 기술과 결합해 첨단산업 분야로 확장을 이어갈 것”이라고 설명했다.
한편, 이번 연구는 기계연 기본사업 ‘차세대 고성능 모터 개발을 위한 3D프린팅 장비 개발’ 과제와 한국연구재단 나노 및 소재기술개발사업 ‘적층제조공정 특화 자성 분말소재 및 형상자유도 활용 모터 설계·제작 3D프린팅 공정기술 개발’ 과제 지원을 받아 수행됐다.
