한국생산기술연구원(원장 이상목)은 장비 스스로 결함을 인식·제어·개선하는 인공지능(AI) 기반 '금속 3D 프린팅 기술'을 개발했다고 30일 밝혔다.
유세훈 지역산업혁신부문 수석연구원, 이호진 모빌리티부품그룹 수석연구원 공동 연구팀이 적층 공정 과정에서 발생하는 문제를 딥러닝 기술로 탐지해 장비 조건을 실시간 개선하는 '금속 3D 프린팅 결함 검출 및 능동제어 기술'을 개발했다.
지능화 기능이 전무한 구식 장비도 AI 작업이 가능하도록 지원하는 애드온(Add-on) 모듈을 개발했다.
애드온 모듈은 다양한 센서기술을 비롯해 결함 검출기술, 장비 제어기술 등을 집약한 모듈이다. 데이터 수집 및 구축, 결함 및 품질 예측·제어가 가능해져 노후화된 생산 장비를 바꾸지 않고도 지능화 작업을 수행할 수 있다.
연구팀은 DED(Directed Energy Deposition) 방식 3D 프린팅에 애드온 모듈 기술을 적용했다. DED는 금속 분말이나 와이어 소재를 높은 에너지원으로 용융시키면서 적층하는 방식이다.
3D 프린팅은 레이저 출력, 적층 속도, 분말 공급량, 적층 툴패스 등 공정 파라메터(매개변수)가 적정하지 않으면 박리나 균열, 기공 등 다양한 결함이 발생하고, 심할 경우 온전한 형상 제작이 불가능해진다.
애드온 모듈 기술이 적용된 DED 시스템에서 공정 중 결함이 발생하면 이상 신호가 감지되고, 실시간 공정 모니터링 화면으로 작업자에게도 알람이 전달된다.
연구팀은 이상 신호가 감지된 후 장비 스스로 공정 파라메터를 능동 제어하면서 최적의 공정 조건을 도출해 문제를 해결하는 시스템을 구현했다.
다양한 공학적 지식을 요구하는 기존 3D프린팅 장비는 작업자 경험·지식이 제품 품질에 큰 영향을 미치고, 다품종 소량생산의 특성상 최적의 공정 조건을 찾는 데 많은 시간이 소요된다.
반면 애드온 모듈을 탑재한 3D프린팅 장비는 자동으로 결함을 인식·제어·개선할 수 있어 초보자도 활용 가능하며, 유사한 적층공정에 공통적용 가능해 첨단 장비나 전문가 부족으로 어려움을 겪는 제조 기업들에 유용할 전망이다.
개발 성과는 생기원 뿌리분야 대표과제로 창출됐으며, 금속 적층 공정 지능화를 구현했다는 점에서 3D 프린팅 기술을 한 단계 더 혁신했다는 평가를 받고 있다.
해당 기술을 이전한 엠알텍에서 'AI 기반 로봇 3D프린팅 장비 기술'을 개발 중이며, 주식회사 디코는 이전 받은 기술로 '금속 3D프린팅 결함 검출 시스템' 상용화에 성공했다.
이호진 수석연구원은 “딥러닝 기술로 다양한 적층 결함모드를 탐지해 3D 프린팅 장비 조건을 실시간 능동 제어하는 기술”이라며 “생산공정 데이터를 디지털 트윈 가상 모델 구현에도 적용할 수 있어 파급력이 클 것으로 기대한다”고 밝혔다.
문창규 엠알텍 소장은 “이전 받은 기술은 확장성이 크고, 로봇기반 생산공정에도 응용할 수 있어 AI 기반 로봇 3D프린팅 장비 기술 상용화를 추진 중”이라고 말했다.
황준철 디코 대표는 “비전 시스템 기반으로 생산공정의 온도 데이터를 취득·관리·활용할 수 있다는 측면에서 경쟁력이 높아 항공우주, 의료, 자동차분야에도 적용할 계획”이라고 밝혔다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
