해피레포트 - [부품소재 세계일류화를 위해] (3부녹색생산기반기술(2)금형

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[부품소재 세계일류화를 위해] (3부녹색생산기반기술(2)금형

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금형(金型, Metallic Pattern)은 금속 등 재료를 가공·성형해 같은 제품을 찍어내는 도구로 탈바꿈시킨 ‘틀’을 통칭한다. 금형은 대량 생산을 위한 가장 핵심적인 생산기반기술로 공산품 생산 공정의 80% 이상에 적용된다. 특히 기본적인 부품 형태와 정밀도를 좌우하는 보이지 않는 ‘뿌리(root) 산업’으로 그 중요성도 갈수록 커지고 있다. 또 휴대폰을 비롯한 전자 제품의 경박단소화가 빠르게 진행되면서 완제품 생산성을 결정하는 기술로 부상했다. 우리나라 금형 산업은 IT·가전·자동차 등 대표 수출 제품 수요 증가에 힘입어 2000년대 들어 큰 폭으로 성장했다. 지난해 총생산액은 5조7167억원으로 2000년(2조5292억원)에 비해 두 배 이상 성장했다. 또 6대 생산기반기술 가운데 대표적인 수출 효자 산업으로 자리매김했다. 하지만 일본·독일 등 선진국과의 기술 격차는 아직까지 큰 상황이다. 또 2005년 교토의정서 발효 이후 이산화탄소 저감을 위해 에너지 사용을 줄이는 기술 혁신에 대한 요구로 ‘녹색 금형’ 기술을 접목해야 하는 것이 시급한 과제다. 그러나 종업원 50인 이하의 영세한 기업 중심으로 산업 구조가 취약하다는 점에서 정부와 업계는 물론이고 학계가 함께 힘을 합쳐야 한다는 지적이다. 우리나라가 강점을 가진 IT·그린 기술을 접목해 금형 산업을 또 한번 업그레이드해야 할 시점이라는 분석이다. ◇금형, 생기반 대표산업 자리매김=국내 금형 산업은 생산기반기술 가운데 대표적인 수출 효자 품목이다. 지난해 수출액은 15억734만달러를 기록했으며, 무역수지 흑자 규모도 13억6581만달러에 달한다. 1994년 이후 무역수지 흑자를 꾸준히 유지하고 있는 것은 물론이고 2001년 이후 수출액도 연평균 9.4% 증가했다. 특히 국내 시장 수요를 충족할 뿐만 아니라 총생산액의 30%를 일본·중국 등 120여개국에 수출하는 수출 집약적 고부가가치 산업으로 자리 잡았다. 금형 생산액도 매년 10% 내외의 증가세를 유지하고 있다. 기술적인 측면에서는 초창기 가내수공업 수준에서 벗어나 1970년대 범용 공작기계 도입, 1980∼1990년대에는 CAD/CAM 및 지능형생산시스템(IMS) 도입으로 질적 수준이 업그레이드됐다. 2000년 이후에는 금형 생산성 향상을 위한 제조 기술 혁신에 적극 나서고 있다. ◇녹색 마인드 접목 시급=이 같은 양적·질적인 성장에도 불구하고 국내 금형 산업은 보다 근본적인 체질 개선을 요구받고 있다. 특히 점점 강화되고 있는 국내외 환경 규제에 대응하고 신성장동력으로 자리매김하기 위해 환경 부하를 줄이고 에너지 효율성 향상을 위한 ‘녹색 금형’ 기술을 접목하는 것이 과제인 것이다. 이를 위해서는 에너지(전력)를 적게 사용하는 금속 소재 개발 및 고분자 성형 기술이 필요하다. 또 새로운 수요처로 등장한 태양전지, 고효율 발광다이오드(LED) 부품의 금형 기술도 요구된다. 그러나 국내 금형 산업은 종업원 50인 미만 기업 비중이 95%에 달할 정도로 전형적인 중소기업 중심 구조로 지구 온난화 대책 및 이산화탄소 배출 총량 규제에 원천적으로 취약하다는 지적이다. 국내 금형 산업의 총에너지 소비량(2007년)은 3209GWh로 이산화탄소 배출량은 168만톤에 달하는 것으로 추산된다. 주물 산업이 연간 300만톤에 이르는 이산화탄소를 배출한다는 점에서 생산액 대비 배출량은 상대적으로 적다는 평가다. 하지만 납기일을 맞추는 것이 무엇보다 중요한 금형 산업의 특성상 중소기업들은 에너지 절감 대책에 소홀할 수밖에 없다는 지적이다. 이두면 지식경제부 서기관(철강화학과)은 “금형 산업은 다른 생산기반기술과 달리 작업 환경이 비교적 깨끗하고 전력을 주 에너지원으로 사용하기 때문에 이산화탄소 저감 등에 직접적으로 영향을 받지는 않는다”면서도 “금형을 활용하는 전방 산업의 생산성을 좌우하기 때문에 IT를 활용한 최적 설계 등 기술 혁신이 무엇보다 중요하다”고 말했다. ◇생산성 향상 지상 과제로=한국생산기술연구원이 분석한 주요 금형 선진국 현황 자료에 따르면 우리나라 금형 생산액은 전 세계 3위를 기록하고 있지만, 종업원 1인당 부가가치에서는 독일에 뒤처지는 것으로 나타났다. 독일의 금형 총생산액이 44억4000만달러로 우리나라(63억달러)보다 30%나 적음에도 불구하고, 부가가치는 20% 앞선 것이다. 플라스틱 사출금형 생산경쟁력 비교에서도 우리나라는 지난 2007년 일본에 비해 4년의 기술 격차를 나타냈다. 2010년께 일본과의 격차는 3년으로 줄어들 전망이지만, 중국과 격차가 반년으로 줄어들 것으로 전망됐다. 이는 전 세계 금형 시장에서 경쟁 우위를 지키려는 선진국과 틈새 시장을 공략하는 신흥 개도국의 경쟁이 그만큼 치열하게 펼쳐질 것임을 시사한다. 이에 따라 단순히 기술력을 올리는 것에서 벗어나 금형 생산 공정에 IT를 접목해 생산성을 높이는 것이 필요하다. ◇IT 접목이 대안=이에 생기연은 업계와 공동으로 금형 생산공정의 디지털화를 현재 10% 수준에서 60% 수준까지 끌어올리는 한편, 평균 20일이 걸리던 납기일을 5일로 줄인다는 목표를 세웠다. 이를 위해 ‘디지털 금형 3차원 설계 생산 기술’ ‘초생산성 금형 기술’ 개발 등에 적극 나서고 있다. 특히 2010년부터 2014년까지 총 258억원의 예산을 투입해 사출금형 인증제를 등급제로 전환하고, 저탄소 금형·성형 공정기업에는 조세를 감면하는 방안을 추진할 계획이다. 또 IT를 활용한 공정 최적화에도 적극 나선다. 가상(virtual) 엔지니어링 금형 프로세스 기술과 고효율 성형 기술 개발을 추진함과 동시에 소재 사용성을 극대화하는 프레스 금형기술을 단기(2년) 과제로 추진한다. 중·장기적으로는 환경 부하를 원천적으로 제거하는 에코-디자인 금형 설계 및 바이오 플라스틱 금형 기술로 고부가가치 산업으로 탈바꿈한다는 계획이다. 이를 통해 2015년 금형 총생산액 기준으로 25만톤 이상의 이산화탄소를 저감한다는 목표다. 10% 이상의 이산화탄소 배출을 줄여 생산액은 물론이고 생산기반기술 분야에서 대표적인 녹색 산업화를 이루겠다는 것이다. 또 금형 공정의 평균 불량률도 2% 이하로 낮춰 자원 재순환성을 향상한다는 계획이다. 정책을 주관하는 생기원은 이 같은 산·관·학의 노력을 합쳐 2015년에 세계 제1의 금형 선진 국가로 발돋움하겠다는 야심찬 의지를 밝혔다. 산업계도 이 같은 노력에 부응해 기술 개발에 눈을 돌리고 녹색 마인드를 적극 수용해야 한다는 지적이다. 배정찬 생기연 생산기반기술연구본부장은 “전 세계적인 녹색 성장 전략에 부응하는 금형 산업 업그레이드를 위해 제품의 정밀도와 내구성을 높이는 것이 1차 과제”라며 “중·장기적으로는 IT를 활용한 최적 설계 기술을 업그레이드하고, 금형과 성형 공정이 동시에 가능한 복합 공정 시스템을 개발해야 한다”고 말했다. 또 “인건비 상승 등 우리나라 금형 산업 저변이 급속히 선진국화하고 있지만 기술 수준과 녹색 마인드는 이를 따라가지 못하고 있다”며 “IT를 활용한 그린 금형 기술을 토대로 산업 구조를 개선해 나가고 궁극적으로 일본과 독일 등 선진국을 뛰어넘어 세계 최고 금형 국가로 도약해야 할 것”이라고 덧붙였다. <선진국 금형 기술 개발 동향> 최근 일본과 독일 등 금형 선진국은 고정밀 소형재 생산을 위한 고부가가치 금형과 성형을 동시에 처리하는 복합 공정 시스템 개발이 한창이다. 또 재료·설계·가공·성형·측정·공정 설계 등에 IT를 접목, 생산 효율성을 높이고 고부가가치를 추구하는 것이 전반적인 추세다. CAD/CAM 기술을 기반으로 설계 오류를 줄이는 최적 설계 기술도 일반화됐다. 특히 지구 온난화 문제에 대응하기 위한 녹색 전략이 금형 산업에 접목되면서 △공정 최적화(process optimization) △공정 대체(process substitution) △공정 생략(process elimination) 기술에 대한 요구도 늘어나고 있다. 일본은 경쟁국이 생산하기 힘든 소형재에 특화된 기술 연구에 매진하고 있다. 작으면서도 복잡한 형상을 갖추고, 가공이 어려운 것은 물론이고 극히 미세한 고정밀도 소형재에 특화된 금형 기술 연구에 나섰다. 이를 위해 일본 경제산업성은 차세대 금형기술 전략을 수립하고, 고부가가치 금형 강대국으로 자리매김하기 위해 산학연이 힘을 합쳤다. 스즈키사는 작업장 내 온도를 최적 상태로 유지해 수백㎚까지 초미세 가공이 가능한 금형 기술을 연구하고 있다. 오사카시립공업연구소도 환경 부하가 적고, 내구성과 재활용성이 뛰어난 친환경 플라스틱 소재 개발과 소재의 기능성 평가 방법을 연구하고 있다. 일본의 금형 기술은 이미 산업 현장에서 생산성을 향상시킨 다양한 사례를 갖고 있다. 파나소닉dms 기존 유압 사출기를 전동 사출기로 변경해 소비 전력을 줄이고, 정밀 제어 및 공정 최적화를 거쳐 생산성을 크게 향상시켰다. 제품 1개당 전력 소비량이 1.22wh에서 0.29wh로 76%나 줄어든 것이다. 독일도 새로운 공정 개발과 금형·성형 시스템을 동시에 개발, 보급함으로써 독특한 고유 금형 기술을 보유하고 있다. 이를 통해 생산성을 높이고 공정 간 시너지 효과를 창출해 새로운 시장 진입 및 선점 능력에서 지속적인 우위를 지켜나가고 있다. 특히 업체 간 기술이 상향평준화돼 있고, 각 지역 연구소와 대학이 독자 연구센터를 통해 양산 기술을 지원하는 것이 특징이다. 바이어사는 원재료 관리부터 재활용에 이르기까지 모든 제조 공정을 포함하는 생산성 향상 프로그램으로 성형 공정에서 원가 절감에 적극 나서고 있다. 또 아헨공대는 냉각 시간을 축소해 사이클 타임을 단축하고 성형 불량을 최소화하는 연구를 진행한다. 이 같은 산학연의 긴밀한 연구 협조로 독일은 다중사출 금형 분야에서 세계 최고 수준을 유지하고 있다는 평가다. 양종석기자 jsyang@etnews.co.kr

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