인터뷰: 레이저 열처리공법, 향후 전체 열처리시장의 10% 점유기대
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인천국제용접&절단&레이저설비산업전시회
레이저 열처리 공법, 향후 전체 열처리시장의 10% 점유기대

유로비젼주식회사 한상배 이사
1. 국내 레이저 설비산업의 현실과 생산현황은?
국내에서 레이저를 활용한 절단이나 마킹, 용접 산업은 약 15여 년 전부터 시작하여 어느 정도 시장이 형성되어 있지만, 레이저를 이용한 열처리 산업은 이제 막 시작 단계에 들어섰다고 할 수 있다. 레이저 열처리 공정 및 특성에 대한 전문적인 지식이 다소 부족한 상태에서 유럽, 일본 등 해외로부터 CO₂ 레이저 또는 Nd:YAG 레이저 발진기를 수입하여 레이저열처리 기술을 양산 공정에 적용하기 위한 시도가 수년 전부터 있어 왔으나, 금속 재질·생산성·품질 관리 그리고 투자비 등 다양한 이유로 실제 양산 공정에 적용된 사례는 거의 없었다. 그러나 최근 들어 고성능 부품의 개발과 친환경 기술의 요구에 대한 폭발적인 수요에 힘입어 여러 산업 분야에서 레이저 열처리 공법에 대한 수요가 증가하고 있는 것으로 파악되고 있으며, 당사에서는 광케이블을 이용하여 레이저 빔이 전송되는 방식의 고출력 다이오드(반도체) 레이저 시스템을 로봇에 설치하고 레이저 빔의 형상을 최적화하는 한편, 레이저-빔이 조사되는 동안 모재의 온도를 정확하게 컨트롤하는 등의 레이저 열처리 전 과정을 전체적으로 데이터베이스화하여 통합적으로 제어 가능한 기술을 확보하기 위한 많은 노력을 기울이고 있다.
레이저를 이용한 금속의 열처리 과정에서 매우 중요한 기술 중의 하나는 온도 센서(Pyrometer)를 이용하여 모재 온도를 실시간으로 측정하고 측정된 신호를 레이저 발진기로 실시간으로 피드백하여 모재 온도를 정교하게 제어하는 것인데, 소재 표면에 레이저 빔을 조사했을 때 출력이 너무 높으면 모재 표면이 용융되고 반대로 출력이 충분하지 않으면 모재의 표면 온도가 충분히 상승되지 않아 열처리 효과를 기대할 수 없기 때문이다. 레이저 열처리 공법의 경우에는 온도 센서가 실시간으로 온도를 측정하므로 전 구간이 균일하게 일정 온도로 유지하여 단시간에 깨끗하게 작업할 수 있어, 향후 일부 기존의 고주파 열처리 공법을 대체할 새로운 기술로 각광받을 것으로 예상하며, 이에 따라 국내에서도 레이저 열처리 시장이 점차적으로 확대될 것으로 판단한다.
현재 이와 같은 장점으로 인해 레이저 열처리 기술은 자동차 산업 분야에서 많은 검토가 이루어지고 있으며, 천안의 자동차부품연구원과 울산의 자동차부품혁신센터에서는 이미 레이저 열처리 장비를 도입하여 자동차 관련 산업에 레이저 열처리 기술이 조기에 적용될 수 있도록 전폭적인 지원을 하고 있다. 일반 기업과는 달리, 정부출연 연구기관은 연구소에서 보유하고 있는 신기술에 대하여 적극적으로 홍보하고 여러 관련업체에 기술 지원을 모색함으로써 국내에서는 비교적 알려지지 않은 레이저 열처리 신기술을 자연스럽게 보급?소개하고 있으며, 이러한 노력은 향후 레이저 열처리의 시장 확대에도 상당한 도움이 되리라 생각한다.
레이저 열처리 시장은 앞서 언급했듯 자동차 산업 분야에서 시작되어 점차 금형 산업·기계산업·철강 산업 및 조선업 등에도 폭넓게 확대될 것으로 예상된다.

2. 국내 레이저 산업의 시장 규모와 유통 규모는?
국내에서 레이저 열처리 기술은 당사에서 선도적으로 기술을 소개하고 시장을 개척하는 ‘시장 형성의 초기 단계’이기 때문에 아직 본격적인 시장이 형성되지는 않았다고 할 수 있다. 그러나 기존에 사용하던 공법들 중 고주파 열처리와 화염 열처리로 해 왔던 작업들은 대부분 레이저 열처리로 대체 가능하므로, 현재의 고주파 열처리 시장의 40∼50% 이상은 향후 레이저 열처리로 대체할 수 있을 것으로 전망하고 있다.
고주파 열처리의 경우 열처리하는 부분의 열 열향 부위가 많아 그만큼 치수 변형이 크게 발생하며, 정밀성을 요구하는 제품에 고주파 열처리 공법 적용 시 열처리 제품에 후가공을 통하여 치수를 맞춰야 하는 불편함이 있었다. 이와 마찬가지로 화염 열처리를 하는 경우 역시 프로세스 자체가 안정적이지 않고 작업자 숙련도가 제품의 품질에 많은 영향을 끼친다는 단점이 지적되어 왔다.
하지만 레이저 열처리를 하게 되면 치수 변형이 거의 없어 후 가공이 필요 없으며 금속학적으로도 우수한 조직을 얻을 수 있는 한편, 작업자의 숙련도에 의지하는 비중이 낮아짐으로써 다양한 기술적·환경적 장점이 있다. 따라서 향후 높은 품질의 국부 열처리가 필요한 대형 프레스 금형 및 항공기·자동차·선박 부품의 제조에 있어서 기존 열처리 시장의 10% 이상은 레이저 열처리 공법으로 대체될 수 있을 것으로 예상하고 있다.

3. 국내 레이저 설비의 기술 개발과 기업 경영에 있어 애로사항은?
무엇보다 레이저 열처리 기술이 아직 국내에서는 많이 알려지지 않았기 때문에 겪는 어려움이 가장 크다 하겠다. 제품 홍보 시 레이저 열처리라는 것이 무엇인지 확실히 소개해야 함은 물론 장비 소개, 기술적인 특징, 타 공법과의 비교 분석 그리고 기술 및 완제품의 품질 검증까지 모두 입증해야 하므로, 많은 시간과 노력과 비용이 요구된다. 또한 실수요자로부터 레이저 열처리 공법의 적용에 따른 모든 기술적·환경적 타당성이 충분히 검토되었음에도 불구하고, 기존의 화염 열처리나 고주파 열처리 공법에 비하여 상대적으로 고가의 투자비용이 필요함으로써 투자를 꺼리는 일이 발생하여 국내 레이저 열처리 산업에 있어 걸림돌이 되고 있다. 기존 고주파 열처리에 비해 초기 투자비용이 상대적으로 높긴 하지만, 여러 기술적·생산적 장점을 고려한다면 레이저 열처리가 더욱 효과적이라는 것을 인식함에도 불구하고 일반중소기업에서는 선뜻 레이저 열처리장치의 도입을 결정하지 못하는 상황이다. 그도 그럴 것이 레이저 열처리 기술을 통해 개별 부품의 품질이 향상되더라도, 원청업체로부터 납품 단가를 추가로 인상받기에는 현실적으로 많은 어려움이 있으므로 납품 단가가 상승되지 않는 한 제품의 품질 향상을 위한 설비 투자비용은 고스란히 중소기업의 부담으로 다가오기 때문이다.

4. 국내 레이저 산업의 발전 방안과 개선 방안?
레이저 열처리와 같은 새로운 기술들을 국내에 알릴 기회가 더 많아져야 한다고 본다. 특히 관련학회 활동 및 신기술 세미나 자리를 통하여 관련 기술을 소개하고 이 기술의 확대 적용에 따른 여러 요인들을 객관적으로 공론화시켜 검증할 수 있는 모임 등이 활성화된다면 국내에서 빠르게 신기술이 전파될 것으로 예상된다. 이를 위해서는 새로운 기술에 대한 두려움이나 신기술 적용에 있어 소극적인 태도를 버리고, 자동차 산업 및 조선산업 분야의 대기업을 중심으로 과감한 투자 및 기술 개발 노력이 필요하다고 할 것이다.
또한 우리나라의 경우 이공계 출신의 석·박사급 고급 인력들 대부분이 학교나 정부출연 연구소등에서 근무하는 것을 선호하는데, 이들 고급 기술인력이 일반 기업체에도 골고루 진출하여 기업에서 요구하는 상용화가 가능한 실질적인 기술 개발에 더욱 매진할 수 있다면 우리나라 산업 발전에도 많은 도움이 되리라 생각한다.

5. 향후 귀사의 기술 개발과 기업 정책 방향은?
국내에는 당사만큼 레이저 열처리 관련 종합적인 기술력 보유를 위해 지속적인 연구 노력과 투자를 하는 회사는 그다지 많지 않을 것으로 생각된다. 이제는 열처리가 가능한 레이저 소스만을 고객에게 공급하는 것이 목표가 아니라, 그 동안 쌓은 다양한 경험과 레이저 열처리 기술에 대한 지식을 바탕으로 신뢰성과 안정성이 검증된 양산 공정에 폭 넓게 적용 가능 한 레이저 열처리 턴-키 시스템을 개발하여, 국내 레이저 열처리 기술의 새로운 장을 열고자 한다. 이를 위하여 각 금속 재질에 따른 열처리 특성에 대한 기초연구를 통한 데이터베이스의 구축과 함께, 연구인력의 충원?실험 분석 장치의 구축을 통한 종합적인 기술개발 인프라를 구축할 것이다.

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