[공학저널 김하늬 기자] 최근 유럽, 미국 등 국가에서는 물류 유통의 인력난 해소와 재고 관리, 사회적 재난, 고령화 건강관리 등 국가적 상황에 적합한 신산업 모델을 발굴하고 이를 위한 맞춤형 제조 플랫폼을 개발하고 있다. 새롭게 출현할 신산업 분야는 비대면 판매 유통 사업, IoT 식품 안전 관리 사업, 보건환경 사업, 신체부착형 헬스 모니터링 사업이 주류를 이루고 있는 상황이다. 바이오, 광전자, 에너지, 토 목, 나노, 환경, 반도체 등 융합과의 연결이 핵심인 4차 산업혁명 에서 이종 산업·기술 간 융·복합을 통한 첨단 기술 개발은 더욱 가속화될 전망이다.

이러한 융합 기술의 개발은 끊임없이 이뤄지고 있고, 발전을 통해 새로운 산업의 근간이 되고 있다. 다양한 기술 의 융합을 통해 소재·부품·장비 국산화, 관련 인프라 조성, 투자유치 다변화 등 다양한 분야에서 주목할 만한 결과물들이 드러나고 있다. 특히 2020년에 설립된 신규 연구조직 한국생산기술연구원 융합기술연구소 공정플랫폼연구부문은 미래의 제조 산업 지능화 에 대비해 국가 주력 산업인 전자부품 제조 분야의 제조 공정 기술, 인공지능, IT기술이 융합된 공정 플랫폼을 연구 개발 업무를 수행하고 있다. 융합 기술 개발을 통해 장기적 관점에서 지능형 스마트팩토리 개념의 맞춤형 제조 공정 플랫폼 개발에 중점을 두 고 있는 것이다. 이에 공학저널은 한국생산기술연구원 공정플랫폼 연구부문 이상호 부문장(사진)을 만나 융합 기술과 플랫폼의 전망, 향후 계획에 대해 들어봤다.

INTERVIEW. 한국생산기술연구원 융합기술연구소 공정플랫폼 연구부문 이상호 부문장

보유하고 있는 기반 기술을 바탕으로 다양한 융합기술을 개발 중인데, 부문에서 개발한 대표 기술을 꼽는다면

마이크로 멀티 노즐젯 코팅 장비와 전자빔 미세홀 가공기술을 꼽을 수 있습니다.

부문에서는 소재·부품·장비 기술을 융합해 대면적 멀티 노즐젯 코팅 시스템을 개발, MEMS가공기술을 이용해 정밀한 멀티 노즐 헤드를 직접 개발한 바 있습니다. 헤드 제어기술, 공정 제어 시스템 기술 등은 협력기업인 ㈜디바이스이엔지가 함께 개발했으며 최적의 코팅 공정을 위해 잉크 소재의 점도와 건조 특성, 퍼짐성 제어를 최적화한 것이 특징입니다.

전자빔 미세홀 가공기술은 기계적 방식의 드릴 가공, 레이저 등 기존 가공방식 대비 수십, 수백배 이상의 가공속도를 높일 수 있는 기술 로 1초에 수백 개 이상 미세홀 가공이 가능합니다. 특히 새로운 방식의 융합 가공기술로, 기존 플라스틱 생산에 요구되는 메탈 필터를 획기적으로 변화시킬 수 있는 자동화 방식의 필터에 적용하고 있습니다.

가상가공(Virtual machining) 기반 시뮬레이션 기술 적용도 시도했다고

가상가공은 작업 현장에서의 실제 가공을 컴퓨터의 가상공간에서 예측, 다른 말로 시뮬레이션 하는 기술을 의미합니다. 절삭가공의 경우에는 공구의 이송에 따른 피삭재와의 맞물림 계산을 통해 피삭재의 가공되는 형상을 가시화했으며 가공현장에서 일어나는 일을 사전에 확인할 수 있습니다. 이를 통해 공구의 이송에 따라 피삭재에서 제거되는 형상을 기준으로 절삭력을 예측하고 스핀들과 각 이송축에 필요한 토크, 파워 등을 예측해 절삭공정의 물리량을 예측할 수 있습니다.

가상가공 기반의 공정모니터링 기술은 실시간으로 전달되는 CNC의 정보 중에서 공구의 위치를 이용해 사전에 계산된 가상가공 데이터를 동기화했으며 장비 곳곳에 부착된 센서들 에서 수집되는 측정데이터까지 통합하는 과정을 거쳤습니다. 가상가공의 예측 값도 보다 정교하게 계산해낼 수 있는 등 향후 연구에의 활용도가 높을 것으로 기대하고 있습니다.

최근 디스플레이 분야 기술 개발 성과가 눈에 띄는데 이에 대한 설명 바란다

우선 부문 소속 조관현 수석 연구팀이 개발한 VR용 초고해상도 OLED 화소 형성 기술이 주목을 받았습니다. 유리 기판 위에 1867 PPI의 고해상도를 구현하는 기술을 개발하며 유리로는 고해상도를 만들 수 없다는 기존 고정관념을 깼다는 점에서 눈길을 끌었습니다. RGB 방식 OLED를 유리 기판에 올리며 단숨에 VR용 디스플레이에 쓸 수 있는 수준의 해상도에 도달했다는 평가를 받고 있습니다.

이와 함께 정용철 수석 연구팀은 폴더블 디스플레이에 적용할 수 있는 신소재를 독자 개발하고 이를 활용한 커버윈도우를 만드는 데 성공했습니다. 커버윈도우는 외부 충격이나 오염, 지문 등으로부터 디스플레이 기판을 보호 해주는 핵심부품으로 스마트폰 등 각종 IT 기기 화면 겉면에 부착됩니다. 이번 연구로 화면을 접었다 펴도 주름이 덜 생기는 폴더블폰을 생산하는데 일조를 할 수 있게 됐습니다.

연구원에서 기술 지원 미션을 수행하는데 있어 정책·사회적으로 필요한 부분은

한국생산기술연구원은 실용화 연구와 중소·중견기업 기술 지원을 기관의 미션으로 수행하고 있습니다. 세계를 선도하는 디스플레이 반도체 분야와 같은 전자부품 분야에서는 중소 중견기업에 요구되는 기술적 수준도 점차 높아지는 상황입니다. 하지만 현재 수행되는 정부 지원 과제는 기업 주관의 품목지정형 단기 과제가 많은 상황으로 중장기 생산기술을 선도적으로 개발하기에는 어려움이 따르기도 합니다.

중소·중견기업의 제조 혁신을 뒷받침하기 위해서는 이를 긴밀히 지원할 수 있는 중장기 선행 연구가 필요하며, 한국생산기술연구원이 이를 근접 수행할 수 있도록 연구비, 인력, 신규 연구 장비가 적절한 시기의 확충될 수 있는 정부 지원이 필요하다고 생각합니다. 또한 실용화 중심의 산학연 공동 프로그램도 마련돼 중소·중견기업에 우수 인력이 공급될 수 있길 바랍니다.

올해 주력 계획은 무엇인지

올해는 세 가지 분야에 집중하고자 합니다.

그동안 축적된 잉크젯 공정 기술을 다양한 전자부품을 제조 기술로 한 차원 높여 연구 개발하고자 합니다. 디스플레이 화소 형성 기술, 색변환층 컬러 필터 제조기술, 통신용 연성평판 케이블 기술 등에 잉크젯 인쇄 기술을 적용하는 것을 목표로 하고 있습니다.

또한 거의 전량 해외 수입에 의존하고 CNC 기계 분야에서 부문이 보유하고 있는 CNC 통신 기술을 바탕으로 센서를 이용, 다양한 CNC 관리 정보를 추출해 인공지능 기술과 접목하는 시도도 수행해볼 계획입니다. 체계적 관리는 HMI플랫폼과 데이터플랫폼을 개발할 예정입니다.

마지막으로 최근 각광받고 있는 수송용 연료 전지, 전기차에 적용이 가능한 고효율, 장수명 전극소재를 개발에 주력할 계획입니다. 전극 표면에 코팅·표면처리 기술을 적용해 장시간 운전으로 인한 소재 노화억제, 표면처리로 인한 계면저항 감소, 부산물 생성 억제 등을 통해 저항을 낮추고 반응속도를 높이면서 소재의 장기 신뢰성을 확보하여 필드에서 적용 가능한 소재를 개발하는데 목표를 가지고 있습니다.