<화요특집> 레이저 가공기;국내 가공기술 현황과 전망

우리나라에 레이저 가공 생산 시스템이 도입된 80년대로부터 십수년이 지난지금 레이저가공기 시장이 성장을 하게 되어 세계적으로 성장 가능성이 매우 큰 시장으로 주목을 받기에 이르렀다.

레이저 가공으로 생산된 부품이 고품질, 고부가가치 제품이 되는 이유는 절단의 경우 첫째, 매우 좁은 절단 폭과 좁은 열영향층을 갖기 때문에 미세 절단 가공이 가능하고, 컴퓨터 프로그램을 이용하므로, 골률이 많은 부품, 표준 금형으로 가공할 수 없는 부품 등에 특히 유리하다. 둘째, 후가공이 필요 없는 가공대상이 많아 공정단축이 되고 셋째, 전자동화가 용이하므로 인력을 최소화할 수 있다. 특히 용접의 경우 고품질의 용접부품을 생산할 수 있다.

이종금속및 이종두께의 금속간의 용접은 고부가가치 제품의 생산을 가능케한다. 열처리의 경우 국소적인 위치에만 열처리를 함으로써 원가를 절감하고 제품의 품질을 높일 수 있다. 미세전자부품 용접의 경우에는 여러 개를 용접 하고자 하는 부위에 레이저 빔을 같은 에너지로 분지시켜서 동시에 용접할 수가 있으며, 용접의 품질은 기존의 저항 용접에 비해 매우 우수하며 유연성 이 뛰어나다.

우리나라의 경우에는 레이저 가공기술의 응용분야가 매우 협소한 형편이다.

현재까지는금속박판의 절단이 대표적인 레이저 가공 영역이며, 일부 용접에 초보적으로 적용되고 있다.

국내의 레이저 생산 시스템의 개발은 대부분이 수입된 레이저 발진기와 자체 개발 제작한 가공기와의 조립과 가공기술을 가미한 전체 시스템의 조립개발 을 의미한다. 레이저의 경우, 산업체의 실용화에는 높은 안정성과 신뢰도가 요구되므로 현재 국내에서 응용되고 있는 레이저의 대부분은 외국에서 수입 된다. 산업용으로 이용되는 고출력 CO⁴레이저의 경우 금성전선에서 10여년에 가까운 연구로 인하여 2㎞까지는 실용화 단계에 와 있었으나 개발의 우회 전략으로 인하여 외국 업체와 기술제휴로 현재는 조립 생산을 하고 있으며, Nd: YAG레이저의 경우 한국 원자력 연구소에서 일단계 실용화 연구를 마무리 하고 공동연구를 한 코러스 레이저에서 신뢰성 향상 등의 연구를 하고 있다.

금속절단용레이저 가공기의 경우 국내의 레이저 가공기 제조회사들이 레이저는 수입하고 시스템을 자체 개발, 제작하고 있는데 레이저 제어에 사용되는 CNC는 수입품의 사용이 국내 개발품보다 다소 많은 형편이다. 현재까지 사업에 참여하고 있는 대부분의 회사들이 가공기와 가공기술을 중심으로 개발, 시판하고 있는데 제품의 성능이 수입된 레이저 가공기에 필적할 만큼기술적으로 성장하였다. 그러나 아직도 최적화된 국산 레이저 가공기가 출현 하였다고 자부하기에는 다소 거리가 있다. 이를 위해 금성전선은 기계연구원 과 공동으로 금속절단용 레이저 가공기의 최적화 연구를 2년간 계속 하고 있으며 (주)한광은 스위스의 바이스트로닉스사와 기술제휴를 통해 이 회사의 레이저 가공기를 국내에서 생산하고 있다. 삼성항공은 레이저 사업의 사업확대를 추진하고 있으며, 대우중공업은 꾸준한 사업 성장을 하고 있는 것으로알고 있다. 현대중공업은 레이저 가공기의 안정화를 연구중이며, 그외 여러 업체에서 레이저 가공기 사업 참여를 검토하고 있다.

용접용 시스템의 경우에는 에어콤프레서 클러치 용접, 다이아몬드톱 용접, 컬러TV전자총의 용접 등이 현재 활용되고 있는 대표적인 응용의 예. 용접 시스템의 경우는 레이저의 신뢰성, 안정성이 중요하고 빔전송계의 최적화 설계가 중요변수가 된다. 금속절단용 레이저가공기 제조회사들이 용접용 또한 제작하고 있으며 하나기술(주)도 이 범주의 레이저 시스템을 개발, 생산하고 있다. 현재까지 국내에 설치되어 가동되고 있는 레이저 가공기술의 응용은 설치 시스템의 약 70% 이상이 CO⁴레이저 가공기를 이용한 금속 박판 절단 가공이 며, 10% 정도는 레이저 마킹, 그리고 20% 정도가 Nd:YAG레이저를 이용한 전자부품의 미세용접 및 고출력 CO⁴레이저를 이용한 용접및 미세전공 등이다. 현재의 대부분 레이저시스템 시장 형성이 금속 박판용 레이저 가공 기(약 80%이상)인 까닭에 대부분의 레이저 시스템 사업 참여 회사는 금속 박판용 레이저 가공기 시장에 참여하고 있다.

국내산업이 2000년대를 진입하면서 전자, 컴퓨터, 항공기, 메커트로닉스, 신 소재시스템 산업, 자동화등 첨단고도 산업이 주도 하리라 예상되므로 핵심부 품의 레이저 가공이 필연적인 과제라 생각된다. 21세기를 앞둔 현재, 제품기술의 특성이 고기능화, 자동화, 기능 복합화, 성에너지화, 고정밀화, 고집적 화를 요구하는 고도산업 기술수요가 증가함에 따라 레이저 가공기의 시장은 매우 낙관적이다. 그러나 우리나라의 경우 레이저 가공기술은 다른 산업의 발전에 비해 그 시장 규모가 적고 발전속도가 매우 더디다. 그 이유로는 첫째 작은 시장의 규모로 인한 경제성의 문제와 둘째, 기술의 복합성으로 인한 통합된 연구의 어려움을 들수 있다.

경제성에서는 실제적으로 지금까지는 레이저 가공기를 이용한 부품 생산업체 는 부가가치를 내고 있으나 레이저 가공기 제조회사의 경우는 이익을 청출해 내지 못하고 있다는 것이 문제점이다. 이는 국내시장의 규모가 절대적으로 작은데서 기인된다고 보이는데 이는 잠재고객들이 레이저 가공으로 인한 부품생산의 고품질화, 생산성 향상 등에 확신을 갖지 못하기 때문이라 여겨진다. 비근한 예로 현재 레이저 가공기의 최대 시장이 단순 임가공업체이고, 자동차등의 큰 응용분야에서는 레이저 가공기의 응용의 거의 전무하다시피 한 것은 이러한 사실을 단적으로 나타낸 것이라 하겠다. 따라서 레이저 가공 기의 잠재시장이 매우 긍정적이면서도 현존하는 시장에서 나타나는 괴리를 어떻게 줄일 것인가가 레이저 가공기 제조업체뿐 아니라 국가적 차원의 과제 라 생각된다.

한편 우리나라의 레이저 가공기술 발전의 문제는 산업사회의 고도화를 위한 기반기술을 체계적인 접근없이 방치해 두는 데에 있다고 생각된다. 상공자원 부(현통상산업부)의 공기반과제 및 과기처 과제를 통한 계속적인 연구지원은 있었으나 실제 결과의 응집에 있어서는 효과가 그리 크다고 보기 어렵다. 많은 연구 종사자들이 연구소나 학계에서 열악한 설비에도 불구하고 각 분야별로 노력을 해왔지만, 이러한 연구결과들이 사실상 실제 산업화 기술고도화에기여한 바를 되돌아보면 기술이 너무 산발적이지 않았나 하는 느낌을 저버릴수가 없다.

독일의 경우에는 레이저 센터를 설립하여 레이저 기반기술부터 가공기술에 이르기까지 일관된 연구체계를 이미 형성하고 세계 레이저 생산시스템의 기술을 주도해가고 있고, 일본의 경우도 같은 노력을 하고 있다. 필자가 아는레이저 가공기술의 경우에 있어서는 우리나라가 세계를 주도할 수 있는 좋은상품제작 가능성이 있다고 생각된다. 왜냐하면 레이저 가공기술이 기초적인 이론의 뒷받침에서 출발한다기보다는 상당부분 많은 시행 착오적 실험으로 그 결과들이 도출되기 때문이고, 레이저 생산시스템의 제작도 전 자동화가 아닌 많은 기술자들의 노동집약적인 노력을 필요로 하는 기기이므로 고급기술자들이 임금이 아직은 낮은 우리나라의 경우 가격경쟁에서 유리한 입장에 있다고 할 것이다.

문제는 이러한 연구를 어떻게 응집시키느냐에 있다. 그 최선의 방안은 레이저 생산 시스템에 관한 산업화 연구를 수행할 수 있는 레이저 센터(가칭)를 설립한 것이다. 연구의 결과들이 레이저 생산시스템의 제조업체로 전수되어 기기의 원가가 낮아지고 기술이 고도화되면 고객은 레이저를 이용한 고부가 가치의 제품생산을, 제조회사는 시장규모의 확대로 인한 부가가치를 같이 창출할 수 있다고 판단된다.

이렇게 할 때 무엇보다도 가장 바람직한 것은 레이저 센터에서 연구한 가공 기술을 각 산업에 이전하여 부품의 고도화에 기여하는 것이다. 자동차, 항공 전기.전자, 기계, 조선등 여러 분야에서 설계자들이 설계시부터 레이저 기술을 활용함으로써 레이저 기술분야에서 우리나라의 고도산업사회를 선진 기술국에의 기술종속 없이 형성시키는 것이다.

우리나라에서 생산하는 제품은 세계적으로 초일류 제품이어야 한다. 이 제품 을 생산하는 데에 필요한 부품에 관한한 우리나라 제품의 자신력은 다소 미약한 것이 사실이다. 그러나 레이저 가공기술을 이용한 부품에 있어서는 세계 최고의 제품을 생산할 수 있다고 필자는 믿고 있다. 레이저 가공 기술응용에 관한 산업계나 연구기관의 일치된 견해는 우리나라가 레이저 가공기술 에 있어서는 선진기술국에 뒤지지 않을 수 있다는 것이다. 그 이유는 전술한 바와 같이 레이저가공기술이 이론적인 기초기술보다는 응용기술에 의해 국제 경쟁력을 가질 수 있기 때문이다. 응용기술은 우리나라가 우위를 차지할 수있는 장점을 지닌 것임을 많은 산업분야에서 우리가 경험을 했다. 이는 전산업분야의 전문기술자들이 레이저 가공 기술의 응용을 좀더 적극적으로 고려할 때 가능하리라 본다. 문제는 그 시기를 놓치지 않아야 한다는 것이다.