[재미있는 원자력] 3D 프린팅, 원자력 안전 지킨다/김현길 한국원자력연구원 책임연구원

최근 여기저기서 많이 언급되고 있는 ‘4차 산업혁명’은 기존 산업구조를 크게 변화시킬 수 있는 신기술인 정보통신, 바이오 분야 등과 관련이 깊다. 이 중 3D 프린팅 기술은 제조업 분야의 4차 산업혁명을 이끄는 신기술로 주목받고 있다.

김현길 한국원자력연구원 책임연구원

3D 프린팅 기술은 어떤 부품을 제조할 때 깎아서 모양을 만드는 기존 절삭가공 방식과 달리 쌓아서 모양을 만드는 적층가공 방식을 사용한다. 이 방식을 이용하면 제조할 수 있는 부품 모양에 한계가 없다고 해도 과언이 아니다. 실제 각종 생활용품부터 항공우주, 자동차 및 의료용 생체 재료 분야는 물론 건축 분야까지 기술의 범위가 확대되고 있다.

또 한 층씩 쌓아 올리는 과정을 통해 제품을 만들기 때문에 하나의 제품 안에서도 층마다 원하는 소재로 바꿀 수 있다는 장점이 있다. 금속 3D 프린팅 기술을 적용하면 금속을 선택적으로 혼합하여 원하는 ‘만능’ 합금을 손쉽게 만드는 것도 가능하다는 말이다.

기존의 금속 소재들로는 다양한 성능을 모두 갖춘 제품이나 부품을 만드는 데 한계가 있다. 일반적으로 한 성능을 크게 높이면 다른 성능이 상대적으로 줄어들게 된다. 이는 지금까지 금속 소재를 원료로 하는 부품 제조 기술의 한계다. 더불어 일반적인 금속 소재 부품을 제조하기 위해서는 고온에서 금속을 녹여 합금하고 가공과 열처리를 반복하는 과정을 거치기 때문에 상대적으로 가격도 비싸고 만드는 데 어려움이 있다.

3D 프린팅 기술은 고품질 고부가가치 산업인 원자력 분야에도 응용할 수 있다. 원자력 기술의 안전성을 더욱 높이기 위해서는 고온, 고압, 방사선 같은 극한 환경에서도 견딜 수 있는 우수한 성능의 소재가 필요하다.

이 때문에 원자력발전소의 안전성을 강화하면서 사고 피해는 크게 줄이기 위한 방안으로 3D 프린팅 기술을 이용한 사고저항성 강화 핵연료가 개발되고 있다. 핵연료를 감싸는 피복관을 3D 프린팅 기술로 만들어 1200도 이상의 고온에서도 거의 변형되지 않는 특징을 갖는 사고저항성 강화 핵연료는 원전 사고 발생 시 사고 환경의 악조건 속에서도 견뎌 사고 대응 시간을 추가로 확보할 수 있다.



이와 관련해 한국이 세계 최초로 첨단 3D 프린팅 기술을 사고저항성 핵연료 피복관 제조에 적용함으로써 이 분야에서 앞서고 있다는 사실은 고무적인 일이다. 핵연료 피복관 시장만으로도 세계시장은 연 1조원 규모로 파악되고 있다.

3D 프린팅 기술의 활용 분야는 무궁무진하다. 3D 프린팅 기술을 이용한 복합소재는 부품을 기존보다 더욱 경량화하고 내구성을 향상시킴으로써 대부분 산업에서 이슈가 되고 있는 환경 및 에너지 문제 해결에도 기여할 수 있게 될 것이다.