LG화학, 3D 프린팅 핵심 소재 'ABS 수지'로 미래 먹거리 찾았다

LG화학이 제조업의 혁신을 불러일으킬 것으로 기대되는 3D 프린팅 기술의 핵심 소재인 ABS(고부가 합성수지, Acrylonitrile Butadiene Styrene)로 미래 먹거리 선점에 나섰다.

24일 LG화학에 따르면 3D 프린팅 기술이 제조업의 혁신을 불러올 차세대 기술로 각광받고 있는 가운데, 그 소재로 활용되는 ABS의 수요가 증가하고 있는 상태다.

3D 프린팅 기술은 일반적으로 영화 소품과 캐릭터 등을 만들때 사용되는데, 디지털 디자인 데이터를 이용해 소재를 층층이 쌓아 올려 3차원 물체를 만드는 기술이다.

이 기술을 이용하면 모형이나 금형을 따로 만들 필요가 없어 생산원가를 낮출 수 있으며, 생산주기도 줄일 수 있어 제3차 산업혁명을 가져올 기술 중 하나로 꼽힌다.

1988년 3D 시스템즈(3D Systems)사에서 최초로 3D 프린터를 상용화했으며, 모델링, 프린팅, 후처리 등 세 과정으로 진행된다. 모델링은 복제하려는 모델을 1차적으로 3D 스캔하거나 3D 제작 소프트웨어를 통해 본뜨는 작업이다.

이를 3D 프린터로 복제한 후 세 번째로 후가공을 거치게 된다. 프린팅을 할 때 도색이나 인쇄가 잘 안 된 부분이 존재하기 때문에 반드시 후가공을 거쳐야 실제로 이용할 수 있는 제품으로 거듭나게 된다.

3D 프린팅 기술은 크게 고체인 ABS와 PLA 등을 원료로 사용하는 압출 적층 조형(FDM. Fused Deposition Modeling), 나일론과 유리, 세라믹, 티타늄 등 분말을 원료로 사용하는 선택적 레이저 소결 조형(SLS. Selective Laser Sintering), 포토폴리머 플라스틱과 같은 액체를 원료로 하는 광경화 수지 조형(SLA. Stereo lithographic Apparatus) 등 크게 3가지로 분류된다.

이 중 현재 가장 보편화된 것은 용융 적층 모델링 혹은 용융수지 압출 적층 방식으로 불리는 FDM 방식이다. 이는 열가소성 고체 필라멘트를 가는 철사 줄처럼 동그랗게 말아놓은 것과 유사한 재료(ABS 및 PLA 소재)를 회전 모터로 구동하는 피더(feeder)에 넣고 압출기(Extruder)를 통해 분사 노즐로 자동 분사해 한 층씩 쌓아 올리는 방식이다.

분사 노즐에서 나온 재료는 열가소성 수지이기 때문에 적층하는 순간 굳게 되는데 한 층이 완료되면 모델 조형판은 한 층의 두께(보통 0.1~0.3mm) 정도 Z축으로 하강하고 다시 프린터 헤드는 회전 모터에 의해 X, Y축으로 빠르게 움직이며 또다시 한 층을 쌓은 후 Z축이 하강하는 과정을 반복하는 출력 방식이다. 

FDM 방식은 미국 스트라타시스(Stratasys) 사에서 개발한 방식으로 2009년 특허가 만료돼 오픈소스 프로젝트가 활성화 되면서 3D 프린터의 가격 저하와 대중화에 기여하기도 했다.
 

LG화학은 3D 프린팅 중심 소재로 꼽히는 ABS를 연간 165만t을 생산하며 세계 점유율 1위(20%)를 기록하고 있다.

ABS는 대중적인 3D 프린팅 방식인 FDM 방식의 주요 소재로 사용되는 아크릴로니트릴(A), 부타디엔(B), 스타이렌(S) 성분의 합성수지로 가공성, 내충격성, 내열성이 좋아 각종 전자기기 부품(냉장고, 청소기, 세탁기, TV, 모니터 등), 자동차 내외장재(라디에이터 그릴, 손잡이, 자동차 램프 등), 사무실 기기, 잡화, 완구류(레고, 완구 본체 등)에 쓰이고 있다.

3D 프린팅 기술에는 LG화학이 생산하는 쌀알 모양의 ABS 팰렛을 중간 가공회사에 넘기면 이 업체가 실 형태의 필라멘트를 뽑아 3D 프린팅 업체에 최종 납품하는 형태로 적용되고 있다. LG화학이 3D 필라멘트를 직접 생산하고 있지는 않지만 앞으로 3D 프린팅 기술 성장세가 기대되는 만큼 이 사업에도 진출하게 될 가능성이 크다. 

미래창조과학부의 통계에 따르면 현재 3D 프린터는 소비재·전자(22%), 자동차(19%), 의료(17%) 분야 등을 중심으로 확대되고 있으며 3D 프린팅을 활용해 완성품을 만드는 생산 비중은 2003년 3.9%에서 2012년 29.3%로 증가했다.

미국의 시장조사업체 월러스어소시에이츠(Wohlers Associates Inc.)는 3D 프린팅 시장이 장비 성능 향상, 3D 프린터의 가격 하락, 관련 서비스 산업의 발전에 힘입어 2018년까지 세계 제조업체의 25% 이상이 3D 프린팅을 적극 활용할 것이며 2012년 22억 달러에서 2021년 108억 달러로 고속 성장할 것으로 전망했다.

현재 3D 프린팅 기술은 엔터테인먼트, 패션, 건축, 바이오·의료, 항공 우주 등 광범위한 사업 분야에서 다양한 목적으로 활용되고 있다.