3D프린팅 기술은 80년대에 시작되었다. 당시 3D프린팅 기술은 그저 재미 삼아 모형을 만드는 정도였고, 실제 상용부품을 만드는 데 적용하기에는 내구성과 강도 등이 매우 부족했다. 그러나 지속적인 연구를 통해 2000년도 후반 GE는 제트엔진의 연료 분사 노즐을 금속 3D 프린팅으로 재설계하여 제작에 성공했다.

전에는 수십∼수백 개의 부분품을 용접하고 조립해서 만들던 부품을 3D프린팅으로 전체를 하나의 부품으로 만들게 되면서 대폭적인 공기 단축과 비용 절감, 그리고 성능 향상까지 이루었다.

특히 오바마 행정부는 3D프린팅 기술을 미국이 다른 나라를 앞서갈 수는 주요한 첨단기술의 하나로 인식하고 2016년에 9개의 제조혁신센터를 설립하고 적극적으로 지원하기에 이른다.

3D프린팅 기술을 활용하여 ‘비용 절감’과 ‘성능 향상’이라는 두 마리의 토끼를 잡은 항공 산업을 보면서 다른 산업계도 이 같은 대열에 합류하고 있다.

특히 자동차 산업계에서는 BMW, 폭스바겐, 도요타, GM과 우리나라의 현대자동차 등 자동차회사 대부분이 적극적으로 3D프린팅 기술을 활용하고 적용하는 사례가 나타나고 있다.

원자력 산업도 3D프린팅 기술의 장점을 인식하고 이를 적용하는 일에 나서고 있다. 특히 원전은 건설 후 30년 또는 60년 이상 가동하게 되고, 수요 부품의 수량이 적어 수명 주기 동안 부품 공급업체가 없어질 수도 있다.

결국 오랜 시간에 걸쳐 원전을 안전하게 안정적으로 가동하기 위해서는 필요한 소량의 부품을 적기에 조달하는 것이 가장 중요하다.

이런 환경에 적합한 기술이 바로 3D프린팅 기술이다.

3D프린팅은 소량의 부품을 만들기에 적합하고, 단순한 3D 적층 공정을 통해 부품 제작이 가능하여 적기 조달이 가능하다.

아래 사진은 비등수형 원자로의 핵연료 집합체 채널 부품과 핵연료 상단 마개를 3D프린팅으로 제작한 것을 보여준다. 이 두 부품은 실제 상업용 원전에 이미 적용하여 사용되고 있다.

원전 부품 중에서도 핵연료 부품은 가장 까다롭게 시험과 검증을 받는 부품인데, 이렇게 3D프린팅 기술로 제작한 부품을 원전에 적용하는 것은 원전의 많은 부분에 3D프린팅 기술을 적용할 수 있음을 보여준다.

그 연장 선상에서 최근 미국 오크리지 연구소는 마이크로원자로 개발 작업을 진행하고 있다. 원자로의 핵연료와 노심을 아예 3D프린팅으로 제작하는 방식이다.

이렇게 되면 매우 복잡한 전통적 제조방식을 뛰어넘기 때문에 전체적인 원전 제조 비용이 대폭 절감될 것으로 기대되고 있다.

국내에서도 3D프린팅 기술의 장점을 살려 원자력 산업에 적용하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 지난 수년간 핵연료 부품 3D프린팅 개발 과제 및 원전 부품의 3D프린팅 제작 연구 등에 많은 노력을 기울이고 있다.

그래서 우리나라에서도 가동되는 원전의 안전한 운영과 유지보수를 위해 더욱 적극적인 3D프린팅 부품의 적용이 이루어질 것으로 기대하고 있다.

남궁인 한국전력 국제원자력대학원대학교 교수