[01 MOMENT]세번째로 단단한 물질을 가공하는 법

We Print Universe: MADDE

by 제로원 Jan 06. 2025

실리콘 카바이드(SiC)는 다이아몬드, 보론 카바이드 다음으로 단단한 물질입니다. 이런 물질을 가공해서 제품을 만들 수 있다면 어떨까요? 분명 기존과는 다른 제품이 탄생할 겁니다. 그런데 높은 경도를 가진 물질이기 때문에 가공도 쉽지 않죠. 게다가 세라믹 성질 때문에 깨지기가 쉬워요. 실리콘 카바이드의 단단함이 장점이자 단점이 되는 셈입니다.

MADDE는 실리콘 카바이드의 단점을 없애고 장점을 살리는 방법을 찾아냈습니다. 바로 3D 프린팅 기술을 이용하는 거죠. 정복할 수 없었던 물질을 이용하는 새로운 방식을 찾아낸 MADDE의 이야기가 여기 있습니다.

비용을 줄이고 효율성을 높이는 3D 프린팅 기술

MADDE는 현대자동차가 선발, 육성하는 스타트업 프로그램인 ‘제로원 컴퍼니빌더’의 지원을 받고 성장해 분사한 스타트업입니다. 실리콘 카바이드를 3D 프린팅 기술로 가공할 수 있는 기술을 개발했어요.

실리콘 카바이드는 최근 반도체, 원자력 등 첨단 산업에 많이 도입되는 자재 중 하나입니다. 실리콘에 비해 고온, 고전압 환경에 강하고 전력 소모가 적습니다. 덕분에 전력 반도체 분야에서 주목하는 소재입니다. 게다가 무려 세상에서 세 번째로 단단한 경도를 가지고 있습니다. 이런 경도는 장점이 되기도 하지만, 가공이 어렵다는 단점을 가지고 있습니다. 그래서 이 물질을 가공하기 위해서는 상당한 시간과 노력, 비용이 들어갑니다.

그런데 MADDE는 이런 단점을 보완할 수 있는 방법을 찾아냈습니다. 3D 프린팅 기술로 실리콘 카바이드를 가공하기로 한 거죠.

MADDE는 바인더 젯이라는 3D 프린팅 기술을 사용합니다. 파우더 타입의 실리콘 카바이드를 한 층씩 쌓아 올리는 방식이에요. 기존의 절삭 가공 방식과 달리 재료 낭비도 적고, 복잡한 형상도 만들 수 있어요. 맞춤형 제조가 가능해 비용을 절감하고 효율성을 끌어올릴 수 있습니다.

또한 MADDE는 WAAM이라는 3D 프린팅 기술도 사용합니다. 와이어 형태의 금속 재료를 녹여서 쌓아 올리는 방식이에요. 이 방식으로 우주 로켓 발사체의 몸통 등 다양한 대형 금속 부품을 생산하고 있습니다.

MADDE는 실리콘 카바이드를 가공하는 3D 프린팅 기술을 이용해 소형 원자로 담체를 제작합니다. 이외에도 반도체, 우주 항공, 소형 원자로 분야에서의 사업 확장을 목표로 하고 있습니다.

실리콘 카바이드는 어디에 사용할 수 있을까?

실리콘 카바이드가 사용되는 분야 중 하나는 우주 산업입니다.

우주로 쏘아 올리는 인공위성에는 위성 반사경이 필요합니다. 간단하게 말하면 우주를 비추는 거울이에요. 위성에는 위성 반사경이 여러 개가 탑재돼요. 우주에서 오는 빛을 받아 상을 만들어야 하기 때문입니다.

하나의 거울이면 충분하지 않나 싶지만 그렇지 않아요. 우주는 엄청나게 큰 공간입니다. 이렇게 멀리 떨어진 공간에서 오는 빛은 상을 명확하게 맺지 못합니다. 그래서 여러 개의 거울을 사용하여 빛을 반사해요. 이 과정에서 빛의 초점거리가 교정되고, 상이 뚜렷해집니다. 우리가 보는 우주의 형태는 모두 이런 방식을 거쳐 완성되었다고 할 수 있어요.

인공위성에 있어 무게는 상당히 중요한 요소입니다. 그래서 탑재되는 거울도 가볍고 튼튼해야 해요. 게다가 극심한 온도 변화를 잘 견딜 수 있어야 합니다. 기존에는 유리 계열의 제로두(Zerodur) 등의 소재를 사용했어요. 그런데 가격이 매우 비쌉니다. 그래서 대안으로 등장한 소재가 실리콘 카바이드, 베릴륨이에요.

MADDE는 실리콘 카바이드를 가공해 인공위성에 들어가는 위성 반사경을 비롯한 여러 부품의 제작을 연구하고 있습니다. 우리는 실리콘 카바이드를 통해 우주를 볼 수 있게 될 거예요.

실리콘 카바이드가 도입될 수 있는 또다른 분야가 있습니다. 바로 소형 원자로입니다.

소형 원자로는 기존 대용량 발전 원자로보다 작은 용량의 전기출력을 가지고 있습니다. 기존 원자로는 사용량에 비해 발전량이 많았어요. 반면, 소형 원자로는 발전량이 많지 않아 소비량보다 과도하게 많은 생산을 줄일 수 있습니다. 게다가 구조도 간단해 설치도 쉬워요. 기존 원전과 비교해서 친환경적이고 경제성이 높습니다.

소형 원자로에도 실리콘 카바이드로 만든 부품이 들어갑니다. 실리콘 카바이드는 다른 물질보다 높은 내방사선성을 가지고 있습니다. 부식과 침식에도 강해 부품을 오래 사용할 수 있어요. 소형 원자로의 내구성이 높아지는 셈입니다.

핵 분열 과정에서는 많은 열이 발생합니다. 이렇게 발생한 열들은 전력 생산에 이용됩니다. 그래서 부품의 열 전달율이 중요하죠. 그런데 실리콘 카바이드는 높은 온도를 견딜 수 있는 물질입니다. 게다가 전도율도 높습니다.

이런 장점들 덕분에 실리콘 카바이드는 소형 원자로 분야에서 주목받기 시작했습니다. 효율성과 안전성을 모두 높이는 부품을 제작할 수 있기 때문입니다. 원자로 유지 보수 비용과 폐기물 발생도 줄입니다. 환경에도 도움이 되는 재료라고 할 수 있습니다.

세상을 혁신하는 제품을 프린팅하는 기업

실리콘 카바이드는 다양한 장점을 가지고 있습니다. 여러 분야에도 적용될 수 있어요. 그런데 너무 치명적인 단점이 있습니다. 바로 비싼 가격이에요.

하지만 MADDE가 도입한 3D 프린팅 방식이라면 이 단점을 보완할 수 있습니다. 절삭가공으로 인해 버려지는 부분이 사라집니다. 복잡한 형태의 부품도 쉽게 만들 수 있어요.

게다가 기존에는 부품을 만들기 위해서 4단계의 공정을 거쳐야 했습니다. 그러나 MADDE는 단일 단계로 공정을 축소했습니다. 비용과 재료 투입을 줄여 낭비를 막았어요.

MADDE는 이렇게 제작한 부품을 공인 기관의 평가에 맡겼습니다. 결과는 매우 긍정적이었어요. 3D 프린팅 방식으로 만든 부품이 기존 방식의 제조품보다 동등 이상임을 증명했거든요.

MADDE는 지금 우주항공, 반도체, 소형원자로 분야에서 협력을 진행하고 있습니다. 펀딩을 통해 후공정 장비 구축과 전문인력 충원에 박차를 가하고 있기도 하죠. 앞으로는 더욱 많은 기관과 협력하여 제품을 개발하고 생산할 계획입니다.

MADDE의 슬로건은 “We Print Universe”입니다. MADDE는 생산의 자유와 세상 만물을 프린트하는 날을 꿈꾸고 있습니다. 세상을 혁신하는 제품을 프린트하는 기업이 되고자 하죠. 이런 MADDE의 발걸음은 우리를 새로운 세상으로 안내하는 길잡이가 될 겁니다.

keyword