많은 접합 및 절단 공정들은 레이저에 의해서만 가능하다. 새로운 기술에 의해 훨씬 가벼우면서 단단한 부품들만큼 안정된, 속이 빈 구조를 가진 금속 부품들을 제조하는 것이 가능하게 되었다. 또한 레이저를 사용하여 다양한 경량 건축 재료들과 철근을 서로 결합할 수 있게 되었다. 아헨에 있는 프라운호퍼 레이저 기술 실험실 ILT는 다양한 해결안을 독일 뮌헨에서 2015년 6월 22~25일에 개최되는 레이저 월드 포토닉 무역 쇼에서 선보일 예정이다. 경량 건축 재료들은 인기가 많다. 예를 들어, 알루미늄은 자동차 차체에 사용되며 비행기 동체에는 이미 많은 부분에 경량 특성을 가진 탄소섬유 복합재료가 포함되어 있다. 또한, 경량 건축 기술은 오염을 많이 줄여준다. 새로운 제조 및 공정 방법에 의해 생산 공정들을 보다 빠르게 하고 재료들을 보다 가볍고 강하게 만들 수 있다. 

레이저 기술은 특히 중요한데, 아헨에 기반을 두고 있는 프라운호퍼 레이저 기술 ILT의 몇 가지 전시물이 포토닉 레이저 월드 쇼에서 제시될 것이다. “Light”라고 쓰인 2미터 길이의 전시물은 눈길을 사로잡을 것으로, 이 문자는 복잡하고 다공성인 메시 구조로 만들어진다. 이 전시물은 삼차원 인쇄기술을 사용하여 플라스틱으로 만들며 프라운호퍼 ILT는 산업체 수요자들과 함께 내부 구조를 조절하여 무게를 최적화한 금속 부품들을 개발하고 제조하게 된다. 삼차원 인쇄방법에 의하면 소비자 맞춤형의 제품들을 단 한 번에 생산하는 것도 가능하다. 무역 쇼에서 전시되는 LIGHT는 경량 특성을 가지면서 안전한 구조물로 사용될 수 있는, 장관을 이루는 모양을 제시하고 있다. 

프라운호퍼 실험실 ILT 연구원들은 경량 구조를 가진 금속 부품들을 제조하는데 있어 전문가들이다. 이 부품들을 제조하기 위해서 선택적 레이저 용융법(selective laser melting: SLM)을 사용하며 이는 지난 몇 년 동안에 더 발전되었다. 삼차원 인쇄와 매우 유사한 선택적 레이저 용융법은 레이저 빔을 사용하여 CAD 데이터 지침에 따라 아주 정확하게 분말을 녹인다. 그러고 나서 단지 수 마이크로미터 두께를 가지는 층들을 경화시켜 형성하고 층층으로 쌓아 부품을 만들게 된다. 또한 연구원들은 스포츠 자동차에 사용하기 위해 바퀴들이 개별적으로 연결되어 있는, 안정하고 매우 가벼운 조절대 지지체를 개발하는데 선택적 레이저 용융법을 사용하였다. 조절대 역시 내부는 공간이 비어 있어 캐스트 혹은 기계 장비로 제조하는 것과 비교하여 훨씬 가볍고 보다 안정하다. 복잡한 구조를 가진, 속이 빈 구조물은 SLM 방법으로는 제조가 불가능하다.

무게를 줄이는 것은 안정성과 관련이 있어 부품들과 자동차를 보다 가볍게 만드는 것은 어렵다. 이러한 이유로 오늘날 경량 구조물은 종종 특별한 목적에 적합한 것으로 선택된 알루미늄 및 섬유 보강 플라스틱과 같은 다른 재료들과 결합된다. 섬유 보강 플라스틱의 안정성은 다른 부품들과 압출될 때 어려운 점이 있어 현재는 일반적으로 다양한 재료들을 함께 붙이는 방법을 사용한다. 그러나 이는 제3의 재료들을 첨가하는 것으로 노화와 금이 가는 현상을 야기할 수 있다. 금속 및 섬유 보강 복합재료를 결합하는데 있어 이러한 단점을 해결하기 위해서 프라운호퍼 ILT 과학자들은 레이저를 기반으로 하는 제조공정 기술들을 적용하였다. 이 경우에 연구원들은 약간 패이고 하부가 절개된 금속 부품의 표면에서 100마이크로 규모 패턴을 태웠다. “이러한 방법으로 금속 및 섬유 보강 복합재료를 결합할 때 플라스틱은 아직 뜨거운 액체 상태에서 패인 부분으로 흐르게 된다. 플라스틱이 경화될 때 금속의 표면에 걸리게 된다”고 ILT의 레이저 전문가인 Alexander Olowinsky 박사는 말한다. 

이러한 방법으로 제조된 플라스틱 보강 자동차 문이 무역 쇼에서 전시될 예정이다. 최근에 사람들은 금속 및 섬유 보강 복합재료를 각각으로 많이 사용할 뿐만 아니라 응용분야에 따라 다양한 강철도 사용하고 있다. 자동차의 무게를 줄이기 위해서 자동차 제조업자들은 현재 고강도, 압축 강화된 강철과 같은 재료들을 사용하고 있다. 이들은 특히 안정하고 보다 얇은 시트들이 사용되어 무게를 줄이게 된다. 그러나 또한 가격이 비싸기 때문에 자동차 제조업체들은 기존의 강철을 고강도, 압축 강화 강철과 함께 용접하려는 시도도 하고 있다. 문제는 국부 용접과 같은 기존 방법들이 고강도 강철의 용접 부위에서의 강도를 감소시킨다는 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 프라운호퍼 ILT는 몇 군데 산업체 파트너들과 함께 고강도 강철의 안정성을 손상시키지 않는 대체가능한 용접방법을 개발하기 위한 협력 프로젝트를 수행하고 있다. 무역 쇼에서 조절대 지지대와 같은 다양한 전시물을 사용하여 다른 기술들이 제시될 것이다. 

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』