SSAB 철강 생산을 위한 차세대 버너 헤드

델바와 EOS, 구리를 이용한 AM의 길을 열다

2025년 12월 1일 | 읽는 시간: 5분

완벽은 좋은 것의 적이다: 이는 핀란드 철강 생산 현장에서 SSAB의 가스 플레너용 완전히 새로운 유형의 버너 헤드 개발을 위한 좌우명이 될 수 있다. 이를 위해 SSAB는 AM 전문가이자 Delva Oy의 CTO인 마르쿠 린드크비스트에게 연락했다. 기술 서비스 기업 에테플란(Etteplan)은 버너 헤드 시뮬레이션 및 설계 지원을 위해 참여했다. 과제: 기존 버너 헤드 설계를 개선하고 생산량을 늘리며 품질을 향상시키는 것이었습니다. 오늘날에는 긴밀한 협력과 적층 제조된 구리 부품의 독특한 특성 덕분에 그 이상의 성과를 달성했습니다.

철강 생산의 과제: 생산 속도, 품질 및 지속 가능성

SSAB는 고강도 강재 및 관련 서비스에 주력하는 글로벌 철강 기업입니다. 핀란드 라헤에 위치한 SSAB 생산 현장의 한 공장은 강판 제조 공정 전 강판 표면의 결함을 제거하고 평탄화하기 위해 가스 플래너를 사용합니다. 기존 설비에서는 강판 표면이 거칠고 깊은 홈이 많이 발생했습니다. 제품 품질을 개선하고 폐기물을 줄이기 위해 SSAB는 생산 공정 최적화 방안을 모색했습니다.

"첫 논의에서 SSAB는 새로운 유형의 버너 헤드를 개발하고자 한다고 밝혔습니다. 이 버너 헤드는 가스 흐름을 최적화하여 품질과 생산성 측면에서 더 나은 결과를 도출할 수 있어야 합니다."
핀란드 기업 Delva Oy의 최고기술책임자(CTO) 마르쿠 린드크비스트

프로젝트를 시작할 당시에는 요구 사항을 정확히 어떻게 충족할 수 있을지 불분명했습니다. 그 시점에서 델바는 새로운 버너의 설계와 시뮬레이션을 위해 에떼플랜에 도움을 요청했습니다. 델바와 에떼플랜, SSAB는 흥미진진한 적층 제조 여정을 시작했습니다. 그 당시만 해도 지속 가능성이 다양한 방식으로 게임의 일부가 될 것이라고는 아무도 예상하지 못했습니다.

구리 AM을 위한 공동의 힘: 포기가 선택이 아닐 때

일반적으로 금속 적층 제조를 살펴보면 레이저 파우더 베드 퓨전은 다양한 재료와 함께 작동하며 접합부 없이 복잡한 형상의 정밀 부품을 생산할 수 있습니다. "이는 SSAB 애플리케이션의 목표이기도 했습니다."라고 린드크비스트는 설명합니다. "하지만 니켈 기반 합금으로 제작된 최초의 버너 헤드 프로토타입은 SSAB 애플리케이션의 극도로 열악한 환경을 견디지 못했습니다. 우리는 인코넬 718이 고온 합금인 만큼 좋은 소재 선택이 될 것이라고 생각했습니다." 첫 번째 테스트 후 알게 된 것은 고온 내성이 문제가 아니라 주요 재료 특성이 전도성이라는 것이었습니다. 그때 구리 합금 CuCrZr을 사용하는 것이 해답이 될 수 있을지 의문이 생겼습니다.

구리는 높은 부드러움, 가단성, 열 전도성 등 많은 장점을 가지고 있습니다. 하지만 오랫동안 이 소재를 다루고 안정적이고 반복 가능한 결과를 얻을 수 있는 적합한 적층 제조 공정을 찾지 못했습니다. 2024년 EOS는 새로운 순수 구리 소재를 고안하고 EOS M 290 1kW 시스템을 사용하여 열 관리 및 부품 해상도와 같은 핵심 문제를 해결했습니다. "첫 번째 테스트에는 아직 EOS 킬러 머신이 없었습니다."라고 Markku는 말합니다. "그래서 우리는 EOS와 긴밀히 협력했고 곧 구리 3D 프린팅이 모든 질문에 대한 해답이라는 것을 깨달았습니다."

첫 번째 구리 테스트에서는 버너 헤드 상단을 CuCrZr로 제작하고 더 작은 채널은 316L로 제작했습니다. 구리 "립"은 적층 제조된 316L 위에 직접 제작되었습니다. "우리는 가장 작은 0.7mm 채널이 개방 상태를 유지하도록 하고 싶었고, 당시 구리 재료에 대한 경험이 많지 않았습니다." 이후 설계 개선과 현장 테스트를 거쳐, 80µm 두께의 0.7mm 채널을 포함한 전체 부품을 구리로 제작할 수 있게 되었다. "SSAB는 전 과정에 걸쳐 매우 열린 태도를 보였으며, 우리가 성공한 점에 매우 기쁘게 생각합니다."

"첫 번째 테스트에서는 아직 EOS 킬러 머신이 없었습니다. 그래서 우리는 EOS와 긴밀히 협력했고 곧 구리 적층이 모든 질문에 대한 해답이라는 것을 깨달았습니다. SSAB는 처음부터 끝까지 매우 개방적인 태도를 보였고, 우리가 성공하게 되어 매우 기쁩니다."
Markku Lindqvist, 핀란드 기업 Delva Oy의 CTO

모든 수준의 혜택: 새로운 버너 헤드 그 이상

한편 Delva는 두 대의 1kW 레이저가 장착된 AMCM M 290-2 1kW 기계에 투자하여 생산을 시작했습니다. 또한 Delva는 버너 헤드로 연결되는 배관을 설계하고 최적화했습니다. 적층 제조와 하이브리드 프린팅이 핵심적인 역할을 했습니다. 현재 14개의 프린트된 구리 버너가 SSAB의 가스 플래너에서 나란히 작동합니다. 가장 분명한 이점 중 하나는 새로운 설정으로 생산된 강철 빌릿의 표면이 매끄러워져 수율도 향상되었다는 점입니다. 두 가지 모두 채널의 복잡한 기하학적 구조로 인해 가스 흐름이 개선된 것과 관련이 있습니다. "또한 버너의 무게가 6,7kg으로 12,9kg이었던 이전 모델에 비해 가볍습니다."라고 Markku는 말합니다. "전체 시스템이 적은 진동으로 작동합니다. 우리는 무게가 몇 톤에 달하는 무거운 어셈블리에 대해 이야기하고 있습니다. 따라서 진동이 적다는 것은 기계의 피로가 적다는 것을 의미하며, 이는 내구성 향상으로 이어집니다." 또한 버너는 유지보수 없이도 훨씬 더 오래 사용할 수 있습니다.

공정 효율성을 높임으로써 이산화탄소 배출량도 감소할 것입니다. 연간 14,000~30,000톤에 달하는 것으로 추정되며 향후 몇 달간 검증될 예정입니다. 최대 30,000톤의 이산화탄소 절감 효과는 스위스 생모리츠 규모의 작은 마을 전체가 연간 배출하는 탄소 발자국을 없애는 것과 같습니다. "다른 방식으로 계산하면 연간 500만 유로의 절감 효과를 낼 수 있어 진정한 지속가능성 사례가 됩니다"라고 마르쿠가 덧붙입니다. 새로운 버너 헤드가 일체형으로 프린팅됨에 따라 누출로 인한 가동 중단을 초래하는 유지보수 작업도 사라집니다. "수명이 연장된 것은 큰 개선점입니다. SSAB의 유지보수 담당자는 "기계 유지보수가 필요 없어 생산을 계속 가동할 수 있다"고 말했습니다. 마르쿠 린드크비스트가 언급한 마지막 장점은 기존 버너 헤드가 2개월이 소요되던 것에 비해 2주라는 짧은 납기이며, 부품 가격도 기존 제조 방식과 비교해 경쟁력 있다는 점입니다.

과거와 미래를 내다보기: 다음 프로젝트를 위한 준비

"꽤 긴 여정이었습니다."라고 마르쿠 린드크비스트는 다시 말합니다. "하지만 성공의 비결은 각 단계에서 문제를 파악하고 이를 해결하여 다음 단계로 나아갈 수 있었으며, 이는 SSAB 및 Etteplan과의 매우 훌륭하고 긴밀한 협력 덕분이었습니다." 최종 제품은 최상의 결과를 얻기 위해 마지막 미세 조정 작업을 거치고 있으며, 지금 이 순간에도 이전 반복 작업은 열심히 진행되고 있습니다. 델바는 구리라는 야수를 길들여 다른 프로젝트의 문을 열었습니다. "구리는 매우 다르게 작동합니다. 우리가 얻은 모든 노하우를 통해 앞으로 구리를 어떻게 활용할 수 있을지 살펴봅시다." 가장 흥미로운 응용 분야 중 하나는 기하학적 구조의 완전한 자유와 최대 전도성과 생산성 간의 완벽한 균형의 혜택을 누리는 열교환기 개발이 될 것입니다.

델바와 제조 파트너사에 대해 자세히 알아보세요: