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2020 뿌리산업백서로 본 형산업의 미래 기술전망 및 경쟁력 확보 방안
[플라스틱사이언스] 기사입력 2021-01-06 13:16:18


국내 금형산업은 우수한 기술과 QCD(Quality, Cost, Delivery) 경쟁력을 바탕으로 세계 생산 5위, 수출 2위의 금형 강국으로 성장하며, 국내 제조산업이 세계 일류로 성장하는데 원동력이 되어 왔다. 하지만 내수 부진 및 글로벌 경기 침체 장기화로 고용 및 시설 투자가 위축되고 중국·동남아 등 금형 신흥국과의 시장 경쟁이 심화되는 가운데, 무엇보다 코로나19의 영향으로 경영 환경 악화 및 시장 확대에 대한 어려움이 가중되었다. 이에 본지에서는 어려움을 겪고 있는 금형산업의 경쟁력 강화에 도움을 주고자 뿌리산업의 모든 것이 담긴 ‘뿌리산업백서’를 통해 ‘금형산업의 미래 기술전망 및 경쟁력 확보 방안’에 대해 짚어보았다.


<미래 기술 전망>

- 전방 산업 수요에 대응하는 금형기술
세계 금형 기술은 전방 산업의 제품 수요 변화에 능동적으로 대응하여 재료기술, 설계기술, 가공기술, 성형기술, 측정기술, 공정관리기술 등을 복합적으로 적용하는 형태로 전환하고 있다.
자동차 산업은 연비 향상을 위한 치열한 경량화 기술개발과 함께 전기차, 자율주행차 등 친환경·안전·미래형 자동차 개발 경쟁이 가속화되고 있다. 특히, 고경량 차체 개발은 지금까지의 금속재 성형과 고분자 성형의 영역 한계를 탈피하는 복합적인 하이브리드 성형기술을 요구하고 있어 금형 업종간의 상호 기술 교류와 공동 기술연구에 의한 기술개발이 추진되고 있다.
가전 산업은 IoT와 인공지능을 접목한 제품 개발에 집중하고 있고, 모바일·디스플레이 산업은 슬림화와 고감성 디자인 같은 소비자 요구에 대응하고 있으며, 반도체 분야는 AI, IoT, 클라우드 등의 핵심 부품개발과 초정밀화 등이 추진되고 있다. 바이오·에너지 등 미래 신산업 분야에 대응하기 위하여 나노·마이크로급 초미세 금형과 초정밀·초소형화를 위한 마이크로 규모 사출 및 프레스성형 기술 등이 개발 중에 있다.


- 다종 소재 및 첨단 신소재·성형이 가능한 난성형 대응 금형기술
미래 소재 트렌드는 고강도·경량화·고기능화로 변화하는 추세다. 범용 플라스틱에서 나노 복합소재, 스테인리스 스틸, 알루미늄을 거쳐 티타늄, 마그네슘, 유리 및 세라믹, 사파이어 등 신소재 성형으로 발전하는 단계이다.
자동차, 항공·우주 산업 등을 위한 복합재료, 금속, 세라믹 신소재를 활용한 초경량 고강도 부품 생산용 다중성형 금형 기술개발이 진행되고 있다. 탄소 복합재 고분자 소재 사출성형, 프레스성형 및 고장력 강판 핫프레스 성형 등 신소재 적용 금형기술개발을 활발하게 추진 중이며, 고강도 경량 부품 제조용 장섬유 보강 사출성형 시스템 및 장섬유와 열가소성수지의 인라인 컴파운딩 시스템을 포함한 복합재료 사출성형 기술이 개발 중이다.

- 다공정 동시 성형이 가능한 금형 기술
차량 경량화 및 고부가가치 미래산업에 대응하는 복합성형 금형 기술개발이 확대되고 있다.
독일은 프레스성형 기반의 탄소 복합재 성형금형과 오버 몰딩 사출금형을 융합하여 타 부품과 결합구조가 있는 탄소복합재 성형품을 단일 기기에서 구현하며 경량화를 시도하고 있고, 일본은 프레스 공정 및 열성형 공정을 복합화한 금형을 개발하여 탄소섬유 복합재를 이용한 차량 기본 골격 제작에 노력하고 있다. 우리나라는 자동차 부품 핫프레스 공정에서 레이저 절단 공정을 제거하기 위한 핫프레스-전단복합 공정금형을 개발하고 있다.
또한 사출성형과 압축성형이 융합된 사출 압축 금형을 제작하여 가장 얇은 모바일 기기용 도광판 생산 기술을 개발 중에 있으며, 감응형 플라스틱 제품을 제조하기 위해 전기·광학적 회로·소자 부착 필름의 인서트 몰딩 및 미세구조 기판의 패키징 공정 일체화 성형기술을 추진하고 있다. 금형 안에서 사출성형과 코팅을 동시에 수행하는 인몰드 코팅 금형개발로 고감성 제품 제조 기술 양산화도 추진 중에 있다.

- 정보통신기술을 접목한 지능형 금형 기술
스마트 지능화 기술 접목·확산을 통해 금형 설계·생산·관리 최적화, 자동화, 무인화를 위한 시스템 구축과 IoT·AI를 활용한 지능형 금형과 성형 기술개발이 가속화될 전망이다.
노후 설비에서 데이터를 수집·분석하여 생산 시스템과 연계할 수 있는 장비와 SW데이터 플랫폼을 구축하고 금형 생산 공정을 효율화할 수 있는 스마트공장 도입 등을 추진하고 있다.
미국은 국가 차원의 첨단 제조 파트너십 프로그램을 통해 첨단 금형산업 육성과 스마트화를 시도하고 있고 자동차 산업을 주요 수요처로 하여 금형 설계 및 제조 기술 고도화를 추진 중에 있다. 독일은 금형 산업의 위한 모듈화, 자율화, 생산자원 관리 및 ICT 융합을 통해 인더스트리 4.0을 추진하고 있다. 중국은 제조업 발전 전략으로 13차 5개년 계획인 ‘중국 제조 2025’를 추진하면서 제조업의 스마트화와 기술 경쟁력 고도화 지원을 확대하여 제조 강국으로의 도약을 도모하고 있다.
IoT·AI를 활용한 지능형 금형의 경우 다양한 센서와 액추에이터가 융합된 금형 기술개발이 진행 중이다. 금형 내에 센서를 내장해 성형 및 금형 상황을 실시간으로 확인함으로써 생산공정에서 문제 발생 시 자동제어로 설비를 중단하여 양산 불량을 막는 기술이 가속화될 전망이다.
 


<경쟁력 확보 방안>
 
- ICT 융합 제조기술과 다기능 인재 양성 필요
글로벌 패러다임 변화에 대응하는 ICT 융합 제조기술 혁신을 위해 디지털 정보 기반 생산 환경을 위한 한국형 금형산업 스마트팩토리 모델의 구축이 필요하다.
금형 설계·생산·관리 등 가치사슬 단계를 디지털화한 협업 시스템을 구축하고 지식기반 3차원 설계 자동화로 금형설계의 인공지능화·최적화·자동화 기술개발을 추진한다. 또한 근로시간과 최적임금 등의 고용 환경 변화에 대응하여 생산성 향상 방안을 적극적으로 모색한다.
금형산업 자동화 첨단화 확산을 위한 국가적 지원도 필요하다. 금형 산업 경쟁력을 확보하는 정부 주도의 선제적이고 종합적인 대응이 필요하며 축적된 제조 지식과 정보화 기술을 통합하여 제조 산업의 시스템화를 가속화한다. 또한 금형 산업 가치사슬혁신 실증센터를 건립·운영하여 미래 기술개발 기반을 구축한다.
미래산업 대응을 위한 다기능 인재 양성과 산업 유입 촉진을 위한 기술 인재 육성 및 고용을 확대 지원하고 융·복합, 신산업 대응을 위한 융합인재 교육 체계를 마련하며 미래사회 변화에 대한 유연성 확보를 위한 학제 간 학습을 강화한다. 또한 국가 핵심 유망 성장산업으로의 제조 산업 인식 개선을 위해 지속적인 근로 환경 개선노력과 ACE산업으로 인식을 변화할 범사회적 홍보와 지원이 필요하다.

- 고부가가치 창출 가능한 금형 기술과 협력 지원 체계 필요
무엇보다 고부가가치 창출이 가능한 금형 기술개발이 필요하다. 이에 차별화된 고난이도 금형·성형기술 확보를 통해 기술 중심의 차별화 전략이 필요하다. 자동차용 대형금형, 모바일용 정밀금형, 광학·반도체·바이오용 초정밀 금형 기술개발 등에 주력하여 해당 분야에서 글로벌 경쟁력을 확보하려는 노력이 요구된다.
인공지능과 빅데이터를 활용하여 숙련 인력의 공정 최적화, 진단·예측 능력을 모사함으로써 숙련 인력 부족 문제를 해결할 수 있는 지능형 금형 기술개발도 필요하다. 사출성형 공정 스마트 금형시스템 기술, ICT 융합 금형 프레스 공정 제어시스템 기술, 생산 효율성 향상을 위한 성형 공장 및 금형의 실시간 비전 검사 시스템 기술 등이 이에 해당한다.
주요 수요 산업인 자동차, 기계·중장비, 전자 산업의 글로벌 선두 기업을 중심으로 수요가 예상되는 부품 모듈을 중심으로 수요기업의 기술요구 사항을 충족하여 해당 기업의 납품 자격을 획득할 수 있는 기술을 중점 개발한다. 또한 지속 성장을 위한 미래 신산업 대응 첨단 도약형 금형기술을 개발한다.
글로벌 경쟁력 강화를 위한 협력 지원 체계도 마련되어야 한다.
국내 대기업 수주 생산 체제에서 탈피한 글로벌 영업체계 구축이 필요하다. 선택과 집중을 통해 기존 30% 수준의 전문 특화기업의 비중을 과감히 확대하는 정책을 수립하여 시행할 필요가 있으며, 품질과 신뢰성을 향상하여 수출 시장을 다변화하고 선진국 시장의 인지도를 제고할 제품 고도화에 노력해야 한다. 또한 진출 대상 시장 현지 업체와의 협업을 통한 대응 체제 구축과 수출유망시장에 금형 기술 종합지원센터 구축을 통한 금형기업의 수출역량 제고 등의 유망 시장에 대한 집중적인 마케팅 활동으로 신흥시장 진출을 확대해야 한다.
대기업과 중소기업 간 상생 관계도 적극 강화되어야 한다. 대·중소기업의 상생 협력을 통해 국가 차원의 금형기술개발을 추진하고 글로벌 경쟁력을 확보하고 권역별 금형 전문센터 설비를 활용한 금형기술개발과 가공지원 등 효율적으로 기업을 지원하는 방안이 마련되어야 한다. 


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