타이타늄, 활용성 크지만 가공 어려워 계속 고가
엠티아이지, 타이타늄 대량생산 자체 공정 개발
이형민 부사장, 타이타늄 구형 분말 등에 도전


소재 기술의 발전은 기존보다 나은 제품을 만드는 데 있어서 큰 영향을 끼친다. 과거에는 부피와 무게의 한계로 구현할 수 없었던 성능을 구현케 할 뿐 아니라, 새로운 산업 영역을 창출케 한다. 문제는 새로운 소재는 기존에 쓰이지 않았던 만큼 사용하기 까다롭단 단점을 내포하고 있으며, 재활용도 어렵단 약점을 지닌다.

가령 우리가 흔히 티타늄이라 부르는 ‘타이타늄(Titanium)’은 강도가 높아서 항공기와 우주선의 부품으로 사용되는 등 항공우주산업의 핵심 소재라 볼 수 있다.

내식성이 뛰어나서 해양 구조물과 선박 등의 소재로 널리 활용될 뿐만 아니라, 금속 알레르기 유발 정도가 낮고, 독성도 없어서 의료 산업에서 임플란트 등에 쓰이고 있다. 편견과 다르게 무게가 가벼워 액세서리 등에 활용하기에도 적합하다.

이처럼 다양한 영역에서 활용성이 입증된 타이타늄은 제한적으로 보급 중인데, 강도와 내식성이 뛰어나단 장점이 가공이 어렵다는 단점으로 이어지기 때문이다. 심지어 순수한 타이타늄을 얻기 위해 가공 중 많은 타이타늄이 폐기물로 버려진다.

그나마 타이타늄은 희귀한 자원이 아니지만, ‘탄탈륨(Tantalum)’의 경우에는 매장량이 수요를 못 따라올 정도라 가격이 더욱 비싸다. 콩고에선 해당 자원을 두고 내전이 벌어지기도 했다. 콘덴서 재료로 세라믹보다 우수한 성능을 지닌 탄탈륨은 제품의 무게와 부피를 줄일 수 있어 전자 산업의 발전의 매우 중요한 열쇠다.

 
활용성 높은 자원을 더욱 활용성 있게 사용하려면 저렴한 가격으로 제품을 만들 수 있어야 하며, 제품을 만들거나 사용하며 발생한 부산물과 폐기물을 재활용하는 기술이 필요하다. 2006년 설립된 엠티아이지(MTIG)는 소재, 특히 타이타늄 분야에서 경쟁력을 갖춘 기업이다. 엠티아이지의 이형민 부사장을 만나 타이타늄, 탄탈륨과 관련한 사업의 진행 단계와 앞으로의 목적과 포부에 대해 물었다.



Q. 만나 봬서 반갑습니다. 엠티아이지에 대한 소개 부탁드립니다.

A. 엠티아이지는 꿈의 신소재라 불리는 타이타늄의 대중화를 목표로 설립된 기술 전문 기업입니다. 타이타늄은 지구상에서 4번째로 많이 매장된 자원이나, 가공이 까다로워 활용도가 제한적입니다. 엠티아이지는 분말사출성형공정을 통해 타이타늄 소재를 대량생산하는 기술을 개발했습니다. 당사는 분말 생산부터 최종 제품과 부품의 생산까지 전 주기 공정을 보유하고 있으며, 2008년에는 산업통상자원부(당시 지식경제부)로부터 해당 공정에 대한 신기술인증(NET) 마크를 획득했습니다.

이를 바탕으로 엠티아이지는 현재 의료용 타이타늄 부품을 치과용 임플란트 업체에 공급하고 있습니다. 당사는 회사명(Material Techinical Innovation Group; MTIG)처럼 끊임없는 기술 혁신을 통해 △전자기기 외장재 아노다이징 지그, △전자기기 내외장재, △타이타늄 망치, △화장품 어플리케이터, △패션 부자재 등의 다양한 타이타늄 제품을 개발했으며, 지속해서 추가 제품을 개발하고 있습니다.



Q. 최근 엠티아이지 화성 공장이 시설 보수를 완료했다는 소식을 들었는데, 어떤 장비들이 새롭게 추가됐는지 궁금합니다.

A. 먼저 작업환경 개선을 위한 자동화 공정 장비 3가지와 고품질 제품 생산을 위한 수소화 열처리용 대형 믹싱기를 도입했습니다.

작업환경 개선을 위해 첫 번째로 도입한 장비는 자동 게이트 커팅기입니다. 분말사출성형공정은 기존 플라스틱사출공정과 유사하게 사출을 위한 피드스탁을 투입하는 게이트가 남는데, 이 부분을 제거해야 최종 제품으로서의 가치를 가집니다. 기존에는 게이트 부분을 사람이 직접 전량 제거해 품질의 편차가 있었으나, 자동 게이트 커팅기 도입으로 품질을 일정하게 유지할 수 있게 됐습니다.

두 번째로 도입한 장비는 제품 자동정렬기입니다. 분말사출성형공정은 크게 “사출-탈지-소결” 공정을 통하여 제품이 제조됩니다. 탈지와 소결 공정은 고온의 열처리 공정을 사용합니다. 이 공정에서 각 제품이 닿아 있으면, 금속 원자의 확산으로 인해 제품과 제품의 접합이 발생할 수 있습니다. 이를 막기 위해 제품을 정렬하여 제품끼리의 접합이 이루어지지 않게 해야 합니다. 지금까진 사람이 직접 정렬했으나, 제품 자동정렬기 도입으로 약 30%의 시간을 단축할 수 있었습니다.

세 번째 장비는 자동 선별기입니다. 자동 선별기는 생산되는 타이타늄 제품과 부품의 설계 오차 범위 외의 제품을 선별합니다. 현재 엠티아이지에서 주로 생산하는 임플란트 포장용 타이타늄 부품은 임플란트 포장 전주기 공정이 자동으로 진행되고 있습니다. 해당 자동화 공정 중 설계 오차 범위 밖의 제품이 투입되면, 전체 포장 라인이 멈춥니다. 이러한 리스크를 줄이기 위해 자동 선별기를 제작하여 불량률을 낮추고, 고품질의 제품을 공급하기 위한 노력을 이어가고 있습니다.

고품질 타이타늄 제품 생산을 위한, 고품위의 타이타늄 분말을 제조하기 위해서는 고품질의 원재료를 생산해야 합니다. 이를 위해 타이타늄의 높은 산소 친화도를 고려한 연속식 수소 열처리 장치를 도입하여 낮은 산소농도를 지닌 고품질의 타이타늄 분말을 제조할 수 있는 여건을 마련했습니다.

타이타늄 제품과 부품의 대량생산을 위해서는 분말사출성형공정에 투입할 피드스탁을 대량으로 제조해야 하는데, 금속분말은 해당 공정에 사용할 수 없습니다. 따라서 고분자 바인더나 유기물과 혼합하여 유동성을 부여하는 공정이 필요합니다. 이를 위해 수소화 열처리용 대형 믹싱기를 도입했고, 하루에 제조 가능한 피드스탁 생산량을 높여 타이타늄 제품과 부품의 생산량을 높이고 있습니다.



Q. 엠티아이지에 최근 플라즈마 장치가 새롭게 추가됐습니다. 이 플라즈마 장비를 어떻게 사용할 것인지 듣고 싶습니다.

A. 플라즈마 장치는 고온의 플라즈마를 형성하여 분말이 플라즈마를 통과할 때, “용해-재응고” 과정을 통해 각형 분말을 구형화 분말로 제조할 수 있는 장치입니다. 최근 3D 프린팅을 활용한 적층 기술이 주목받고 있으며, 타이타늄 또한 3D 프린팅 기술에 접목하기 위해 많은 기관에서 R&D 수행 중에 있습니다.

현재 타이타늄 3D 프린팅용 구형 분말은 3D 프린팅 장비를 가진 몇몇 업체에 의해 공급 중인데, 가스 아토마이저 방식으로 제조돼 가격이 매우 높습니다. 반면 엠티아이지는 자체적인 분말 제조 공정으로 저렴하게 이를 대량생산할 수 있지만, 각형 형태로만 생산 가능하여 3D 프린팅에 활용할 수 없었습니다. 이에 플라즈마 구형화 장치로 각형 분말을 구형 분말로 제조하면 저비용 공정으로 고품질 타이타늄 구형 분말을 제조할 수 있으리라 판단했고, 해당 장치를 도입했습니다.



Q. 올해 주력 품목과 영업 방향에 대한 설명 부탁합니다.

A. 현재 엠티아이지 주력 생산 품목은 치과용 임플란트 타이타늄 포장 부품입니다. 고령화 시대가 도래하며 치과용 임플란트 수요가 상승하고 있으며, 이에 따른 공급 또한 증가하고 있고, 임플란트 포장용 부품 주문량 역시 증가하고 있습니다.

올해는 타이타늄이 많이 사용되는 수술용 공구 등 의료용 소재에 대한 저변확대는 물론, 지속해서 연구 중인 전자기기 내외장재 소재, 생활소비재, 망치와 기어 등의 기계 부품, 보석, 패션 부자재, 안경테 부품 등의 액세서리 분야의 제품을 개발하고 공급하여 타이타늄의 대중화를 이끄는 것이 목표입니다.



Q. 엠티아이지는 타이타늄과 탄탈륨 스크랩을 재활용하는 기술을 가지고 있는 것으로 알고 있는데, 이 기술에 대한 소개 부탁드립니다. 또한, 향후 타이타늄과 탄탈륨 재활용 사업에 대한 계획이 있다면 설명해 주십시오.

A. 엠티아이지는 2016년 한국에너지기술평가관리원의 지원을 받아 고등기술연구원, 한국생산기술연구원, 포항산업과학기술원, 한국피지엠, 서울과기대, 엔에이티엠과 함께 국내에서 재활용되지 않고 해외로 전량 반출되는 탄탈륨 스크랩을 재활용하여 고부가가치 소재화하는 기술을 개발했습니다. 탄탈륨은 타이타늄과 마찬가지로 수소저장 능력을 갖춘 금속으로, 수소 저장 시 분말화 가능한 소재입니다. 엠티아이지는 이러한 특성을 활용하여 “전처리–수소화–분쇄–탈수소화” 공정을 통해 탄탈륨 스크랩으로부터 고품질 탄탈륨 분말로 변환할 수 있습니다.

타이타늄 스크랩의 25%가량이 타이타늄 스펀지와 제품 제조 중에 발생하는데, 이런 스크랩은 다량의 산소와 불순물을 포함하고 있어 특히 사용이 어렵습니다. 엠티아이지는 타이타늄 스크랩의 불순물을 제거하는 전처리공정, 산소를 제거하는 탈산공정, 산소가 제거된 타이타늄 소재를 소재화하여 재활용하는 기술을 2020년부터 개발하고 있습니다. 현재 한국산업기술평가관리원의 관리하에 하루에 무등급(Off-Grade) 타이타늄 스크랩 100kg 이상을 탈산 정련해 4N5급 잉곳과 분말을 만드는 기술을 개발하는 사업을 고등기술연구원, 한국생산기술연구원, 한국지질자원연구원, 경북대학교, 순천대학교, 한밭대학교, 인탑스와 함께 진행 중입니다.

타이타늄, 탄탈륨은 부가가치가 매우 높은 소재입니다. 엠티아이지는 타이타늄, 탄탈륨의 재활용에 그치지 않고, 재활용 소재를 활용한 제품과 부품을 개발해 소재의 부가가치를 극대화하려고 노력하고 있습니다.



Q. 세계적인 타이타늄 기업으로 도약하기 위한 앞으로의 계획과 포부는?

A. 타이타늄, 탄탈륨 소재 원천기술을 보유한 엠티아이지는 미래 성장 가능성이 충분한 회사입니다. 관련 부품을 제조하고 납품하는 것을 넘어, 타이타늄을 활용하고 싶어 하는 부품 제작 업체들이 자사의 타이타늄 소재를 사용할 수 있도록 트렌드 변화를 이끄는 것이 당사의 목표입니다. 엠티아이지는 세계적으로 당사의 제품이 널리 퍼지는 날이 올 수 있도록 제조 가능한 부품과 제품을 다양화하고, 신뢰성을 확보하기 위해 지속해서 노력할 것입니다.