한수원, 3D 프린팅 기술로 원전 부품 국산화 성공

발전기 차단기 냉각 부품 '다익형 임펠러'
일주일에 1개 생산 가능…연내 시범도입

국내 최초로 금속 3D프린팅 기술 활용해 개발한 원전 부품 '임펠러'./한국수력원자력

원자력 발전소에서 생산된 전력을 공급하는 발전설비인 '변압기'의 차단기를 냉각하는 부품 '다익형 임펠러'가 국산화에 성공했다. 3D 프린팅을 통해 다익형 임펠러를 생산할 수 있는 기술을 개발하면서다. 한국수력원자력은 올해 원전 내부에 시범설치를 추진하겠다는 목표다.

21일 한수원은 국내 최초로 '다익형 임펠러' 국산화에 성공했다고 밝혔다. 해당 부품은 고정판에 여러 개의 날개(블레이드)가 조립돼 있어 고정판과 블레이드 사이 연결부의 손상 가능성이 있다. 이에 한수원은 조립이 아닌, 3D프린팅으로만 가능한 일체형으로 제작해 취약부를 근본적으로 제거하고 내구성을 높였다.

한수원 관계자는 "그동안 임펠러가 손상이 되면 따로 구입해 왔는데 앞으로 3D프린팅을 통해 부품을 공급받을 수 있게 됐다"며 "국내 기술만으로 개발에 성공함으로써 3D프린팅 기술의 국내 원전 산업 적용 기틀을 마련한 것에 큰 의미가 있다"고 설명했다.

이번에 개발한 3D프린팅 임펠러는 스테인리스강 316L 재질로 금속 3D프린팅 방법 중 하나인 분말베드융해(PBF, Powder Bed Fusion) 방법으로 제작됐다. 재료 특성 향상을 위한 열처리뿐 아니라 △재료의 기계적 성질 시험 △풍량 시험 등 여러 가지 시험을 수행해 성능 및 내구성을 검증했다.

특히 한수원 측은 △설계 △3D프린팅 제작 △성능검증시험 등의 모든 과정을 국내업체인 한전KPS㈜·대건테크·㈜태일송풍기와 협업해 수행해 국내 기술만으로 개발에 성공했다는 설명이다. 다만 3D 프린팅 공정 자체가 워낙 시간이 소요된다는 특징이 있다. 따라서 1주일에 1개의 다익형 임펠러를 생산할 수 있다.

한수원은 연내 시범 설치할 예정이며, 장기간 운전 후 분해해 상태를 점검하겠다는 계획이다. 신호철 한수원 중앙연구원장은 "이번 3D프린팅 기술을 활용한 임펠러의 성능 개선 및 국산화 성공은 3D프린팅 기술 활용이 적용 분야에 따라 기존의 제작 기술보다 훨씬 좋은 결과물을 낼 수 있음을 시사한다"며 "앞으로 3D프린팅 기술이 기존 부품의 대체품뿐만 아니라, 소형모듈원자로(SMR)와 같은 신형 원전의 신규 부품 제작에도 활용될 수 있도록 연구 개발하겠다"고 말했다.