선박에서 TV, 휴대폰까지 ‘레이저’ 세상

기계연구원 광응용기계연구실, 고에너지빔으로 자동차 제조, 마이크로가공은 디스플레이 만들어

한국기계연구원 광응용연구실 연구원들이 전자빔측정장비를 개발하기 위해 전자총부를 평가하고 있는 모습.

[아시아경제 이영철 기자] 자동차, 휴대폰, 선박 등에서 꼭 필요한 기술이 ‘레이저절단’ 기술이다.

레이저는 거대한 선박부터 생활속 의료기기와 초소형 스마트폰 칩까지 레이저가 쓰이는 범위는 무궁무진하다.

레이저기술이 발전해야 초정밀부품을 만들어낼 수 있다. 곧 레이저기술이 산업기술의 밑바탕이 되는 셈이다.

◆‘죽음의 광선’으로 불린 레이저=1960년 세계 최초로 레이저 발진장치를 발명한 미국 물리학자 메이먼이 가장 많이 받은 질문은 무엇이었을까. 바로 “레이저가 정말 죽음의 광선인가?”란 질문이었다.

레이저는 아인슈타인이 고안한 ‘유동방출 이론’에서 실마리가 시작된 이래 실제 레이저발진기가 개발되기 전까지 유명한 존재였다. 수 많은 공상소설과 영화 속에서 등장하는 미래무기는 늘 레이저였다.

이 ‘미래무기’ 레이저를 연구하는 국내 최고 연구원들이 모인 곳, 한국기계연구원 광응용기계연구실을 찾아 레이저연구를 자세히 살펴봤다.

광응용기계연구실은 고에너지빔을 이용, 산업소재를 가공·생산하는 공정 및 시스템을 연구하고 있다. 특히 자동차, 조선, 휴대폰 등 우리나라를 대표하는 주력산업의 기존 환경저해공정을 대체하는 새 기술 개발이 주요 연구과제다.

서정 광응용기계연구실장은 “레이저가공은 크게 고출력레이저를 이용한 메크로가공과 저출력/단펄스레이저를 이용한 마이크로 가공으로 나눌 수 있다”며 두 종류의 레이저를 바탕으로 광응용기계연구실이 연구개발 중인 산업기술을 설명했다.

이름 그대로 강한 레이저를 이용한 고출력(메크로 가공)분야의 산업은 조선과 자동차가 대표적이다. 그는 “레이저를 이용한 용접, 절단, 열처리 등으로 유조선과 LNG선이나 자동차에 쓰이는 강판을 가공하는 기술을 연구하고 있다”고 설명했다.

연구원들이 피코초레이저를 이용, 사파이어가공실험을 하고 있다.

광응용기계연구실이 만들어낸 주요 기술은 2002년 개발한 ‘테일러드 블랭크 레이저 용접시스템을 꼽을 수 있다. 레이저로 자동차용 강판을 용접하는 이 장비는 기존 수입설비가 대당 50억원대에 이르던 것을 광응용기계연구실의 연구로 15억원대에 개발할 수 있게 됐다.

광응용기계연구실이 개발한 새 레이저 용접시스템은 가격경쟁력은 물론 자동차차체를 가볍게 하고 강성을 높일 수 있는 발판까지 마련, 자동차기업의 비용절감과 기술력향상, 생산성 증가의 3마리 토끼를 함께 잡을 수 있는 계기가 됐다. 광응용기계연구실은 이 기술로 장영실상을 받았다.

고출력레이저연구원들이 크고 강한 산업소재와 씨름한다면 저출력레이저가공(마이크로가공)분야는 세밀하고 정확한 미세가공기술 개발에 힘을 쏟고 있다. 마이크로 레이저가공기술이 활용되는 곳은 ‘산업의 쌀’이라 불리는 반도체, 디스플레이, 전자소자분야 등이다.

광응용기계연구실은 우리나라 최초로 피코초(1조분의 1초)레이저를 이용한 실리콘(TSV, Through Silicon Via) 레이저 드릴링시스템을 개발했다. 또 지난해엔 극초단파 레이저를 쓴 미세가공기술을 산업화했다.

서정 광응용기계연구실장은 “레이저는 이제 한 나라의 과학기술수준을 가늠하는 기준이 됐다”며 “자동차, 조선, 전자, 우주항공과 바이오까지 모든 산업분야에서 레이저가 한계를 뛰어넘는 디딤돌이 될 수 있게 연구개발할 것”이라고 말했다.

이영철 기자 panpanyz@