최근 미국다이캐스팅협회에서 조사한 다이캐스팅 업체 CEO들이 예측한 2013년도 다이캐스팅 출하량과 2014년 예측을 살펴본다. 올해 알루미늄은 6.8% 정도 증가할 것으로 예측되는데, 자동차 부문은 7.1%, 자동차가 아닌 부문은 4.6% 증가를 예상된다. 이것은 다이캐스팅의 주 고객이 자동차 부문이라는 것을 나타내고 있다. 그리고 마그네슘은 특히 자동차에서 많이 사용되고 있기 때문에 알루미늄의 거의 2배 가까운 11.4%가 신장할 것이라고 예측된다. 아연은 이보다 조금 낮아 5.1%인데, 일반적으로 조금 무겁기 때문에 마이너스도 예측할 수 있다. 그러나 전반적으로 다이캐스팅은 2014년에 5% 이상은 신장할 것이라고 예측하고 있다.

한국기술교육대학교  김기영 교수

‌친환경 자동차의 증가에 따라 다이캐스팅도 진화

다이캐스팅은 자동차 업계와 밀접한 관계가 있기 때문에 자동차 산업에 따라 다이캐스팅의 미래도 많이 좌우된다. 자동차 산업의 미래상을 보면, 수요, 공급, 환경에 따라 달라진다. 한국자동차산업연구소가 조사한 결과에 따르면 2020년 자동차 산업의 키워드는 이동성의 재발견, 전방위적 유연성, 첨단기술의 융합, 소통과 협력 등이다. 기술적으로 보면 앞으로 CO2 배출 저감이 중요해진다. 그러나 CO2를 줄일 수는 있지만 추가 제조비용이 들기 때문에 경량화도 좋지만 반드시 제조비용 상승도 고려해야 한다.
또한 자동차의 연료가 가솔린과 같은 화성연료에서 전기자동차로 바뀌고 있다. 에너지원의 다양화에 따라 가솔린 차량의 비중은 2007년 80%에서 2020년 40%로 감소할 것으로 예측된다. 2020년에 유럽의 가솔린 차량의 비중은 29%, 미주는 46%, 아시아는 51%로 감소할 것으로 예측된다. 하이브리드 차량은 유럽에서는 19%, 미주에서는 18%, 아시아에서는 15%로 늘어나 현재보다 하이브리드 차량이 많아질 것이라고 예상된다. 그러므로 이에 대응하여 다이캐스팅 업체도 하이브리드차, 전기자동차에 맞는 부품을 공급하지 않으면 안 된다.
전기자동차 수요 전망은 예측기관에 따라 조금씩 다른데, JP Morgan에서 예측한 것을 보면 내연기관 생산대수가 감소할 것으로 보인다. 반대로 하이브리드와 전기차+연료전지차는 증가하는 경향을 보인다. 앞으로 대세는 하이브리드에서 완전전기차+연료전지차가 될 것으로 예측하고 있다.

‌경량화와 코스트 개선을 위한 기술 개발 필요

현재 우리나라에서 자동차를 구매할 때 첫 번째로 생각하는 것이 연비라고 한다. 그만큼 경제적인 자동차가 되어야 한다. 기본적으로 21세기의 다이캐스팅 주제도 마찬가지이다. 자동차에 따라 에너지 소비가 줄어야 되고, CO2 배출을 감소시켜야 된다. 또한 제한적인 자원을 효율적으로 이용하려면 리사이클 등을 고려해야 하고, 배출가스 규제 기준을 지키기 위해서는 경량화를 촉진해야 한다. 앞으로 20년 이내에 자동차는 현재의 2배로 늘어날 것이다. 특히 선진국에서는 증가율이 높지 않지만, 인도, 중국 등에서는 자동차 생산대수가 많이 늘어날 것이다. 이것을 만족시키려면 다이캐스팅 업체는 알루미늄과 마그네슘 사용량을 늘려야 한다. 저원가, 고기능, 복잡 형상 부품 증가에 대응하고, 하이브리드 및 전기자동차 증가와 자동차 구조체 경량화 요구에 대응해야 한다.
그러면 경량화는 어떻게 해야 하는가. 이미 알루미늄이나 마그네슘이 많이 쓰이는 자동차 부위는 경량화의 여지가 적다. 결국 기존에 다이캐스팅 공법으로 하고 있지 않는 부위를 다이캐스팅 기술로 완성해야 경량화의 여지가 있다는 것이다. 알루미늄 소재는 계속해서 많이 쓰이고 있다. 2010년 기준으로 보면 148kg 정도인데, 앞으로 2020년 쯤에는 171kg까지 늘어날 것으로 보인다. 자동차 초창기인 1970대 이전에는 2% 정도였지만, 점점 더 늘어나 2020년에는 10% 정도까지 늘어날 것으로 예측하고 있다. 2012년과 2025년의 자동차 재료 비율을 보면, 보통 많이 쓰던 연강 등은 많이 줄어들 것이다. 연강은 줄지만 새로운 어드밴스드 고장력강이 개발되어 사용량이 늘어날 것이다. 알루미늄 같은 경우에는 2012년에는 9%였는데, 2025년에는 16% 정도까지 늘어날 것으로 예측되고 있다.
자동차를 경량화하는 것은 좋은데, 경량화하게 되면 코스트가 올라간다. 부품별로나 자동차 전체를 보아도 코스트가 경량화한 만큼 증가한다. 그러므로 다이캐스팅 업체의 입장에서는 어려운 도전이며, 지금까지 했던 것보다 한단계 뛰어넘는 기술 개발이 있어야 한다. 우선은 차체를 경량화하려면 다이캐스팅만으로는 안 되고, 여러 가지 부품을 붙여야 하기 때문에 접합이 가능한 다이캐스팅을 만들어야 한다. 이를 위해서는 합금, 용해, 금형 설계 및 주조 등 전체 다이캐스팅 공정이 엄격한 관리 범위 내에서 잘 이루어져야 한다. 또한 프로세스, 플랜트 엔지니어링도 정확히 해야 한다. 구조 부품이 다양하고 형상이 간단하지 않아 용접 등으로 접합하는 경우가 많은데, 복잡 형상의 제조가 가능한 주조공법의 이점을 살리면 다수 부품의 일체화가 가능하다. 이를 위해서는 정확한 기계 및 시스템의 관리가 선결되어야 한다. 구체적으로는 특히 균일한 형체력으로 플래시를 줄이고, 후처리를 감소시켜야 한다. 그렇게 되면 전체적으로 공정이 줄어들어 코스트도 줄게 된다.
두 번째로는 기밀 유지를 잘해야 한다. 다이캐스팅의 가장 큰 결함은 기포인데, 기밀 유지나  난류 최소화가 안 되면 기포가 줄어들지 않는다. 이들을 엄격하게 관리해야 다이캐스팅 부품의 물성도 올라가고 품질도 인정받을 수 있다. 구체적으로 쇼트슬리브의 내마모성과 열차단이 매우 중요하다. 쇼트슬리브에서부터 공기의 진입을 막아야 하고 보온로에서 쇼트슬리브로 용탕을 부을 때 난류가 많으면 공기가 많이 들어가므로 주의해야 한다. 그리고 후처리 공정을 정밀하게 해야 한다. 다이캐스팅 주조 이외에도 후처리, 열처리도 해야 하며, 이형제 사용을 최소화하여 용접 처리 시에 발생하는 문제를 줄여야 한다. 또한 금형온조기를 사용해서 금형 온도를 잘 조절하고, 취출 및 냉각 시에 발생하는 변형도 고려한다. 대형 구조 부품의 경우에는 대형 트리밍 프레스 및 최적화된 재료의 흐름과 재활용 등도 고려한다.

‌다이캐스트의 3가지 키워드…소실중자, 자원사용, 생산성

다이캐스트 업계의 키워드로서, 소실중자, 자원의 효율적 사용 제고, 생산성 향상을 들 수 있다. 소실중자는 요즘 다이캐스팅 업계에서 화제가 되고 있는데, 기존 다이캐스팅으로는 불가능했던 제품을 다이캐스팅으로 제작하기 위해서는 필수 기술이다. 이런 소실중자는 크게 나눠서 소금을 쓰는 경우와 모래를 쓰는 경우가 있다. 소금중자가 모래중자보다 표면이 더 깨끗하고 물로 씻으면 되기 때문에 깨끗하고 복잡한 다이캐스팅 부품을 만들 수 있다. 특히 다이캐스팅 부품 내 유로의 성형에 적합하며, 표면이 매끈하므로 유체의 저항이 작다. 따라서 앞으로 소금중자가 매우 중요해질 것이다.
또한 자원의 효율적 사용을 제고해야 하는데, 특히 다이캐스팅 중 에너지 및 재료 사용을  줄여야 된다. 금형과 탕구계 설계가 매우 중요하다. 탕구계 설계를 잘하면 그만큼 에너지 및 재료를 절약할 수 있다. 보다 정확하고 빠른 유동해석으로 탕구계, 벤트 및 냉각설계의 최적화가 필요하다. 용해, 금형 설계뿐만 아니라 재료의 특성 및 응고, 후처리, 열처리 및 물류 등이 포함된 공정 해석이 요구된다. 그리고 각 공정에 대한 지식과 각 공정이 원가에 미치는 영향 등에 대한 훈련이 필요하다.
그 다음은 생산성 향상인데, 다이캐스팅기 및 주변기기의 작동 상황에 대한 중요한 정보를 기록하고, 이러한 기록을 통해 불량의 원인을 파악하여 지속적으로 공정 개선에 활용한다. 이것이 가능하면 전체적으로 생산성 향상을 도모할 수 있고, 이에 따라 원가를 줄일 수 있으며 다이캐스팅 제품의 신뢰도를 높이는 것으로 연결된다.
앞으로 다이캐스팅의 미래는 자동차에 좌우될 수밖에 없다. 자동차의 요구에 맞춰 다이캐스팅 업계도 진화해야 수요자를

만족시킬 수 있는 생산을 할 수 있을 것이다.

한국기술교육대학교  김기영 교수

<정리 : 김정아 기자>