SAMPE 2018 기조연설, 복합소재의 미래 조명

SAMPE 2018 전체 세션에서는 컨퍼런스 최우수 논문 3편 발표와 솔베이 복합소재 사장 카멜로 로 파로(Carmelo Lo Faro, 미국 조지아주 알파레타)의 기조연설이 진행됐다.

최우수 논문 3편은 다음과 같다:

• 1위: "고관통 투과성 아웃오브오토클레이브 프리프레그 제조(폴리머 필름 디웨팅 활용)," 사라 G. K. 셰크터, 티모테이 첸테아, 스티븐 R. 넛
• 2위: "불연속 장섬유 카본/폴리에테르에테르케톤 압축 성형 얇은 패널의 휨," 캐롤라인 콜린스, 파스칼 위베르
• 3위: "상압 화학 처리를 이용한 아민/에폭시 복합소재 재활용," 이지아 마, 트래비스 J. 윌리엄스, 스티븐 R. 넛

기조연설에서 로 파로는 기원전 8700년 구리, 기원전 2500년 짚/진흙 벽돌, 1851년 강철, 1889년 알루미늄, 1950년 티타늄, 1950~60년대 복합소재의 진화, 1970~2010년 항공우주 기술의 성장(상업 및 방위 분야 혁신) 등 소재 진화의 역사를 조망했다.

이러한 맥락에서 그는 복합소재의 세 가지 '시대'를 제시했다: 경량화 시대(1970~1995), 제조 시대(1995~현재), 그리고 다음 시대인 산업화 및 시뮬레이션 시대다.

그는 제조 공정 자동화가 상업용 항공기 구조물에서 복합소재 구조를 가능하게 한 중요한 동력이었다고 지적했다. 오늘날 인퓨전 기술은 경제성과 실행 가능한 제조 속도를 향상시킨다고 덧붙이며, 봄바디어(캐나다 퀘벡주 몬트리올)의 C 시리즈 날개(고포트라이프 수지와 논크림프 패브릭), CFM 리프(LEAP) 엔진 팬 블레이드(강화 수지와 3D 직조 프리폼), 러시아 모스크바 기반 이르쿠트(Irkut)의 MS-21 날개(자동화된 파이버 배치 드라이 테이프에 강화 수지 인퓨전)를 예로 들었다. "알루미늄과 티타늄이 처음 30년 동안 이룬 성과보다 복합소재가 처음 30년 동안 이룬 성과가 더 크다고 봅니다."라고 그는 주장했다.

승리를 선언할 수 있을까? 로 파로는 물었다. 간단히 말해 아니요 — 훨씬 더 많은 것을 할 수 있다고 답했다. 더 성장하려면 복합소재가 더 많은 가치를 제공해야 한다고 말했다. 미래의 과제와 기회로는 프레스 성형, 대형 구조물용 열가소성 복합소재, 적층 제조, 접합, 시뮬레이션, 복잡성 관리, 그리고 물론 비용 등이 포함될 수 있다.

로 파로는 "약간의 경고 — 하이프 사이클"을 언급했다. 관심이 과장된 열광(하이프)이 되었다가 "환멸의 시기"를 거쳐 현실에서 제자리를 찾는 과정이다. 미래는 산업적 규모와 경제성, 항공우주와 자동차 관행의 융합, 최종 제품 대비 생산 시스템의 중요성 증가에 의해 주도될 것이라고 말했다.

열가소성 복합소재로 넘어가 로 파로는 PEEK, PEKK, PAEK, 연속 압축 성형에 대해 논의했다. 열가소성 복합소재는 새로운 것이 아니라고 상기시켰다. 과거 15년간 개발된 비용 효율적인 자동차형 제조 공정(특히 압축 성형, 연속 압축 성형, 스탬프 성형)의 성숙으로 21세기 성장이 가능할 것으로 예상했다. 항공우주 공급망이 대형 열가소성 복합소재 구조물을 개발·생산하려면 급속 가열/냉각이 가능한 아웃오브오토클레이브 성형/성형 시스템을 성숙시켜야 한다.

로 파로는 적층 제조(AM)에도 언급했다. 초기에는 툴링과 고정구 제조를 지원할 수 있다고 말했다. 미래에는 온디맨드 툴 제조가 가능하고 복합소재 유지보수 및 수리 작업(MRO)을 개선할 수 있다. 여기에서도 머신러닝과의 결합 기회가 있다. 다만 머신 공급업체와 소재 공급업체 간 더 많은 협력이 필요하다고 강조했다.

로 파로는 복합소재 산업에 중요한 세 가지 시뮬레이션 및 모델링 니즈를 제시했다:

• 분자 모델링 — 실험 정보 제공 및 시장 출시 속도 향상
• 인공지능 — 소재 설계 및 발견에 적용
• 해석에 의한 인증 — 그가 성배(Holy Grail)이라 부른 것

이 기술들은 최적화된 분자 설계로 향상된 특성을 통해 개발 시간을 단축하고, 소재 자체의 개발 방식을 변화시킬 잠재력을 가진다. 다중 스케일 모델링으로 복합소재 혁신과 채택, 파괴 예측을 가속화하는 미래는 지금이라고 그는 말했다.

로 파로는 낙관적으로 마무리했다: "향후 40년을 볼 때, 복합소재는 금속의 역량을 초월하는 소재가 될 것이라 믿습니다."