티타늄 금속 사출 성형은 어디에 사용되나요?

티타늄 분말 생산, 피드스톡, 탈지 및 진공 소결 기술의 발전으로 티타늄 부품용 금속 사출 성형(MIM)의 적용 범위가 확대되었습니다. 기존 기계 가공에 비해 Ti-MIM은 재료 이용 효율이 중요한 소형의 복잡한 근정형(near-net-shape) 부품을 대량 생산하는 데 적합합니다. 적용 분야에는 의료기기, 항공우주, 소비자 전자기기, 웨어러블 기기 및 정밀 기계가 포함됩니다.

의료 분야 응용

티타늄과 그 합금은 생체적합성, 내식성, 높은 비강도를 갖추고 있습니다. 따라서 Ti-MIM은 정형외과 및 치과용 부품, 뼈 나사, 소형 임플란트 구조물, 복잡한 수술 기구 등을 위한 중요한 연구 및 상용화 경로입니다.

기술 개발은 단순한 성형 가능성을 넘어, 미세구조, 기공률, 산소 및 탄소 불순물, 기계적 특성 및 피로 특성, 그리고 장기적 신뢰성에 대한 통합적인 제어 단계로 진전되었습니다. 대량 생산되는 소형 복합 의료 부품의 경우, 준최종형상 성형을 통해 재료 제거 및 가공 공정을 대폭 줄일 수 있습니다.

ASTM F2885-17(2023)은 MIM 공법으로 제조된 Ti-6Al-4V 수술용 임플란트 부품에 대한 화학적, 기계적 및 금속학적 요구 사항을 규정하며, 이 기술이 실험실 연구 단계에서 표준화된 산업 생산 단계로 발전해 온 과정을 보여줍니다.

항공우주 분야 응용

항공우주 부품은 경량화, 높은 비강도, 내식성 및 효율적인 소재 활용이 요구되므로, Ti-MIM에 있어 유망한 고부가가치 응용 분야로 꼽힌다.

일반적인 항공우주용 티타늄 부품은 대개 봉재나 단조품에서 단조하거나 기계 가공하여 제작됩니다. 티타늄 소재는 가격이 비싸고 절삭이 어려우며, 작고 복잡한 부품을 가공할 경우 재료의 상당 부분이 칩으로 낭비될 수 있습니다. MIM 공법은 근형(near-net-shape) 블랭크를 성형할 수 있어 과도한 재료 제거와 여러 단계의 가공 공정을 없앨 수 있습니다. 이는 대량 생산되는 소형 항공우주 구조 부품, 커넥터 및 기타 정밀 부품에 특히 유용합니다.

그러나 항공우주 분야의 하중 조건은 대개 복잡하며, 성분, 내부 결함, 피로 성능 및 공정 안정성에 대한 요구 사항도 매우 엄격합니다. Ti-MIM은 단조 및 CNC 가공을 대체할 수 있는 만능 솔루션은 아닙니다. 이 공법은 반복 생산되는 소형 검증 완료 부품에 가장 적합합니다.

소비자 전자기기

소비자 가전 분야는 가장 활발한 MIM 시장 중 하나로 자리 잡았습니다. 스마트폰, 폴더블 기기, 노트북, 무선 이어폰, 웨어러블 기기 등은 계속해서 더 얇아지고, 더 작아지며, 더욱 통합되는 추세입니다. 과거에는 가공하거나 여러 부품으로 조립해야 했던 많은 복잡한 구조물들도 이제는 일체형 MIM 생산이 가능한 대상이 되었습니다.

접이식 스마트폰의 경첩이 대표적인 예입니다. 이 경첩에는 복잡한 형상을 띠고 엄격한 일관성 기준이 요구되는 수많은 소형 부품이 포함되어 있으며, 정밀 경첩의 경우 수십 개의 MIM 부품이 사용되기도 합니다. 이것이 최근 MIM 수요를 견인한 주요 요인입니다.

Ti-MIM은 의료 및 산업 분야를 넘어 전자 분야로도 그 적용 범위를 넓혀가고 있습니다. 티타늄의 낮은 밀도, 높은 비강도, 내식성, 그리고 금속 특유의 외관은 무게, 강도, 내구성, 표면 마감 등 제품 요구 사항에 부합합니다. 잠재적인 적용 부품으로는 스마트폰 카메라 프레임과 버튼, 내부 구조물, 정밀 노트북 부품, 스마트워치 케이스 등이 있습니다.

고급 스마트폰에 티타늄이 사용되면서 이 소재에 대한 관심이 높아졌다. 애플은 아이폰 15 프로 시리즈를 통해 티타늄 외장 구조를 도입했으며, 삼성을 비롯한 다른 제조사들도 일부 플래그십 모델에 티타늄 프레임을 적용했다. 이에 따라 티타늄은 기존의 항공우주, 의료, 명품 시계 분야를 넘어 대중 시장 전자제품 분야로 그 영역을 넓혔다.

그렇다고 해서 모든 티타늄 휴대폰 부품이 MIM 공법으로 제작되는 것은 아닙니다. CNC 가공, 단조, 스탬핑, MIM, 금속 적층 제조가 공존하고 있습니다. 대형 프레임과 하중을 지탱하는 구조물은 단조, 기계 가공 또는 하이브리드 공정에 더 적합합니다. 금속 적층 제조는 기하학적 형상이 극도로 복잡한 소량 생산 부품에 적합합니다. MIM은 대량으로 필요한 작고 복잡한 부품에 가장 강점을 보입니다.

웨어러블 기기 및 기타 소비자 제품

스마트워치, 안경, 이어폰, 주얼리, 스포츠 용품 역시 Ti-MIM 공정의 적용 대상입니다. 이러한 제품들은 대체로 크기가 작고, 형상이 복잡하며, 표면 품질에 대한 요구 사항이 까다롭고, 대량으로 생산되는 경향이 있습니다. Ti-MIM 공정을 통해 시계 케이스와 버클, 안경 부품, 그 밖의 고급 티타늄 소비자용 부품을 제조할 수 있습니다.

티타늄 스마트워치와 스포츠 워치 역시 소비자들이 이 소재에 더 친숙해지도록 만들었습니다. 가민(Garmin), 코로스(COROS), 몽블랑(Montblanc), 태그호이어(TAG Heuer), 애플(Apple) 등 여러 브랜드가 일부 제품에 티타늄 케이스, 베젤 또는 브레이슬릿을 적용해 왔습니다. Ti-MIM의 경쟁 우위는 일관된 품질이 요구되는 작고 복잡하며 대량 생산되는 부품 분야에 여전히 집중되어 있습니다.

금속 적층 제조 분야의 성장은 고품질 티타늄 분말의 공급을 늘렸습니다. 분무, 분말 분류 및 MIM 원료의 개선으로 인해 적합한 분말의 확보 가능성이 확대되고 있습니다. 자동화된 사출 성형, 연속적인 바인더 제거 및 소결, 그리고 향상된 치수 제어 기술 덕분에 Ti-MIM은 고부가가치의 소량 생산 단계에서 대규모 산업 생산 단계로 발전하고 있습니다.

시장 규모 및 발전 현황

2026년경 발표된 여러 Ti-MIM 시장 조사 보고서에 따르면, 2026년 전 세계 티타늄 사출 성형 시장 규모는 약 5억 3,500만~5억 4,000만 달러, 2027년에는 5억 7,200만~5억 8,300만 달러에 달할 것으로 추정되었습니다. Ti-MIM은 수십억 달러 규모의 MIM 산업 내에서 여전히 전문적인 소재 부문으로 남아 있지만, 그 성장률은 상당합니다.

소비자 가전, 의료 기기, 자동차 부품, 항공우주 및 산업용 부품은 MIM의 주요 시장입니다. 티타늄 분말 가격이 하락하고 티타늄 MIM 기술이 성숙해짐에 따라, 티타늄 합금은 고성장 소재 분야로 널리 인식되고 있습니다.

Ti-MIM의 향후 동향

더 광범위한 채택을 위해서는 분말 비용을 낮추고, 산소, 탄소 및 기타 삽입 원소를 제어하며, 소결 밀도를 높이고, 변형을 줄이며, 대량 생산 시 치수 안정성을 향상시켜야 합니다.

제조 일관성과 배치 단위의 경제성이 매우 중요할 것입니다. 티타늄 부품을 봉재나 단조품에서 기계 가공할 경우 상당한 양의 재료가 제거될 수 있습니다. 작고 복잡한 부품의 경우 여러 번의 설비 조정, 다단계 가공 공정 및 복잡한 공구 경로가 필요할 수 있어 시간과 비용이 증가합니다. MIM 공법은 단 한 번의 성형 공정으로 복잡한 3차원 구조를 형성할 수 있으며, 탈바인딩 및 소결 과정을 거친 후 최종 치수에 가까운 부품을 생산할 수 있습니다. 대량 생산 단계에서 공정이 안정화되면 효율성과 일관성이 크게 향상될 수 있습니다.

현재 봉재 CNC 가공, 단조 및 CNC 가공, 또는 여러 가공 부품의 조립 방식으로 생산되는 일부 소형 복합 부품은 MIM 방식으로 전환될 수 있습니다. 하이브리드 방식도 실용적입니다. 즉, MIM으로 복잡한 주 구조를 성형하고, CNC 정밀 가공은 정밀 공차 구멍, 결합면, 나사산 또는 기능성 표면에만 제한적으로 적용하는 방식입니다. 이를 통해 MIM의 재료 활용도, 형상 설계의 자유도, 대량 생산 능력, 반복성을 확보하는 동시에, 핵심 부위에서는 CNC의 정밀도를 확보할 수 있습니다.

Ti-MIM은 CNC 가공, 단조 또는 금속 적층 제조를 완전히 대체하기보다는 이를 보완하는 역할을 할 것입니다. 단조와 CNC는 대형 구조물, 극소량 생산, 피로 강도가 중요한 하중 지지 부품, 그리고 극도의 정밀도가 요구되는 부품의 경우 여전히 유리합니다. 적층 제조는 기존 방식으로는 제작할 수 없는 내부 형상을 가진 소량 생산 부품에 여전히 유용합니다. Ti-MIM은 일관성 요구 사항이 까다로운 중·대량 생산의 소형·복잡한 티타늄 부품에 가장 적합합니다.

전자제품, 웨어러블 기기, 의료 기기 및 정밀 산업 제품에 대한 수요와 더불어, 분말 비용의 하락, 자동화 확대, 소결 치수 제어 능력의 향상 등이 맞물려 적용 범위는 계속해서 확대될 것으로 보입니다. 향후 티타늄 제조는 단조, CNC 가공, MIM(금형 사출 성형), 적층 제조를 결합하는 형태가 될 것으로 보입니다. 즉, 대형 및 고하중 구조물에는 단조와 가공을, 소량 생산되는 고복잡도 부품에는 적층 제조 방식을, 중~대량 생산되는 복잡한 소형 부품에는 MIM을 적용하는 방식이 될 것입니다.