바이엘앤미셸(Baier & Michels)의 평판 다이 롤링 기계와 ECCO TEC 공정 – 칩이 없는 정밀 부품 제조를 위한 프레스 및 롤링 결합 공정

기계 공학의 혁명: 이 새로운 압연 공정으로 재료를 80% 절감하는 방법

오버람슈타트의 로르바흐 공장에 125톤급 평판 다이 압연기를 납품 및 설치한 것은 눈 내리는 1월 주말에 이루어진 단순한 물류적 성과 이상의 의미를 지닙니다. 이 사건은 산업 제조 방식의 근본적인 변화를 보여주며, 독일 기업들이 치열해지는 글로벌 경쟁 압력에 어떻게 대응해야 하는지를 보여주는 대표적인 사례입니다. 바이엘앤미셸이 개발한 이 시스템은 다음과 같은 근본적인 질문에 대한 기술적 해답을 제시합니다. 고도로 자동화된 무칩 제조 방식이 아시아 경쟁업체의 비용 우위를 상쇄하는 동시에 환경적 요구 사항도 충족할 수 있을까?

정밀 부품 제조 분야의 기술적 혁신

플랫 조 롤링 머신은 긴 생크 정밀 부품 생산에 있어 근본적인 패러다임 전환을 의미합니다. 이 공정은 서로 반대 방향으로 회전하는 두 개의 플랫 롤링 조를 이용한 냉간 성형 원리에 기반합니다. 이 중 하나는 고정되어 있고 다른 하나는 크랭크 메커니즘에 의해 수평으로 이동합니다. 롤링 조 사이에 위치한 공작물은 롤링 조의 쐐기형 형상에 의해 점진적으로 성형되며, 이 과정에서 회전과 동시에 단면적이 감소합니다.

연속 작동 및 높은 사이클 속도를 달성하는 회전식 다이 기반 롤링 기계와 달리, 평판형 다이 기계는 중간 규모 배치 생산 및 복잡한 형상 생산에 결정적인 이점을 제공합니다. 가장 큰 장점은 훨씬 낮은 투자 비용과 유연성으로, 특히 유럽의 중소 제조업체에 적합합니다. 바이엘앤미셸이 개발한 b&m-ECCO TEC 기술은 프레스 및 롤링 공정을 결합하여 기존에 여러 가공 단계를 거쳐 생산되던 부품을 단일 통합 공정으로 생산할 수 있는 무절삭 제조 공정을 구현합니다.

이 기술의 중요성은 기존 기계 가공 방식과 비교할 때 비로소 명확해집니다. 피스톤 로드, 조정 스핀들, 구동축 등은 일반적으로 선삭, 밀링, 기어 절삭, 열처리, 최종 연삭 등 여러 단계를 거치는 고비용 및 고에너지 공정을 통해 제조됩니다. 반면, 칩리스 냉간 성형은 칩이 발생하지 않아 원자재를 거의 완벽하게 활용합니다. 복잡한 냉간 성형 부품의 경우 최대 80%의 재료 절감 효과를 얻을 수 있습니다. 이러한 재료 절감은 환경적으로도 상당한 이점을 가져옵니다. 금속 칩 재활용을 위한 에너지 집약적인 공정이 필요 없어지므로 CO2 배출량이 최대 67% 감소하고, 1차 자원에 대한 수요도 크게 줄어듭니다.

성형 공정 중 재료의 가공 경화는 추가적인 야금학적 이점을 제공합니다. 재료 섬유가 절단되는 대신, 결정 격자 내 전위 밀도가 증가하여 더욱 조밀하고 특히 탄력적인 표면 구조가 형성됩니다. 이러한 가공 경화는 경화 처리와 같은 후처리의 필요성을 없애고 동시에 기계 가공 부품보다 높은 강도를 구현할 수 있게 합니다. 피스톤 로드가 엄청난 압축 및 인장력을 받는 유압 실린더와 같이 안전이 중요한 응용 분야에서는 이러한 품질 향상이 매우 중요합니다.

독일 기계공학에 있어 전략적 중요성

약 500명의 직원을 보유한 뷔르트 그룹 계열사인 바이엘앤미셸의 2천만 유로 투자는 독일 산업 기반에 대한 근본적인 위협이라는 맥락에서 봐야 합니다. 120만 명이 넘는 고용 인력과 70% 이상의 수출 비중을 자랑하는 수출 지향 국가인 독일의 전통적인 산업 기반인 기계 공학은 중국 경쟁업체들의 조직적인 공격에 직면해 있습니다.

2013년에서 2023년 사이 독일의 세계 기계 수출 시장 점유율은 15.2%로 하락한 반면, 중국의 점유율은 같은 기간 14.3%에서 22.1%로 상승했습니다. 이러한 변화는 단순히 가격 경쟁력 때문만은 아니며, 중국의 산업 정책 공세도 한몫했습니다. 2019년 중국 기계 제조업체들은 기업당 평균 1,570만 유로에 달하는 직간접 보조금을 지원받아 독일 제품보다 최대 50% 낮은 가격으로 제품을 제공할 수 있었습니다. 한편, 독일기계공업협회(VDMA) 회원사의 61%는 향후 5년 동안 자신들의 경쟁력이 평균 이하 또는 매우 저조할 것으로 예상하고 있습니다.

이러한 환경 속에서, 해외 생산 이전 추세에 역행하여 오버람슈타트 공장에 2천만 유로를 투자하기로 한 바이엘앤미셸의 결정은 전략적인 입지 강화 움직임으로 해석됩니다. 요르크 폴 사장은 그 이유를 명확히 설명했습니다. 새로운 공장의 생산 기술은 상당한 이점을 제공하기 때문에 기술에 대한 추가 투자는 필수적이라는 것입니다. 그는 바이엘앤미셸이 사실상 비할 데 없는 제품을 개발했고, 고객에게 매우 높은 혜택을 제공하기 때문에 인건비는 주요 고려 사항이 아니라고 강조했습니다.

이 설명은 핵심적인 딜레마와 잠재적인 해결책을 모두 보여줍니다. 독일의 노동 비용은 구조적으로 아시아보다 높지만, 고도로 자동화되고 기술 집약적인 제조 공정은 생산 시간을 8~10배 단축하고 재료비를 획기적으로 낮춤으로써 이러한 불리함을 충분히 상쇄할 수 있습니다. 따라서 b&m-ECCO TEC 기술은 저임금 국가에서 단순히 비용을 절감하는 것만으로는 모방할 수 없는 경쟁 우위를 창출합니다.

바이엘앤미셸의 신규 고객 영업 총괄인 야나 티슐러는 아시아 시장의 높은 경쟁 압력을 전략적 측면으로 강조했습니다. 이 기계 도입으로 독일 내 생산 시설을 보호하는 동시에 유럽 내 운송 경로를 매우 단축할 수 있게 되었습니다. 이는 지정학적 변화로 인해 중요성이 커지고 있는 구조적 이점을 시사합니다. 팬데믹으로 인한 공급망 차질과 지정학적 긴장 이후 글로벌 공급망의 회복력이 최우선 과제가 되었습니다. 지역 또는 권역별 가치 사슬은 운송 위험을 최소화하고, 배출량을 줄이며, 고객 요구에 더욱 신속하게 대응할 수 있도록 해줍니다.

생산 시설을 인접한 EU 국가로 이전하거나 아시아에서 독일로 다시 이전하는 대신 독일 내에 위치시키기로 한 결정은 거시경제적 관점에서도 평가되어야 합니다. 연구에 따르면, 여러 산업 분야에 걸친 리쇼어링 전략은 의존도를 줄이는 효과가 있지만, 경제적 측면에서도 상당한 손실을 수반합니다. 완전한 리쇼어링은 글로벌 분업의 전문화 이점을 상실하게 함으로써 독일의 GDP를 거의 10%까지 감소시킬 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 전략적 리쇼어링은 특히 산업 4.0 기술을 통한 생산성 향상과 결합될 경우, 높은 부가가치와 기술적 복잡성을 지닌 핵심 산업 분야에서 유익할 수 있습니다.

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경제적 및 생태적 시너지 효과

2025년 독일 지속가능성 어워드 수상은 이 기술의 경제적 효율성과 환경적 효과라는 두 가지 이점을 입증합니다. 심사위원단은 특히 이 기술이 1차 자원 소비를 줄이고 수요가 높은 분야에서 효율성을 향상시키는 데 기여한 점을 높이 평가했습니다. 또한, 지역 가치 사슬을 강화하고 장거리 운송을 줄임으로써 배출량 감소에도 기여합니다.

이러한 조합은 산업 정책 관점에서 매우 중요합니다. EU의 분류 체계와 더욱 엄격해진 기후 목표는 기업들이 생산 과정에서 탄소 배출량을 줄이도록 강제하고 있습니다. 동시에 유럽의 에너지 비용은 아시아 수준보다 구조적으로 상승하고 있어 에너지 집약적 산업의 경쟁력을 위협하고 있습니다. 따라서 이산화탄소 배출량을 획기적으로 줄이면서 비용 절감 효과도 있는 기술이 핵심 경쟁력으로 부상하고 있습니다.

냉간 성형의 재료 효율성은 여러 측면에서 긍정적인 영향을 미칩니다. 첫째, 직접적인 재료 소비량이 감소하여 현재와 같이 원자재 가격 변동성이 큰 상황에서 생산 비용을 즉시 절감할 수 있습니다. 둘째, 금속 칩 폐기 비용이 발생하지 않습니다. 셋째, 에너지 집약적인 열처리 공정이 필요 없고 냉간 성형 자체가 상온에서 이루어지기 때문에 에너지 소비량이 크게 줄어듭니다. 넷째, 성형된 부품의 정밀도가 높아 후속 연삭 공정 없이도 더욱 정밀한 공차를 구현할 수 있어 에너지와 시간을 추가적으로 절약할 수 있습니다.

순환 경제 관점은 이러한 장점을 더욱 강화합니다. 재료를 거의 완벽하게 활용함으로써 1차 원자재 사용량을 최소화할 수 있습니다. 동시에 냉간 성형 부품은 강도가 향상되어 내구성이 뛰어나 제품 수명을 연장하고 전체 사용 단계에서 자원 소비를 줄입니다. 연구에 따르면 최적화된 제조 공정을 통해 부품 수명을 연장하면 CO2 배출량을 최대 30%까지 줄일 수 있습니다.

응용 분야 및 산업적 관련성

평판 성형 기술의 중요성은 제조되는 정밀 부품의 적용 분야를 통해 명확히 드러납니다. 피스톤 로드는 건설 기계, 광산 장비, 해양 설비 및 산업용 프레스에 사용되는 유압 실린더의 핵심 부품입니다. 이 실린더는 유압을 기계적 힘으로 변환하며 극한의 하중을 견뎌야 합니다. 피스톤 로드의 품질, 즉 표면 마감, 직진도, 경도 및 강도는 전체 유압 시스템의 작동 신뢰성과 수명을 결정하는 데 매우 중요한 요소입니다.

구동 스핀들과 구동축은 공작기계, 위치 결정 시스템, 기어박스 등에 사용됩니다. 이들은 토크를 전달하거나 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 역할을 하며, 최고 수준의 정밀도와 하중 지지력을 요구합니다. 복잡한 형상과 세로축을 따라 다양한 직경을 가진 이러한 부품들을 가공 없이 제조할 수 있게 됨으로써, 설계자들은 경량 구조 및 기능 통합 설계 분야에서 새로운 가능성을 열게 되었습니다.

이러한 부품 시장은 상당한 규모를 자랑합니다. 전 세계 유압 실린더 시장만 해도 연간 수십억 유로에 달하며, 재생 에너지 확대, 인프라 프로젝트, 산업 자동화 등으로 수요가 꾸준히 증가하고 있습니다. 이러한 부품을 훨씬 빠르고, 비용 효율적이며, 지속 가능한 방식으로 생산할 수 있다면 제조업체는 경쟁 우위를 확보할 뿐만 아니라 전체 가치 사슬에서 비용을 절감할 수 있습니다.

이는 특히 전기 자동차 및 경량 구조 분야에서 매우 중요합니다. 냉간 성형을 통해 동일한 강도를 유지하면서 더 가벼운 부품을 제작하거나, 동일한 무게에서 더 높은 강도를 구현할 수 있습니다. 이는 전기 구동 시스템 및 배터리 캐리어에 있어 매우 중요한데, 무게를 1kg이라도 줄이면 주행 거리가 늘어나거나 배터리 용량이 줄어들기 때문입니다. 또한 냉간 성형은 보다 경제적인 소재를 사용할 수 있도록 해주며, 이러한 소재는 성형 공정을 통해 필요한 기계적 특성을 얻게 됩니다.

물류상의 어려움과 운영상의 복잡성

125톤에 달하는 이 기계의 운송 및 설치 과정은 대규모 산업 프로젝트의 복잡성을 잘 보여줍니다. 100톤에 이르는 핵심 부품은 대형 운송 차량 한 대가 벨기에에서 로르바흐까지 사흘 밤에 걸쳐 운반했으며, 추가 부품을 실은 트럭 여섯 대가 함께 이동했습니다. 특수 크레인을 사용하여 새로 건설된 공장 건물의 지붕을 통해 기계 부품을 들어 올려야 했습니다. 철저한 계획에도 불구하고, 겨울철 도로 상황으로 인한 지붕 공사팀의 도착 지연과 영구적으로 설치된 지붕 구조물 제거의 어려움으로 인해 4시간의 지연이 발생했습니다.

이러한 어려움들은 현대 제조 시스템의 요구 사항을 단적으로 보여줍니다. 기계 자체는 벨기에에서 제작되었고, 생산 공장은 로르바흐에 동시에 건설되었습니다. 이는 유럽 프로젝트에서도 볼 수 있는 국제 분업의 한 예입니다. 공장 건설, 기계 제조, 운송, 크레인 조립 및 최종 설치를 조율하려면 정밀한 프로젝트 관리와 다양한 전문가의 통합이 필요합니다.

기계 설치가 완료되면 시운전 및 생산 개시 단계가 시작됩니다. 이 개시 단계에서는 공정 매개변수를 최적화하고, 장비를 조정하고, 직원을 교육하여 양산 준비를 완료하고 목표 사이클 시간을 안정적으로 달성할 수 있도록 해야 합니다.

디지털화와 4차 산업혁명의 통합

최신 압연 설비는 인더스트리 4.0 기능을 점점 더 많이 탑재하고 있습니다. 센서는 공정 매개변수를 실시간으로 기록하고, 자율 학습 제어 시스템은 재료별 변동을 자동으로 보정하며, 공구 데이터는 DMC 코드를 통해 자동으로 읽어들입니다. 이러한 디지털 통합을 통해 부품 추적성, 예측 유지보수 및 지속적인 공정 최적화가 가능해집니다.

바이엘앤미셸이 개발한 자율 학습 제어 시스템은 독자적인 경쟁 우위를 제공합니다. 이러한 적응형 시스템은 불량률 감소, 설정 시간 단축, 설비 가동률 극대화를 통해 수익성 향상에 매우 중요합니다. 가격 경쟁으로 마진이 줄어드는 산업 환경에서 설비 가동률 85%와 95%의 차이는 수익과 손실을 가르는 결정적인 요소가 될 수 있습니다.

디지털화는 새로운 비즈니스 모델을 가능하게 합니다. 원격 유지보수, 예측 유지보수, 데이터 기반 프로세스 컨설팅 등을 추가 서비스로 제공할 수 있습니다. 생산 계획 시스템과 기계를 연동하면 주문 변동에 거의 실시간으로 대응하고 공급망 관리를 최적화할 수 있습니다.

중소기업이 보여주는 성공 사례: 독일 경쟁력 강화의 청사진

바이엘앤미헬스의 발전은 독일 기계공학의 가능한 발전 방향을 보여주는 좋은 사례입니다. 공정 혁신을 통한 기술적 리더십, 차별화 요소로서의 지속가능성, 그리고 생산성 향상을 통한 전략적 사업장 안정성 확보가 그것입니다. 이러한 전략의 성공은 여러 요인에 달려 있습니다.

우선, 정치적 환경이 올바르게 조성되어야 합니다. 에너지 비용, 관료주의, 세금 부담, 그리고 기반 시설의 질은 입지의 매력도를 결정하는 핵심 요소입니다. 독일기계공업협회(VDMA)는 기반 시설 개선, 국제 경쟁력 있는 세제 시스템 구축, 규제 장벽 완화, 그리고 합리적인 에너지 가격 확보와 같은 근본적인 개혁을 촉구하고 있습니다. 이러한 구조적 개선 없이는 개별 기업의 기술적 우수성만으로는 입지 전체의 안정을 유지하기에 충분하지 않을 것입니다.

둘째로, 규모 확장이 매우 중요합니다. b&m-ECCO TEC 기술이 시장에 확고히 자리 잡고 상당한 규모로 적용되어야 광범위한 영향력을 발휘할 수 있습니다. 이를 위해서는 설득력 있는 고객 성공 사례, 기술 이전, 그리고 잠재적으로 다른 제조업체에 대한 라이선스 제공이 필요합니다. 글로벌 네트워크와 재정적 역량을 갖춘 뷔르트 그룹은 이러한 과정에서 시너지 효과를 낼 수 있습니다.

셋째, 연구 개발에 대한 집중적인 노력을 지속적으로 유지해야 합니다. 현재 장비 개발에 투입된 28,000시간은 끊임없는 혁신이 필요함을 보여줍니다. 공공 연구 자금 지원, 대학 및 연구 기관과의 협력, 그리고 지적 재산권 보호는 성공의 핵심 요소입니다.

넷째, 중국 시장에 대한 의존도를 무시할 수 없습니다. 중국은 독일 기계 산업의 두 번째로 중요한 수출 시장인 동시에 독일의 최대 기계 공급국입니다. 일방적인 디커플링은 막대한 경제적 손실을 초래할 것입니다. 따라서 전략은 판매 시장 다변화, 유럽 내 경쟁력 강화, 그리고 중요하지 않은 분야에서의 중국과의 선별적 협력 사이에서 균형을 이루어야 합니다.

따라서 로르바흐에 세계 최대 규모의 평판 압연기를 설치한 것은 단순한 기술적 걸작 이상의 의미를 지닙니다. 이는 독일이 산업 중심지로서 미래에도 충분히 경쟁력을 유지할 수 있음을 보여주는 증거이며, 고임금 국가도 혁신, 지속가능성, 그리고 기술적 우수성을 통해 글로벌 경쟁에서 우위를 점할 수 있다는 것을 입증하는 것입니다. 이러한 사례가 선례가 될지 아니면 예외적인 경우로 남을지는 앞으로 수년간 지켜봐야 할 것입니다. 한 가지 확실한 것은 경쟁에서 아직 뒤처지지 않았다는 점이지만, 개혁이 지연되고 투자가 누락될 때마다 경쟁국과의 격차는 점점 더 벌어지고 있다는 것입니다.

Konrad Wolfenstein

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