분말야금 PM과 금속 사출 성형 MIM: 전통 제조를 뒤흔드는 정밀한 힘

Release time:

2025-08-21

출처:

텐큐 금속

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항공우주 엔진에서부터 스마트폰 SIM 카드 트레이에 이르기까지, '비용융 소결'이라 불리는 분말 야금 기술이 현대 제조업의 모습을 재구성하고 있습니다.

2025년 8월, 테슬라 CEO 머스크는 생중계에서 3세대 휴머노이드 로봇 Optimus V3가 바로 대량 생산 단계에 들어갈 것이라고 발표하며, 한 대의 로봇에 200개 이상의 MIM 부품이 사용될 것임을 특별히 언급했습니다.

거의 같은 시기에 안후이 중티신재의 항공급 분말 생산 라인에 6개의 생산 라인이 추가되어 9월 초 가동 후 고구형 알루미늄 합금 분말의 연간 총 생산 능력이 1500톤에 달할 예정입니다. 한편 쓰촨 판즈화에서는 상재 3D가 천 톤급 티타늄 합금 분말 생산 능력을 확보했으며, 매년 천 톤씩 생산 능력을 지속 확장하고 있습니다.

01 분말 야금이란 무엇인가?

분말 야금(PM)은 금속 분말(또는 금속 분말과 비금속 분말의 혼합물)을 원료로 하여 성형과 소결 과정을 거쳐 금속 재료, 복합 재료 및 다양한 유형의 제품을 제조하는 공정 기술입니다.

그 핵심 사상은 '비용융 소결'로, 금속의 용융점 이하 온도 조건에서 원자 확산을 통해 분말 입자 간의 야금 결합을 실현하는 것입니다.

전통적인 분말 야금의 주요 생산 단계는 분말 제조→분말 전처리→성형→소결→후처리로 구성되며, 각 단계마다 핵심 기술 장벽이 존재합니다. 특히 소결 과정에서는 보호 분위기 내에서 온도와 시간을 정밀하게 제어해야 합니다.

02 금속 사출 성형이란 무엇인가?

금속 사출 성형(MIM)은 플라스틱 사출 성형의 성형 능력과 분말 야금의 재료 성능 장점을 결합한 기술입니다.

MIM은 고정밀, 고강도, 완전 밀합된 금속 부품을 제조할 수 있습니다. 이 공정은 먼저 금속 분말과 결합제를 혼합하여 과립 형태의 '사료'를 만들고, 가열 후 금형 캐비티에 주입하며, 마지막으로 탈지와 소결 등의 단계를 거쳐 최종 제품을 얻습니다.

MIM 기술은 소형 복잡 부품 생산에 적합하여 대량 생산 시 재료 이용률을 크게 높이고 비용을 절감할 수 있어 인기가 높습니다.

03 PM과 MIM의 기술 경쟁

PM과 MIM은 모두 분말 야금 기술의 일종이지만 여러 측면에서 뚜렷한 차이가 있습니다.

원료 측면에서 PM은 비교적 거친 금속 분말(약 50-150μm)을 사용하지만, MIM은 우수한 유동성과 성형성을 보장하기 위해 매우 미세한 구형 분말(약 5-20μm)을 필요로 합니다.

성형 공정은 두 기술의 가장 뚜렷한 차이점입니다. PM은 주로 경질 금형 내에서 고압 단방향 또는 양방향 압축을 통한 프레스 성형을 사용하며, MIM은 플라스틱 사출 성형과 유사하게 저압에서 사료를 복잡한 금형 캐비티에 주입합니다.

탈지 공정은 MIM 특유의 핵심 단계로, 전용 장비(용제, 촉매, 열 탈지)를 사용해 결합제를 천천히 완전히 제거해야 하며, 이 과정은 시간이 많이 걸리고 기술 요구가 높습니다. 전통적인 PM은 이 단계가 없거나 소량의 윤활제를 단순 소각하는 정도입니다.

소결 과정에도 차이가 있습니다. PM은 소결 후 수축이 매우 작아(약 0.5%) 치수 제어가 용이하지만, MIM은 소결 후 약 15-20%의 크고 균일한 선형 수축이 발생하여 금형 치수를 정밀하게 설계해 보상해야 합니다.

최종 제품 특성: PM 제품은 상대적으로 단순한 2차원 기둥형, 판형 구조가 많아 측면 오목, 갈고리형 구조를 만들 수 없으며, 밀도는 일반적으로 이론 밀도의 80-90%입니다. 반면 MIM은 터빈, 측면 오목, 나사 등 3차원 복잡 형상을 성형할 수 있고, 밀도는 이론 밀도의 96-99%에 달하며 단조품에 근접한 성능을 보입니다.

재료 범위로 보면 PM은 철계, 구리계 재료가 주를 이루고, MIM은 스테인리스강, 고속강, 텅스텐 합금, 티타늄 합금 등 매우 광범위합니다.

비용 구조: PM은 금형 비용이 높지만 단품 비용이 매우 낮아 연간 수십만 개 이상의 대량 생산에 적합하며, MIM은 금형 및 공정 개발 비용이 매우 높아 연간 수만에서 백만 개 규모의 중대량 복잡 부품에 적합합니다.

## 04 적용 분야의 분화와 융합

PM 기술은 자동차 변속기 기어, 엔진 커넥팅 로드, 오일 함유 베어링 등 구조 부품에 널리 사용되며, 이들 제품은 상대적으로 단순한 형상에 수요가 많습니다.

MIM 기술은 시계 케이스, 총기 조준기, 수술용 칼날, 치아 교정 브라켓, 휴대폰 SIM 카드 트레이 등 미세 정밀 부품 제조에 강점을 지닙니다. 신체형 로봇 산업의 폭발적 성장과 함께 MIM 기술은 새로운 성장 동력을 맞이했습니다.

전 세계 거의 모든 주요 휴머노이드 로봇 회사들, 예를 들어 테슬라, Figure AI, 유슈 테크놀로지, 유비쿼터스 등이 2025년 최신 대량 생산 로봇에 MIM 부품 사용을 확대하고 있습니다.

업계 데이터에 따르면 2025년 전 세계 휴머노이드 로봇 시장 규모는 약 65억 위안에 달하며, 중국이 70% 이상을 차지하고, 이 중 MIM 공정이 핵심 부품에서 50% 이상 침투율을 기록하고 있습니다.

고급 응용 분야에서는 HIP(Hot Isostatic Pressing) 등 기술이 전통 분말 야금 및 적층 제조와 융합되고 있습니다. 예를 들어, 보타이 주식회사는 최근 HIPEX1250 HIP 장비를 도입해 티타늄 합금 등 고급 재료 분야의 제조 능력을 향상시키고자 합니다.

HIP 기술은 내부 폐쇄 결함을 제거하여 적층 제조 티타늄 합금, 주조 티타늄 합금 등의 재료 피로 수명을 5~10배 향상시키며, 현재 항공우주, 3C 및 의료 임플란트 분야에 널리 적용되고 있습니다.

## 05 산업 체인과 시장 전망

중국 MIM 시장 규모는 지속적으로 성장하여 2025년에는 1219억 위안에 달할 것으로 예상되며, 전 세계 시장의 55% 이상을 차지합니다. 응용 분야별로 보면 현재 중국 MIM 시장은 주로 소비자 전자 분야에 집중되어 있으며, 휴대폰 응용이 59.1%를 차지합니다.

분말 야금 산업은 각 지방 정부가 중점적으로 육성하는 특색 산업이기도 합니다. 예를 들어 지난난시 강구구는 32개의 분말 야금 기업을 육성하여 연간 분말 생산 능력 30만 톤, 제품 생산 능력 6.5만 톤을 보유하고 있으며, 2025년 상반기에는 생산액 10억 6100만 위안을 달성해 전년 대비 20.8% 성장했습니다.

선도 기업인 산둥 루인 신재료 과학기술 유한회사는 국가급 제조업 단일 챔피언 기업이자 국가급 전문 특화 중소기업으로 성장했으며, 환원 분말, 분무 분말, 특수 합금 분말 3개 생산 라인을 보유한 아시아 유일의 금속 분말 생산 기지로, 분말 생산량은 세계 3위, 아시아 1위에 위치합니다.

기술 혁신 측면에서 연구 기관과 기업은 더 진보된 분말 제조 및 성형 공정을 탐구하고 있습니다. 예를 들어, 한 연구에서는 회수된 α+β 예합금 분말과 원소 분말의 복합 시스템을 사용하여 분말 야금과 다단계 열간 압연-시효 처리를 결합해 인장 강도(1540 MPa)와 연신율(7.61%)이 동시에 향상된 준안정 β 티타늄 합금을 제조했습니다.

06 미래 발전 동향

미래 분말 야금 기술의 발전은 다원화 경향을 보일 것입니다:

고효율화 및 지능화: 금속 분무 분말 제조 장비는 첨단 제어 시스템, 센서 및 인공지능 알고리즘을 통합하여 자동화 생산, 실시간 모니터링 및 지능형 최적화를 실현할 것입니다.

고정밀 및 고일관성: 분무 노즐 설계 개선, 기류 제어 최적화 및 용융 금속 온도 정밀 조절을 통해 입도 분포가 더 좁고 구형도가 더 높은 금속 분말을 생산할 것입니다.

다중 재료 및 다기능화: 장비는 다양한 금속 및 합금을 처리할 수 있으며, 금속 기반 복합재료와 나노급 분말 제조도 가능할 것입니다.

친환경 및 지속 가능 발전: 장비는 기술 혁신을 통해 환경 오염을 줄이고 금속 분말의 재활용과 재사용을 지원하며 순환 경제 발전을 촉진할 것입니다.

미국 재료 및 시험 협회(ASTM)는 적층 제조 금속 분말 원료 내 오염물 검출, 정량 및 분류를 위한 기술 규격을 마련하는 새로운 표준을 제정 중이며, 이는 업계 전반의 품질 관리 수준 향상에 기여할 것입니다.

지능형 로봇, 신에너지, 항공우주 등 산업의 급속한 발전과 함께 복잡하고 정밀한 부품에 대한 시장 수요가 폭발적으로 증가하고 있습니다.

테슬라 Optimus V3 단일 로봇이 200개 이상의 MIM 부품을 사용하는 것은 시작에 불과합니다. 미래에는 만물인터넷과 스마트 웨어러블 기기의 보급과 함께 분말 야금 기술이 더 미세한 차원에서 우리의 물질 세계를 재구성할 것입니다.

전통적인 PM이든 MIM이든 모두 "제조"에서 "지능 제조"로, "보이지 않는" 것에서 "보이는" 것으로 전환하며 고급 제조업의 기본 기반이 되고 있습니다.

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