제니텍디펜스, ‘ZEN-7β 공법’에 디지털 트윈 접목 CFRP ‘무결점 제조’

‘화학적 결합(ZEN-7β) + 가상 시뮬레이션’ 융합.. CFRP 뒤틀림·내부균열 동시 해결 수억 원대 제작 실패 막는 ‘디지털 선행 공정’ 도입… 항공기 부품 오차 제로화

첨단 복합소재 전문 기업 (주)제니텍디펜스(대표이사 홍성창)가 독자적인 CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱) 제조 기술인 ‘ZEN-7β공법’에 디지털 트윈 시뮬레이션을 전격 도입, 항공우주 소재  시장 패러다임 변화를 예고했다.

CFRP는 강철보다 강하고 알루미늄보다 가벼워 ‘꿈의 소재’로 불리지만, 고온 경화 과정에서 발생하는 소재의 수축과 뒤틀림(Warpage) 현상으로 인해 정밀한 형상을 구현하기가 매우 까다로운 소재다.  특히 대형 항공기 부품의 경우, 미세한 변형만으로도 수억 원대 소재를 폐기해야 하는 상황이 빈번했다.

제니텍디펜스는 파마재니스텍과 함께 이러한 한계를 극복하기 위해 ‘화학적 물성 제어’와 ‘디지털 수치 해석’을 결합한 통합 솔루션을 확립했다.

탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)은 항공우주 및 방위산업 핵심 소재지만, 제조 과정이 상당히 까다로운 공정으로 만들어지고 있다. 고온·고압의 오토클레이브(Autoclave) 내부에서 소재가 굳어질 때, 열팽창과 화학적 수축이 동시에 일어나면서 설계도와 다른 ‘뒤틀림’ 현상이 빈번하게 발생하기 때문이다.

제니텍디펜스은 이 문제를 두 가지 트랙으로 해결책을 모색했다. 핵심 경쟁력인 ‘ZEN-7β 공법’은 매트릭스 수지에 특수 물질을 첨가해 탄소섬유와 수지 사이의 계면 결합력을 극대화한다.  이는 소재 내부의 미세 기포 발생을 억제하고 층간 분리(Delamination)를 방지해, 소재 자체가 변형에 견디는 ‘구조적 강성’을 확보하게 한다는 게 회사 측 설명.

여기에 실제 생산라인을 가상 공간에 물리적 현실 세계의 기계, 장비, 시스템, 도시 등을 가상 공간에 똑같이 그대로 복제하여 실시간 데이터를 연동, 시뮬레이션 및 분석하는 기술로 제품을 찍어내기 전 발생할 수 있는 모든 변수를 사전에 시뮬레이션을 하는 ‘디지털 트윈(Digital Twin)’ 기술을 접목했다.

뿐만 아니라, 복잡한 구조나 물리적 현상을 유한한 개수의 작은 요소(Element)로 분할해 미분 방정식을 수치적으로 근사해(Approximate Solution)를 구하는 공학적 시뮬레이션 기법인  유한요소법(FEM)으로 복잡한 구조의 항공기 부품을 수백만 개의 미세한 단위로 쪼개어 물리적 변화를 계산하는 고도의 수학적 해석 방식을 적용했다.

파마재니스텍과 제니텍디펜스 기술진이 공동으로 유한요소법(FEM)을 통해 ▲성형 온도에 따른 열전달 경로 ▲수지의 경화 단계별 수축률 ▲적층 방향에 따른 내부 응력 변화를  실시간으로 추적할 수 있으며, 이를 통해 부품이 굳어가는 과정에서 어느 지점이 얼마나  휘어질지를 미세 단위로 예측해 낼 수 있게 됐고, 과거 수 차례의 시행착오와 고가 금형 수정을 반복해야 했지만, 컴퓨터 시뮬레이션만으로 최적의 ‘성형 레시피’를  도출할 수 있게 됐다.

이러한 ‘디지털 선행 공정’은 제니텍디펜스가 생산 효율성을 비약적으로 끌어 올 릴수 있게 됐고, 실제 금형 제작과 시제품 생산에 들어가는 높은 비용과 오랜 시간을 절감하는 것은 물론, 오차 없는 정밀 성형을 통해 ‘원샷-원킬(One-shot, One-kill)’ 생산을 현실화했다.

이는 대형 항공기 날개(Main Wing), 위성 안테나 구조물, 고속 회전축 등 고도의 정밀도가 생명인 부품 시장에서 뛰어난 경쟁력을 갖게 된 핵심 동력이라고 회사 측은 설명했다. 

제니텍디펜스 홍성창 대표이사는 “CFRP 제조는 이제 경험에 의존하는 ‘숙련의 영역’에서 데이터로 제어하는 ‘과학의 영역’으로 진화했다. ZEN-7β 공법으로 근본적인 물성을 혁신하고, 디지털 트윈으로 완벽한 품질을 보증하는 것이 제니텍디펜스 만의 차별화된 노하우"라며 “항공우주와 방위산업 뿐만 아니라 초고성능 자동차, 반도체 장비 등 무결점 품질이  요구되는 전 산업 분야로 적용 범위를 확대해 나갈 수 있게 됐다”고 밝혔다.