MACHINERY
SPECIAL THEME
 
홈으로이메일사이트맵
 
M&T MAGAZINE
국내외 기계산업 및 최신 기술의 동향과 발전방향을 심층적으로 진단한다
HOME > 월간MACHINERY > SPECIAL THEME

그 기업엔 무언가 특별한 것이 있다.

 

한·일 금형산업의 과제와 도전 (1) : 일본 금형산업 현황과 플라스틱 금형의 미래

금형기술 강국 일본과 금형수출 2위인 한국의 금형산업이 수요부진에서 벗어나야 한다는 공통된 과제를 안고 있다. 일본은 수요산업 해외진출에 따른 금형의 현지조달을 수요부진의 가장 큰 문제로 보고 있고, 한국 역시 이 문제를 포함하여 수요산업, 수출지역이 편중된 구조적 문제도 거론한다. 더구나 한국은 근로시간 단축, 최저임금제가 새로운 변수로 떠올랐다. 일본 금형업계는 금형기술 강국답게 ‘혁신 기술의 개발’이란 타개책을 내놓고, 한국도 ‘고부가가치 금형기술 개발’로 수출 경쟁력을 확보해야 할 것을 해결방안의 하나로 제시한다.

지난달 열린 「부천국제금형 컨퍼런스」에서 혼다모터의 토시다케 미야키 부장이 혁신적 금형기술, 고부가가치 금형기술을 어떻게 확보할 것인지, 꽤 구체적 방안을 소개했다. 한국 금형업계에 시사하는 바가 적지 않은 내용이어서 소개한다. 한국금형공업협동조합의 ‘한국 금형산업의 현황진단’이란 발표도 금형산업의 과제와 해결방안의 단초를 제공했다는 점에서 의미를 갖는다. 또 국내 금형기술사들이 현장에서 요구하는 기술을 개발하여 적용한 사례, 향후 개발이 필요한 금형기술을 전망한 내용도 싣는다.

글/ 신동완 기자     

 

경기 상황에 민감한 일본 금형 생산액 변동

2015년 일본의 금형생산액은 14조원, 당시 한국의 1.5배 정도였다. 1980년부터 일본 금형생산액은 특수한 경기상황과 맞물리며 변동을 보여 왔다. 1980년부터 1991년까지 일본 금형시장은 공급을 완전하게 소비하는 것을 넘어 수요과다 현상이 일어 급성장했다. 이 시기 아시아지역의 경제발전도 일본 금형의 존재를 크게 부각시켰다. 1991년을 정점으로 이후 4~5년 사이 자동차산업과 부품공급사들이 해외생산을 시작하는 시기에다 버블경제라는 일본경제의 거품이 빠지면서 금형생산액도 하락하기 시작한다.

혼다모터의 토시다케 미야키 부장은 “1994년 일본 금형생산액이 다시 증가하기 시작하고 1997년경 1991년 생산액에 맞먹는 생산을 회복하지만 아시아 경제 통화 위기와 버블경제의 잔재 영향으로 금형생산은 완만한 하락과 상승을 반복했다”고 설명했다. 2008년 미국 리먼사태는 일본 금형생산을 급격하게 떨어트린다. 신차 개발은 중지되고, 금형의 발주는 급감한다. 더구나 2001년부터 꺼지기 시작하던 일본의 IT 거품과 맞물리면서 일본의 금형생산은 2010년 최저점을 찍게 된다. 이 시기 금형생산액은 1984년으로 되돌아갔다.

일본 금형생산액이 25년을 후퇴한 시기가 2년여 지속되다 2010년부터 조금씩 회복하기 시작한다. 비록 일본 자동차의 해외생산이 많고 금형의 현지조달도 증가했지만 자동차 생산은 국내외에서 증가하여 금형의 생산도 완만한 회복 기조를 나타낸다.

토시다케 부장은 2015년 기준으로 일본의 금형생산액은 14조 원이었다고 밝혔다. 이 중 21%를 수출했는데, 액수로는 2조 9,820억 원이다. 2017년 일본에서 수입한 금형은 액수로 1조 3,860억 원이었다.

 

수요산업의 해외생산에 따른 금형생산 감소

일본 금형산업 경기 추이는 자동차산업과 기계산업 경기와 비례한다.

1960년대 중반 200만대 생산대수를 나타내며 지속적 발전을 이어가던 자동차산업은 1990년 국내생산 대수 1,400만대에 육박하는 생산량을 나타낸다. 자동차의 해외생산은 1980년대 중반부터 시작되어 꾸준히 증가하며 미국발 금융위기 직전인 2008년까지 급상승곡선을 탄다.

그러나 일본의 국내 자동차 생산대수는 1990년을 정점으로 떨어지기 시작한다. 해외생산대수가 늘어갔기 때문이다. 1990년까지 지속하던 국내 자동차 생산대수 증가가 반전되며 1995년에는 국내 생산대수 최저점을 찍고, 이후 현재까지 국내생산 대수의 큰 증가는 나타나지 않는다.

일본의 기계산업도 해외 현지생산이 증가했다. 기계부품의 해외 현지 조달비율은 2007년도 피크였는데 68%나 됐다. 2014년 기계부품 조달 비율을 보면 일본 내 조달이 15%에 불과하고 현지조달 비율은 65%나 된다. 나머지는 수입 등 기타 조달 비율이다.

참고로 토시다케 부장은 일본 금형산업의 변화는 자동차 부품의 수출현황과도 관계가 있다고 주장했다. 일본을 중심으로 미국과 중국, 독일 4개국 자동차부품 무역판도가 변화하는 것과 밀접하게 연관되어 일본 금형산업의 부침이 있었다는 것이다. 이는 자동차의 해외생산이 부품 조달에 영향을 주고, 자동차 부품은 금형생산에 영향을 줬기 때문이다. 완성차와 부품이 동반하여 해외생산을 하거나 부품의 현지조달 비중이 증가하면 국내 자동차 부품 금형은 침체했다. 토시다케 부장은 2010년~2014년 사이 일본, 미국, 중국, 독일 간 자동차부품 무역 동향과 일본의 금형산업 발전 추이를 비교했다. 이 시기 금형의 현지조달은 계속 증가했다. 특히 2012년 이후는 금형의 현지조달과 일본 조달의 비율이 점점 더 벌어지는 현상이 나타났다.

 

수요산업 부품 무역의 변화와 금형생산액 변동

2010년 일본의 대중국 자동차부품 수출은 68억 달러였고, 2014년 수출은 79억 달러로 증가폭이 크지 않았다. 반면 중국에서 들여온 자동차부품 수입액은 2010년 18억 달러에서 2014년 72억 달러로 껑충 뛰었다. 일본의 대미국 자동차 부품 수출액은 2010년 76억 달러에서 2014년 83억 달러에 그쳤다. 모두 자동차 부품의 현지조달로 빚어진 결과였다. 중국은 미국에도 2010년 50억 달러의 차부품 수출액을 기록했지만 2014년에는 두 배가 넘는 101억 달러의 자동차 부품을 수출했다.

자동차와 같은 금형의 주요 수요산업의 해외생산과 금형의 현지조달은 계속되고 일본의 금형산업은 생산이 계속 감소할 것인가? 토시다케 부장은 일본의 자동차산업이 1985년 해외 진출을 시작한 이래 현지생산과 부품의 현지조달은 지속적으로 증가해왔지만 5년 전부터 그 증가폭이 둔화하고 일본 내 생산도 안정되기 시작했다고 전한다. 가장 큰 이유는 중국의 인건비 상승이다. 중국의 인건비는 갈수록 올라 더 이상 부품의 중국조달 메리트를 잃고 있다는 것이다. 5년 전부터 일본의 금형 수출입 량도 균형을 맞춰가기 시작했으며, 앞으로 일본 내의 금형 수요도 안정적으로 증가할 것이라는 전망이다.

일본의 품목별 금형생산액을 지역별로 보면, 2015년 기준 프레스 금형 생산액 비중은 아이치(생산액 비중 23.4%)-가나가와(14.0%)-시즈오카(10.4%)-군마(5.7%)-오사카(5.0%) 순이었다. 2015년 전국 프레스 금형 생산액 총액은 5.1조원을 조금 밑도는데, 이들 5개 지역의 프레스 금형 생산액 합은 3조원 가까이나 되어 총생산액의 58.5%를 차지했다.

2015년 일본의 플라스틱 금형 생산액은 총 4.4조원. 아이치현의 플라스틱 금형 생산액이 7,500억원으로 생산액 비중 17.0%를 차지하여 선두였다. 이어 도야마가 9.6%, 오사카 지역이 8.1%, 시즈오카 6.9%, 기후 6.0%로 5개 지역이 전체 생산액의 47.6%를 차지하는 2.1조원의 생산액을 나타냈다. 

일본 금형산업의 특징과 과제

일본의 금형산업도 한국과 여러 가지 닮은 특징을 갖고 있다. 설비·인력 중심인 산업, 양산을 위한 도구로 노하우 중심의 기술력 집중산업, 대표적 수주산업, 일반인은 잘 모르는 인지도 약한 산업, 신제품 개발과 밀접한 관련이 있는 산업, 종업원 20명 이하 업체가 전체 90%를 차지하는 산업, 금형전문 기업은 종업원 10명이 대부분이고 50명이면 중견기업에 속하며 100명을 보유한 기업은 대기업이라 부를만한 소규모 기업이 대부분인 산업….

일본 금형산업이 한국과 다른 점이 있다면 산업규모다. 2017년 세계 금형생산액 85조원 중에서 일본의 금형 생산액은 14조원이나 된다. 3조원의 금형을 수출하고, 1.4조원의 금형을 수입한다. 일본 금형업체 수는 10.500개. 종업원 수는 100,300명 정도.

일본 금형산업이 안고 있는 과제도 한국과 비슷하다.

금형산업 지명도가 하락하면서 질적인 측면이나 양적으로 인력이 부족하다. 설비투자 부담이 크며, 연구인력과 연구시설 등 연구개발 여력이 부족하다. 마케팅 능력도 떨어진다. 수주량 변동이 심하여 안정적 생산을 하기 어렵고, 가격과 지불방식 결정을 발주를 내는 고객이 주도하고 있는 편이다. 국내 인건비가 높고 해외 생산비중이 증가하고 있다. 특히 글로벌화가 진행되면서 고객이 해외에 진출하여 발생하는 문제는 크다. 예를 들어 처음 일본에서 금형을 제작하여 수출하면, 이후 금형제작은 이 기술을 바탕으로 관세와 수송비 절감을 위해 현지 조달한다. 

 

일본 금형산업 과제 해결방안

토시다케 부장은 금형산업 지명도 하락과 인력난에 대해 “무이자 융자의 공적자금을 조성하고 이를 활용하게 하는 방안”을 들었다. 이는 설비투자 부담도 덜어주는 효과가 있을 것이라고 덧붙였다. 인력난은 금형공학회, 산업과 학교를 연계하는 인력을 확보하는 방안을, 금형비 지불방식에 대해서는 세계의 정보를 수집하여 정부에 대해 관련 단체인 일본금형공업회가 정부에 시정을 요구해야 할 것을 들었다.

토시다케 부장은 변동이 심한 수주물량 대책에 대해서는 업체들이 지역별로, 또는 품목별로 협업체계를 구축하여 수주 증감을 조정하고 업무부하를 조절하는 것이 필요하다고 말했다. 또 각 금형업체는 자사가 갖는 품목별, 기술별 장점을 고객에 알릴 수 있는 방법을 찾아 이를 제안하는 형태의 마케팅이 필요하다고 주장했다. 이 제안형 영업은 각 금형업체들이 갖는 장점을 찾아 고객이 발주를 함으로써 물량이 몰리지 않고 고객과 금형업체가 윈-윈할 수 있는 방법이라는 것이다.

최근 들어 가장 큰 과제로 떠오른 수요산업의 해외생산과 관련해서는 금형의 해외생산, 국내생산, 부품성형의 겸업과 해외와 국내의 분업 등을 고려해야 한다고 말했다. 수요기업과 해외의 동반진출도 있을 수 있으나 각 금형업체의 비즈니스, 또는 직원의 역량을 판단해야 하고, 국내외 정보를 수집하여 대비하는 것이 바람직하다는 것이다.

토시다케 부장은 특히 국내에서 금형만 제조하는 형태, 국내에서 금형+부품성형 생산 형태, 국내와 해외에서 금형을 생산하는 형태, 국내와 해외에서 금형과 부품성형을 겸업하는 형태, 국내에서는 금형을 해외에서는 부품성형을 하는 방식들을 모두 고려해야 한다고 주장했다.

토시다케 부장은 이 방식을 고려하여 성공한 후쿠오카의 <후지세이키>의 사례를 들었다. 이 업체는 30년전 일본 내에 2곳의 공장을 두고 파나소닉에 라디오, 카세트레코드용 금형을 제작했는데, 현재는 자동차, 의료기기용 정밀금형을 생산한다. 후지세이키는 현재 금형은 국내 공장 한 곳과 중국 공장 한 곳에서 생산한다. 성형은 중국과 태국, 인도네시아 공장에서 맡는데, 전체 성형매출의 60%가 해외 공장에서 이루어진다.

연구인력과 연구시설 등 연구개발 여력의 부족, 마케팅 역량의 부족문제는 ‘고부가가치 금형을 개발하라’는 어려운 해결방안을 들었다. 한국과 비슷한, 방안이랄 수 없는 방안을 제시했지만 세부 실행방법에서는 차이를 보였다. 토시다케 부장은 “고부가가치 금형의 개발은 금형의 가치하락을 막는 거의 유일한 방법”이라며, 이를 수요기업과 함께 풀어야 한다고 말했다. 개발 여력이 없는 금형업체는 비교적 자금이 풍부한 수요산업의 투자를 받아야 하는데, 우선 수요기업의 투자를 이끌 수 있는 조건을 들었다. 업종별 수요기업들의 신기술·신제품 개발 동향을 파악한다. 자동차 산업이라면 경량화에 따른 경량재료 정보를 입수한다. 수지 메이커 등 경량재료의 물성정보와 신제품 정보는 쉽게 수집 가능한 것이므로 수요기업이 필요로 하는 소재정보를 제공할 수 있다. 금형 제조방식과 성형공정 정보도 제공한다. 이는 금형제조 업체가 신상품의 개발과 금형의 제조, 성형조건을 파악하는 공정을 주도할 수 있는 입장이므로 이를 적극 활용한다. 금형 수요기업은 상품 개발에서 성형까지의 공정을 금형제작 업체가 갖고 있는데 대해 최적의 금형기술을 개발할 수 있다는 신뢰를 갖게 되며, 협력 관계를 형성한다는 것이다.

 

최근 일본의 플라스틱 금형 혁신기술

토시다케 부장은 최근 일본의 플라스틱 금형 혁신기술을 소개했다. 금형을 회전시키며 2색 성형하는 기술, 금형 측면에 전자유도가열장치를 설치하여 광택의 상품성을 구현하는 사출방법, 발포성형, 공정을 크게 단축시키는 표피 일체성형기술 등이다.

2색 성형기술은 자동차 뒷 창유리(테일 게이트)를 성형하는 기술로 소재가 유리에서 폴리카보네이트로 바뀌었다. 테일게이트는 곡선으로 설계되는데, 이 부분을 성형하기 용이하고 경량화를 실현하기 위해 소재도 플라스틱으로 바꿨다. 성형공정은 금형을 열고 1차 사출을 진행한다. 이어 사출압축 과정이 이어지며, 회전판을 돌려 금형을 회전시킨다. 다음 2차 사출을 진행하고 성형품을 취출한다. 이 성형법은 폴리카보네이트의 2색 회전 성형으로, 종전 프레스 성형한 후 도장하는 공정을 생략한다. 유리가 PC로 대체되어 자동차 경량화에 기여하는데, 금형은 제품 성형 후 잔류응력 저감을 위해 사출압축성형 금형을 쓴다.  

발포성형은 일반 플라스틱 사출성형 과정에서 발포제를 첨가하여 기포가 발생하도록 하는 과정이 추가될 뿐, 용융수지를 금형 캐비티에 충진한 후 냉각시켜 취출하는 동일한 순서로 성형하는 과정을 거친다. 물론 수지는 발포성이 있어야 한다.

발포성형은 경량화를 목적으로 제품의 살두께를 얇게 하기 위한 방식이기도 하고, 수지를 덜 쓰는 대신 미세 기포를 채워 경량화를 실현하는 방식이기도 하다. 미세 기포란 ㎤ 당 1억 개의 기포를 갖는 수준을 말한다. 토시다케 부장은 “발포성형은 일본에서 자동차 도어 패널, 콘솔 등 제작에 양산 적용하고 있다”고 소개했다.

 

고부가가치 플라스틱 금형은 어떻게 개발하는가

고부가가치 금형개발은 우선 금형업체가 금형 수요산업별로 특화할 분야에 목표를 둬야 한다. 예를 들면 자동차, 가전, 의료기기 산업에서 전문성을 높일 수 있는 분야를 선정하고 목표로 설정해야 한다. 이어 이 분야의 고객 요구를 파악하는 정보생산 방식을 알아내 정보를 수집해야 한다.

토시다케 부장은 자동차 산업의 수요금형을 예로 들어 이 산업의 가장 큰 니즈인 부품의 경량화, 부품생산비용의 절감에 기여하는 금형이면 고부가가치 금형일 수 있다고 말했다. 구체적 분야로 더 접근하면, 경량화 중에서도 하이텐션 소재를 활용하는 박육화, 즉 소재를 바꿔 부품살을 깎을 수 있거나 가벼워지는 부품을 만들 수 있는 방식인데, 소재정보에 밝을 것을 요구한다.

또 자동차라는 상품 트렌드를 파악해야 한다. 자동차의 조작편의성을 위해 부품개발 방향은 어떤지, 자동차의 승차감, 쾌적성을 위해 개발하는 부품의 기술동향은 어떤지 알아야 한다. 자동으로 여닫히는 도어, 자동으로 조절하는 사이드미러, 자동조절 헤드라이트, 자동조절 시트 등이 조작 편의성을 지향하는 기술 트렌드다. 차 안의 자동 온도조절, 모드별 자동변속, 에너지를 절약하는 자동구동 등의 기술은 쾌적성 기술에 속한다. 이들 부품 양산과 관련한 금형기술 확보도 고부가가치 금형을 만들 수 있는 발판이다.

부품생산 비용을 절감하는 기술 트렌드도 있다. 이 트렌드에 맞춰 부품제조의 공정을 줄이는 방법으로 2색?다색성형, 인서트 성형, 도장공정을 생략하는 회전금형 성형기술을 보유해야 한다. 전기차, 자율주행차 등 미래자동차의 트렌드도 미리 파악하여 부가가치를 높일 수 있는 기술개발 기반을 마련해야 한다.

수요산업의 기술, 제품 트렌드를 파악할 수 있는 정보수집은 금형업체가 특히 어려워 하는 일이지만, 정보수집 수단은 산업분야별 전문전시회가 자주 열리므로 이를 활용할 수 있다. 세계 자동차 부품 정보와 서플라이어 정보를 파악할 수 있는 웹사이트도 많아 여기서 정보를 얻을 수 있다.

 

연구개발, 설계역량을 강화해야

정보 습득과 함께 연구개발력, 설계역량을 강화해야 한다. 자동차산업과 관련해서는 선도하는 새로운 성형기술 정보를 참고한다. 상용화한 기술이지만 개발 여력이 남아있는 수지의 박육화, 금속 대체 수지, 발포성형의 활용, 이색?다색성형을 심화 발전시킬 수 있는 방법, 무도장 부품의 경면화 등 기술을 습득하고 이를 더 발전시킬 수 있는 연구개발 역량을 강화한다.

설계역량 강화를 위해서는 CAD/CAM 도입추진은 필수다. 더구나 최근 신차 개발 기간이 현저히 짧아져 이에 대응하려면 금형설계도 신속히 이루어져야 하고, 고객과 협업할 수 있는 접점이 설계도구들이기 때문이다.

특히 성형해석 툴은 사출 시 유동, 압력, 강도, 열을 시뮬레이션 할 수 있어 활용도가 높다. 금형설계 시 이를 활용하면 최적의 금형을 만들 수 있을 뿐만 아니라 성형의 트러블을 미리 차단할 수 있다. 금형?성형 해석 시뮬레이션은 수지의 유효성을 향상시켜 재료를 절약할 수 있다. 러너나 게이트의 로스를 없애주며 성형 사이클을 단축하여 결과적으로 부품의 생산비용을 절감할 수 있어 고객으로부터 고부가가치 금형으로 인정받는다.    

토시다케 부장은 고부가가치 금형개발과 관련하여 연구개발, 설계역량을 강화와 함께 제조역량 강화를 들었다. 금형가공 속도, 가공정밀도를 높이는 기술을 강화해야 한다는 것이다. 특히 절삭공구의 소모비용은 금형 제작원가에 큰 영향을 주므로 최적공구를 선정하는 기술을 확보하고 장비 가동률을 향상하는 방법 등을 모두 동원해야 한다. 이미 금형설계에서 금형구조를 파악한 다음 컴팩트한 금형을 만들기에 노력하고, 연마가 필요한 금형이라면 이 공정을 생략할 수 있는 고품위 금형을 만들 수 있는 제작기술을 적용해야 한다.

금형의 표면 품질이 요구되는 램프용 금형을 제작하는 데에 필요하다면 시판 공구가 아닌 최적의 공구를 제작 의뢰하여 사용하는 방법도 필요하며, 수요산업계가 개발경쟁을 벌여 신제품 개발기간이 매우 빠른 만큼 금형의 제작에서 성형에 이르는 부품생산 시간을 단축시켜야 한다. 이를 위해서는 상품의 개발, 금형의 설계- 금형 제작-성형 공정을 이해하고 전 공정을 관리할 수 있는 역량을 갖춰야 한다.