방전가공기를 논의하기 전에 방전에 대해 알아보자. 방전(Electrical Discharge)이란 말 그대로 전기의 방출 또는 배출을 의미한다. 정전기나 번개가 방전의 대표적인 자연현상이다. 이를 산업기계에 적용한 것이 방전가공이라 볼 수 있다.
방전이 금속가공에 처음으로 활용된 것은 금속 분말을 만들기 위해서였다. 20C 초 방전스파 크를 이용한 금속분말 제조법이 고안됐다. 유체 속에 금속막대를 넣고 전기에너지를 공급하면 스파크가 발생하는데이 열로 금속을 녹여 분말을 얻었다. 비록 공작 물에 형상을 제작한 것은 아니지만 방전현상과 금 방전을 이용한 속재료라는 인자를 내포 금속분말 제조법한 방전가공의 시초라고 할 수 있다.
방전가공(Electrical Discharge Machining)이란 스파크 가공(spark machining)이라고도 한다. 그 이름에서 보는 것처럼 전기의 양극과 음극이 부딪칠 때 일어나는 스파크로 가공하는 방법이다. 스파크로 일어난 열 에너지는 가공하고자 하는 재료를 녹이거나 기화시켜 제거함으로써 원하는 모양으로 만들어 준다. 물론 방전은 아주 작게 또 아주 빠르게 일어나도록 제어되고, 시편의 가공부분은 아주 작은 입자가 되어 녹거나 기화되어 제거되기 때문에 정밀가공이 가능하게 된다.
방전가공의 발전
유럽의 방전가공은 소련의 주도하에 이루어졌다. 라자 렌코의 발명과 제2차 세계대전의 종식으로 기계산업에 활기를 되찾았고 그 중심에 방전가공이 있었다. 소련이 냉전을 거치며 유럽의 방전가공을 선도했지만 다른 국가에 방전가공기를 보급할 때 ‘장비를 미국에 유출하지 않는다’는 조건을 걸었다.
미국은 CNC기술의 발전과 방전가공기의 성능을 혁신적으로 개선했지만 정작 자국의 장비보급은 활발하지 못했다. 미국 본토에 전쟁의 직접적 피해가 없어 산업시설과 인력이 정상적으로 유지됐기 때문이다. 또한 숙련공이 많아 이들을 대체할 장비도입에 매력을 느끼지 못한 영향도 있었다.
방전가공에서 선도적인 또 다른 나라는 일본이다. 2차세계대전 패전 후 국가 기반시설이 대부분 파괴되어 산업 부흥을 위한 많은 기술이 도입됐다. 기계산업에도 방전가공이 적극 도입됐는데, 이 분위기는 지금까지 이어지고 있다. 많은 회사와 대학 연구소가 방전가공기술연구에 매진하여 매년 새로운 기술이 소개돼 방전가공기술연구에 선두적 역할을 하고 있다.
방전가공기 시장 전망
방전가공기(Electrical Discharge Machine , EDM)은 공작물에서 재료를 제거하여 원하는 모양을 얻기 위해 제조 공정에 사용된다. 이 과정에서 빠르게 반복되는 전류가 두 전극 사이에서 방전되어 원하는 형상으로 절단되며 잔류 물질은 유전체 액체로 분리된다.
지난 10 년간 방전가공 기술은 공작기계 산업에 중요한 영향을 미쳤다. 금형 및 가공 비용 상승과 경쟁력 유지에 대한 압박은 방전가공기와 같은 효율적이고 효과적인 금속 제거 기술에 대한 관심을 불러 일으키는 요인이다.
기존의 절삭 공구와 달리 방전가공기의 마모가 적어 의학 및 항공 우주 산업을 비롯한 다양한 산업 분야에 확대 적용이 이뤄지고 있다.
의료기기 제조 최종 용도 부문에서 방전가공기를 통한 가공으로 정형외과, 심장학, 치과 및 안과 분야의 바이오 임플란트를 상업화하는데 성공하고 있으며, 이러한 가공기술에 의해서 수요가 증가하는 선순환 구조의 시장 확대 모습을 보이고 있다.
또한 항공 우주 부품 제조업체는 복잡한 형상의 복잡한 정밀 부품을 제조하기 위해 방전가공기(EDM) 홀 드릴링 기술에 점점 더 의존한다. 지속적으로 늘어나고 있는 자동차 생산에서도 방전가공기는 큰 역할을 하고 있다. 특히 자동차 부품 및 부품 제조에서 방전가공기, 특히 컴퓨터 수치 제어 방전가공기(CNC EDM)에 대한 요구가 증가하고 있다.
이는 숙련 노동에 대한 세계적인 인력부족에서 기인한다. 숙련 노동자들은 대부분 은퇴했으며, 신규 고급 노동자들은 이 시장(3D)에 유입되기를 꺼리고 있다. 이는 자동화된 CNC 방전가공기에 대한 수요로 이어지고 있는 것이다.
글로벌 시장에서 주요 업체들로는 AA EDM CORP., AccuteX EDM, Beaumont Machine, CHMER EDM, Chevalier Machinery Inc., Excetek Technology Co., GF Machining Solutions, Kent Industrial USA Inc., Knuth Machine Tools USA Inc., Makino Milling Machine Co., Ltd., MC MACHINERY SYSTEMS INC, ONA ELECTROEROSION SA 및 Sodick Inc. 등이 있다.
Global Industry Analysts Inc. (GIA)에 따르면, 방전가공기(EDM)는 합금, 복합 재료 및 도기와 같은 생산공정에서 복잡한 소재의 사용 증가로 인해 수요가 확장중이고 분석했다.
GIA 2015년 보고서에 따르면, 방전가공기(EDM)의 세계시장은 2020년 85억 달러에 이를 전망이다. 특히 아시아 태평양 지역에서 성장세가 기대된다. 이 지역에서는 연평균 11.4 %의 성장률을 보이고 있다. 전 세계에서 가장 빠르게 성장하는 지역이다.
시온 마켓 리서치(Zion Market Research)도 리서치 보고서(2018년)를 통해 글로벌 시장이 8.1%의 성장세를 보이고 있다고 밝혔다. 보고서에 따르면, 전세계 전기방전기 시장은 2017 년 46억 5천만 달러로 평가됐으며, 2018년에서 2024년 동안 연평균 8.1 % 성장세를 이어갈 전망이다. 오는 2024년에는 약 77 억 7천만 달러에 달할 것이라는 분석이다.
와이어 커팅 방전가공기는 거의 모든 전기 전도성 재료를 절단하는 고정밀 방법이다. 와이어 커팅 EDM 공정은 강철 헤드 라이트 몰딩과 같은 다양한 금형 애플리케이션을 위한 자동차 산업에서 크게 각광받고 있다. 자동차 제조업체는 가장 큰 자동차 부품의 성형 및 드릴링을 보장하므로 EDM 절차를 매우 선호하게 됐다.
전 세계적으로 자동차 부문은 2012년에 618억 5천만 달러의 가치를 달성했고, 오는 2020년까지 약 904억 달러의 가치를 차지할 것으로 예상된다. 2017년에는 전 세계적으로 약 1억대의 자동차가 생산됐다. 자동차 부문이 가장 높은 성장세를 보이는 시장이다.
중국은 2017년에 15억 7500만 달러를 보였다. 이 지역의 활발한 자동차 부문으로 인해 시장 수요를 주도하는 주요 요인으로 관측됐다. 자동차 산업의 급격한 증가는 동시에 방전가공기의 시장 수요를 가속화하고 있는 것이다.
그러나 방전가공기(EDM)는 수 많은 단계가 포함된 매우 복잡한 절차를 가진다. 많은 수의 장치를 사용하면 원자재 및 제조 비용이 증가하는 것은 필연적이다. 높은 제조 비용은 시장 성장에서 하나의 걸림목이 되고 있다.
효과적인 열 가공 절차이기 때문에 방전가공기(EDM)는 세라믹 소재의 가공 및 성형에도 매우 적합하다. 방전가공기(EDM)은 세라믹 재료의 강도 및 경도와 무관하게 상당히 효과적이며, 이는 종래 기술보다 바람직하기 때문이다. 방전가공기는 안정성을 보장할 뿐만 아니라 세라믹 재료의 높은 제거율도 보장한다. 첨단 세라믹 재료에 대한 수요는 2015년에 7 % 이상의 성장률을 기록했으며 향후 몇 년 동안 실질적으로 증가할 전망이다.
시온 마켓 리서치(Zion Market Research)는 “세라믹 가공용 방전가공기(EDM)의 구현은 다가오는 해에 방전 기계 시장을 위한 큰 기회를 창출 할 것으로 기대된다”고 분석했다.
방전가공기 시장은 제품, 최종 사용자 산업 및 지역에 따라 분류한다. 방전가공기 시장의 제품 부문에는 다이싱킹 EDM, 와이어 커팅 EDM 및 스몰 홀 EDM이 포함된다. 와이어 컷팅 방전가공기(wire cutting EDM)은 가장 높은 시장 점유율을 보인다. 향후 2~3년간에도 현저한 성장이 예상된다. 가장 높은 성장률을 보이는 주된 이유는 비용 절감, 높은 신뢰성 및 스트레스없는 절단 시설과 같은 다양한 혜택을 제공한다는 것이다. 와이어 커팅 분야는 연평균 8.4 %를 성장세가 기대된다.
방전가공기(EDM)는 다양한 용도로 다양한 최종 용도 산업에서 구현되며, 주요 최종 용도 산업 중 일부는 우주 항공 및 국방, 제조, 자동차, 의료 및 기타 분야입니다. 자동차 부문은 전 세계 수 많은 신흥 국가에서 자동차 수요를 증가시켜 가장 높은 성장세를 보일 것으로 예상된다.
북미 지역은 이 지역의 세계적으로 유명한 금속 산업의 주요 플레이어로 인해 가장 성장하는 지역 중 하나가 될 것으로 예상된다. 미국은 주요 금속 생산국 중 하나이며 2014년에 전 세계에서 세 번째로 큰 철강 생산국이었다. 2014 년에 미국은 2800만 톤 이상의 선철과 약 8,900만 톤의 철강을 생산했다.
현재 유럽은 성장하는 공작기계 시장으로 주목받는다. 아시아 태평양 시장 다음으로 큰 방전가공기 시장이다. 방전가공기는 절삭, 드릴링 및 성형에 필요한 수많은 공작 기계보다 선호된다. 독일, 이탈리아 및 스위스와 같은 유럽 국가에서 생산하는 가장 큰 공작기계가 있다는 사실은 방전가공기 시장 수요를 가속화하는 데 크게 기여했다. 유럽의 제조 장비 생산은 2010년에 193억 달러 이상을 차지했다. 2017년 독일, 이탈리아 및 스위스는 각각 46.2 %, 19.3 % 및 12 %의 점유율로 인해 가장 큰 유럽 제조 장비 생산 업체였다. 유럽의 제조 장비 소비량은 2018년 3.2 % 이상으로 증가할 것으로 예상됐다. 오스트리아, 스페인 및 터키도 주목되는 시장이다.
2017년에는 아시아 태평양이 방전가공기 시장의 50 % 이상을 차지했다. 신흥 자동차 산업 부문의 존재는 시장 수요를 주도하는 주요 요인이다. 이는 2016 년에서 2020년까지 성장세를 이끌어 가는 요인으로 작용할 전망이다. 기존의 다른 접근 방식에 비해 방전가공기(EDM)는 헤드 라이트와 같은 중요한 자동차 부품 성형에 매우 적합하다.
인도, 태국, 베트남, 인도네시아, 중국 등 아시아 여러 국가에서 자동차 수요를 높이는 것은 이 지역의 방전가공기 시장의 상당한 성장이 우선적으로 필요하다. 자동차 산업은 2010년부터 2020년까지 5 % 이상으로 성장할 것으로 예상된다. 2015년 제조 장비에 275억 달러를 소비했다. 중국은 아시아 제조 장비 소비의 68.2 % 이상을 차지했다.
