‘16년도 미래성장동력사업 신규과제 후보 RFP (기술개발)

□ 첨단공구 기술개발사업 (총괄 + 세부3)

관리번호

2016-기계·소재-통합

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제유형

원천기술형( ), 혁신제품형(√)

기술분류

요소부품

-

연계/해당

여부(√)

특허( ), 표준화( ), 디자인( ), 글로벌R&D( ), 초고난도( ), 경쟁형R&D( )

총괄 과제명

탄소섬유복합재(CFRP) 및 고경도 신소재 가공용 첨단절삭공구 개발

1. 필요성

ㅇ 자동차, 항공·우주 등 전방산업을 중심으로 에너지 저감, 친환경화, 부품의 경량화 및 소형화에 따라 초경량 탄소섬유복합재(CFRP), 고경도 내열합금 등 기존의 절삭공구로는 가공이 어려운 난삭 신소재의 적용이 급증하고 있어 난삭 신소재의 가공효율 향상, 가공비용 절감 및 가공시간 단축이 가능한 첨단절삭공구 개발이 필요

ㅇ 절삭공구는 모든 산업에서 소재·부품을 제조하는 도구로서 국가 주력산업과 성장동력산업의 QCD 경쟁력을 좌우. 국내 절삭공구기술은 선진국 대비 약 87%이나 공구의 품질·성능을 좌우하는 핵심기술은 미흡. 특히 수요가 급증하고 있는 CFRP, 고강도주철(CGI), 고경도강, 내열합금 가공용 첨단절삭공구의 기술수준은 매우 미흡

ㅇ 제조업이 새로운 성장동력으로 재조명되어 제조강국들은 제조업 고도화를 위한 정책들을 추진. 우리나라는 제조업의 새로운 패러다임인 '제조업 혁신 3.0'전략을 수립하여 19대 산업엔진 프로젝트를 추진. 이들 프로젝트 중 난삭 신소재의 고효율 가공을 위한 첨단소재가공시스템은 첨단절삭공구 개발과 적용이 필수

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 탄소섬유복합재(CFRP), 고경도 내열합금 및 초정밀부품·금형의 고효율 가공용 첨단절삭공구 개발 (TRL : [시작] 4단계 ~ [종료] 7단계)

- 항공·자동차산업의 탄소섬유복합재(CFRP) 가공용 회전공구 및 초고경질 나노박막 합성기술 개발

․내마모성 및 다이아몬드 코팅막 밀착력 향상 초경합금 개발

․Ta, Nb 등의 고가 전략원소 저감기술 개발

․Burr 및 Delamination 발생억제 공구형상설계 및 형상가공기술 개발

․나노 초고경질(다이아몬드) 박막 합성장치 및 코팅공정기술 개발

- 동력전달계 및 터빈 핵심부품용 고경도 내열합금 가공을 위한 인서트 기반 코팅초경/cBN/세라믹 공구 개발

․내열합금(인코넬, Ti합금, CGI 등) 가공용 초경/세라믹/cBN 인서트 및 공구개발

․PVD(Ti-Si-X계, Al-Cr-X계), CVD(MT-Ti(CN)/Al2O3/TiN계) 박막설계 및 코팅기술개발

․초경합금/서멧/세라믹의 복합화에 의한 초경합금 저감소재 및 공구 개발

․금속/세라믹 기반 고경도재 절단용 공구 개발

- 초정밀부품·금형의 고품위 표면가공을 위한 초경엔드밀 및 PCD 공구 개발

․나노급 WC 미립자 및 고인성 초경합금 환봉 제조기술 개발

․알루미늄 합금의 초고정밀 표면가공용 PCD 공구 개발

․고정도 R부를 갖는 고품위 가공용 초경 공구 개발

․고품위 재자원화 분말 상용화(분말 생산량 : ~700kg/day) 기술개발

- 개발 공구용 소재와 공구의 성능·수명평가 및 신뢰성 향상

․첨단공구산업기술지원센터의 표준규격에 따라 소재 및 공구의 성능 평가·인증

․첨단소재가공시스템사업*에서 개발된 장비에 장착하여 공구 성능평가 및 요구 반영

․수요기업의 사업참여를 통해 첨단공구의 Field Test 및 공구성능 검증

* 탄소섬유복합재 가공시스템 개발(시스템산업미래성장동력사업) 및 24시간 이상 연속가공이 가능한 지그센터급 수평형 5축 가공시스템 개발(산업핵심기술개발사업)

- 통합과제 운영

․수요 발굴, 운영시나리오 작성 등 상품기획 구체화 및 일반적인 과제 운영 추진

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내 최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	CFRP용 공구소재 항절력1)	kg/mm2	≥480 (상온)	400	480 (일본, Mitsubishi-Hitachi Tool)
2	나노 다이아몬드 코팅 길이1)	mm	≥50	25	50 (독일, Cemecon)
3	CFRP 가공용 공구수명1)	m	≥12(드릴) ≥90(엔드밀)	5(드릴) 40(엔드밀)	12 (드릴, 스웨덴, Sandvik) 90 (엔드밀, 스웨덴, SECO)
4	선삭공구(S10) 총 칩제거량2)	cm3	125	100	120 (스웨덴, Sandvik)
5	밀링공구(S30) 총 칩제거량2)	cm3	8	5	7 (스웨덴, Sandvik)
6	내열재 가공 cBN 공구 성능2)	min.	12	8	12 (독일, SECO)
7	볼엔드밀 공구수명3)	min.	≥180	-	170 (일본/미쯔비시)
8	재자원화 분말 C량 균질제어3)	wt%	≤ 0.15	≤ 0.2	≤0.1 (일본, Mitsubishi)
9	재자원화 분말 생산량(Hard)3)	kg/batch	≥700	≤ 350	600 (핀란드, Ticomet)
10	알루미늄합금 절삭속도3)	m/min	2,500	1,700	2,000 (스웨덴, Sandvik)

1) 세부 과제 1     2) 세부 과제 2      3) 세부 과제 3

※ 공구성능·수명 평가에 대한 세부적인 방법은 각각의 세부과제에 표시

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 5년 이내 (1차년도 개발기간 : 7개월, 5차년도 개발기간 : 17개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘16년 0.48억 원 이내 (총 정부출연금 7억 원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 징수여부 : 비징수

관리번호

2016-기계·소재-통합 01

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제유형

원천기술형( ), 혁신제품형(√)

기술분류

요소부품

-

연계/해당

여부(√)

특허( ), 표준화( ), 디자인( ), 글로벌R&D( ), 초고난도( ), 경쟁형R&D( )

총괄 과제명

탄소섬유복합재(CFRP) 및 고경도 신소재 가공용 첨단절삭공구 개발

세부 과제명

항공·자동차산업의 탄소섬유복합재(CFRP) 가공용 회전공구 및 초고경질 나노박막 합성기술 개발

1. 필요성

ㅇ 항공 및 친환경 자동차산업을 중심으로 연비와 내구성 향상을 위해 비중이 철강재료의 20~25%로서 경량화와 고강도화가 우수한 탄소섬유복합재(CFRP)의 사용량이 급증. CFRP는 인장강도가 일반강의 5~10배 정도 높고, 모재의 성질이 매우 다른 재료로 구성되어 있어 기존 공구로는 가공이 매우 어려운 대표적인 난삭재

ㅇ 국내의 CFRP 가공용 공구는 공구용 소재기술, 공구형상 설계기술 및 내마모성 코팅기술이 미흡하여 선진 공구 대비 가공속도 1/5, 가공길이(공구수명) 1/7 등 기술수준이 매우 미흡. CFRP의 가격하락에 따라 항공·자동차산업에서 수요급증이 예상되므로 burr와 박리 발생이 없고 가공품질이 안정화된 전용공구 개발이 시급

ㅇ 국내 기업들은 탄소섬유의 투자와 생산을 확대하고, 전라북도에서는 탄소클러스터를 조성 중이며, 19대 산업엔진 프로젝트에서는 탄소섬유복합재(CFRP) 가공시스템을 개발 중. 항공 및 친환경 자동차산업의 경쟁력 강화를 위해서는 CFRP의 제품화를 위한 첨단절삭공구 및 가공기술의 원천기술 확보가 매우 시급

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : CFRP 가공용 초경합금 소재, 초고경질 탄소계 코팅장치 및 공정기술, 회전공구 상용화 기술개발 (TRL : [시작] 4단계 ~ [종료] 7단계)

- CFRP 가공용 고내마모성 및 초고경질 코팅막 밀착력 향상 초경합금 개발

․강도, 경도, 파괴인성이 뛰어난 CFRP 가공 초경공구용 원료분말 개발

․분말합성·성형, 고밀도 소결 및 양산화 기술개발

․Co 및 Ta, Nb 등 고가 전략원소 제어·저감기술 개발

- CFRP의 고효율 가공용 회전공구 개발

․Burr 및 Delamination 발생억제 공구형상설계 기술개발

․T300~T1000 CFRP의 형상, 특성 및 크기에 따른 최적의 초경공구 개발

․CFRP/Metal의 샌드위치형 소재 가공용 전용공구 개발

․Hole, Side, 평면 및 곡면가공 등 다양한 CFRP 가공용 특화공구 개발

- CFRP 공구의 내마모성 향상 탄소계 초고경질 CVD 장치 및 나노코팅기술 개발

․나노 다이아몬드 코팅용 CVD 합성장치 개발

․멀티 나노 초고경질 코팅막 설계 및 성막기술 개발

․코팅부착력 향상을 위한 코팅 전처리 및 코팅 양산화 기술개발

- 개발 공구용 소재와 공구의 성능·수명평가 및 신뢰성 향상

․첨단공구산업기술지원센터의 표준규격에 따라 소재 및 공구의 성능평가·인증

․첨단소재가공시스템사업*에서 개발된 장비에 장착하여 공구 성능평가 및 요구 반영

* 탄소섬유복합재 가공시스템 개발(시스템산업미래성장동력사업)

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내 최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	조립분말 유동도(F.R)1)	sec/50g	≤23	30	25 (일본, Tungaloy)
2	공구소재 경도	Hv	≥1,700 (상온)	1,600	1,650 (일본, Tungaloy)
3	공구소재 항절력	kg/mm2	≥480 (상온)	400	480 (일본, Mitsubishi-Hitachi tool)
4	공구소재 파괴인성	MPa·m1/2	≥15.5 (상온)	14	15.5 (일본, Sumitomo)
5	공구 표면조도	µm, Ra	≤0.1	0.15	0.1 (일본, Mitsubishi)
6	코팅장치 온도편차	°C	≤10	25	10 (독일, CemeCon)
7	나노코팅막 두께 균일도	µm	≤1	2	1 (독일, CemeCon)
8	나노코팅막 표면조도	µm, Ra	≤0.3	≤ 0.7	0.3 (독일, CemeCon)
9	나노코팅 길이2)	mm	≥50	25	50 (독일, CemeCon)
10	절삭성능(공구수명)3)	m	≥12(드릴) ≥90(엔드밀)	5(드릴) 40(엔드밀)	12 (드릴, 스웨덴, Sandvik) 90 (엔드밀, 스웨덴, SECO)

1) ASTM B213-13

2) 코팅 길이 : 공구 선단부에서 생크부 하단까지의 코팅 길이

3) 절삭성능 테스트 조건

- Drill: Sandvik CoroDrill 85X 시리즈 기준, 절삭속도(Vc): 130m/min, 이송(fn): 0.05mm/rev

- End mill: Seco JABROTMJC8XX 시리즈 기준, 공구직경=Ø10mm, 절삭속도(Vc): 200m/min, 절삭깊이(ap): 1.0mm, 절삭폭(ae): 0.1mm, 스핀들회전수(n): 6,370rpm, 날당이송(fz): 0.04mm/tooth, 이송속도(vf): 2,040mm/min

- 피삭재 : CFRP T700 grade 3000k prepreg를 사용한 autoclave 성형 제품

- 공구수명은 CFRP가공시 Burr, Delamination 발생 및 가공회수, 면조도 기준별 변화기준

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 5년 이내 (1차년도 개발기간 : 7개월, 5차년도 개발기간 : 17개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘16년 4억 원 이내 (총 정부출연금 60억 원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2016-기계·소재-통합 02

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제유형

원천기술형( ), 혁신제품형(√)

기술분류

요소부품

-

연계/해당

여부(√)

특허( ), 표준화( ), 디자인( ), 글로벌R&D( ), 초고난도( ), 경쟁형R&D( )

총괄 과제명

탄소섬유복합재(CFRP) 및 고경도 신소재 가공용 첨단절삭공구 개발

세부 과제명

동력전달계 및 터빈 핵심부품용 고경도 내열합금 가공을 위한 인서트 기반 코팅초경/cBN/세라믹 공구 개발

1. 필요성

ㅇ 항공기·자동차의 엔진성능과 산업용 발전기의 고효율화를 위해 터빈의 작동온도는 더욱 가혹(고온화·고압화)화 되는 추세. 터빈의 작동온도가 더욱 높아짐에 따라 블레이드뿐만 아니라 블레이드 주변의 디스크, 베인 등의 내열부품도 보다 가혹한 조건에 노출되므로 예전보다 한층 높은 초고경도의 내열합금 적용이 증가

ㅇ 터빈 부품용 초고경도 내열합금과 엔진블록용 CGI는 가공성이 매우 낮고 가공공차가 매우 엄격한 초정밀가공이 요구되므로 부품을 해외에서 전량 가공된 상태로 수입하거나 절삭공구의 품질과 성능이 검증된 절삭공구를 해외로부터 전량 수입할 정도로 국내의 초고경도 내열합금 가공용 첨단절삭공구 기술은 매우 미흡

ㅇ 발전효율이 우수한 차세대 A-USC 발전시스템이 ’20년대에 상용화되고, 국책사업으로 13년부터 개발 중인 대형 복합발전용 가스터빈이 개발되어 ‘20년부터 국내외 발전소에 공급될 전망이며, 또한 19대 산업엔진 프로젝트에서 내열합금 가공시스템을 개발 중이므로 이들 사업의 조기 성과창출을 위해 초내열합금의 정밀가공용 첨단절삭공구 개발이 시급

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 동력전달계 및 터빈 핵심부품용 고경도 내열합금 가공을 위한 인서트 기반 코팅초경/cBN/세라믹 공구 개발 (TRL : [시작] 4단계 ~ [종료] 7단계)

- 내열합금(인코넬, 스텔라이트, CGI 등)의 고속·정밀가공용 인서트 기반 공구소재 개발

․선삭가공(S05~S20) 및 밀링가공(S30~S40)용 초경합금 설계 및 제조기술 개발

․내열합금 고속·정밀 선삭·밀링가공용 세라믹 설계 및 제조기술 개발

․내열합금 고속 선삭가공용 초미립 cBN 제조기술 개발

․분말합성·성형, 고밀도 소결 및 양산화 기술개발

- 내열합금의 고속·정밀가공용 인서트 기반 공구형상 설계기술 개발

․내열합금의 고정도 선삭·밀링 가공 전용 칩브레이커 설계 및 금형기술 개발

․고정도 가공을 위한 하이포지티브 경사 인선 및 하이헬릭스 인선 설계기술 개발

․선삭가공용 cBN 및 세라믹 인서트 인선 설계기술 개발

․내열합금의 고속·정밀가공용 홀더 및 커터 설계·제조기술 개발

- 내열합금의 고속·정밀가공용 인서트 기반 절삭공구 개발

․사상, 중삭, 황삭 칩브레이커를 포함한 S05~S20 선삭가공용 코팅 초경공구 개발

․내열합금의 고속 사상 선삭가공 및 고속 밀링가공용 세라믹 공구 개발

․내열합금의 고속 사상 선삭가공용 cBN 공구 개발

․다용도 및 고능률 절삭(평면가공, 측면가공, 홈가공, 경사면가공, 헬리컬 가공) 가공이 가능한 인덱서블 밀링공구 개발

- 내열합금 가공용 공구의 내마모성 향상 코팅기술 개발

․PVD (Ti-Si-X계 질화물, Al-Cr-X계 질화물) 및 CVD (MT-Ti(CN)/Al2O3/TiN계) 코팅 박막설계 기술 개발

․코팅 밀착력 향상을 위한 코팅 전처리, 코팅공정 및 후처리 기술 개발

- 내열합금의 고속절단용 복합화 소재 및 공구 개발

․공구소재의 복합체(초경합금/서멧/세라믹) 설계 및 공구제조기술 개발

․이종 공구 소재와의 고밀도 접합기술 개발

․금속/세라믹 복합소재를 활용한 내열합금의 고속절단용 공구 개발

․공구소재의 복합화에 의한 초경합금 사용량 20% 이상 저감기술 개발

- 개발 공구용 소재와 공구의 성능·수명평가 및 신뢰성 향상

․첨단공구산업기술지원센터의 표준규격에 따라 소재 및 공구의 성능 평가·인증

․첨단소재가공시스템사업*에서 개발된 장비에 장착하여 공구의 성능평가 및 요구 반영

․항공·발전부품 가공 수요기업의 사업참여를 통해 Field Test 및 공구성능 검증

* 24시간 이상 연속가공이 가능한 지그센터급 수평형 5축 가공시스템 개발(산업핵심기술개발사업)

ㅇ 개발목표

성능지표			단위	달성목표	국내 최고수준	세계최고수준 (보유국,기업/기관명)
1	선삭공구	초경합금(S15) 상온 항절력 (ISO3327 및 WC-7%Co)	N/mm2	2,800	2,500	2,600 (스웨덴, Sandvik)
2		Ti-Al-X계 박막(PVD) 내열성 (산화 개시온도)	°C	1,100	900	1,100 (독일, Walter)
3		cBN 소재 경도	GPa	43	40	42 (일본, Sumitomo)
4		선삭용(S10) 코팅초경공구 총 칩제거량1)	cm3	125	100	120 (스웨덴, Sandvik)
5		cBN 공구 성능2)	min.	12	8	12 (독일, SECO)
6	밀링공구	초경합금(S30) 상온 항절력 (ISO3327 및 WC-10%Co)	N/mm2	3,300	3,000	3,200 (스웨덴, Sandvik)
7		Al-Cr-X계 박막(PVD) 밀착력 (스크래치테스트)	박리하중 (N)	120	100	110 (스웨덴, Sandvik)
8		밀링용(S30) 코팅초경공구 총 칩제거량3)	cm3	8	5	7 (스웨덴, Sandvik)

1) 공구재종: PVD S10 grade, 피삭재: 인코넬718(HRC~40), 절삭속도(Vc)=50m/min, 이송(fn)=0.15mm/rev, 절삭깊이(d)=0.5mm, 습식, CNMG120408-OO

- 총칩제거량(cm3) = 절삭시간(min) × 칩 매출량(cm3/min)

- 칩 배출량(cm3/min) = [Vc(m/min) × fn(mm/rev.) × d(mm)]/1000

2) 공구재종: cBN, 피삭재: 인코넬718(HRC~35), 절삭속도(Vc)=300m/min, 이송(fn)=0.1mm/rev, 절삭깊이(d)=0.5mm, 습식, TNGA160408-OO, 공구수명 기준: 여유면 마멸폭(VB) 0.2mm 이하

3) 공구재종: PVD S30 grade 재종, 피삭재: 인코넬718(HRC~40), 절삭속도(Vc)=30m/min, 날당이송(fz)=0.06mm/tooth, 절삭깊이(ap) & 절삭폭(ae)=2mm, 습식, APXX12-2날, Ø16 홀더

- 총칩제거량(cm3) = 절삭시간(min) × 칩 배출량(cm3/min)

- 칩 배출량(cm3/min) = [가공길이(mm) × 테이블 이송(mm/min) × 절삭깊이, ap(mm)]/1,000

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 5년 이내 (1차년도 개발기간 : 7개월, 5차년도 개발기간 : 17개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘16년 4억 원 이내 (총 정부출연금 75억 원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2016-기계·소재-통합 03

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제유형

원천기술형( ), 혁신제품형(√)

기술분류

요소부품

-

연계/해당

여부(√)

특허( ), 표준화( ), 디자인( ), 글로벌R&D( ), 초고난도( ), 경쟁형R&D( )

총괄 과제명

탄소섬유복합재(CFRP) 및 고경도 신소재 가공용 첨단절삭공구 개발

세부 과제명

초정밀부품·금형의 고품위 표면가공용 초경 및 PCD 공구 개발

1. 필요성

ㅇ 스마트폰 부품, 렌즈용 금형과 같은 초정밀 부품의 수요가 급증하고 있으나, 국내의 기술 미흡으로 초정밀가공 공구의 대부분을 수입에 의존. 갈수록 경쟁이 치열해지고 있는 우리나라 모바일산업의 글로벌 우위를 지속하기 위해서는 모바일 부품의 초정밀가공용 공구개발을 통한 모바일산업의 QCD 경쟁력 확보가 절실

ㅇ 모바일 부품용 소재물성의 향상을 위하여 알루미늄 외에 Si, Mg, Cu 등의 성분이 첨가된 합금으로 제조되는 이유로 일반적인 알루미늄의 가공성과는 매우 다른 일정면에서는 난삭재의 성향을 띠고 있음

ㅇ 절삭공구의 핵심소재인 초경합금은 자원의 희소성과 편재성이 높은 고가의 전략원소를 다량 함유. 전략원소의 재활용 기술이 미흡하여 폐초경의 대부분을 국외로 반출하고 있어 재자원 양산화 기술개발을 통한 공구산업의 경쟁력 강화 필요

ㅇ 정부에서 추진 중인 모바일융합산업 육성을 위해서는 고품위 가공용 공구가 필수적이며, 우리나라는 희소·전략원소의 안정적인 공급원 확보를 위해 범정부 차원에서 대응 필요

2. 연구목표

ㅇ  최종목표  :  초정밀부품·금형의 고품위 표면가공용 초경엔드밀· PCD 공구 및 재자원 양산화 기술 개발  (TRL : [시작] 4단계 ~ [종료] 7단계)

- 초정밀가공용 고인성·고내마모성 초경합금 제조기술 개발

․환원·탄화에 의한 고품위 초미립 WC 입자 {D50(100nm)급 및 D99.9(1.5µm)} 제조기술 개발

․균일 혼합·성형기술, WC 입자 성장억제 원소제어 및 저온 소결기술 개발

․품질 균일성이 우수한 초경합금 환봉 제조기술 개발

- 초정밀가공용 고인성·고내마모성 초경합금 엔드밀 개발

․고경도 금형 가공용 고정밀 R부를 갖는 볼엔드밀의 형상설계 및 제조기술 개발

․공구 자루부의 진원도와 원통도가 3µm 이하인 초정밀제품 제조기술 개발

․전자부품의 sub-micron 표면조도를 갖는 고정밀 플랫엔드밀 형상설계 및 제조기술 개발

- 고품위 재자원화 초경합금을 이용한 정밀가공용 절삭공구 개발

․초경합금 Scrap의 고순도(탄소량 균질제어 0.15wt%) 재자원화 및 상용화(분말생산량 : Soft 300kg/day, Hard 700kg/day) 기술개발

․재자원화 초경합금을 이용한 절삭공구 제조기술 개발

- 알루미늄 합금의 초고정밀 표면가공용 PCD 공구 개발

․초미립 다이아몬드, Filler 분산 및 물성제어기술 개발

․Chip flow 유동해석을 통한 chip breaker 개발

․구성인선의 방지를 위한 표면개질 기술 개발

․인선부 설계기술 및 구성인선의 방지를 위한 표면개질 기술 개발

- 개발 공구용 소재와 공구의 성능·수명평가 및 신뢰성 향상

․첨단공구산업기술지원센터의 표준규격에 따라 소재 및 공구의 성능 평가·인증

․핵심부품·금형 가공 수요기업에서 개발 공구의 Field Test 및 공구성능 검증

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내 최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	볼엔드밀용 WC 입자 크기 (D50)	nm	100	200	100 (일본/ALMT)
2	볼엔드밀용 초경합금 경도	Hv30	1,980	1,910	1,980 (룩셈부르크/Ceratizit)
3	볼엔드밀용 초경합금 항절력	MPa	4,700	4,200	4,600 (룩셈부르크/Ceratizit)
4	볼엔드밀 R볼부 형상정밀도	µm	≤±2	±5	±2 (일본/미쯔비시)
5	가공된 피삭재 표면조도1)	Ra, µm	0.2	0.5	0.24 (일본/미쯔비시)
6	볼엔드밀 공구수명2)	min.	≥180	-	170 (일본/미쯔비시)
7	재자원화 분말 C량 균질제어	wt%	≤0.15	≤0.2	≤ 0.1 (일본, 미쯔비시)
8	재자원화 분말 생산량(Hard)	kg/batch	≥700	≤350	600 (핀란드, 티코멧)
9	PCD 공구 절삭속도3)	m/min	2,500	1,700	2,000 (스웨덴, 샌드빅)
10	PCD 공구수명 오차율3)	%	≤±5	-	7 (스웨덴, 샌드빅)

1)  피삭재: AL70계열, 공구형상: 3날 스퀘어 엔드밀(Ø8.0mm), 스핀들회전수(n): 8,000rpm, 이송속도(vf): 200mm/min, 절삭깊이(ap): 8mm, 절삭폭(ae): 0.05mm, 측면절삭 3m 후 측정

2) 피삭재: AISI H13(HRC 53～55), 공구형상: 2날 R1.0(Ø2.mm), 스핀들회전수(n): 19000rpm, 이송속도(vf): 2,000mm/min, 절삭깊이(ap): 0.1mm, 절삭폭(ae): 0.4mm, 공구수명 기준: 콘로드 170분 가공 후 여유면 마멸폭(VB) 0.07mm 이하

3) AL60계열(Al-Si, Si 10% 이상), 공구형상: 6날 밀링커터(Ø100.0mm), 스핀들회전수(n): 8,000rpm, 이송속도(vf): 4,800mm/min, 절삭깊이(ap): 2mm, 평면절삭 2km 후 측정(여유면 마멸폭(VB) 0.2mm 이하)

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 5년 이내 (1차년도 개발기간 : 7개월, 5차년도 개발기간 : 17개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘16년 1억 원 이내 (총 정부출연금 55억 원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

□ 웨어러블 스마트디바이스 (일반 3)

관리번호

2016-웨어러블-일반-01

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제유형

원천기술형( ), 혁신제품형(√)

기술분류

반도체 소자 및 시스템

-

연계/해당

여부(√)

특허( ), 표준화( ), 디자인( ), 글로벌R&D( ), 초고난도( ), 경쟁형R&D( )

과제명

다양한 응용서비스 적용이 가능한 개방형 웨어러블 디바이스 개발 킷 핵심기술 개발

1. 필요성

ㅇ 웨어러블 디바이스 개발 킷 개발의 필요성

- 장기간의 사용 및 인간친화형 센서 및 부품 적용을 요구하는 특성에 맞춰 웨어러블용 HW 개발 킷과 이와 연계한 SW 라이브러리의 개발 필요성 증대

* 건강관리, 패션, 편의, 주력산업 적용 서비스 등 다양한 서비스에 맞춰 적합한 AP 및 센서, 인터페이스 부품 등 하드웨어와 지원 소프트웨어의 재구성이 가능한 개발 킷 필요

ㅇ 웨어러블 디바이스 개발 지원툴의 개발로 제품의 신속한 출시와 생태계 구축 지원

- 웨어러블 디바이스시장은 급속한 성장을 하고 있으나 기존의 범용 운영체제 및 개발 환경을 활용함으로써 대기업에 유리한 mass market용 디바이스만 출현하고 있으나 수많은 niche market을 겨냥한 중소기업용 웨어러블 디바이스 개발 툴의 조기 개발과 보급으로 신속한 제품개발 지원 및 생태계 구축 지원 필요

* STMicroelectronics 등의 세계적인 반도체 회사들은 AP 제품만 아니라, SW 라이브러리 및 개발 툴 등의 SW 솔루션 및 패키지를 공급하여 웨어러블 및 IoT 시장은 물론 생태계를 주도하려 함

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 다양한 웨어러블 서비스 적용이 가능한 저전력 웨어러블 디바이스 개발 킷(WDK: Wearable Development Kit) 핵심기술 및 개방형 통합 개발환경 기술개발 (TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 7단계)

ㅇ 개발내용

1) 저전력 웨어러블 디바이스 개발 킷(WDK) 핵심기술 개발

*	경량 운영체제 지원 개방형 라이브러리, 전력관리SW모듈, 네트워크 스택, 웨어러블 디바이스 Evaluation Board 및 서비스 지원 라이브러리, 응용 서비스 레퍼런스 등을 포함

2) 다양한 응용 서비스 적용을 위한 차세대 센서/부품 지원 모듈 및 개방형 통합개발환경 개발

*	응용 서비스 개발 지원성, 다양한 AP지원을 위한 브릿지 구조, 에뮬레이터, 클라우드기반 협업개발 및 서비스 검증기능 등을 포함

*	웨어러블 디바이스를 위한 다양한 부품/센서의 적용 및 검증 기술개발

*	개발결과물 공개를 원칙으로 하며, 웨어러블 산업 적용확산을 위한 생태계 구축 및 지원방안 제시

3) 웨어러블 디바이스 어플리케이션 시범적용을 통한 결과물 검증

* 본 과제 결과물에 대한 공개범위, 방법, 절차 등을 반드시 제시

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	지원 경량 운영체제 수	종	3종 이상	-	2종(미국, 실리콘랩스)
2	지원 경량 AP 수	종	3종 이상	-	-
3	데이터 인터페이스 모듈	종	3종 이상		3종(미국, NXP)
4	통신 프로토콜 스텍 지원	종	3종 이상	2종	3종
5	어플리케이션 시범 적용(검증)	종	3종 이상	-	-

* 어플리케이션은 운동량, 수면패턴, 알람, 일정안내 등 웨어러블 적용 서비스 기준

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 3년 이내 (1차년도 개발기간 : 6개월, 3차년도 개발기간 : 18개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘16년 8.2억원 이내(총 정부출연금 40억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 징수여부 : 비징수

관리번호

2016-웨어러블-일반-02

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제유형

원천기술형(  ), 혁신제품형(√)

기술분류

전기전자부품

섬유제품

연계/해당

여부(√)

특허( ), 표준화( ), 디자인( ), 글로벌R&D( ), 초고난도( ), 경쟁형R&D( )

과제명

웨어러블 디바이스용 플랙서블 전원공급 모듈 및 장치 개발

1. 필요성

ㅇ 웨어러블 디바이스의 활용성 증대를 위해서는 저중량 저면적의 자발적 구동 가능한 전원생성 모듈과 이를 통합적으로 관리하고 효율적으로 사용하기 위한 유연성 회로 및 전원생성 소자에 대한 원천기술 확보가 중요

ㅇ 최근 인체 주위의 환경과 인체 활동에서의 나노발전소자가 웨어러블 디바이스에 이용할 수 있는 지속가능한 친환경 에너지원으로서 각광을 받음

ㅇ 웨어러블 디바이스 시장선도와 기술경쟁력을 선점하기 위해서 실용 가능한 나노발전소자 개발과 전력관리 기술에 적극적인 기술개발 지원 필요

ㅇ 플렉서블 전원과의 일체를 위한 고신축·고전도성 섬유 및 직조공정 기술 개발로 섬유 일체형 웨어러블 디바이스의 세계시장 선도 필요

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 인체환경 기반 웨어러블 디바이스에 적합한 에너지 발생기술을 통합적으로 활용한 멀티플 전력 합성 기술과 효율적 전력 공급 및 소비를 위한 통합 전원관리 플랫폼 기술 개발 (TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 7단계)

ㅇ 개발내용

1) 웨어러블 하이브리드형 자가 소재 및 플렉서블 이차전지 기술 개발

- 인체환경기반 에너지 발생기술 활용 최적화 발전전지 기술개발

* 진동기반(압전, 마찰력, 전자기력, 정전기 등), 운동 에너지 기반(인장, 수축, 굽힘 등),  전파기반, 태양열 및 태양광 기반 에너지 발전소자 등을 활용하여 항시 발전기능 구동

- 안전성이 확보된 유연한 이차전지 기술개발

* 고내구·전도성 섬유를 이용한 플렉서블 이차전지 기술 포함

2) 웨어러블 자가발전과 충전을 위한 전원관리 플랫폼 기술

- 멀티플 전력 합성(multiple power source combining) 및 변환 기술

* 다수의 나노전력 발전소자로부터 에너지를 결합(바인딩)하는 기술

- 자가발전 소자의 배선 및 실장기술

* Clipping, Crimping, Soldering, Wire bonging 등의 내구성 향상기술 포함

- 웨어러블 기기 폼팩터(form-factor)에 적합한 설계, 직물/의류 일체형 전원관리 하드웨어 및 소프트웨어 플랫폼 기술

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	인체환경기반 통합 발전량	mWh	> 50	-	-
2	다중입력 전원	개	≥ 5	>3	5 (미국/Texas Ins.)
3	율특성(기계적 변형 후)	%	>70	65 (한국/Routejade)	65 (한국/Routejade)
4	멀티플 전력합성/변환 효율	%	> 70	-	-
5	전원사용 절감효율	%	> 10	-	-
6	입력전원 범위	V	20> ≥3.3	-	20 > ≥3.3 (미국/Texas Ins.)

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 3년 이내 (1차년도 개발기간 : 6개월, 3차년도 개발기간 : 18개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘16년 7억원 이내(총 정부출연금 35억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견 기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2016-웨어러블-일반-03

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제유형

원천기술형(  ), 혁신제품형(√)

기술분류

반도체소자 및 시스템

융합바이오

연계/해당

여부(√)

특허( ), 표준화( ), 디자인( ), 글로벌R&D( ), 초고난도( ), 경쟁형R&D( )

과제명

신체부착형 생체정보 모니터링 통합 디바이스모듈 기술개발

1. 필요성

ㅇ 개인건강관리 시장이 확대됨에 따라 다양한 생체정보 수집을 위한 웨어러블 통합솔루션 개발이 시급

* 생체신호 모니터링 관련 시장확대 : (‘12)329 → (’18)541백만$ 연평균 23.7% 성장(BCC Research ‘14.02)

ㅇ 글로벌 기업은 이미 웨어러블 생체신호 모니터링 디바이스의 본격적인 상용화가 진행 증으로 향후 기술 종속화가 심화될 가능성 내재

* 글로벌 IT기업들은 생체정보 모니터링 디바이스가 웨어러블산업의 가장 유망한 Biz-모델로 판단

ㅇ 특히, 웨어러블 생체정보 모니터링 디바이스는 인체에 활동에 제약이 없는 이식·부착형으로 발전해 나갈 것으로 전망되어 관련 기술의 상용화에 집중 지원이 절실

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 생체정보 수집·분석 모니터링을 위한 신체부착형 디바이스 모듈 및 실시간 통합관리 상용화 기술개발 (TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 7단계)

ㅇ 개발내용

1) 생체정보 수집·분석을 위한 신체 부착형 모니터링 디바이스 모듈 기술개발

- 생체신호 수집/분석/저장/전송 가능한 신체부착형 저전력 통합 디바이스 기술개발

* 땀분석을 통한 생체정보 수집하여 피로누적 위험경고 및 운동량(이동경로, 소비칼로리 등) 정보제공

- 인체친화성 및 반복사용이 가능한 생체모사 기반 건식부착기술 기술개발

- 신체활동의 제약이 없는 유연성 소재기반 스마트 패치형 센서모듈 개발

2) 다중생체정보 신호 처리기술 및 신뢰성 확보 기술개발

- 동잡음에도 강인한 다중생체정보 처리 기술개발

- 다양한 신체활동에도 디바이스 기능유지(방수, 부착성, 유연성)를 고려한 신뢰성 확보기술

3) 스마트기기 연동 실시간 정보전송 및 통합관리 기술개발

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	접착력(피부/일반)	N/cm2	1.5/20	1.3/17	1.3/17 (한국, SNU)
2	1일평균 소비전류	mA	2	-	3 (미국, Fitlinxx)
3	방수방진(IP등급)	-	56	-	56 (미국, KENZEN)
4	감지신호 균일도	%	> 95	-	95 (미국, KENZEN)

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 2년 이내 (1차년도 개발기간 : 6개월, 2차년도 개발기간 : 18개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘16년 4억원 이내(총 정부출연금 10억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견 기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

□ 스마트바이오 생산시스템 (세부 1)

관리번호

2016-바이오-병렬-1

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제유형

원천기술형(  ), 혁신제품형(√)

기술분류

바이오

-

연계/해당

여부(√)

특허( ), 표준화( ), 디자인(√), 글로벌R&D( ), 초고난도( ), 경쟁형R&D( )

과제명

바이오의약품 생산을 위한 막분리 정제시스템 개발

1. 필요성

ㅇ 세계 바이오 산업이 연간 약 10%의 고성장을 지속하고 있는 가운데 특히 바이오시밀러, 항체의약품, 세포치료제 등 바이오 의약 분야가 전체 바이오 시장의 60% 이상을 차지하고 있으며 이를 생산하기 위한 바이오 생산 시스템 수요의 동반 확대 가 예상됨

ㅇ 세계 주요 생산 장비는 제약산업이 발전된 미국과 선진 유럽중심으로 제조되고 있는데 이는 국내 생산 장비 기업들은 소규모이며 기술개발 투자 여력이 낮고 전문 인력도 매우 부족한 상황이어서 해외 수입에 절대적으로 의존하고 있는 상황임

* 바이오 생산시스템 산업의 내수시장2,665억원)에서 수입(1,898억원)의 비중이 71.2%를 차지(‘12년기준)

ㅇ 바이오 생산 시스템 중 바이오 분리․정제시스템은 약 32조의 규모를 차지하고 있으며 그 중 선진국과 기술 격차가 적고 시장진입 가능성이 높은 막분리 장비개발관련 정부 지원을 통해 수입 대체 및 국내 장비 제조 기업을 육성하여 국내 바이오 의약 산업을 고도화하고자 함

2. 연구목표

□ 최종목표 :  바이오의약품 생산을 위한 막분리 정제시스템 개발 및 검증

(TRL :  [시작] 4단계 ~ [종료] 7단계)

ㅇ 바이오의약품 생산을 위한 막분리 정제시스템 개발

- 바이오의약품(항체 또는 단백질) 생산에 최적화된 막분리 정제시스템 개발

- 공정 파라미터 실시간 모니터링 및 제어 소프트웨어 개발

- 바이오의약 제조관련 국제적 표준을 충족하는 장비 개발

ㅇ 세포배양기반 항체(단백질) 치료제를 이용한 막분리 정제시스템 검증

- 항체(단백질) 치료제 시료 생산을 통한 장비 검증

1. 바이오의약품 생산을 위한 막분리시스템 개발

- 다용도 여과막(정밀여과, 한외여과, 희석여과, 심층여과 등) 활용 가능

- 기존 글로벌 막 제조사의 다용도 모듈과의 호환성 확보

- 실험실 규모(1 L/min 이하) 및 파일로트 규모(10 L/min 이상) 시스템 2종 이상 개발

- 활용 용이성 확보(dead volume 최소화, 튜브연결라인교체 등)

- 사용자 편의성 고려한(하드웨어, 소프트웨어, 제품디자인) 디자인 연계 필요

- 바이오의약품 생산공정 실시간 모니터링·기록·제어기술개발

※공정파라미터(유속, 압력, 단백질농도, pH, 전기전도도, 온도, 시료 또는 용매량 변화 등)의 실시간 모니터링 및 데이터 저장이 가능한 제어 소프트웨어 개발(국내 PC OS 환경 고려)

- 오염방지 및 CIP(cleaning-in-place) 기술 확보

- 바이오의약품 생산을 위한 국제적 표준을 충족하는 막분리시스템 개발

※ 막분리시스템의 IQ/OQ 문서 제시 및 장비 및 컴퓨터시스템 밸리데이션 포함

2. 항체 또는 단백질 치료제 시료 생산을 통한 막분리시스템 검증

- 항체(단백질) 치료제의 기존 장비 비교를 통한 제품 검증

- 막여과 활용성(심층여과, 정밀여과, 한외여과, 희석여과 등) 검증

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내 최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	바이오의약품 생산용 막분리시스템	종	1 L/min 이하 1종 10 L/min 이상 1종	-	~400 L/min (미국 Millipore, 미국 Pall, 독일 Sartorius 등)
2	막모듈 호환성	모듈	일회용막모듈 멀티용막모듈	-	미국 Millipore, 미국 Pall, 독일 Sartorius 등
3	생산공정 실시간 모니터링	건	모니터링 6건 이상 (유속, 압력, UV흡광도,전기전도도, pH, 온도 등)	-	>99% (스위스 Mettler-Toledo)
4	시스템제어 소프트웨어개발	-	제어 소프트웨어	-	-
5	IQ/OQ 프로토콜 제안 및 적격성평가 문서	-	GMP기준 부합	-	-
6	항체 또는 단백질 의약품 생산 검증	건	1건 이상	-	Roche, Lonza

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 4년 이내

ㅇ 정부출연금 : ‘16년 9억원 이내(총 정부출연금 40억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부: 징수

※ 총괄과제인 “스마트 바이오 생산시스템 개발”의 2세부 과제로 진행