국내외 물류산업이 확대되면서 파렛트나 운반상자 시장도 점점 커지고 있다. 목재, 플라스틱, 철, 종이 등 다양한 물류기기가 사용되고 있지만, 이 중 다른 재질에 비해 경량성, 방수성, 성형성이 뛰어나고 가성비가 높은 플라스틱 재질 파렛트와 운반상자가 대세를 이루고 있다.

높은 기술적 완성도와 정밀도가 요구되지 않는 플라 스틱 상자와 파렛트 제조분야는 전형적인 레드오션 시장으로 간주된다. 기술적 장벽보다는 가격 측면에서 시장 점유율이 높은 대형업체들과 경쟁해야 하기 때문에 중소업체에게는 커다란 도전인 셈이다.

이러한 상황에서 최근 업계에 놀라운 소식이 하나 전해졌다. 플라스틱 상자를 전문으로 생산하는 국내 한중소기업에서 세계 최초로 대형 파렛트 전용 스택몰드 사출 시스템 개발에 성공한 것이다. 화제의 기업은 경북 칠곡과 김천에서 플라스틱 상자와 파렛트를 제조하는 KMP(케이엠피)이다.

파렛트 사출에 적용된 스택몰드 시스템

스택몰드 방식을 적용한 대형 파렛트 사출 시스템 개발은 업계에서도 쾌거로 회자되고 있다. 스택몰드 자체는 최근 기술이 아니지만 대형 파렛트 사출에 적용하기 에는 기술적 난관이 많아 그동안 국내에서는 거의 시도 되지 않았고 해외에서도 관련 정보를 찾기 힘들 정도로 미개척 분야 중 하나로 손꼽혀왔다.

이와 관련한 경험과 레퍼런스가 전무하다 보니 관련 업체들도 선뜻 개발에 나서지 못하는 상황이었다. 이런 와중에 돌파구를 마련한 기업이 KMP다. KMP 박성락 대표는 국내 관련 분야에서 최고의 기술력을 인정받는 업체 관계자들을 직접 만나 컨소시엄 형태의 공동개발을 제안하기에 이른다.

KMP가 주도한 이번 프로젝트에 사출성형기 전문제조기업 LS엠트론, 핫러너 시스템 전문기업 YUDO, 대형 금형전문 신안정공이 개발에 함께 참여했다. 이렇게 출발한 프로젝트가 마침내 지난 6월, 3200톤 파렛트 사출전용 스택몰드 시스템 개발에 성공하게 됐다. 박 대표가 파렛트 전용 스택몰드 시스템 개발을 처음 구상하고 프로젝트에 착수한 지 2년 만이다.

6.2kg 중량의 1회용 대형 파렛트를 스택몰드 방식으로 사출성형하는 시스템 개발은 국내 최초이면서 세계적으 로도 사례를 찾기 어려운 프로젝트라는 데에 의미가 크다. 현재는 지난 5월 김천공장에 스택몰드 시스템 1호기를 설치완료하고, 본격 양산 준비에 들어간 상태다.

플라스틱 물류기기 혁신기업

KMP는 산업용, 농업·수산·식품용 플라스틱 운반상 자와 다용도 제품, 파렛트를 생산하며 최고의 기술력을 바탕으로 최소비용, 최고품질을 위해 개발을 이어가고 있는 물류산업 기자재의 혁신기업이다.

박 대표는 청년시절부터 성실함 하나로 바닥부터 사업을 일군 자수성가 기업인이다. 2001년 경북 경산시에 있는 한 플라스틱 성형업체에 근무하며 경력을 시작한박 대표는 2007년에 다니던 회사를 퇴사하고 곧바로 플라스틱 성형업체를 창업했다. 회사 설립 후 박 대표는 플라스틱 상자 생산판매에 올인 했다. 신생업체로서 낮은 인지도를 극복하기 위해 자동차로 전국 곳곳을 돌며 회사와 제품을 알렸다. 차에서 잠을 자는 날도 부지기수 였다. 그렇게 일에 전념하면서 서서히 성과가 나기 시작했고 개인기업으로 시작한 회사는 1년 만에 법인으로 전환할 수 있었다.

KMP는 현재 경북 칠곡군 지천면 연화일반산업단지내 2510평 부지에 생산설비 17대로 다양한 플라스틱 상자를 생산하고 있으며, 최근에는 경북 김천시 어모면 김천일반산업단지 5000여평 부지에 파렛트 사출전용 공장을 마련하고 생산기반을 더욱 확대하고 있다.

플라스틱 상자와 파렛트는 부피 때문에 수입이나 수출이 어려워 그만큼 국내시장에서의 경쟁이 치열하다. 치열한 내수시장에서도 KMP는 지난해 플라스틱 상자로 200억의 매출을 올렸다. 코로나 전염병 확산으로 대면 영업이 힘들었던 시기, 박 대표는 유튜브 등 소셜 네트워크를 적극 활용해 코로나 시국에도 매출 신장을 이어갔다.

현재에 안주하지 않고 끊임없이 혁신하려는 그의 도전은 물류기기업계에 신선한 바람을 일으키고 있다.

접이식 플라스틱 상자, 한 공정 생산시스템 개발

플라스틱 상자와 파렛트는 높은 정밀도를 요구하는 사출품은 아니지만, 소수의 대형 회사들이 높은 점유율을 차지하고 있어 진입 장벽이 높은 편이다. 박 대표는 대형 회사들과의 경쟁에서 이기려면 그들과 동일한 생산방식으로는 힘들다고 생각했다.

다윗과 골리앗의 싸움에서 이기기 위해 박 대표는 기존과는 다른 획기적인 생산방식을 통해 생산비용을 줄여야 한다고 판단했다. KMP는 올해 2개의 혁신적인 생산시스템을 개발해내는 놀라운 저력을 발휘했다. 하나는 스택몰드 방식의 대형 파렛트 사출 시스템이고, 다른 하나는 접이식 플라스틱 상자를 하나의 공정으로 생산 하는 시스템이다.

박 대표가 접이식 플라스틱 상자를 하나의 공정으로 생산하는 시스템을 구상한 것은 지금으로부터 4년 전이 다. 접이식 플라스틱 상자는 물류현장뿐만 아니라 여러 분야에서 공간 활용도가 높아 최근 수요가 크게 증가하고 있는 제품군 중 하나다. 하지만 조립제품인 만큼 공정이 여러 단계로 나눠져 있어 그만큼 생산비용이 올라 가는 단점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 KMP는 올해 초, 한 공정으로 생산하는 접이식 플라스틱 상자 생산 시스템을 개발했다. 개발과정에서 접이식 상자 제조공정에 대한 2가지 특허도 출원했다.

접이식 상자를 만들기 위해서 기존에는 850톤 1대, 650톤 2대 등 사출성형기 3대가 필요했다. 이번에 개발한 생산 시스템은 제품 사출에서 조립까지 1300톤 사출 성형기 1대로, 한 공정에서 전 과정이 이루어진다. 이를 통해 기존 대비 생산비용을 60~70% 수준으로 낮출 수있게 됐다. 물론 이는 수차례 개발 실패를 겪은 후 얻은 값진 결과다.

새로운 도전으로 경쟁력을 얻다

그 다음으로 박 대표가 개발에 착수한 것이 파렛트 사출전용 스택 시스템이다. 스택 시스템은 1회의 성형 사이클로 2배수의 성형품을 생산할 수 있는 방식으로, 기존 대비 생산량을 2배로 늘리고 생산비용은 절반으로 줄이는 획기적인 사출성형방식이다.

하지만 프로젝트를 구상한 박대표가 공동개발 참여를 제안했을 때, 업체들은 흔쾌히 동참하지 못했다. 한 번도 해보지 않은 기획인데다 리스크가 너무 컸기 때문 이다. 프로젝트에 참여했다가 중도에 포기한 업체도 나왔지만 박 대표는 끝까지 밀어붙였다. 개발 성공에 대한 확신이 없었던 업체 관계자들에게 박 대표는 “만일 실패하더라도 책임을 묻지 않을 것이며, 모든 부담은 내가 안고 가겠다”며 설득했다.

스택몰드(Stack Mold)는 2개의 금형이 서로 마주 보게 겹쳐져 있는 형태로 이루어져 있으며, 중첩금형 또는 양면사출금형이라고도 불린다. 두 금형의 고정측은 두 금형의 가동측 사이에 위치하며, 금형의 수명과 고품질 제품생산을 위해서는 두 가동측 사이의 균형과 고정측의 충분한 지지를 이루어 충격하중을 견디고 캐비티와 코어의 정확한 위치를 안정적으로 유지할 수 있어야 한다.

이런 이유로 스택몰드는 제작 시 많은 어려움이 따르지 만, 사출성형 시 한 번의 사출공정으로 2배의 생산성을 이루어낼 수 있고 설비투자와 추가 공간이 필요치 않아 제품단가 및 생산시간을 획기적으로 절감할 수 있는 생산방식이다.

높은 생산성의 장점에도 불구하고 스택몰드가 현재까지 활성화되지 못한 이유는 금형구조와 사출성형기의 기술적인 어려움에 기인한다. 특히 금형의 크기가 커질 경우, 스택몰드의 지지구조와 금형 무게 증가에 따른 사출성형기의 강성 등 여러 문제로 인해 스택몰드에 적용 가능한 제품에 대한 제한이 생기기 마련이다.

발상의 전환

대형 파렛트 생산에 스택몰드를 적용하는 일은 커다란 도전으로 인식돼 그동안 업계에서도 거의 시도되지 못했다. 하지만 박 대표는 기업들이 엄두를 내지 못하기 때문에 오히려 도전 가치가 있다고 생각했다.

성공여부가 불확실했지만 박 대표는 과감하게 도전장을 내밀었다. 대형금형 비용과 사출성형기 비용은 중소 기업에게는 부담스런 프로젝트였지만 박 대표는 모든 제반 리스크를 본인이 안고 개발에 착수했다. 박 대표가 구상한 프로젝트는 내하중 1톤의 1100mm×1100mm× 120mm 규격, 6.2kg 중량의 수출용 대형 파렛트를 스택 몰드 방식으로 사출하는 시스템이다.

만일 파렛트 금형을 나란히 놓으면 사출기도 그에 맞게 커져야 하니 공간 문제와 함께 비용부담도 커진다.

반면 파렛트 금형을 전후로 배치한다면 사출기 외관이 커지는 문제를 해결할 수 있지만 또 다른 문제가 생긴 다. 25톤에 달하는 중간 금형의 무게를 어떻게 지지할 것인가? 박 대표는 국내 최고의 전문기업들을 모아 각자의 역할을 분담하고 긴밀한 협력을 구했다.

박 대표는 “이번 개발은 한 회사의 노력만으로는 불가 능한 프로젝트고, 각 분야의 모든 전문가들이 모여 긴밀한 협력을 해야 했다”고 말했다. 각 분야의 전문가들이 함께 모여 시뮬레이션을 하며 공동개발을 이어갔다.

대형 파렛트 금형전문 신안정공

대형 금형제작을 전문으로 하는 신안정공은 KMP가 설립 초기에 자본금 부족으로 어려움을 겪고 있을 때 박대표에게 도움을 준 업체이기도 하다. 박 대표는 금형 3

벌을 주문하면서 일부를 신용으로 돌렸는데, 박 대표를 믿고 신용거래를 해준 신안정공의 전해절 대표와는 현재까지 돈독한 사업 관계를 이어오고 있다.

신안정공은 국내 대형 파렛트 금형의 50% 가량을 맡고 있을 정도로 이 분야에서는 최고의 기술력을 보유한 업체다. 하지만 스택몰드 방식의 대형 파렛트 금형의 경우는 국내외에 레퍼런스가 아예 없어 어려움이 컸다.

전 대표는 “이번 프로젝트에서 요구됐던 금형기술이 선행기술이다 보니 기존과는 판이하게 다른 상황이었 다. 기존 금형과는 개념 자체가 달라 설계하는 데 애를 먹었다”고 말했다. 대형 파렛트 사출전용 스택금형의 설계와 제작에는 새로운 개념과 접근이 필요했고, 그 방법을 찾는 데 집중적으로 수개월이 소요됐다.

전 대표는 “스택몰드 시스템에 관한 자료를 찾아봤는 데, 비슷한 건 있지만 대형 스택금형은 없었다. 금형을 제작하면서 직원들도 생소해 어려워했다. 하지만 결국 모델을 만들고 설계도면을 확보할 수 있었다”고 말했다.

그는 자다가도 아이디어가 생각나면 일어나 기록할 정도로 열정적으로 개발에 매달렸다. 금형 제작 과정에서 LS엠트론과 YUDO에서 관련기술정보를 제공 받을수 있었던 것도 큰 도움이 됐다. LS엠트론과 YUDO는 신안정공에 시뮬레이션 정보를 공유했다. 이번 개발에서 핵심기술은 25톤에 달하는 중간 금형을 지지하는 일이었 다. 타이바는 대형금형의 경우 하중에 의한 휨이 발생하고, 마모 현상 때문에 부적절하다. 대형 파렛트 사출전용 스택몰드 시스템은 기존 사출성형기로는 작업이 불가능하다는 판단이었다. 다른 지지 방식이 필요했다.

문제 해결사로 나선 사출기 제조 전문기업 LS엠트론

국내를 대표하는 사출성형기 제조기업 중 하나인 LS엠트론 입장에서도 이번 프로젝트는 큰 도전이었다. 무엇보다도 3200톤급 사출성형기의 스택금형 중량이 상당했기에, 금형 무게에 따른 구조적인 사출기 프레임의 변형과 진동 영향에 대한 기술적 검토가 필요했다.

사출기 프레임과 금형 지지부의 다양한 CAE 구조해 석을 통해 변형량을 최소화해야 했고, 형개폐시 관성에 의한 위치제어 문제, 최적 위치제어 알고리즘 구현을 위한 정밀 디지털 위치센서, 유압 서보밸브 적용문제, 계량부·코어부·Robot 취출동작의 다양한 복합공정 적용을 통한 사이클 타임 단축 등 수많은 기술적 도전 과제가 산적했다.

LS엠트론은 안정적인 형개폐 동작을 위해 CAE 해석을 통한 프레임과 금형 지지 장치의 강성설계에 집중도를 높였고, 그밖에도 생산성 향상을 위한 다양한 복합 동작 구현, 전용 프로그램 적용, 데이라잇 및 형개폐 스트로크 연장 등의 구조 변경을 통해 사출기 1대로 2대에 가까운 생산성 확보를 위해 완성도를 높일 수 있었다.

프로젝트에 참여했던 LS엠트론 사출시스템사업부 박성도 과장은 “이번 파렛트 사출전용 스택 시스템 구축은 3200톤급에서는 찾아보기 어려운 스택몰드를 적용했다는 점에서 의미가 크다”고 밝혔다.

핫러너 전문기업 YUDO의 기여

이번 프로젝트에서 핫러너 시스템 분야에 참여한 YUDO(유도) 또한 공동개발을 통해 상당한 기술적 노하 우와 함께 큰 자부심을 얻을 수 있었다. YUDO의 이승민 영업이사는 “YUDO에 앞서 공동개발에 참여했던 회사가 중도에 포기하면서 우리가 새로 참여하게 됐다”면서 “조금 늦게 합류했지만 최선을 다했다. 기술 검토에만 3개월이 소요됐다”고 털어놨다.

핫러너 분야의 기술 검토는 보통 15일 정도 걸리지만, 이번 프로젝트는 기술적 어려움으로 인해 3개월가량 걸렸다. YUDO는 설계와 시뮬레이션 작업을 병행하며, 스택몰드 사출 시 특히 중요한 밸런스 문제에 주로 초점을 맞추어 해결책을 찾아갔다. 좌우 대형물의 경우, 양쪽의 유체역학이 서로 달라 이 부분을 정밀하게 조정하는 데집중했다.

이 영업이사는 과거에도 협업 제안이 들어오는 경우가 종종 있었지만 검토 단계를 넘어 실제 실행으로 이어 지는 경우는 흔치 않았다면서, 이번 성과는 새로운 모험에 겁을 내지 않고 과감하게 도전한 KMP 박 대표의 열정에 기인한다고 얘기했다. 그는 “스택몰드 기술 자체보 다는 대형물에서 처음 구현한 부분이 큰 위업으로, 이번 프로젝트의 성공으로 대한민국에서 또 하나의 경쟁력이 만들어진 것 같다”고 평가했다.

협업을 통한 프로젝트 참여의 의미

파렛트 스택몰드 시스템을 통한 하루 생산량은 기존 1300~1400개에서 2600개(70초 기준)로 확대된다. 생산비 용과 생산시간 단축 면에서 획기적인 진전이다. 이번에 성공한 3200톤 파렛트 전용 스택몰드 시스템은 김천공 장에 3호 라인까지 설치하게 된다. 이번 성공을 발판으로 KMP는 향후 18kg 중량의 일반 파렛트 사출생산에도 도전할 계획이다.

파렛트 사출전용 스택 시스템은 생산성 측면에서 게임체인저가 될 수 있다. 뿐만 아니라 에너지 절감효과, 설비 유지관리의 편의성 개선, 생산현장의 합리적인 공간관리 등 높은 개발효과가 기대된다.

3000톤급 이상 스택금형 제작은 사례를 찾아보기 힘든 형태의 프로젝트로, KMP의 추진력과 의지로 국내를 대표하는 기술기업들이 참여해 초대형 스택금형 시스템을 구현했다는 점에서 의미가 크다. KMP를 중심으로 각각 국내 최고 기술력을 보유한 LS엠트론, 신안정공, 유도 등 4개사가 유기적 협업을 통해 프로젝트를 성공했 다는 점에서, 이번 경험과 축적된 기술을 기반으로 향후 더욱 안정적이고 높은 생산성이 확보된 ‘초대형 스택 시스템’이 구축될 것으로 기대를 모으고 있다.

이번 개발 프로젝트에는 출원중인 국내 특허기술 3개가 포함돼 있다. 특허의 출원자는 박 대표지만, 공동 개발자로 LS엠트론, YUDO, 신안정공 등 3개 기업의 대표가 특허에 등록돼 있다. 이는 프로젝트 참여기업들과 앞으로도 함께 가겠다는 박 대표의 의지의 표현인 셈이다. 그는 “참여 업체들이 개발 노하우를 통해 수익을 얻을수 있도록 상생의 길을 모색하겠다”고 밝혔다.