산업용 3D프린팅, 기술에 혁신을 더하다… 다양한 소재와 방식으로 재무장

제작 프로세스 최적화‧빠른 납기 대응 등으로 적용 확산중

[인더스트리뉴스 조창현 기자] 제조 공정에서 시제품을 제작할 때, 3D프린팅을 활용하면 비교적 적은 비용으로 제품을 만들어 낼 수 있다. 뿐만 아니라 복잡한 형태를 가진 구조물이나 부품도 3D프린터를 활용하면, 기존 장비보다 제작이 수월하다. 단순 시제품 제작에 주로 활용됐던 3D프린팅 솔루션은 이제 다양한 분야로 활용 범위를 넓혀나가고 있다.

적층제조 기법도 고체수지 재료를 녹여 사용하고, 제작 시간과 비용 측면에서 효율적이라 널리 쓰이는 대표적인 적층제조 방식 ‘FDM’부터 포토폴리머 같은 소재를 활용해 얇고 미세한 형상을 제작하는 ‘광경화수지 조형(SL)’까지 다양한 방식이 존재한다.

3D프린팅 기술은 일반적인 플라스이나 파우더 분말 소재를 사용하는 것뿐만 아니라 알루미늄, 스테인리스, 티타늄, 인코넬 등 다양한 금속 혹은 합금 소재까지 활용 가능한 단계로 발전했다. 특히 금속 소재는 일반적인 소재보다 내구성이나 강도 측면에서 우수해 자동차, 항공우주 등 고부가가치 산업 위주로 적용되고 있다.

제조를 위해 활용하는 소재부터 제조 방식까지 각기 다른 3D프린터는 적용되는 기술마다 강점이나 특징이 다르다. 이에 각 기업은 자신에게 알맞은 솔루션을 찾아 적재적소에 활용하는 것이 중요하다.

제작 프로세스 최적화‧빠른 납기 대응 등 장점

제조업에 적층제조 기술을 활용하면 다양한 강점이 있다고 업계 관계자들은 입을 모아 말한다. 3D프린팅은 별도의 금형제작이 필요하지 않아 제작 프로세스 최적화를 돕고, 기존 가공 방식 대비 저렴한 생산 비용과 빠른 납기가 가능하다. 또 제품 제작시, 형상학적인 제약도 적어 자유로운 설계에 용이하다.

특히 3D프린팅 솔루션의 활용은 제조 과정에서 기업이 더 많은 시도를 할 수 있도록 돕는다. 기업에서 시제품을 제작할 때에도 저품질의 단순 모형이 아닌, 실제 판매 가능한 수준의 고품질 제품을 만들어 낼 수 있다. 또 제품 수정 과정에서 기업 내 효율적인 커뮤니케이션을 도와 전체 제작 공정의 생산성을 높이는 등 직접적인 솔루션 비용으로는 측정되지 않는 부가가치가 발생한다.

한편 3D프린팅 기술을 활용하면 기업 내 ‘정보보호’ 측면에서도 좋다. 3D프린팅 업계 관계자는 “출력물을 외부업체에 의뢰를 할 경우, 기업 내에서 보유한 ‘데이터’를 반출하게 된다”라며, “3D프린팅 솔루션을 구축할 시에는 데이터를 반출할 필요가 없어 정보보호에 유리하다”라고 말했다.

이어 업계 관계자는 “3D프린팅 기술을 사용하면 DfAM이나 토폴로지 최적화를 통한 부품 수 최소화 및 제품 경량화가 가능하며, 제조 과정에서 발생하는 탄소도 절감돼 친환경적인 제조 환경을 구현할 수 있다”라고 강조했다.

실제로 적층제조 기술을 활용하고 있는 제조기업 관계자는 “3D프린팅을 활용한 제품은 기존 방식을 활용했을 때보다 비용 효율성을 높이고, 사용하는 부품 개수는 감소시켜 완제품의 무게를 줄일 수 있었다”라면서, “더불어 내구성은 기존 제품 대비 5배 가량 증가했고, 제품의 재고는 대폭 줄일 수 있어 기업 경영에도 도움이 된다”라고 강조했다.

도입 비용 높지만, ‘제조 생산성’ 향상 따져야

이렇게 많은 장점에도 3D프린팅 솔루션의 높은 도입 비용은 여전히 진입 장벽으로 작용한다. 업계 관계자들은 단순 솔루션 도입 비용만 고려하는 것이 아닌, 장기적인 관점에서의 경제성을 생각하는 것이 중요하다고 말한다.

항공우주 업계 관계자에 따르면, 적층제조를 활용한 부품 생산비용은 기존 절삭가공 대비 1.2~1.3배 정도 비싸다. 그러나 적층제조를 통해 생산한 출력물의 무게가 기존 가공 방식을 활용하는 것에 비해 가볍고, 완제품 조립 후에는 제품 경량화가 가능하다고 한다.

완제품의 무게가 가벼워지면, 발사에 필요한 연료를 적게 쓸 수 있어 비용이 절감되는 효과가 발생한다. 또, 출력물 내부의 빈 공간과 더불어 연료탱크의 크기도 그만큼 줄어들어 제한된 공간에 다양한 기능을 탑재하는 추가적인 설계가 가능하다.

단일 부품 혹은 단일 제품만을 고려한다면 현재의 3D프린팅 솔루션 비용이 부담될 수 있지만, 전체 제조 공정에서는 제품 설계 등에 필요한 시간을 감소시키면서 제품 생산 비용도 절감시킬 수 있어 ‘제조 생산성’ 향상에 도움이 될 수 있다는 뜻이다.

수요기업들, “여전히 3D프린팅 관련 정보 부족”

3D프린터 제조업체 혹은 관련 솔루션 제공기업들은 자체적인 기술개발을 거듭하며, 적층제조에 활용할 수 있는 새로운 소재들을 개발하고 있다. 또, 소재와 적층제조 방식을 결합해 실제 제조 공정에 활용 가능한 솔루션들을 출시하고 있으며, 다양한 산업으로 그 적용 범위를 넓히는 중이다.

FA저널의 3D프린팅 관련 자체 수요 조사에 따르면, 솔루션을 도입한 기업들에서는 3D프린팅에 만족도가 높았으며 아직 3D프린팅 솔루션을 구축하지 않은 기업에서는 해당 솔루션에 대한 진입장벽이 존재하고 있음을 확인했다. 미구축 기업들에서는 3D프린팅 관련 솔루션에 대해 △제작 단가가 더 낮아졌으면 한다 △CAD/CAM 과정과 완벽한 호환이 되는 솔루션을 제공받고 싶다 △사용방법에 대한 구체적인 설명이 필요하다 △3D프린팅 기술이나 솔루션을 실제적으로 검증할 수 있는 상점이 존재하면 좋을 것 같다 △지금보다 더 정밀도 높은 프린팅 기술력이 필요하다 등 다양한 반응이 존재했다.

특히 국내에는 수억원에 달하는 솔루션 비용을 한 번에 지불할 수 있는 여건이 충분치 않은 중소 제조기업들이 많기에 비용적인 문제로 솔루션 도입을 망설이는 기업들이 다수 존재했다. 다만, 현재 기존 제품 대비 비교적 낮은 솔루션 비용으로 금속 3D프린팅을 가능케 하는 합리적인 가격의 3D프린터도 이미 출시돼 있어 기업별 적합한 솔루션을 찾아 도입하는 것이 3D프린팅 활용의 첫걸음이다.

솔루션 ‘목적, 성능’ 고려해야

기업에서 3D프린팅 솔루션 도입시에는 정확한 목적, 용도를 설정해야 한다. 용도가 명확해야 기업에 적합한 3D프린팅 솔루션을 도입할 수 있다. 이에 기업에서는 솔루션을 구축을 통해 △시제품 제작 △제조 및 조립 환경개선 △비용절감 같이 다양한 이유 중 어떤 부분을 실현할 것인지를 정확하게 진단해야 한다.

더블에이엠 황혜영 대표는 “3D프린팅 솔루션을 구축한 국내외 많은 기업들은 솔루션 도입효과를 누리고 있지만, 명확한 용도 및 활용에 대한 사전계획 없이 3D프린팅 솔루션을 도입한다면 3D프린터를 방치하고 아무런 효율을 내지 못할 수도 있다”라고 조언했다. 한편, 기업 내 구축하고자 하는 3D프린터가 필요한 사양보다 ‘오버스펙’인지도 확인해야 한다. 필요 이상의 사양을 갖춘 솔루션 도입은 기업에 비용적인 부담이 되며, 제품 자체의 성능을 100% 활용하지 못 하는 경우가 발생할 수 있다. TPC메카트로닉스 엄재용 바이오사업부장은 “3D프린팅을 도입하고자 하는 기업에서는 생산하고자 하는 제품과 용도에 맞는 3D프린터 사양을 정확하게 파악한 이후 솔루션을 선택해야 한다”라고 밝혔다.

적합한 솔루션 제공하는 파트너를 찾는 것이 중요해

솔루션 도입 목적과 성능을 결정했다면, 그 다음 단계는 기업에서 원하는 솔루션을 제공할 수 있는 공급업체인가를 판단해야 한다. 더불어 기업 내 솔루션 운용을 할 수 있는 오퍼레이터 인력이 있는지도 확인해야 한다. 오퍼레이터는 3D프린팅을 실시하기 위해 도면작성 및 출력을 지원하는 프린터 관련 전문 인력이다. 실제 많은 업체들이 3D프린팅 솔루션을 도입한 이후, 오퍼레이터가 없어 3D프린팅 솔루션의 활용 자체가 곤란한 경우도 있다.

3D프린터를 제대로 활용할 수 있는 인력이 없다면, 공급업체로부터 기술적인 지원을 받아야 하기에 이를 제공할 수 있는 기업을 선택해야 한다. EOS 김승균 지사장은 “모든 고객들은 각기 다른 이유로 3D프린터 도입을 고려하고 있을 것”이라며, “고객이 요구하는 바를 정확히 이해하고 그에 맞는 컨설팅 및 지원을 잘 할 수 있는 파트너를 찾는 것이 가장 중요하다”라고 전했다.

프로토텍 신상묵 대표는 “신뢰성 있고 안정적인 시스템을 제공하는 것에 더해 사후 서비스까지 제대로 지원할 수 있는 기업인지 알아봐야 한다”라며, “대부분의 공급업체는 서비스 엔지니어가 5명 이하인 경우가 많으며, 고객은 공급업체의 기술력 혹은 숙련도를 면밀히 비교한 이후 솔루션을 도입해야 한다”라고 강조했다.

더블에이엠 황혜영 대표 역시 “3D프린팅 솔루션 도입은 3D프린터 장비가 아니라 솔루션을 제공하는 기업을 보고 결정해야 한다”라며, “특정 문제가 발생했을 때, 그것을 해결할 능력이 있는 기업인지 혹은 문제에 대해 함께 고민하고 해결책을 제공하기 위해 노력을 기울일 수 있는 기업인지가 중요하다”라고 전했다. 즉 기업들은 3D프린팅 솔루션 도입시 심도 있게 고민하고, 신중한 결정을 내려야 한다는 것이다.

세계 각국, 정부 차원에서 지원해

3D프린팅에 대한 주목도가 커지면서 세계 각국 정부도 이에 관한 지원을 실시하고 있다. 인더스트리4.0 정책을 펼친 독일은 2020년 3월부터 ‘하이테크2025’ 전략을 추진하며, 연방교육연구부는 약 1,070만 유로 규모의 지원을 하고 있다. 또, 연방경제에너지부는 프라운호퍼 적층제조 얼라이언스를 중심으로 ‘BioRap’ 프로젝트를 추진 중이다.

특히 독일 정부와 세계적인 전기전자 기업 지멘스의 후원으로 적층제조 관련 업체와 대학 등 약 120개 기업·기관이 참여해 3D프린팅을 활용한 생산을 지원하는 초고속 네트워크 ‘MGA’를 설립한 바 있다.

미국 바이든 행정부는 중소 적층제조 기업 지원을 위해 ‘적층제조 포워드(AM Forward)’ 정책을 발표했고, 상무부는 NIST를 통해 금속 3D프린팅에 필요한 표준 개발과 더불어 ASTM, ISO, ASME 등을 통한 표준수립 및 배포를 계획했다. 또, 미국 에너지부는 기존 에너지 응용 분야를 위한 적층제조 기술을 지원하고 있다.

한편 중국은 적층제조 산업 매출 200억 위안 이상, 연평균 30% 성장을 목표로 적층제조 산업발전 행동계획을 추진하고 있으며, △100개 이상 분야에 적용 가능한 공정장비 및 핵심 소재 개발 △품질 및 공급능력 향상 △적층제조 시범 프로젝트 추진 △항공우주, 자동차 등 다양한 분야에 응용을 위한 혁신기업 및 단지 육성 △적층제조 산업 사슬 구축 및 공공서비스 플랫폼, 산업 클러스터 구축 등을 진행하고 있다.

일본은 정부차원에서 차세대 3D 적층조형 기술 개발 관련 기술연구조합 ‘TRAFAM’을 발족해 하드웨어 및 소형재 산업의 강점을 활용한 적층제조 산업 육성을 도모하고 있으며, 대한민국의 산업통상자원부 혹은 중소벤처기업부에 해당하는 ‘긴키경제산업국’에서는 3D프린트 제조업 혁신 거점화 구상 ‘칸사이-3D 실용화 프로젝트’를 수립해 추진 중이다.

아울러 대한민국 정부는 2016년 ‘삼차원프린팅산업 진흥법’을 제정하고, 산업통상자원부, 과학기술정보통신부, 중소벤처기업부 등 관계부처 합동논의를 거쳐 ‘3D프린팅 산업 진흥 기본계획’을 수립해 4대 전략과 12개 추진과제를 마련했다. 기본계획은 충실한 계획 이행을 위해 매년 수정·보완하고 있다. 해당 계획에서는 △3D프린팅 현장 활용 가속화 △차별적 기술력 확보 △혁신·성장 중심 산업 기반 고도화 추진전략 아래 10개 과제를 수립해 추진하고 있다.

특히 수요기업과 공급기업간 동반성장을 위한 인센티브를 지원하고, 각 지역별 개소한 ‘3D프린팅 지역센터’ 센터별 특화산업 중심으로 수요기업의 3D프린팅 활용 제작을 돕고 있다. 또한 제조혁신 및 고부가가치 신산업 창출을 위한 응용기술을 개발하기 위해 시장 파급력이 크고 실생활에 적용 가능한 3D프린팅 응용 서비스를 발굴하고, 비즈니스 모델과 연계한 기술개발을 지원하는 등 정부 차원에서의 지원도 이어지고 있다.

출처 - 인더스트리뉴스(http://www.industrynews.co.kr)