[첨단 헬로티]

앞으로 3D 프린팅 시장은 프로토타입 제작 수준을 넘어서 제품 생산도구, 생산 공정에 필요한 기술까지 활용의 폭을 넓혀갈 것이다. 3D 프린팅 기술은 또 항공, 자동차, 복지 등 다양한 분야의 시장에서 제조비용을 줄이고 제품을 혁신하는 데 핵심적인 역할을 할 것이다. 3D 프린팅 기술이 적용된 제조업 미래 전망에 대해 스트라타시스 프레드 피셔 총괄이사가 ‘2017 글로벌 기계기술 포럼’에서 발표한 강연 내용을 정리했다. <편집자 주>

3D 프린터가 활용되는 분야는 크게 3개 분야로 나눌 수 있다. 첫 번째는 시제품 제조와 관련된 분야이다. 시제품 제작 또는 프로토타이핑은 기계 관련 엔지니어나 디자이너들이 많이 활용하고 있는 분야이다. 특히, 제품 개발 과정에서 제품을 반복적으로 시험하고 변형해 보는 데 3D 프린터를 활용한다. 이를 통해 제품의 출시 기간을 줄이고 비용을 절감하게 된다. 두 번째는 제조 관련 공구 및 치공구 분야이다. 사출성형 또는 조물을 만드는 과정에서 3D 프린터가 적용된다. 그리고 마지막으로 최종 부품 분야이다.

3D 프린터 활용 분야 많다

3D 프린팅 성숙도를 보면, 2017년 이후 제조 툴과 최종 부품 분야가 프로토타이핑보다 3D 프린팅을 더 많이 활용하고 있다. 프로토타이핑 경우 계속해서 활용도를 지배하고 있지만, 제조를 기반으로 한 3D 프린터의 도입률이 가장 빠르게 증가하고 있다.

그러면 적층제조라는 3D 프린팅 기법은 어떻게 적용되고 있으며 제조업에 미치는 영향은 어느 정도인가. 첫 번째 애플리케이션은 시제품 제작이다. 여기서 중요한 것은 왜 회사들이 프로토타이핑 관련해서 3D 프린터를 사용하고 있는지 이해하는 것이다. 실제로 디자이너들은 3D 프린터를 사용해서 자신의 제품을 검증하고 테스트해볼 수 있으며, 디자인 라이프사이클 초반에 제품 디자인의 변형 및 변경도 가능하다. 이를 통해 제품 출시 기간을 단축할 수 있고 제작비용도 줄일 수 있다.

예를 들어, 자동차 회사의 경우 자동차가 시장에 출시되고 나서 문제가 발생하게 되면 리콜하고 원인 파악 등이 쉽지 않다. 하지만 3D 프린터를 적용하면 이런 문제들을 사전에 방지할 수 있다. 따라서 디자인 측면에서 시장의 25%가 3D 프린터를 도입하고 있으며, 프로토타이핑과 관련해서는 도입률이 계속 높아질 것이다.

툴링 및 공구 분야에서의 3D 프린터 활용도도 급격하게 증가하고 있다. 툴링 용도를 보면, 3D 프린터가 툴링 분야에 도입됨으로써 레이스 엔지니어들이 보다 성능이 좋은 자동차를 만들어 낼 수 있다. 그리고 개발 기간도 단축할 수 있다는 장점이 있다.

또 다른 활용 분야로는, 제조 관련 기계를 들 수 있다. 즉, 생산라인에서 사용되는 공구인데, 다양한 축으로 된 로봇이 이 공구를 활용해서 탄소 섬유를 원하는 모양으로 만들어 내게 된다. 3D 프린팅으로 맞춤형 공구를 만들어 낼 수 있으므로, 로봇은 3D 프린터로 출력된 공구를 활용해서 개발이나 제조비용을 줄일 수 있다.

마지막 애플리케이션 분야는 제조 응용 분야로서 표면 일별 터치가 있다. 이 시장은 가장 빠르게 성장하고 있는 분야로서 12조 달러가 예상된다. 그렇다고 3D 프린터가 전통적인 제조공정을 완벽하게 대체한다는 것은 아니다. 하지만 하나의 어떤 보험 시스템으로 사용될 수 있다. 그리고 기술적인 타당성 측면에서도 전통적인 제조공정에서는 타당성이 잘 안 나오지만, 3D 프린터를 활용할 경우 기술 타당성을 확보할 수 있다는 장점이 있다.

3D 프린터는 기능성 차량뿐만 아니라 우주·항공, 소비자 제품, 전자 제품 등 다양한 산업군에도 영향을 미치고 있다. 부품을 맞춤제작 할 수 있기 때문이다. 1차, 2차 산업혁명 당시의 대부분 제품들은 양산된 제품이었다. 그러나 3D 프린팅을 통해서 매스 커스터마이제이션이 가능해졌다. 그리고 제품 기능에 십분 활용됐다.

제조공법이 획기적으로 바뀌었던 산업군은 아마 보청기가 아닐까 싶다. 특히, 보청기 경우 환자의 특화된 니즈에 사용된 경우가 많은데, 여기에 3D 프린터가 유용하게 활용될 수 있다. 보청기를 3D 프린터로 출력할 경우 비용 절감은 물론, 환자에게 딱 맞는 느낌도 살릴 수 있다. 오늘날 보청기 쉘의 97%는 3D 프린터를 활용해서 출력하고 있다.

혁신 분야 중에는 항공·우주 사례도 있다. 싱가포르 에어라인의 경우 3D 프린터를 항공기 유지보수를 위해 도입하기를 희망하고 있다. 항공기에 들어가는 스페어 부품들의 경우 손상된 부품을 대체할 수 있는 기간이나 비용을 줄이기 위해 실무의 제고를 디지털 제고로 전환해서 부품에 문제가 있을 때 디지털 제고에서 부품을 꺼내어 3D 프린터로 출력하게 된다. 이를 통해 비용은 줄이고 유연성은 높일 수 있다.

또 다른 사례로, 치공구 경우 일본의 리코 회사는 치공구로 금속 도구를 대체하여 평균 공구 생산 시간을 2주에서 1일로 단축했다. 예전 금속도구와 지금의 치공구를 비교해 보면 디자인이 매우 심플해졌고 기능 면에서도 훨씬 뛰어나다고 한다. 다시 말해 3D 프린팅을 통해서 디자인의 복잡성과 제조비용 간의 연관성을 없애고 전반적인 공정의 제약 등을 해소할 수 있었다.

프로토타이핑에도 3D 프린터가 많이 활용되고 있다. 프로토타이핑 관련해서 3D 프린터가 갖는 이점은 다양하다. 3D 프린터를 활용하면 시각화를 더욱 개선시켜 주며, 궁극적으로는 모델의 외관이나 심미적인 부분들을 향상시켜 준다. 이를 통해 예전에는 모양이나 사이즈에만 국한됐던 것이 지금은 색상까지 의사결정을 내릴 수 있다.

3D 프린팅 차세대 솔루션

스트라타시스는 3D 프린팅 전문회사로 계속해서 혁신을 추구하고 있다. 따라서 앞으로 개척해 나가야 할 솔루션들도 많다. 스트라타시스가 추구하는 차세대 솔루션을 소개하면, 우선 지금의 사업 경계를 좀 더 확장하는 것이 시급하다. 특히 3D 프린터가 갖고 있는 다양한 고부가가치 애플리케이션이 있는데, 이들을 실현하는 것이다.

한 가지 사례를 예로 들겠다. 바로 3D 데몬스트레이터인데, 여기서 가장 혁신적인 것은 여러 프린터를 하나로 묶어서 뭔가 확장 가능한 셀에 넣는 것이다. 다시 말해 요구에 따라서 3개, 6개, 9개, 12개, 15개 프린터를 하나로 묶을 수 있다. 바로 커넥티비티이다. 각각의 프린터가 워크 플로어를 갖고 연결되어 있다는 것이다.

지금 우리가 3D 파일을 프린터 하기 위해서는 CAD 파일을 사용해서 프로세스를 가공하고 프린터로 보낸다. 그런 다음 프린터로 가서 실제적으로 모델 작업을 시작하고 끝나면 모델을 프린터에서 꺼내는 공정이 오늘날 작업이다.

그런데 이 모든 과정을 자동화시킨다는 것이다. 디자이너들이 자기의 CAD 파일을 프로그램에 보내면 더 이상 개입할 필요 없이 자동화된 기술이 나머지 모두를 담당하게 되어 부품이 자동적으로 출력된다. 스트라타시스가 추구하는 방향도 이런 것이다. 3D 프린터가 아주 간소화되어 오늘날의 2D 프린터처럼 3D 프린터도 쉽게 사용할 수 있도록 구현하는 데 있다.