신소재경제신문

더보기인터뷰
HOME > 기사쓰기
[기고]백소령 3D 시스템즈 프린터사업부 본부장

제조양산 설비로 거듭나는 적층제조, 공정 연구·연습 도전정신 必



모든 만드는 방식을 바꿀 수 있는 잠재적 역량을 가진 3D프린터는 ‘제조 혁신의 툴로, 4차 산업혁명을 리드해서 미국 제조업 부활을 도모하고 미국경제를 활성화하자’는 오바마 미국 대통령의 2013년 국정연설을 시작으로, 2014년, 2015년 독일과 미국을 중심으로 한 인더스트리4.0, 2016년 연두 다보스 포럼의 4차 산업혁명이라는 화두에 이르기까지 빅데이터, 센서, 인공지능기술과 더불어 미래 혁신 핵심기술로 지속적으로 재조명을 받고 있다.

모든 가정마다 3D프린터가 보급될 것이라는 네덜란드의 디자이너 그룹인 프리덤오브크리에이션(FOC:Freedom Of Creation)의 3D프린터를 이용한 독창적인 라이프 스타일 디자인 오브젝트에서부터 스마트팩토리를 현실화 하는 △의료 △드론 △자율주행자동차 △전기차 △미래형개인이송수단 △항공부품에 이르기까지 3D프린터를 이용한 다양한 애플리케이션에 대한 도전이 계속되고 있다.

2016년말 우리가 만나게 된 또 하나의 도전적인 사건은 세계적인 미국제조기업인 GE가 독일의 금속프린터 전문제조사인 ‘ARCAM’ 과 ‘CONCEPT LASER’ 인수를 발표한 것이다. 그동안 진행된 다수의 3D프린터 업체들의 인수는 특정 3D프린터 제조사들의 시장확장을 목표로 이루어진 반면, GE의 금속 3D프린터업체 인수는 그동안 미디어를 통해 꾸준히 공개해 온 적층가공공정 연습부품들, 즉 엔진연료노즐, 브라켓, 하우징부품, 방열판 등의 항공부품과 인공관절 등의 의료부품 및 의료장비들을 적층가공기술로 본격 양산하기 위한 목적으로 역경매방식을 통해 금속 프린터 제조사를 인수하게 되었다는 점이다.

GE의 LEAP ENGINE 연료노즐. 금속 3D프린팅 적층기술을 사용하여 20개 부품을 단일부품으로 설계하여 조립 공정을 제거, 중량을 25% 감소, 내구성을 5배 강화하였다.
■GE의 새로운 도전, ‘Digital Twin’
GE의 적층제조에 대한 도전은 글로벌 제조산업의 새로운 장을 열었다. ‘Digital Twin’이라고명명한 GE의 도전은 단순 3D프린터라는 제조설비만을 이용한 혁신이 아니라, 오바마의 연설에서 언급된 4차 산업혁명의 맥락에서 큰 그림으로 해석될 필요가 있다.

첫째, 제조방식을 주조, 단조, 밀링과 같은 전통적인 공법에서 적층가공으로 혁신하는 과정은 적층가공기술에 대한 가치분석을 통해 선별적 부품의 설계 및 생산 그리고 기능적 효용성 및 성능을 검증하는 전반적인 제조공정에 대한 부단한 연구를 통해 이루어진 결과이며, 최종적으로 안전검증을 통해 제조양산을 결정하는 시스템을 구축하였다. 이는 △적층공정의 이해를 기반으로 수십 개의 조립형 복합부품을 고부가가치 경량화 단일부품으로 재설계하고 △공정의 이해를 바탕으로 최적화 양산을 시도하고 △제품의 성능 및 안전검증작업을 완료하고 이후 마침내 양산을 앞둔 시점에서 금속 3D프린터 제조사를 발빠르게 인수한 것이다.

둘째, ‘Digital Twin’이라는 GE의 빅피쳐는 부품의 모든 설계정보, 양산과정을 디지털화한 것으로, 부품 및 제품의 설계에서부터 파기에 이르기까지 전수명주기과정을 ‘프레딕스’라는 거대한 빅데이터 및 인공지능시스템을 이용하여 수집, 관찰, 분석, 예측하여 관리하는 것을 계획하고 있다.


GE, 부품·제품생산 全과정 디지털화…금속 3D프린팅社 인수 ‘완성’

韓 고부가부품 제조 연구·설계·공정연습 부족, 발굴 및 지원 나설 것



GE의 터보엔진. 금속 3D프린팅 적층기술을 사용하여 885개 부품을 12개 부품으로 설계하여 조립공정을 대폭 감소시켰으며 전체중량과 연료소모량도 각각 5%, 20% 감소시켰다.
■글로벌 3D프린팅 산업, ‘제조양산’으로 확장
세계적인 제조전시회인 미국의 IMTS, 독일의 FORMNEXT 전시회를 통해 3D프린터를 이용한적층제조기술의 진화방향을 살펴볼 수 있다. 2016년 3D프린터는 ‘시제품 제작’, ‘생산툴의 신속제작’에서 ‘제조양산’을 위한 공정설비로 확장을 도모하고 있다.

공정설비로의 확장에 부응하기 위해 △속도향상 △로봇과 3D프린팅 기술을 융합한 자동시스템화 △양산급 프린터를 중심으로 공정을 추적관리하는 플랫폼 및 소프트웨어를 포함하는 통합시스템화 △적층가공용 최적화 설계작업을 위한 글로벌 메이저 CAD 업체 및 신생소프트 웨어 업체들의 3D프린터 설계 및 해석 소프트웨어 출시 △표면처리 및 후처리 공정을 포함한 적층제조공정의 확장이 시작됐다.
3D시스템즈의 ‘연속적층 3D프린팅기술 기반 로봇자동화시스템’. 빌드 플레이드 로딩,재료공급, 파츠 신속적층성형, 파츠 세척, 파츠 경화, 파츠 배송의 전과정이 로봇 자동핸들링시스템으로 구현됐다.
■한국형 글로벌 제조혁신기업 탄생 기대
2014년 이래 대한민국에도 다양한 3D프린팅 관련 협단체들의 탄생과 본격적인 정부주도형 지역거점센터 및 국책과제들이 양산됐다. 그리고 2016년을 마감하면서 2년여 동안 전개된 과제의 성과물들을 발표하는 다양한 이벤트들이 전국적으로 진행되었다.

대한민국에서는 정부출연연구기관과 국내 장비제조업체를 중심으로 정부주도형 R&D 과제가 프린터시장을 리드하고 있다. ‘3D프린팅장비와 전용소재 연계형 기술개발’ 및 ‘품질평가체계개발’을 목표로 2015년~ 2016년에 △대형부품 직접제작용 금속 3D프린터개발 △개인 맞춤형 치과보형물제작용 3D프린팅 장비개발 및 적합소재개발 △플라스틱/금속 3차원구조 일체형 3D프린팅 전자회로 프린팅 장비 및 소재개발 △인체 맞춤형 경조직 대체 및 지지체 제조를 위한 초고속 의료형 프린터 개발 △자동자 전용 광중합소재 및 대형프린터 개발 △에너지 발전용 터빈엔진급 이상 베인 부품을 위한 3D프린터 개발 △3D 전자회로 프린팅 장비 및 소재 개발 △PBF 기반 3D프린팅 복합시스템 개발 △금속분말 산화방지를 위한 금속 3D프린팅 공정기술 및 챔버구조설계 기술지원 △의료형 3D프린팅장비 개발 등 정부주도형의 다양한 전문 프린터개발과제들이 진행 및 추가 추진되고 있다.
3D시스템즈의 금속 3D프린팅 소프트웨어 ‘3D Xpert’
2016년을 마감하면서 미래부, 산업부 주관의 전국 8대 지역거점센터 및 뿌리산업제조혁신거점센터들을 중심으로 상기 국책과제의 성과를 발표하는 다양한 이벤트가 전국적으로 다수 진행되었다. 본 성과 발표의 장을 통해 그동안 대한민국에서 분석한 의료, 뿌리기술, 자동차 등의 활용기술에 대한 분석자료들이 발표되고, 가장 오랫동안 제품개발 및 시제품 제작에 3D프린터를 사용해 온 주요 대한민국 자동차 업체들의 활용사례가 공유되었다.

본 성과 발표의 장을 통해 정부출연연구기관들이 중심이 되어 적층제조공정에 대한 조사연구는 많이 진행된 반면 경험적연구, 즉 실제 현장적용을 통한 산업발전을 위한 고부가가치부품에 대한 선별적 연구, 설계의 도전, 공정에 대한 연습이 결여되어 있다는 점을 확인할 수 있었다.

고무적인 부분은 세계적인 의료선진국으로 알려진 대한민국의 일부 병원기관, 치과장비 및 정형 임플란트 제조업체들을 중심으로 공정검토가 상당부분 연구 및 연습되었고 마침내, 식품의약품안전처에서 이를 인정하기 위한 ‘3D프린터를 이용하여 제조되는 환자 맞춤형 치과용/정형임플란트 고정체의 허가 및 심사 가이드라인’을 발표하였다는 점이다.

이러한 허가·심사가이드 라인을 시작으로 2017년 의료숫가 적용 및 보험시책이 도입되어 의료분야에서의 혁신이 활성화 되기를 기대해 본다. 한발 더 나아가 정부출연연구기관들과 국내 제조사들이 진행하고 있는 과제를 통해 올해 본격적인 제조공정에 대한 연구와 연습의 과정이경험적 자산으로 구축 및 전파되길 바란다. 또한, 이러한 공정연구가 제조강국으로 알려진 대한민국의 제조산업 현장에 신속하게 접목되어 제조 혁신을 리드하는 제조기업의 도전적 실천 사례가 나타나길 기대해본다.

3D시스템즈는 미국에 본사를 두고 있는 외국기업이기는 하지만, 대한민국의 다수 개발자 및 엔지니어들과 더불어 대한민국 제조혁신을 위한 고객수요별 공정연구 및 연습을 지원하고 대한민국 제조혁신을 공유할 계획이다.

미국의 경우 제조기업 및 신생기업들이 3D프린팅 기술을 융합한 시장기반 애플리케이션 혁신을 전개하고 있다. INVISALIGN, BESPOKEN, K2는 의료분야 혁신의 아이콘이, LOCAL MOTORS는 자동차주문, 제조 및 공급의 새로운 방식을 제공하는 혁신의 아이콘이, NIKE, NEW BALANCE는 소비자 제품의 혁신의 아이콘이 되었다. 그리고 마침내 보다 큰 제조의 혁신으로 항공,에너지, 의료분야의 새로운 제조혁신의 아이콘이 된 GE의 본격적인 행보가 시작되었다.

2017년은 한국형 글로벌 제조혁신의 아이콘 기업들의 등장을 기원하면서 ‘시제품제작’, ‘생산툴의 신속제작’ 및 ‘제조양산’에 이르는 다양한 애플리케이션 발굴과 공정연습에 대한 도전을 함께 만들어가는 다양한 프로젝트를 기획해보고자 한다. 2017년, 대한민국에 제조공정에 대한 이해와 도전으로 거듭하는 진정한 한국형 글로벌 제조혁신의 아이콘 기업들이 등장하기를 기대해 본다.

기자 프로필 사진
신근순 기자 (shin@amenews.kr) [기자의 다른 기사보기]
프로필은 기사 하단에 위의 사진과 함께 제공됩니다.

관련기사