국내 3D프린팅기술이 아직 상용화 되지 않고 장난감이나 시제품 제작 수준에서 머물러 있는 것은 새로운 3D프린팅 생산 방식에 맞는 새로운 설계 방식이 널리 알려지지 못하고 있기 때문이다.

새로운 설계 방식으로 주목을 받는 것이 DfAM(Desigh for Additive manufacturing)이다. 적층 생산을 위한 설계 방식이라는 뜻으로 3D프린팅이 가지는 장점을 극대화하는 혁신적인 설계 방법이며 기존 생산에 적용되고 있는 설계 방식은 DFM(Design for Manufacturing)으로 구분해서 부른다.

3D프린팅을 통한 새로운 생산방식인 적층제조(Additive manufacturing)의 경우 새로운 설계개념이 필요하다. 일례로 주변에서 기존 부품을 3D프린팅으로 하면 얼마나 비용이 드는지 물어보시는 분들이 많은데 이는 과거의 생산 방식(DFM) 차원에서 접근하는 것이다.

3D프린팅으로 기존 방식으로 생산 가능한 똑같은 부품을 만드는 것은 비용적인 측면에서 경쟁력이 없다. 3D프린팅은 생산을 할 수 밖에 없는 부품 또는 기존 생산 방식으로 불가능한 제품을 생산하는 시스템에 적합한 기술이기 때문이다.

▲ GE가 3D프린팅한 항공기 엔진용 연료 분사 노즐. 22개 부품을 일체형으로 만들었다. .

DfAM은 크게 4가지 분야에서 주로 사용되고 있는데 △경량화 구조 △여러개 부품을 하나의 부품으로 제작하는 부품 단일화 △한 부품에서 소재와 물성이 다르게 나오게 하는 디자인 △의료용에 특화된 디자인 등이다. DFM은 복잡도를 낮추는 방향으로 진행이 되는데 반해, DfAM 은 복잡도를 높이는 방향으로 진행이 되는 것이 특징이다.

실제로 GE는 3D프린팅으로 기존 여러개의 부품을 하나로 통합해 기존 대비 생산 비용이 75% 정도 밖에 되지 않으며, 내구성도 5배 이상 향상시켰다. 최근에 밀라노 귀금속 전시회에서는 3D프린팅으로 밖에 생산할 수 없는 구안에 구가 있는 특이한 디자인의 귀걸이 등이 출품됐는데 기존 소비자 가격대비 10배 이상 가치가 상승했다. 이 때문에 이태리에서는 귀금속 3D프린팅 관련 엔지니어를 세계 각지에서 모집하는 현상이 벌어지기도 했다.

이는 DfAM을 통해 많은 부품 갯수를 재디자인을 통해 줄이고 위상 최적화를 통해 하나의 부품으로 만들고 격자, 매쉬 구조설계로 부품의 무게를 감소시킬 수 있었기 때문이다. 생산자는 경량화, 내구성 증대, 부품 수 감소 등을 통해 이윤을 창출할 수 있기 때문에 미국이나 유럽에서는 이미 생산 라인에 금속 3D프린터를 대거 도입해 운영하고 있다.

또한 한 부품에서 소재와 물성이 다른 부품, 각 개인에 특화된 뼈 및 임플란트 제작은 이미 사업화가 진행 중이다. 때문에 우리나라도 제조업에 유용한 DfAM를 개발해 세계에서 새로 열리는 시장을 선점하기 위한 노력을 해야 한다.

경량화·부품 단일화·多물성·맞춤형 특화, 제조업 고부가 창출

국내 첫 경진대회 진행 중, 제조업 융합발전 및 취업 촉진

▲ 한국생산기술연구원 강원본부가 3D프린팅한 인공관절.

■국내 첫 DfAM 경진대회, 3D프린팅 활성화 주춧돌 될 것
이처럼 제조업에 3D프린팅을 활용하고자 최근 미국 GE 항공사, 알코아, 유럽 항공우주국 등에서 DfAM 설계 경진대회를 자주 열어서, 좋은 아이디어와 인재를 모으고 있다. GE 브라킷 DfAM 경진대회에서 입상한 자가 S/W전문기업 머티리얼라이즈에 취업한 것과 같이 고용창출효과도 기대되고 있다.

우리나라에서도 늦었지만 K-AMUG 협회(8월 설립예정)가 울산시의 지원으로 한국폴리텍대학 울산 캠퍼스와 국내 최초로 DfAM 경진대회를 개최한다. 이런 대회는 3D프린팅 산업 활성화는 물론 국민들에게 3D프린팅의 제대로 된 효용성을 알린다는 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 좋은 기회다.

경진 대회는 크게 지정공모와 자유공모로 구성이 되어 있는데 지정공모는 자전거와 같은 개인용 이동수단을 경량화하는 것이고, 자유공모는 필요한 부품을 하나로 만드는 부분이나, 브라킷을 경량화 하는 등 각 제조 현장에서 적용 가능한 현장에서 적용한 것을 출품한다.

7월7일까지 진행되는 예선에서는 이미지 및 3차원 도면 파일을 받고, 예선을 통과한 본선 진출자들에게는 3D프린팅 장비·재료 등 실물제작 및 전문가 지원을 통해 실제 3D프린팅 결과물을 창출하게 된다. 수상작은 오는 9월14일부터 16일까지 울산 UNIST에서 열리는 ‘2017 3D프린팅 갈라 in 울산’ 기간에 전시될 예정이다.

▲ 오토바이 차체를 DfAM으로 재설계한 것으로 대표적인 위상 최적화의 사례다.(사진:강민철 3D프린팅연구조합 이사).

이 과정에서 DfAM 개발자들에게는 전문 S/W(머티리얼라이즈의 3-matic)가 한시적으로 무료로 제공되고 교육(알테어社)도 무상 지원된다. 그동안 비싼 비용으로 교육이 힘들었던 DfAM에 대한 저변확대와 전문가 양성을 통해 DfAM이 활성화 될 것이고 이는 3D프린팅 상용화로 이어질 것으로 기대하고 있다.

또한 DfAM은 최근 3D프린팅 업계의 고민인 제조업계 수요창출에도 기여할 것이다. 이번 경진대회는 개인은 물론 단체, 기업, 기관도 참가가 가능하기 때문에 내부 인력 재교육과 도전정신 고취와 함께 성공적인 결과물을 외부에 홍보할 수 있는 기회이기도 하다.

K-AMUG에서는 이번 DfAM 경진대회를 어려움을 겪고 있는 국내 제조업계와 3D프린팅 업계 모두를 살리고 함께 소통할 수 있는 연례행사로 자리매김할 계획이다. 이를 위해 국내 3D프린팅 업계의 관심과 참여를 당부드리며 미미하나마 3D프린팅 상용화에 일익을 담당할 수 있기를 기대한다.

▲ DfAM을 통한 부품 경량화 사례(자료:알테어).