지난 4월3일부터 7일까지 5일간 경기도 고양시 킨텍스에서 성황리에 열린 세계 4대 생산제조기술 종합전시회인 ‘제18회 서울국제공작기계전(SIMTOS 2018)’은 제조업 공정에 적용되며 적층제조시대를 열어가는 3D프린팅 기술의 발전을 확인할 수 있는 자리가 됐다. 이번 전시회가 ‘4차산업혁명:미래를 잡아라’라는 주제로 열린 것과 걸맞게 3D프린팅은 기존 시제품 제작도구를 넘어 제조혁신기술로 자리매김하고 있다. 전시회 곳곳에서 3D프린팅 적용 제조분야가 세분화되고 이에 발맞춰 이를 구성하는 장비, 소재, S/W, 서비스 등 모든 분야에서 기술이 진일보 되면서 ‘다품종 양산’ 제조혁신기술로 자리매김하고 있음을 느낄 수 있었다.

■다품종 양산 부품 생산 및 새로운 방식 솔루션 눈길

3D프린팅이 다품종 소량생산에 적합한 솔루션이라는 말은 이제 옛말이다. 3D프린팅은 제조업 공정에 적용되면서 양산기술로 자리잡고 있으며 나아가 로봇, ICT 등과 융합을 통한 전공정 생산 자동화 솔루션으로 발전하고 있다.

3D시스템즈는 국내 공식대리점인 한국기술, 씨이피테크, 세중정보기술, 한국아카이브 등도 함께 공동부스를 마련하고 제조업계에 양산을 통한 생산성 향상에 기여하는 공장형 솔루션인 ‘DMP 8500·Figure 4·SLS 6100·FabPro 1000’ 등을 대거 선보였다. 

금속 3D프린터 ‘DMP 8500’은 지능형 멀티레이저 기술이 적용돼 500x500x500mm에 달하는 크기의 부품을 적층할 수 있는 장비다. 공장자동화 솔루션에 적합하도록 설계돼 기계 가동을 위한 금속분말 충진, 부품 토출 및 이송, 분말 재활용 등 일련의 공정이 자동화됐다. 특히 다수의 프린터를 연결해 각 장비와 로봇이 송수신을 통해 자동으로 작업이 가능하도록 시스템화할 수 있는 것이 특징이다. 전시부스에는 실제로 DMP 8500으로 출력한 자동차 배기관 부품이 전시됐는데, 기존 12개의 부품을 조립 공정 없이 단 하나의 제품으로 출력함으로써 조립비용을 절감하고 생산속도도 34%나 빨라진 것으로 나타났다.

‘Figure 4’는 시판되고 있는 기존 3D프린터 대비 최대 15배나 빠른 속도를 자랑하는 SLA 방식 3D프린터다. 사용자의 니즈에 따라 독립형·모듈형·완전통합형으로 구성할 수 있는데 완전통합형은 로봇팔을 적용해 자동 이송, 세척 등 연속출력 시스템 구축이 가능하다.

탄성 속성에서부터 생체 적합성 소재까지 10여개가 넘는 소재를 적용할 수 있을 뿐만 아니라 기존 광경화소재와 다르게 출력물을 별도의 경화작업 없이 바로 말릴 수 있어 빠른 제작이 가능한 것이 특징이다.

HP는 국내 공식대리점인 폼엑스, AM솔루션, 퓨전테크놀로지 등과 함께 부스를 마련하고 기존 3D프린터 대비 생산비는 절반으로 낮추고 속도는 10배 이상 높인 멀티 젯 퓨전(Multi Jet Fusion)방식의 산업용 3D프린터를 실물 전시하고 양산에 최적화된 솔루션임을 집중 홍보했다.

이 장비는 나일론으로 불리는 ‘PA(폴리아미드)-12’ 분말 위를 프린터 헤드가 지나가면서 2D프린터 인쇄방식처럼 조형하고자하는 부위에 에이젼을 뿌리고 적외선 램프를 통해 빠른 용융이 가능하기 때문에 적층 속도가 빠르다는 장점이 있다. 국내 시판중인 ‘HP 젯 퓨전 3D 4200’의 경우 주당 300~699개의 부품을 제작할 수 있어 플라스틱 부품 양산이 필요하거나 생산라인 구축 전 테스트가 필요한 수요처를 중심으로 판매가 진행되고 있다.

기존보다 더 빠르고 가격이 저렴한 새로운 방식의 3D프린터도 출품됐다. 이번 전시회에 프로토텍은 미국 데스크탑 메탈社의 금속 3D프린터 ‘스튜디오 시스템(Studio System)’을 실물 전시했다. 스튜디오 시스템은 BMD(Bound Metal Deposition) 방식으로, 폴리머에 혼합된 인코넬, 알루미늄 등 금속 및 세라믹 파우더를 FDM과 비슷한 방식으로 적층한 후 가열로에 넣어 폴리머는 태우고 금속은 소결시키는 방식이다. 최종 출력물은 255x170x170mm(가로x세로x높이)크기로 50미크론의 정밀도로 시간당 16㎤ 출력이 가능하다.

기존 레이저 기반 시스템보다 최대 10배 저렴하고 출력물 서포터도 손으로 뗄 수 있는 등 사무실에서 3D프린터를 일반 컴퓨터처럼 사용할 수 있도록 디자인 됐다. 프로토텍은 오는 6월부터 본격 국내 시판에 들어가며 국내 가격은 2억5천만원에서 3억원 정도로 책정됐다.

제이엔텍(J&TEK)은 미국 마크포지(Markforgd)社의 금속 3D프린터 ‘METAL X’를 소개했다. 이 장비는 ‘ADAM(Atomic Diffusion Additive Manufacturing)’ 방식으로서 플라스틱에 결합된 스테인리스, 알루미늄 등 금속 파우더를 적층하고 이후 소결을 통해 99.7%의 밀도를 가진 금속 부품이 만들어진다.

출력물은 250x220x200mm 크기로 50미크론의 정밀도로 출력이 가능하다. 마크포지는 디자인부터 부품 생산까지 단 하루만에 가능하며 자동재료 관리 시스템이 탑재돼 있음을 강조하고 있다. 제이엔텍은 국내에 오는 6월부터 시판할 예정이다. 마크포지와 데스크탑 메탈은 서로 생산방식이 유사하다는 이유로 특허 소송을 진행 중인 것으로 알려져 있다.

라이즈 원(Rize One)의 하이브리드 산업용 3D프린터 ‘라이즈 원’

㈜영일교육시스템과 ㈜자이브솔루션즈(주원의 3D프린팅솔루션 자회사)는 미국 라이즈 원(Rize One)의 하이브리드 산업용 3D프린터 ‘라이즈 원’을 출품했다. 이 장비는 FDM과 피에조 젯팅(piezo jetting) 기술이 결합된 APD(augmented polymer Deposition) 방식으로 300x200x150mm 크기의 부품을 250미크론 정밀도로 출력할 수 있다. 엔지니어링 플라스틱을 격자형으로 적층하기 때문에 출력물 강도가 우수하고 마킹용 잉크헤드가 장착돼 있어 텍스트나 이미지를 부품 어디에나 출력할 수 있다 것이 특징이다. 또한 서포터를 손으로 뗄 수 있고 후처리가 매우 쉽다. 현재 미국 나사, 육군 등에서 시제품 및 부품 출력용으로 사용 중인 것으로 알려져 있다. 

㈜HDC는 최근 세계 최초 멀티레이어 인쇄회로기판(PCB) 프린터 제조기업인 이스라엘의 ‘나노디멘션(Nano Dimension)’과 한국 정식 총판 계약을 체결하고 이번 전시회에서 나노디멘션의 PCB 3D프린터 ‘드래곤플라이 2020’을 홍보했다.

‘드래곤플라이 2020’은 플라스틱 회로 기판을 원하는 모양으로 출력하면서 은 소재로 배선을 그릴 수 있는 정밀 PCB 생산장비다. PCB 설계부터 출력까지 하나의 프로세스로 진행할 수 있다는 장점이 있어 전자제품 연구개발, 시제품제작 등으로 활용될 전망이다. 장비가격은 3억원대로 알려져 있다. 서찬경 HDC 대표는 “사물인터넷(IOT), 의료 등 분야 제품개발이 활발한 PCB 업계에 큰 도움을 줄 수 있는 솔루션”이라며 “개인적으로도 3D프린팅 기반 새로운 콘텐츠를 창출하고 있는 디지털 핸즈의 작품에 PCB를 접목시켜 구동시키는 것이 목표”라고 밝혔다.

한국기계연구원 금속3D프린팅융합연구단도 한번의 공정으로 PCB 기판 제작이 가능한 다종 소재 3D프린팅 시스템을 실물 전시했다. 이 기술은 플라스틱과 저융점(300℃ 이하) 금속 등 2종 이상의 소재를 동시에 프린팅할 수 있다. 연구단은 저융점 금속으로 다층구조의 PCB 기판을 출력할 수 있는 3D프린터(노즐 4개) 개발을 목표로 하고 있다.

이밖에도 3D프린터 제품군 확장 계획도 알려졌다. 지난해 100mm크기의 부품을 생산할 수 있는 소형 정밀 금속 3D프린터 ‘TruPrint 1000’을 국내에 선보인 한국트럼프는 오는 10월16일부터 창원컨벤션 센터에서 열리는 ‘TCT 코리아’ 전시회에서 300mm 크기 출력이 가능한 ‘TruPrint 3000’을 선보이며 마케팅을 강화할 계획이다. 스트라타시스는 오는 6월 금속 3D프린터를 출시, 내년부터 국내에 판매할 예정이다. HP는 복셀 제어를 통해 시제품 및 부품을 흑백 또는 컬러로 신속하게 출력할 수 있는 젯 퓨전(Jet Fusion) 300 및 500 시리즈 3D프린터를 오는 11월 출시할 계획이다.

                    제조공정 맞춤 장비·소재 다양화, 부품 생산기술 진일보

              수요 발굴·서비스·공정개발 활성화로 시장 확대 촉진해야

■신소재로 3D프린팅 적용 확대

3D프린팅 적용 확대에 발목을 잡는 것 중 하나는 제한적인 소재였다. 그러나 엔지니어링급 소재 및 탄소섬유 등을 출력할 수 있는 3D프린터가 출시되면서 제조업 적용이 확대되고 있다.

3D시스템즈의 Figure 4는 실제 부품으로 쓸 수 있는 엔지니어링급 소재 출력이 가능한 장비다. 또한 별도의 경화시간이 필요없기 때문에 빠른 생산이 가능하다.

‘SLS 6100’ 장비 전용 ‘DuraForm® FR1200’은 나일론 12 계열의 소재로서 우수한 표면품질 및 뛰어난 난연성을 기반으로 미국연방항공, 에어버스 등에서 우주항공 인증을 획득했으며 우주항공, 운송 및 소비재 등에서의 제품 생산 확대가 기대되고 있다.

제이엔텍(J&TEK)이 출품한 마크포지의 탄소섬유 3D프린터 ‘Mark Two’는 듀얼노즐헤드로 탄소섬유, 유리섬유 등 고강도 복합소재를 적층할 수 있는 장비다. 노즐 한곳에서 플라스틱 매트릭스를 적층하면 다른 노즐이 탄소소재를 쌓는 방식으로 기존 ABS 플라스틱 부품 대비 최대 20배나 강한 것으로 알려지고 있다. 이에 각종 지그, 드론 몸체 등에 적용이 확대되고 있다.

마크포지의 탄소섬유 3D프린터로 강도 높은 지그를 출력할 수 있다.

영일교육시스템이 출품한 로보즈(Roboze)의 ‘로보즈 원+400’은 엔지니어링 플라스틱인 PEEK를 포함해 ABS, PC 등 16가지 엔니지어링 플라스틱을 출력할 수 있는 산업용 FDM 장비다. 최대 200x200x200mm 출력물을 25미크론의 정밀도로 출력이 가능해 자동차, 오일·가스 산업에 필요한 부품 생산에 활용되고 있다.

스트라타시스의 풀컬러&멀티소재 3D프린터인 J750은 화장품 케이스 등 디자인이 중요한 제품에 적용이 최적화됐다.

스트라타시스는 복셀 단위 3D프린팅 기술을 적용한 풀컬러·멀티소재 3D프린터인 ‘J750’를 중점 홍보했다. 사용자가 풀컬러 그라디언트(gradient)를 다양한 물성의 재료와 조합할 수 있고 후처리 과정 없이 제품 제작이 가능하기 때문에 특히 디자인이 중요하고 유행이 빠른 화장품 케이스 등에 적용이 활발하다.

■의료용 생산기술 확대

㈜인스텍은 무릎 임플란트 등 의료용 관절 전용 표면코팅 장비 ‘MPC-mini’를 선보였다.

3D프린팅은 개인 맞춤형 제작이 가능하기 때문에 의료시장에서 가장 활발히 적용되고 있으며 시제품제작을 넘어 생산 도구로 자리매김하고 있다.

DMT(Direct Metal Tooling) 방식 금속 3D프린팅 솔루션을 제공하고 있는 ㈜인스텍은 무릎 임플란트 등 의료용 관절 전용 표면코팅 장비인 ‘MPC-mini’를 선보였다. DMT 장비의 특징은 금속분말을 공급하는 동시에 레이저로 녹이기 때문에 표면에 적층 외에도 이종 금속을 붙여 특수 기능을 부여할 수 있다는 것이다. MPC-mini는 이를 이용한 장비로 3D프린팅의 임플란트로의 적용 확대에 기여할 것으로 기대되고 있다.

DLP(광조형방식) 3D프린팅 전문기업 캐리마는 대형출력이 가능한 ‘TM-200’과 덴탈 전문 3D프린터인 ‘DS 131’ 등을 홍보했다. ‘DS 131’의 경우 임플란트 전문기업 디오와 ODM(제조자개발생산) 방식으로 연간 총 500대 규모의 DLP 3D프린터와 경화기를 올해부터 공급하는 계약을 체결한 바 있다.

이병극 캐리마 대표가 덴탈 및 주얼리에 최적화된 DLP 3D프린팅 솔루션을 소개하고 있다.

DLP 및 SLA 방식의 3D프린터를 개발·생산하고 있는 헵시바주식회사는 덴탈 전용 SLA 3D프린터 ‘SPS 250H’와 덴탈 전용 DLP 3D프린터 ‘DS-120, ’DS-150’ 등을 실물 전시했다. 회사는 지난 2013년부터 3D프린팅 토탈솔루션 브랜드로 ‘벨츠 3D(Veltz3D)’를 론칭하고 수요자가 지속적으로 3D프린팅을 활용할 수 있도록 하는데 초점을 맞춰 고품질 장비를 저렴한 가격에 공급하고 있다. SPS 250H의 경우 치열교정모델 출력에 최적화돼 풀아치 교정모델을 한번에 40개까지 출력할 수 있어 치과 및 치기공소에 널리 보급되고 있다.

헵시바주식회사의 3D프린팅 솔루션 사업부 ‘벨츠 3D(Veltz3D)’는 3D출력센터(응용기술센터)에 대해 집중 홍보했다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

■서비스 사업 확대, 시장확대 및 공정개발 청신호

3D프린팅 기술과 산업이 전반적으로 확대되기 위해선 GE가 항공엔진노즐 부품을 적층제조로 양산한 것과 같이 3D프린팅이 가진 장점을 보여주고 성공사례를 창출해 나가는 것이 필요하다. 현재 국내 3D프린팅 업계의 최우선 숙제이며 이를 위해 3D프린팅 관련 서비스 시장 활성화가 중요한 것이다.

헵시바는 자사의 위상최적화 설계기술을 통해 부품 중량은 줄이면서 강도는 높일 수 있음을 소개했다.부품은 HP 3D프린터로 출력됐다.

헵시바주식회사는 장비 개발 및 판매 이외에도 지난 2013년부터 인천에 3D출력센터(응용기술센터)를 운영 중이다. 이곳에는 현재 ‘HP 젯 퓨전 3D 4200’와 헵시바가 개발한 SLA 3D프린터가 구축돼 있으며 고객이 의뢰하는 출력물 서비스와 공정기술 등을 제공하고 있다. 회사는 올 상반기 중 금속 3D프린터를 구입해 서비스센터를 확장, 3D프린팅 공정개발에 박차를 가한다는 계획이다.

김성복 헵시바 이사는 “3D프린팅을 통한 다품종 양산화를 위해선 수요 발굴이 중요하기 때문에 서비스 센터 활성화는 필수적이며, 이번 확장을 계기로 장비 개발도 본격화할 계획”이라고 밝혔다.

3D프린팅 스튜디오 디지털핸즈(Digital Hands)는 스타크래프트 20주년을 맞아 3D프린팅으로 제작한 ‘피닉스’, ‘히드라리스크’ 등 피규어를 전시해 눈길을 끌었다. 정밀한 피규어는 이탈리아의 DWS社 SLA 장비와 독일 EOS 장비로 출력됐다. 디지털 핸즈는 3D프린팅 설계에서 출력, 후처리까지 전문인력을 보유하고 있으며 3D프린팅으로 작가들이 세계에서 통하는 창의적인 콘텐츠를 만드는 것을 지원하고 있다. 

서찬경 HDC 대표가 디지털 핸즈에서 제작한 정밀한 스타크래프트 피규어를 선보이고 있다. 3D프린팅 설계에서 출력, 후처리까지 모두 전문인력들이 직접했다.

디지털 핸즈가 출력한 스타프래프트의 유닛 히드라리스크는 3D프린팅을 통해 누구나 한눈에 멋지다고 표현할 정도로 표현됐다.

디지털 핸즈를 운영하는 서찬경 HDC 대표는 “3D프린팅이 가지고 있는 장점을 알리려면 보다 유용한 출력물이 필요하며 이를 보고 3D프린팅 솔루션 보급이 확대될 것”이라며 ”아이디어를 제품화하는데 지원함으로써 새로운 비즈니스를 창출하는데 노력할 것”이라고 밝혔다.

주승환 한국적층제조사용자협회 회장은 4일 열린 3D프린팅&스타트업 컨퍼런스에서 “울산에서 5천개 정도 양산부품을 3D프린팅으로 제작하는 것을 목표로 적층제조 컨소시엄이 구성되고 있다”며 “이러한 플랫폼을 통해 실제 부품을 만들고 판매해 이익이 창출된다면 실질적인 적층제조 산업발전과 일자리 창출이 지속적으로 이어질 것”이라고 밝혔다.