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  • 기사등록 2020-09-07 16:50:58
  • 수정 2020-09-07 16:55:09
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3D프린팅, 세계 제조 공급망 위기 시대 ‘안전망’ 각광


지난해 우리나라를 겨냥한 일본의 반도체 3대 핵심소재 수출 금지 사건은 일반국민들이 제조 공급망의 중요성을 재발견하는 기회가 됐다. 여기에 올해 코로나19 펜데믹으로 인한 세계 제조 공급망의 위기와 변화는 이러한 인식을 더욱 강하게 만들었다고 생각된다.

코로나19로 인한 세계적인 공급망 위기에 대해 많은 제조업체들은 내부의 리더십, 의사 결정 등 역량을 결집하고 외부 파트너십을 활용하는 등 적극적으로 대처했다. 이 과정에서 3D프린팅 즉, 적층제조 기술은 세계 제조 공급망 변화를 촉발하는 ‘태풍의 눈’으로 부상했다.

마스크, 호흡기 등 환자와 의료진의 생명을 구하기 위한 부품이 절대적으로 부족한 상황은 역설적으로 열정적인 3D프린팅 기술 사용자와 기업이 도전에 나서는 환경이 됐다. 기술을 진지하게 고려하지 않았던 제조업체에게도 이를 실제로 구현해 볼 수 있는 절호의 기회가 되었다.

전통적인 공급망이 변화하면서 3D프린팅 기술은 본격적으로 실험실을 벗어나 산업현장으로 나와 각광받게 됐다. 본고에서는 3D프린팅 기술이 새로운 제조 공급망에 어떻게 도움을 주고 발전할 것인지를 예측해본다.



▲ 프랑스 파리의 AP-HP에 구축된 3D프린팅 공장에서는 매주 수천 개의 마스크 프레임을 생산하고 있다.


■끊어진 공급망을 잇는 다리
제조업체들은 효율성을 높이기 위해 해외로 생산기지를 옮기고 외주를 주는 등 스스로 공급망 위험을 감수해 왔다. 지난 수년 동안 이 문제에 대해 논의가 이뤄졌지만 코로나19를 통해 이러한 위험이 현실화되고 부각된 것이다.

3D프린팅 업계는 오랫동안 3D프린팅 기술이 공급망을 간소화하고 재고 문제, 공급 업체 손실, 무역 전쟁 및 세계화 관련 영향을 포함한 일부 위험을 해결하는 데 도움이 되었다고 주장해 왔다.

3D프린팅은 즉각적인 요구를 충족시키기 위해 필요한 부품을 신속하게 제공 할 수 있는 장점이 있다. 병원, 대학, 국방, 적층기술을 갖춘 제조업체 및 3D프린팅 서비스 회사가 의료용 마스크, 테스트 면봉, 마스크 구성 요소 및 인공호흡기 예비부품 등을 생산하기 위해 공동으로 작업하는 대규모 테스크 포스도 가능하다. 위기 상황에서 이러한 협업은 보호된 정보에 대한 접근을 공개적으로 경쟁 업체와 공유하는 것을 포함한다.

코로나19로 인해 지금까지 보지 못했던 방식으로 글로벌 커뮤니티가 통합될 수 있다. 수입을 늘리거나 신제품을 출시하는 것을 목적으로 하는 것이 아니라, 서로를 돌보고 이 위기를 극복하기 위한 방안으로서 연결이 되는 것이다. 위기가 공급망에 미칠 수 있는 악영향을 최소화하는 것으로서 적층제조를 핵심으로 하는 분산 제조 개념이 개인 보호 장비, 의료기기 부품의 폭발적인 수요를 감당할 수 있도록 기여하고 있다.

또한 3D프린팅 기술은 기존 부품의 용도를 변경하고 즉각적인 수요에 대응할 수 있다. 주요 사례로는 코로나19에 대응하기 위해 인공호흡기용 스플리터를 제작한 것이 있다. 인공호흡기 기능을 제공하여 환자들이 좀 더 쉽게 호흡 할 수 있도록, 서로 다른 호흡기 유형 장치를 용도 변경할 수 있고, 또는 하나 이상의 인공호흡기를 여러 환자가 이용할 수 있는 편의성을 제공할 수도 있다. 물론 의료기기에 적용시키기 위해 적층 기술을 사용하는 것은 해당 재료를 사용할 수 있도록 규제 기관과 논의해야 할 수도 있다.

또 다른 주요 적용사례로 코로나 사태 초기에 데스크탑 메탈(Desktop Metal)은 유럽 인공호흡기를 사용하는 병원 그룹과 협력하여 작동을 유지하는 데 필요한 예비 부품을 제작했다. 기존의 인공호흡기 공급 업체로부터 CAD파일을 얻고, 3D프린팅 기술로 제작하는데 최적화 한 설계 변경을 한 후 기존 기능을 유지한 부품을 신속하게 공급할 수 있었다.


▲ 3D프린팅 마스크 프레임


                  인공호흡기 등 코로나19 대응 신속·안정적 생산기술 확인 
                   제조업 적용 가속화, 교육·지속적인 도전·인식전환 요구



▲ 3D프린팅 기술을 활용한 사출성형 공정을 위한 금형(디지털 몰드) 제작


■기술개발 가속화와 디지털화 대응
3D프린팅은 기존 접근 방식에 비해 보다 빠른 기술개발이 가능하도록 돕는다. 예를들어 3D프린팅은 전통 제조방식인 사출성형 공정에 필요한 금형을 신속하게 만들 수 있다. 공급망에 문제가 생겼을 경우 이러한 추가 프로세스를 활용하여 기존 공급망이 제공 할 수 없었던 부품을 생산할 수 있다. 새로운 제품을 시장에 출시 할 때 필요한 프로토타입 프로세스를 가속화하여 혁신에 활기를 불어 넣고 있다.

가장 좋은 방법은 문제를 해결하는 대신 문제를 먼저 방지하는 것이다. 이것은 나중에 발생할 문제를 피하기 위해 중요 항목을 디지털화하는 것으로 시작할 수 있다. 제조업체가 생산 프로세스를 디지털화하는 데에 있어서, 일상적인 절삭가공 제조 프로세스와 연계를 시키거나 또는 위기상황에서 부품을 긴급하게 조달하기 위한 상황 모두에서 유용하게 관리될 수 있다. 특히 적층제조는 재고부담을 줄이기 위해 필요한 만큼만 부품을 생성하는 예비 부품 확보 전략을 가능하게 한다.

이러한 관점에서 시스템 구축의 장점은 장비를 오랫동안 보관하고 있는 것에 대한 합리적 근거가 될 수 있다. 또한 제조업체가 지리적 위험을 극복 할 수 있도록 확장된 디지털화 개념이라고 볼 수도 있다. 코로나19 이후 기업들이 지그 및 비품, 도구, 금형 등 제조 프로세스가 디지털화로 빠르게 이동하는 것을 보게 될 것이다. 추가적으로 지역적인 해결책이 일반적인 수요 증가로도 연결될 수 있다.



▲ 캐나다의 철도장비 제조 및 서비스 제공 업체인 Bombardier는 대규모 산업용 3D프린팅 기술을 채택해 최종 부품 생산을 가속화하고 예비 부품 재고를 줄이는 공정혁신을 이뤄냈다.


■제조업 확장을 위한 도전
여느 신기술과 마찬가지로 3D프린팅 기술도 옹호자들이 독창적이고 완전한 기능을 갖춘 창작
물을 적극적으로 공개함에 따라 최근 몇 년 동안 상당한 과대 광고 및 미디어 관심을 포함하
여 여러 단계를 거쳐 진행되었다.

이 기술은 보급형 3D프린터 모델에 대한 열린 접근이 제조업체 커뮤니티의 상당한 관심과 반향을 불러 일으켰다. 기관, 비영리 단체 및 대학이 많은 투자와 지원에 나섰고 진보적인 제조업체는 자체적인 적용 실험을 통해 의미있는 프로토 타이핑 도구로서 부가가치를 창출했다.

그러나 코로나19 사태 이후 적층제조 기술은 훨씬 더 큰 역할을 할 수 있다. 물론 현재 기회
를 완전히 활용하기 위해서는 몇 가지 도전적 시도가 필요하다.

3D프린팅 기술을 활용하는 것은 인쇄 버튼을 누르는 것만큼 쉽지는 않다. 제조업체가 유연하고 혁신적인 상태를 유지하기 위해 적층제조 기술을 효과적으로 활용하려면 먼저 교육을 중요하게 생각해야 한다. 결국 적층제조 기술은 여러 가지 제조 방법 중 하나이며, 기존 기술과 대비하였을 때 장점과 한계 측면에서 상당한 차이가 있다.

교육을 통해 적합한 어플리케이션을 찾고 다양한 3D프린팅 기술을 보유하며 필요한 시기에 효과적으로 대응하는 것, 그리고 충분한 유연성을 가지는 것이 필요하다. 적용 성공에는 재료의 차이, 공차 수준, 물성치, 디자인 유연도 등 다양한 측면에 대한 특수한 이해가 따라야 한다.

기술이 발전함에 따라 프로토타이핑 도구로서 적층제조 기술이 정착하는데 많은 테스팅이 중요한 역할을 했다. 여전히 제조업체가 생산성 향상 및 부가가치 창출을 염두에 둔다면 지속적인 실험이 필요하다. 3D프린팅 기술은 진정한 가치를 염두하고 실험을 추진하고자 하는 시점에 있다.

이러한 관심이 또 다른 과대 광고를 유발하는 상황은 피해야 하며, 진정 3D프린팅 시스템 구축을 원하는 사람들은 이 시스템을 지원할 인력 및 프로세스, 기술에 대한 진지한 관심이 필요하다. 유휴장비를 많이 방치할 수 록 업계에 도움이 되지 않는다.

대부분의 양산 중심 제조업체의 경우 3D프린팅 기술은 대체 제품이 아닌 기존 제조의 보완적인 역할을 이상적으로 수행한다. 전통적인 제조는 공장에서 생산하는 특정 양을 염두에 두고 만들어졌다. 그러나 생산량이 적거나 아직 완전히 출시되지 않은 신제품의 경우 3D프린팅이 요구 사항을 해결할 수 있다. 특히, 보완 제조 전략을 통해 제조업체는 부품이 3D프린팅용으로 인증되고 설계되었기 때문에 시장에 배포된 3D프린터를 활용하여 제작할 수 있다.

이는 수요 급증 또는 애프터 마켓 요구 사항의 결과에 상관없이 적용된다. 제조업체는 특히 부품 생산이 수십년 동안 확장될 필요가 있는 시장에서, 재고, 운영 자본, 창고 비용을 혁신적으로 제거할 수 있다.

기업들은 과거에 생각했던 것보다 더 높은 수준에서 적층제조 기술을 고려할 때가 되었다. 의료, 항공, 자동차, 소비재, 국방, 교육 등 여러 제조 산업 현장에서 3D프린팅 기술을 통한 지속 전략을 누가 먼저 구축할 것인지 지켜보는 것도 흥미로운 관전 포인트일 것이다.

3D프린팅 기술이 성숙함에 따라 직면한 최우선 과제는 기존 제조업과 시너지를 낼 수 있는 적합한 위치를 찾는 것이었다. 그러나 코로나19로 상황이 바뀌면서 지금은 기존 제조방식에서 3D프린팅 방식으로 사고 방식을 전환할 최적의 시점이다.

전염병이 기업의 사고 방식을 매우 빠르게 변화시킬 것이다. 민첩하고 유연하며 규칙을 바꾸고 일부 프로세스를 제거해서 규정된 틀 밖에서 생각하기 시작한 기업은 이 위기 상황을 오히려 기회로 삼고 앞서 나갈 것이다.

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