3D프린팅의 현실과 발전하기 위한 과제

산업지식입니다.

3D프린팅에 대해서는 소식을 접할 때 마다 꾸준히 기사를 올려 드리고 있는데요!

오늘은 깊이 있는 기사를 접하게 되었습니다.

3D프린터 , 이 단어가 전달했던 의미는 매우 컷습니다.

세계 4차 산업혁명이라 불릴만큼 관심도가 높아지고 그에 따른 국가의 움직임 또한 커졌었는데요!

그것은 환상이고 현실을 직면하라는 기사글이 올라왔네요 ^^

저 역시 공감하게 되는 내용들이 참 많았습니다.

3D프린터 한대만 도입하면 모든지 될 것 같은 환상에서 벗어나라는 강격한 메시지 였는데요!

실 제품, 상품을 만들어 내기 위한 전단계의 무궁무진한 활용을 넓히고, 생산(제조)에 있어서는3D프린터가 주가 아닌 보조재의 역할을 확대하는 내용이었습니다.

관련소식을 전해드리니 모두 나눠보았으면 좋겠습니다.

 

 

 

 

 

3D 프린팅, '마법상자' 아닌 '보조제' 역할 적합

산업현장 접목시 발생되는 문제부터 해결하는 것이 관건

 

[산업일보]

미국발 '3D 프린팅'열풍이 제조업 현장은 물론 일반인들에게까지 불어닥치면서 3D 프린터만 설치하면 금방이라도 무엇인가를 할 수 있다는 분위기가 업계에 팽배해진 가운데 이에 대한 허상을 깨트리고 현실을 직시해야 한다는 주장이 제기됐다.

3D 프린팅, 산업에 접목돼 발전 지원하는 도구 

정부가 지난해 4월 발표한 계획에 따르면, 2020년까지 우리나라를 3D 프린팅산업의 글로벌 선도국가로 도약시키겠다는 목표 하에 중장기적인 계획을 추진하고 있다. 

이에 발맞춰 관련 업체들은 정부의 사업추진에 적극 동참하면서 3D 프린팅으로 자사의 이익을 극대화할 수 있을 것이라는 생각을 이어가고 있다. 

그러나 이러한 현상에 대해 3D 프린팅 산업에 대해 조예가 깊은 이들은 "3D 프린팅이 단순히 3D 프린터 한 대만 설치해 놓으면 모든 것이 해결되는 마법상자는 아니다"라며 한 목소리를 내고 있다. 이어, "3D 프린팅은 산업에 접목돼 해당 산업의 발전을 지원하는 도구"라고 명확히 선을 그었다. 

한국생산기술연구원(이하 '생기원') 내 국가뿌리산업진흥센터의 이상목 소장은 "3D 프린팅 기술은 결국 제조업에 융합돼야 한다"고 언급한 뒤, "뿌리산업에 종사하고 있는 산업인들은 3D 프린팅에 대한 환상에 젖어있을 것이 아니라 일단 뿌리산업에 3D 프린팅이 접목됐을 때 발생하는 문제점을 해결해야 한다"고 주장했다. 

이 소장은 "3D 프린팅을 이용한 주조는 높은 정밀도가 필요한 부품을 만드는 것은 가능하지만, 동작 특성에 대한 평가가 없기 때문에 아직 갈 길이 멀다"며, "3D 프린팅을 이용한 연속생산공정이 아직 개발되지 않았으며, 미세공정 컨트롤도 아직 요원하다"고 밝혔다. 

주조공학회 김경민 고문 역시 뿌리 산업에 3D 프린팅 기술을 접목하는데는 아직까지 여러 가지 고려사항이 남아있다는 점에 동의하고 나섰다. 특히 김 고문은 뿌리산업의 한 축인 주조 산업에서의 3D 프린팅 적용에 의문을 표하고 나섰다. 

그는 "주조기술에서 가장 중요한 것은 고융점 주조"라고 전제한 뒤, "각 소재별로 융점이 모두 다른데 이를 3D 프린터에서 어떻게 구분해서 주조 작업을 진행할지가 주조산업에 3D 프린팅 기술접목의 관건이 될 것"이라고 내다봤다. 

그러나 이러한 부정적인 견해에도 불구하고 3D 프린팅이 갖고 있는 순기능을 높이 사고 일부 문제점만 해결되면 반드시 산업계에 큰 영향을 미칠 것이라는 믿음을 갖고 있는 이들도 분명 존재하고 있다. 

3D 프린팅 업체를 운영하고 있는 한 관계자는 "현장에서 바로 사용하기에는 아직 여러 가지 문제점이 있는 것이 사실"이라면서도, "복잡한 제품을 소량으로 만들어야 할 경우 비싼 비용을 들여서 틀을 만들어야 해서 비용부담이 큰데 RP 목적으로 쓸 경우 3D 프린팅을 활용하는 것이 훨씬 경제적"이라고 언급했다. 

3D 프린팅, 다품종 소량 생산 트렌드 선도 

제조업, 특히 뿌리산업에 3D 프린팅 기술을 접목하는 것이 업계의 화두로 부상하고 있는 가운데 제조업 현장에서 3D 프린팅 기술을 실제로 접목한 사례가 소개돼 뿌리산업에 종사하고 있는 이들의 관심이 높아지고 있다. 

3D 프린팅 기술은 기존의 공장과 시장 기반의 대량 생산 유통 체제를 근본적으로 변화시킬 제3의 산업혁명으로 불리우며 관심과 기대를 한껏 받고 있다. 의료, 예술, 교육, 디자인 등 새로운 응용분야가 속속 소개되면서 3D 프린팅 기술이 마치 마법의 기술인 것처럼 비춰지기도 한다. 

또, 한편으로는 이렇게 성급하게 과열된 3D 프린팅에 대한 기대감을 경계해야 한다는 주장도 있다. 하지만 3D 프린팅 기술이 향후 10여 년간 꾸준히 기술 개발이 이루어져 그 활용 영역을 넓히고 대중에 더 가까워질 것은 틀림없는 사실이라는 것이 전문가들과 업계 종사자들의 공통적인 의견이다. 

한편, 현대모비스는 제조공정에서 3D 프린팅 기술의 활용폭을 넓힘으로 이전에 비해 시간과 비용 모두에서 톡톡히 효과를 보고 있는 것으로 알려져 관련업계의 관심이 집중되고 있다. 

현대모비스는 2002년에 처음 3D 프린터를 도입한 뒤, 현재 FDM방식의 3D 프린터 4대와 SLA방식의 3D 프린터 1대 등 총 5대의 3D 프린터를 보유하고 있으며 이를 제조현장에서 적절히 사용하고 있다. 

현대모비스의 박수용 팀장은 "평가 또는 양산 라인에서 툴링의 사양이 변경되면 이에 대한 비용이 급증할 수밖에 없다"며, "설계검증 과정이나 다품종 및 사양변경이 많을 때 3D 프린터를 사용하면 이러한 문제를 해결할 수 있다"고 소개했다. 

차량개발단계에서 3D 프린터는 사양을 결정하거나 설계 검증용 실물을 제작하거나 디자인·부품간 간섭·성능 최적화를 검토하는데 있어 매우 효율적이다. 또한 차량용 다종 소량 생산과 최소 비용 투자로 품질 비용 억제를 가능할 수 있다는 것 역시 3D 프린터의 도입으로 얻은 효과다. 아울러 3D 프린팅 기술을 활용해 양산 공정의 미툴링 공정을 사전에 검토할 수 있어 긴급대응력을 증대시키는 것도 가능해졌다. 

박 팀장은 "원재료 물성 구현이 가능한 3D 프린팅 재료의 개발 및 초대형 고속 장비의 개발 및 표면 정도 향상이 관건"이라며, "이러한 과제가 해결되면 대중화된 3D 프린터를 이용해 '실물대체용품'으로 확대하는 한편 대형 금속 3D 프린터로 '실물용 시험부품 대체'가 가능해질 것"이라고 기대감을 보였다. 

3D 프린팅, 단점 극복하는 기회 찾아라 

3D 프린팅 산업이 본격적인 궤도에 오르기 위한 과정을 차분히 밟아가고 있는 가운데 일부에서는 3D 프린팅이 갖고 있는 한계를 지적하고 있다. 

이에 전문가들은 3D 프린팅이 갖고 있는 한계를 인정하면서도 이를 수정·보완하는 것이 더 큰 기회가 될 것이라고 항변하고 있다. 

이들의 주장에 따르면, 3D 프린팅이 기존 생산 방법에서 불가능하던 것을 가능하게 한 측면도 있지만 반대로 기존 생산 방법에서는 쉽게 가능하던 것이 3D 프린팅에서는 어려운 것들이 있다. 

일단, 출력물의 크기면에서 3D 프린팅에는 한계가 있다. 3D 프린팅은 프린터 내부에서 제품을 조형하므로 생산하고자 하는 제품의 크기가 3D 프린터의 크기보다 크다면 출력할 수 없다. 

이에 한국과학기술정보연구원의 김선호 연구원은 "이러한 한계를 극복하기 위해서는 3D 프린터의 형태를 개선해 생산 제품을 3D 프린터의 밖에서 출력할 수 있는 형태로 개발돼야 한다"고 언급한 뒤, "3D 프린터가 자체적으로 생산 제품 주위를 움직인다든가 출력 노즐을 멀리 뻗어 출력할 수 있는 형태로 개선돼야 한다"고 주장했다. 

출력물의 크기 외에도 3D 프린팅으로 얻은 출력물은 강도, 내구성, 정밀도, 완성도 측면에서 기존 생산 방식으로 생산된 제품보다 일반적으로 안 좋은 품질을 보인다. 물론 3D 프린팅 기술에 따라 출력물의 이러한 특성 중 일부는 기존 생산 방법으로 생산된 제품의 특성보다 더 뛰어난 경우가 있으나 일반적으로는 그렇지 못하다. 

아울러 고출력 레이저 등을 이용해 금속 소재를 용융해 적층하는 3D 프린팅 방식은 용융풀의 주변이 깔끔하지 않기 때문에 최종 출력물의 표면이 거칠고 정밀도가 떨어지게 된다. 

결과적으로 3D 프린팅으로 생산된 제품은 그 자체가 최종 결과물이 아니고 표면가공이나 치밀도 향상 및 정밀도, 완성도 향상을 위해 화학적, 물리적 후처리가 필요한 것이 대부분이다. 

이러한 후처리 공정을 없애도록 정교하고 치밀한 3D 프린팅 기술을 개발하거나 후처리 공정을 단순화시키는 부분에 많은 기술 기회가 있다고 볼 수 있다. 후처리 공정에는 열처리, 화학적 처리, 도색, 샌딩, 밀링, 폴리싱, 3D 프린팅 소재를 이용한 코팅, 유리나 세라믹 등 다른 소재를 이용한 코팅 등 다양한 기술이 연구되고 있다. 




한편, 3D 프린팅에 사용되는 소재의 한계 극복을 위한 기술 기회도 충분히 제공될 것으로 보인다. 

현재 3D 프린팅에 사용되는 소재는 금속, 유리, 세라믹, 시멘트, 플라스틱, 초코렛 등 매우 많은 재료가 가능하다. 심지어 목재나 생체와 같은 느낌을 주는 소재도 이용되고 있다. 이러한 소재를 적절하게 조합한다면 원하는 물체를 무엇이든 출력해 낼 수 있을 듯하다. 

하지만 이러한 생각은 기존 제품 생산 방식이 물리학, 화학, 기계학, 생물학 등 수 세기 동안 축적돼 온 인간 지식의 산물이라는 근본적 원리를 자각하지 못하는 것이다. 3D 프린터로 원하는 재료를 이용해 원하는 모양의 제품을 만들 수는 있다. 하지만 모양이 같다고 제품으로서 갖춰야 할 특성까지 같은 것은 아니다. 

이에 "3D 프린팅 된 손톱깎이나 골프 클럽 헤드가 기존 생산 방식으로 생산된 손톱깎이와 클럽 헤드를 아무 문제없이 대체할 수 있을지는 의문"이라고 김 연구원은 언급했다. 

소재의 선택에서도 제한이 있다. 현재의 3D 프린터는 하나의 소재로 출력되는 것을 기본으로 설계돼 있지만, 우리 주변의 대부분의 물건들은 다양한 소재의 매우 복잡한 조립품이다. 또한 현재의 개인용 3D 프린터는 대부분 합성수지의 출력만 가능하다. 

금속 소재 제품용 3D 프린터는 가격이 아직은 비싸 개인이 소유하기는 어렵지만 금속 출력 프린터의 핵심 기술인 SLS 기술의 특허가 2014년 6월에 풀렸으며 이로 인한 또 한 번의 전반적인 가격 하락으로 대중화가 본격화될 것으로 보인다. 

하지만 금속 출력 프린터에서는 고출력 레이저의 사용이 필수인데 가정용 3D 프린터에 그러한 고출력 레이저를 장착하려면 안전을 위한 기술적 장치의 개발 뿐 아니라 해결해야 할 법제도적인 문제도 있다. 

3D 프린터로 출력할 수 있는 물체의 한계도 있다. 전자 회로나 반도체 부품과 같이 도체와 반도체가 매우 정밀하면서 복잡한 구조의 물체를 3D 프린팅 방법으로 생산하기 위해서는 아직도 가야할 길이 멀다. 

사용 편의성 향상과 유지 보수 어려움 극복을 위한 기술 기회도 다양하게 펼쳐질 것으로 보인다. 

3D 프린터는 적용된 기술, 사용되는 프린팅 소재, 프린팅할 수 있는 물체의 크기에 따라 종류가 다양하며 그 사용법 및 관리 보수 방법이 매우 복잡하다. 

3D 모델링의 복잡성, 연결 및 통신 방법의 복잡성, 운영 소프트웨어 사용 및 업데이트의 복잡성과 같이 정상적인 3D 프린터의 사용에 따른 복잡성 외에도 관리 보수의 복잡성 문제가 있다. 

프린팅 시 발생하는 찌꺼기 및 오염물에 대한 청소의 문제도 있고, 프린팅 소재의 종류에 따라 프린팅 소재를 뿜는 노즐 및 SLA 프린터의 수조의 관리방법이 다르다. 또한 프린팅 소재가 화학 제품이므로 이에 따른 화재 및 인체 접촉에 의한 안전성 문제도 발생한다. 

또한 3D 프린터의 원활한 사용 및 서비스 유지를 위해 프린팅 소재의 수요량 예측이나 물량 확보의 복잡성도 있다. 

이러한 3D 프린터 사용에 따른 사용자가 겪게 되는 다양한 복잡성의 해결을 위한 서비스를 제공하거나 사용자 교육을 제공하는 등 다양한 기술 기회가 가능하다. 

법률적 문제 극복을 위한 기술 기회도 제공될 전망이다. 

3D 프린팅 기술은 IT와 제조업이 융합된 기술로서 디자인과 3D 모델링 데이터는 지적저작권 행사의 대상이 된다. 3D 모델링 데이터는 컴퓨터에 저장되는 파일 형태기 때문에 인터넷을 통해 쉽게 복제 및 공유가 가능하다는 문제가 있다. 이에 3D 프린팅 시대에는 3D 모델링 콘텐츠의 지적저작권 보호를 위한 기술 개발이 요구된다. 

즉, 사용자는 모델링 전문 회사에 원하는 자신만의 3D 제품의 모델링을 주문하고 모델링 회사는 암호화되고 완성된 3D 모델을 주문자에게 전송한다. 암호화된 3D 모델은 주문자만이 3D 프린팅할 수 있고 혹시 인터넷을 통해 불법 공유되더라도 이를 다운받은 사용자는 암호를 모르면 출력 할 수 없도록 하는 등 지적저작권 보호 장치의 개발 분야에 다양한 기술 기회가 존재한다. 

3D 프린팅의 또 다른 법률적 문제로는 오픈 소스를 이용한 프린터와 모델링 툴의 개발에 있다. 

오픈 소스는 책임성 있는 주체의 지휘 아래 탄탄한 로드맵에 기초해 체계적으로 개발된 소프트웨어가 아니기 때문에 문제가 있을 경우 해결하기가 쉽지 않다. 

김 연구원은 "유지 보수의 주체가 없고 업그레이드가 번거로우며 체계적인 문서화 돼있지 않은 경우가 많다. 소프트웨어는 시대의 요구에 맞게 계속 바뀌어야 하는데 오픈 소스를 사용하면 이에 적절하고 능동적으로 대응할 수 없게 되고, 오픈 소스 개발자들이 업데이트 해주기만을 수동적으로 기다릴 수밖에 없게 된다"고 지적한 뒤 "개발자 네트워크가 활성화되지 않은 오픈 소스의 사용은 더욱 위험하며, 법적인 분쟁 가능성도 있다"고 주의를 요했다. 

오픈 소스 라이센스에서는 오픈 소스를 포함해 개발된 소프트웨어의 소스 코드를 다시 오픈 소스로 공개할 것을 요구한다. 기업이 보유한 특허나 고유 기술의 소스 코드가 오픈 소스와 같이 사용됐더라도 특허에 대한 사용료 없이 같이 배포해야 하는 것이다. 그렇지 않은 경우 오픈 소스의 사용권한이 박탈되고 이미 판매 중인 제품은 리콜해야 한다.

 

출처 : 산업일보

http://kidd.co.kr/news/180049