전세계적인 전염병으로 공급망이 단절됨에 따라 연구되어 왔던 3D프린팅의 가치가 새롭게 입증되었습니다.
코로나19 발생 이후 이동에 제한이 생김에 따라 제조업체의 공급망 또한 다른 방식으로 변화하고 있습니다. 가장 큰 예로 들 수 있는 것이 바로 자동차 산업입니다. 2020년 2월 중국 내 코로나19의 확산으로 현지 현대차 협력업체들이 와이어링 하네스 공급에 차질이 발생하였고, 이에 현대자동차 울상공장이 휴업에 들어갔습니다. 비용을 절감하기 위해 시작된 자동차 산업의 복잡한 공급망은 오히려 전세계적인 위기상황에서 장애물이 되었습니다. 자동차 산업은 코로나19 이후 안정적인 공급망 확보를 위한 더 짧은 공급망과 더 많은 현지 조달을 고민하고 있습니다.
(출처 : 인터넷)
코로나19라는 위기의 순간에 3D프린팅의 가치는 재평가 되었습니다. 3D프린팅은 특유의 유연성과 속도로 코로나19로 타격이 큰 지역에서 의료용 마스크부터 인공호흡기까지 현지 생산을 통해 공급망을 복구하는데 성공하였습니다. 3D프린팅은 다양한 제조산업에서 변화하는 수요에 빠르게 대응할 수 있는 유연한 공급망이자, 최종적으로 사용할 수 있는 부품과 완제품을 신속하게 확보하는 기술적 솔루션으로 증명되었습니다.
3D프린팅으로 제작된 인공호흡기(출처 : 인터넷)과 의료용 마스크
미래 10년 후의 3D프린팅
미래 3D프린팅은 대량생산, 제조비용 혁신, 자유로운 설계를 통해 기술가치를 창출할 것입니다.
코로나19 이후 1년 지나고 우리들의 일상을 포함한 경제와 산업 전반의 흐름은 과거와 많이 달라졌습니다. 이전 포스팅을 통해 2021년 3D프린팅 전망에 대해 살펴보았는데요. 그렇다면, 앞으로 더 나아간 미래의 3D프린팅은 어떤 산업적 가치를 기반으로 성장할까요.
2019년 (주)HS하이테크에서 진행된 KOREA EOS DAY
1. 3D프린팅의 다음 혁신은 기능을 갖춘 완성된 애플리케이션과 대량 생산이 될 것입니다.
3D프린팅 산업은 20년 동안 지속되어 왔고 이를 통해 기존의 제조기술로는 불가능했던 한계를 하나씩 극복해 나아가고 있습니다. 현재 3D프린팅은 제조산업에 빠르게 스며들어 제품의 프로토타입과 지그/고정장치를 제조하는 효율적인 기술로 자리잡았습니다. 그러나, 이는 아직 시작에 불과합니다. 지금부터 향후 10년에 이르기까지 기존의 제조/가공기술로 제작되었던 많은 산업용 부품들이 3D프린팅으로 출력되면서 최종 완성품의 대량 생산까지 더 많은 성장과 혁신을 기대할 수 있을 겁니다. 업계에서는 3D프린팅이 일상 속에서 사용하는 다양한 부품을 설계할 수 있을 만큼 충분히 성숙된 역량을 갖추었다고 보고 있습니다.
2. 제조비용의 95~99%가 최종품으로 이동합니다.
3D프린팅 기술의 첫 번째 조류는 기존의 공정보다 비용 효율적으로 프로토타입과 지그 등의 설계 검증이 가능하다는 점입니다. 오늘날 전체 제조 공정에서 5% 이하의 비용이 프로토타입, 제품개발 그리고 도구제작에 사용되고 있습니다. 향후 10년 이내에 3D프린팅 기술은 더 많은 제조사례와 더 합리적인 원자재 공급으로 기하급수적인 곡선을 그리며 성장할 것입니다.
3. 3D프린팅은 제품 설계의 영역에서 한계를 없애고 자유를 부여합니다.
3D프린팅의 주목받는 이유는 툴링 시스템에서 벗아날 수 있다는 것입니다. 툴링 시스템은 부품 당 비용을 낮추지만, 초기 비용이 커지고 제품을 설계할 수 있는 범위를 제한합니다. 3D프린팅의 이점은 툴링 시스템을 기반해서가 아닌 수학과 물리학을 기초로 디지털 설계가 가능하다는 점입니다. 원하는 형상을 출력하고 필요한 성능을 얻기 위한 경량화 설계가 가능하며 최신 디지털 설계 도구를 이용하여 놀라운 작업을 수행할 수 있습니다. 지금으로부터 50년 후 자동차를 완성하기 위해 필요한 요소의 30~50%를 제거하고 보다 효율적인 부품 공급망과 생산을 수행할 수 있을 것입니다.
3D프린팅의 미래를 위해 해결되야 할 과제
3D프린팅의 미래를 위해서는 아직 해결되어야 할 과제들이 남아 있습니다.
하지만, 잠재성 높은 전망 속에서도 3D프린팅은 아직 극복하지 못한 과제를 안고 있습니다. 가장 대표적인 것을 꼽으라면 3D프린팅은 상대적으로 느리고 비용이 많이 들기 때문에 현시점에서 대량생산을 대체하기에는 시기상조입니다. 또한, 금속분말과 같은 원자재의 비용도 낮은 편은 아니죠. 3D프린팅에도 분명 극복해야 할 한계는 있습니다. 3D프린팅의 가치사슬은 복잡합니다. 그렇기 때문에 많은 산업에서 제조공정에 3D프린팅을 도입하길 원하지만 3D프린팅 시스템을 구매하고 싶지 않은 산업과 기업 간의 비효율성을 낮추기 위한 시장이 형성되었습니다. 3D프린팅을 이용한 부품의 설계 및 제조의 안정적인 공급을 위해서는 더 많은 협업과 커뮤니케이션이 필요합니다.
(주)HS하이테크가 보유한 3D프린팅 장비 및 출력물
첫 번째 과제. 소재변형
- 3D프린팅으로 부품을 제조할 때 소재의 속성이 변화하는 경우가 있습니다. 그 결과 제품은 잠재적으로 예상치 못한 결함을 가칠 수 있습니다. 향후 3D프린팅이 안정적인 제조기술로 자리잡기 위해서는 제품 출력 시 기계 및 열적 특성에서의 가변성을 최소화하고 일관된 성능을 보증할 수 있도록 연구가 진행되어야 합니다.
두 번째 과제. 비용
- 3D프린팅은 프로토타입과 같은 다품종 소량생산이 필요한 분야에서 기존 제조공정보다는 비교적 높은 비용 효율성을 자랑합니다. 하지만, 이것은 3D프린팅으로 출력하는 것이 저렴하다는 뜻은 아닙니다. 아직 다양한 산업을 위한 폴리머 및 금속 3D프린팅 시스템과 소재들은 기존의 전통적인 제조공정에 비해 높은 비용문제를 안고 있습니다.
세 번째 과제. 변동성
- 3D프린팅 프로세스를 반복적으로 제어하기는 매우 어렵습니다. 만약 10,000개를 출력해야 한다면 매우 높은 변동성을 갖게 될 것입니다. 대량생산을 위해서는 안정적인 3D프린팅 프로세스의 제어가 가장 큰 과제가 될 것입니다.
마지막 과제. 우수한 설계 엔지니어
- 3D프린팅은 이제 시장에 모습을 드러냈습니다. 아직 완전히 성숙되지 않은 기술이기 때문에 모든 공정에 대한 지식을 갖추기란 어렵죠. 가장 우선적으로 DfAM을 위한 우수한 설계 엔지니어가 필요합니다. 3D프린팅 설계 엔지니어를 꿈꾼다면 소재에 대한 전문적인 지식, 산업용 하드웨어에 대한 경험, 전체 프로세스에 대한 사후처리 노하우를 길러야 합니다.
(주)HS하이테크의 3D프린팅 제조공정
(주)HS하이테크, DfAM을 말하다
(주)HS하이테크는 반도체장비 부품의 가공기술과 소재에 대한 노하우를 바탕으로 DfAM을 진행합니다.
(주)하이테크는 15년 이상 반도체장비 업계에서 세정에 필요한 정밀부품을 생산하며 반도체 공정 내 Chemical 및 공정에 맞춘 다양한 소재에 대한 이해를 갖추었으며, 자체 개발한 품질 시스템으로 고객사의 높은 품질요구를 만족시켜왔습니다. 반도체 산업에서의 지식, 경험, 그리고 노하우를 기반으로 3D프린팅을 통한 다양한 산업용 애플래케이션을 제작하고 있습니다. (주)HS하이테크 내의 중앙연구소에는 3D프린팅을 위한 우수한 DfAM 인재와 인프라를 보유하고 있습니다. 항공, 의료, 자동차, 발전 등 다양한 산업의 파트너십으로 3D프린팅 다수의 국책과제를 수행하며 3D프린팅 한계를 극복하기 위해 다양한 DfAM 시도와 연구개발을 수행하고 있습니다.
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문의 - 031-312-1907
이메일 - info@hshi-tech.com
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