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3D프린팅과 뿌리산업

3D프린팅과 뿌리기술이 만나면 집도 짓고 차도 만들고, 이식 수술도 가능하다?

‘더해지는 것에서 오는 파급력’은 때론 상상이상의 혁신을 만들어낸다. 그 대표적인 사례가 기술과 창의가 더해져 무한한 가공영역을 만든 3D프린팅이다. 3D프린팅의 활성화는 뿌리산업에 어떠한 영향을 미칠까? 전문가들은 “다품종 소량생산과 시제품 제작에 적합한 3D프린팅은 금형 등 뿌리산업의 디지털화를 돕고 상호보완적 관계로 발전할 수 있는 기술”이라고 말한다. 특히 전문가들은 3D프린팅이 뿌리산업에 새로운 돌파구로써 역할을 확대하기 위해선 다양한 콘텐츠 개발이 필요하다고 강조하고 있다

3D프린팅이란?

인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 로봇 등과 함께 4차 산업혁명을 주도할 핵심기술로 손꼽히는 3D프린팅(3D Printing)은 이미 80년대에 산업용으로 개발된 기술이다. 초정밀 IT부품에서부터 자동차, 해양플랜트 및 우주항공, 방산용 부품과 소형건축물, 디지털화?개인화된 제작물에 이르기까지 3D프린팅을 통해 가공할 수 있는 영역은 매우 다양하다. 특히 3D프린팅은 최근 들어 인공치아나 인공뼈, 인공관절등 보형물을 비롯해 인공신장이나 귀처럼 재건 성형분야에서 두각을 나타내면서 의료?바이오 분야의 미래기술로 주목받고 있다.


2015년 기준 세계 3D프린팅 시장의 규모는 51억 달러에 불과했지만 시장조사업체 월러스 리포트(Wohlers Report, 2016) 조사결과, 2019년 3D프린팅 시장규모는 158억 달러에 이를 것이라고 한다 이미 많은 글로벌 기업들이 3D프린팅 기술을 적극적으로 사업에 활용하고 있으며, 우리나라 역시 지난해 12월 3차원프린팅산업진흥법 (제5조)을 시행해 3D프린팅 연구개발과 관련 업체를 적극적으로 지원하고 있는 상황이다.

3D프린팅의 활성화는 뿌리산업의 새로운 돌파구

3D프린팅은 여러 개의 부품을 만들어 조립하던 기존의 방식에서 벗어나 3D 설계 데이터를 기반으로 분말이나 액체를 쌓아올리는 적층공정을 통해 한 번에 제품을 가공할 수 있다. 이 때문인지 3D프린팅이 활성화되면 금형, 용접, 주조, 소성가공 등 뿌리기술 공정이 생략되거나 대체될 수 있다는 우려도 적지 않은 상황이다. 또 다른 면에서는 가공물 내부에 전자회로나 센서 등 핵심부품을 장착해야 할 경우와 표면처리, 도장 등 후가공이 필요할 경우에는 오히려 경쟁력이 떨어진다고 이야기가 나오고 있다.


이처럼 3D프린팅이 뿌리산업에 위협이 될지 기회가 될지 의견이 분분하지만, 중요한 사실은 어떠한 형태든 3D프린팅과 뿌리산업은 상호간에 영향을 미치고 있다는 것이다. 한국생산기술연구원 3D프린팅 제조혁신지원센터 박석희 박사는 “3차 산업혁명의 핵심이 장치산업이라면, 4차 산업혁명의 핵심은 ‘무엇을 만들 것인가’에 대한 콘텐츠가 중요하다.”며 “3D프린팅을 다양한 산업에 적용하기 위해서는 3D프린팅을 하나의 산업이 아닌 응용기술로 봐야 한다”고 강조했다.


다시 말해 좋은 장비(3D 프린터)를 개발하는 것에 집중할 것이 아니라 이미 개발된 장비로 만들 수 있는 제품(콘텐츠)의 다양성을 확보해야 한다는 것이다. 박석희 박사는 “뿌리산업 영역에서도 3D프린팅을 활용해 제품을 생산하거나 공정을 혁신, 단축할 수 있기 때문에 이것 또한 콘텐츠의 발굴이라고 할 수 있다”며 “이렇게 확보된콘텐츠는 다양한 산업과 연계되어 제조기술을 발전시킬 수 있다”고말을 덧붙였다.

기존 뿌리기술의 한계를 보완할 수 있는 3D프린팅

부품가공은 소재와 가공물의 형상, 부품의 사용환경에 따라 때로는 극한가공기술의 개발을 필요로 한다. 극한가공기술은 티타늄이나 마그네슘, CFRP(탄소섬유강화플라스틱), 인코넬 등과 같은 난가공소재를 활용하는 부품을 비롯해 아주 가공이 어려운 형상을 가지는 부품, 고온이나 고하중등 사용환경이 극한인 부품등의 가공을 위한 가공기술이기 때문이다. 그러므로 기존의 뿌리기술로 한계가 있는 가공품이나 형상을 3D프린팅으로 해결할 수 있다면 이 역시 극한가공기술이 가진 난제의 해법이라고 할 수 있다.


“소재에 따라서 적용할 수 있는 3D프린팅 공정은 상이하기 때문에 한 시스템에서 적용되기 힘들다.”고 말하는 한국생산기술연구원 극한가공기술그룹 성지현 박사는 “여러 소재를 하나의 시스템에서 구현할 수 있는 하이브리드 3D프린팅 기술이 개발되면 상당히 다양한분야에서 3D프린팅 기술이 활용될 것”이라고 말한다. 극한가공기술그룹이 ‘하이브리드 3D프린팅 핵심기술 및 금속, 전자, 세라믹 3D프린팅 응용기술’에 집중하고 있는 이유도 여기에 있다고 볼 수 있다.


“다양한 3D프린팅 콘텐츠가 개발되면 극한제조기술 분야에서 큰시너지를 낼 수 있을 것”이라고 말하는 성지현 박사는 “특히 3D프린팅은 난가공 소재를 100%에 가깝게 사용할 수 있는 고효율 공정이며 용접, 접합 등을 통해 여러 가지의 부품을 모듈화 시켰던 기존의 공정과 달리 한 번의 공정으로 난가공 소재를 제작할 수 있어 공정최적화에도 기여한다.”고 덧붙였다.

뿌리기술과 3D프린팅, 상호보완적 관계의 미래

앞서 설명한 바와 같이 3D 프린팅은 대량생산이 전재인 뿌리산업 관련 시장에 큰 영향을 줄 수 없다. 그러나 빠르게 시제품을 생산해야 하거나 복잡한 형상을 단공정으로 해결해야 할 경우, 기계가공이 어려웠던 난가공 소재를 3D프린팅으로 비교적 용이하게 제작할 수 있다는 장점이 있다. 특히 3D 프린팅은 소량 생산되는 선박용 대형프로펠러?실린더 등 부품생산과 기하학적형상의 우주항공부품 등을 비롯해 유연한 금형변경과 경량화, 제품 개발주기를 단축시킬 부품 가공에 적합한 기술이다.


이러한 측면에서 3D 프린팅은 뿌리업계의 경쟁력 향상을 돕는 중요한 열쇠이자 미래 제조경쟁력 확보의 수단이 될 지도 모른다. 중요한 것은 어떻게 하면 3D 프린팅을 4차 산업혁명의 시대를 앞당기기 위한 최적의 솔루션으로 활용할 수 있는가에 대한 ‘맞춤형 활용방안’이다. 이에 대해서는 각 업계와 시장, 처해진 상황을 고려해 접근할 필요가 있다.

제작자

  • 한국생산기술연구원 성지현 센터장

    극한가공기술그룹 3D프린팅 제조혁신 대경거점센터

  • 한국생산기술연구원 박석희 선임연구원

    3D 프린팅 제조혁신지원센터

  • 한국생산기술연구원 이혜진 수석연구원

    마이크로나노공정그룹


ISSN 2586-1972 (Online) | 등록번호 등록번호
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