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인사이드 3D프린팅 2016 참관기 8 - KEYNOTE 2 : 제조업으로 가는 길 (EOS사의 부사장 Nikolai Zaepernick)
2016-07-07 18:31:45

KEYNOTE 2번째로 EOS사의 부사장(Vice President)인 Nikolai Zaepernick 씨가 "제조업으로 가는 길" 에 대해 발표하였습니다. 참고로, EOS는 독일회사이고, 가장 유명한 금속용 3D프린터 제조업체이며,  세계에서 가장 금속용 3D프린터를 많이 판매한 회사입니다.

 

 

간단하게 약력을 살펴보면 아래와 같습니다.

"Nikolai Zaepernick

Vice President, Head of Strategy & Business Development, EOS

Nikolai Zaepernick은 세계 산업용 3D프린팅 리더인 독일 EOS 사의 부사장으로 재직 중이며, 2011년부터 전사 전략수립 및 사업개발을 총괄하고 있다. EOS 합류 이전에는 독일 Siemens에서 ‘Drive Technologies’ 부서의 전략 개발 팀장으로 10년 이상 근무 했으며, ‘움직임 제어 솔루션’과 ‘자동화 공장 엔지니어링’ 분야에서의 사업을 진두지휘 하였다. 반면 그의 첫 직장 경력은 스위스 시계회사 Cartier에서 시작 되었다. Nikolai는 기계공학 엔지니어 출신으로서, 동 분야 MBA 소유자이기도 하다."

<inside3dprinting.co.kr에서 발췌함.>

 

발표하는 모습을 담아봤습니다.


 

핵심적인 발표 내용을 발표자료와 함께 요약하여 설명드리겠습니다.

 

준비하신 원어 제목은 From Rapid Prototyping to Production 이었네요.

Rapid Prototyping은 RP라고도 줄여 말하기도 합니다. 3D Printing, AM,RP모두 같은 의미로 일반적으로 사용합니다.

RP를 우리말로, 쾌속 조형이라고 일반적으로 부르고, RP장비라고 하면, 3D프린터를 의미하기도 합니다.

실제 제품을 생산(production)하기 전에, 쾌속 조형(RP)기술을 이용하여 시제품, 샘플, 목업 등의 제품을 만드는게 일반적입니다.

3D프린팅 기술을 이용하여 시제품을 만드는게 현재의 일반적인 기술 수준입니다. 

그런데, 제목을 이렇게 만든건, 아마도 3D프린팅 기술이 시제품을 만드는 단계에서 최종품을 만드는 단계로 진행된다는 의미로 해석을 하면 되지 않을까 싶습니다.

 

 

맥킨지에서 발표한 경제적으로 파급효과가 큰 잠재적인 기술 12가지 중에 3D프린팅이 포함되어 있다는 내용입니다.

 

EOS 회사에 대한 소개도 해주시구요.
 

 

EOS사의 Global 현황에 대한 내용입니다.

금까지 판매대수는 아래 장표에는 2,000대 이지만, 실제로는 2,300대 정도 된다고 합니다. 금속용 프린터가 40%를 차지하고, Polymer 소재를 이용하는 프린터가 60%의 매출을 차지하네요.

유럽쪽에서 60% 정도의 매출이 일어나고, R&D비용으로 매출의 15%를 재투자하는 군요.


3D프린터에 대한 시장의 요구사항이 prototyping에서 production쪽으로 갈 거라고 예측을 하시네요.

 

laser sintering(레이저 소결조형방식)의 작동 방식에 대한 설명입니다.

SLA방식은 자외선 레이저를 사용하지만, 이 방식은 더 강력한 레이저를 사용하는데, 플라스틱 재료인 경우는 CO2레이저를, 금속 소재인 경우는 Yb-fibre 레이저를 이용하여 분말재료를 녹여서 굳게 만들고, 롤러를 통해 분문 재료를 얇게 올리고, 다시 레이저로 소결하는 것을 반복하는 방식입니다. 

제조업체에 따라 롤러 대신에 블레이드 또는 브러쉬를 활용하기도 합니다. 롤러를 사용하는 경우와 비교하여, 더 균등한 파우더 입자의 배분을 가능하게 하는데, EOS사는 블레이드나 브러쉬를 사용한다고 하네요.


아래 장표는 Laser Sintering방식이 전통적인 제조방식보다 여러가지 장점이 있다는 내용입니다.

4가지 Freedom of design, Cost advantage, Customization, Time to market 에 대한 예를 다양하게 보여주셨는데, 대표적인 예로 다음장표부터 하나씩 정리해보겠습니다.

 

Freedom of design에 대해 여러가지 예를 들었는데, 2가지만 설명드리면,

아래의 제품을 전통적인 제조방식으로 만들려면 쉽지 않다는 겁니다. 생긴 모양만 봐도 알겠네요^^


 

다른 예는, 비행기 엔진 커버 도어 hinge에 대한 예입니다.

아래 비교표와 자료를 보시면 어떤점이 더 나은지 알 수 있네요.


 

Cost Advantage 에 대한 예입니다.

DMLS(Dirtect Metal Laster Sintering)는 LS방식에서 금속을 소재로 사용할 경우, EOS사에서 사용하는 용어입니다. 3D시스템즈사에서는 DMP(Direct Metal Printing)이라고 부릅니다.

참고로, DMLS의 특허도 2014년 8월에 만료가 되었다고 알고 있습니다.

 

이 DMLS방식을 이용하여 자유롭게 디자인할 수 있고, cooling channel을 통합(integrate)시켰다는 얘기인데요.

"conformal cooling channel"의 주요목적은, 

몰드의 냉각효율을 향상시키고 생산리드타임 단축 (=생산효율 증대), 생산품질 향상 (열분포 안정화를 통한 생산품의 열변형 최소화), 생산비용 감소 등입니다. 

기존의 절삭가공 방식을 적용하는 경우 냉각채널이 주로 일직선으로 한정되어 있었던 반면, 적층가공 방식을 활용하게 되면 보다 자유로운 형태의 내부가공이 가능해지고 따라서 보다 효율적인 냉각채널 구현이 가능하다고 합니다.

 

 

Customization의 예입니다.

아래 그림만 봐도, 기존 제조방식으로는 어렵겠다는 생각이 드네요..

메디컬 사례인 Hip Cup의 경우는 

외부 표면에 다공성 구조를 형성함으로써 환자의 뼈 성장을 도와주고 임플란트와의 완전한 결합을 유도할 수 있다고 합니다.

이러한 다공성 구조 역시 기존 가공방식에서는 접근이 힘들었기 때문에, 세계 주요 인공관절 회사들이 3D프린터 접목을 통한 새로운 상품개발에 많은 투자를 하고 있다고 합니다.


 

GE같이 큰 회사들이 3D프린터를 사용하여 최종품을 만드는 예입니다. 

 

"GE의 LEAP Engine injection nozzle 3D프린팅 양산의 경우, 

해당 제품의 무게감소와 내구성 향상, 일체형 생산방식을 통한 리드타임 단축 등을 통하여 GE Aviation의 시장점유율 향상에 큰 기여를 했습니다. 정확한 시점은 알수 없으나 예전 25%정도였던 시장점유율이 현재 50% 수준으로 올라왔다고 들은 적이 있습니다. 

3D프린팅 양산을 통하여 시장점유율을 높이고 해당업체의 실질적 성장에 기여하고 있다는 사실은 현시점에서 이미 금속3D프린팅 기술이 양산설비의 요구수준을 달성하고 있다는 것을 반증하는 것이 아닌가 생각합니다.

물론, 모든 분야에서는 안되겠지만, 3D프린팅 양산이 이점이 있는 이런 분야에서는 말입니다.

 

발표한 마지막 장표입니다.

 

내용을 요약하면 아래와 같습니다. 

 

산업용 3D 프린팅은 현재 과장된 면이 없지 않으나,

레이저 소결방식 기술은 생산할 준비가 되어 있다-큰 OEM회사들은 이미 양산 기술로 사용하고 있다.

원가와 생산성의 이점 뿐만 아니라,Customization과 자유로운 디자인이 큰 차이점이다.

거대 정부의 노력으로, 이 기술은 전세계적으로 지속적인 관심을 경험하게 될 것이다.



 

<3DGURU's Opinion>

 

금속용 3D프린터 분야는 3D프린터 분야중에서도 가장 가파른 성장을 하는 분야이고, 거대 기업들이 군침을 흘리는 분야이기도 합니다. 그만큼 앞으로의 전망이 밝은 분야인 듯 합니다.

아래 Wohlers Report의 지표를 보지 않더라도, 잠깐 우리 주변을 둘러보면, 대부분 플라스틱이나 금속으로 된 제품들이 대부분이니, 쉽게 수긍이 됩니다.

2015년도 총 판매량이 808대 밖에 안된다고 생각할 수 도 있지만, 워낙에 고가의 장비이기도 하구요.

Nicolai 부사장의 얘기로는, EOS가 예전에는 10년동안 1000대를 판매했고, 최근 5년동안 500대를 판매했는데, 올 한해만 500대 판매를 목표로 하고 있다고 하니, 판매량의 증가속도가 상당히 가파릅니다.

 

LS(Laser Sintering, 레이저 소결방식)라는 말보다는 SLS(Selective Laser Sintering, 선택적 레이저 소결방식)라는 용어가 저는 더 친숙한대요.

이 기술은 1994년에 특허(특허명:Apparatus for Producing Parts by Selective Sintering)가 출원되었습니다. (아래그림)

미국 텍사스대에서 기술 개발되어 특허로 출원이 되고, DTM사가 상용화에 성공을 했습니다만, 이 회사가 3D 시스템즈에 인수가 되면서 3D Systems가 SLS 기술을 보유하게 되었습니다.

하지만, SLS 기술은 EOS 사에도 상용화를 하였고, 특허 분쟁이 생겼는데 결국 두 회사가 2004년에 상호 특허를 사용할 수 있도록 계약을 했다고 알려져 있습니다.

 

위에서도 잠시 나왔는데, SLS방식에 금속 소재를 사용할 경우, EOS에서는 DMLS(Direct Metal Laser Sintering)이라는 용어를 사용하고, 3D Systems에서는 DMP(Direct Metal Printing)이라는 용어를 사용합니다.

DMLS 방식이 작동하는 방식을 동영상으로 보시죠. 

(출력하는 부분부터 보시려면, 2분 정도 부터 보세요. 후가공하는 것 까지 보실 수 있습니다.)

https://www.youtube.com/watch?v=zqWOrwBzOjU

 

작년 12월에는 일본의 도시바가 기존 금속용 3D프린터보다 10배 빠른 제품을 만들겠다는 기사도 나온적이 있는데, Toshiba machine(도시바 기계)는 2017년 초에 이 금속용 프린터의 prototype을 개발한다고 합니다.

 (원문기사 : http://fortune.com/2015/12/02/toshiba-metal-3d-printing/ ,  

제가 번역한 자료 : http://www.3dguru.co.kr/bbs/newsroom/10249 )

일본 기업들도 독일 기업들 못지않은 탄탄한 기술력을 가지고 있으니, 주목해야할 부분이라고 봅니다.

생각해보면, 일본 기업중에 아직 3D프린팅 분야에서 미국,유럽회사들처럼 세계적으로 두각을 나타내는 회사가 없는 게 그들의 기술력을 생각해보면 좀 의아하기도 합니다.

 

금속용 3D프린터 기술중에 XJET 이라는 방식도 어떻게 발전해나갈지 지켜볼 필요가 있습니다. 

이 방식은 재료를 금속 분말가루를 쓰지 않고, 액체 금속을 사용합니다.

아래 동영상을 보시죠.

https://www.youtube.com/watch?v=9wiZUr6Ryow

 

산업용 금속용  3D프린터는 성장가능성은 판매 대수의 증가로 입증이되었고, 점차 여러 산업분야에서 쓰이게 될 걸로 예상됩니다.

예를들어 자동차의 경우, 판매가 단종이 되어도 해당 모델의 부품은 해당 법률에 의해 일정기간 동안 (10년?) 제조사는 보유를 해야 합니다. 구매자가 AS를 받아야 할 때에 공급해줘야 하기 때문이죠. 

자동차 제조사입장에서는 부속 부품을 보유하고 있어야 하는데, 얼마나 생산을 해야 할지, 창고에 보관하면 창고료가 나오겠죠…부품 제조 협력업체가 망할 수 도 있고, AS가 없으면 결국 생산해놓은 부속들은 폐기해야 될테니, 제조사입장에서는 보이지 않는 손실이 발생하는 겁니다.

이런 걸 3D프린터로 출력해서 공급할 수 있다면, 재고 부담없이, 주문이 들어오면 바로 출력해서 제공할 수 있으니 매력적일 수 밖에 없겠죠.

이러한 장점이 있으므로, 해당 업체들은 3D프린터 도입을 검토하게 되는 거고, 현재의 기술력이 받쳐주지 못하는 상황이면, 조금 더 기술이 발전하면 채택할 가능성이 있다고 봅니다.

 

또하나의 좋은 사례가 NASA 에서 3D프린터로 제작한 로켓용 터보 펌프입니다.

한글 기사 : http://techholic.co.kr/archives/39264

영문 기사 : http://www.nasa.gov/centers/marshall/news/news/releases/2015/successful-nasa-rocket-fuel-pump-tests-pave-way-for-3-d-printed-demonstrator-engine.html

 

끝으로, 금속 3D프린팅분야에 종사하시는 한 전문가분의 현재 시장상황에 대해 말씀하신 것을 공유해 드립니다. 

참고할 만한 내용입니다.

"금속3D프린팅의 시장확대 걸림돌이 두가지에 있다고 한다면

1)기술의 접근한계성, 

2)시장인식의 한계 또는 심리적 저항선이 있습니다. - 새로운 기술을 접하는 데에 있어 대중시장은 기술력 자체의 성숙도를 확인하기 위한 방법으로 주위의 활용사례를 많이 참고한다는 것입니다. (설사 실제 기술력의 성숙도가 이미 요구치에 도달한 시점이라고 하더라도 정작 시장에서의 확산은 몇몇 innovator와 early adopter에 의해 주도되는 것 처럼요.)"

 

"3D프린팅을 활용한 생산비용과 속도에 대한 한계는 자주 거론되는 주제 중 하나인데, 현 시점에서도 이미 3D프린팅을 활용하여 리드타임을 단축하고 비용절감을 실현하는 사례들이 나오고 있는 상황인만큼, 

일반론으로 접근하기에는 어려운 주제라는 생각이 듭니다. 

즉 특정 어플리케이션과 AM기술에 적합한 디자인이 동반된 상태에서라면, 단순한 제작시간의 관점이 아니라 전체적인 리드타임 관점에서 시간을 절감할 수 있고, 또한 시간절감 및 인건비 감축, 제조파트 수 감소 등으로 비용개선도 가능할 수 있습니다. 

물론 3D프린팅 기술은 향후에도 계속 성장하여 더 많은 시장의 요구를 충족시켜줄 수 있는 수준으로 나아가겠지만, 

지금 현시점에서도 “이미” 3D프린팅 기술은 비용과 시간 그리고 품질까지 일부 시장의 요구를 만족시켜줄 수 있는 수준에 왔다고 보고 있습니다."

 

참고로, SLS, DMLS 등과 같은 용어는 과거 기술에 기반한 명칭으로, 실질적인 현재 기술은 Sintering(소결)보다는 Melting(녹임)에 가깝습니다.(내부밀도 99.9%이상이 구현 가능합니다.) 

관련 업체 또는 분석기관의 경우 SLS가 아닌 SLM과 같은 명칭을 사용하는 경우도 있으니 참고하시기 바랍니다.

 

이상입니다.

 

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