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제4차 산업혁명과 3D프린팅 2편 - 3D프린팅 기술과 제조업
2016-08-22 18:55:22

세계경제포럼의 글로벌어젠다카운슬에서는 '소프트웨어와 사회의 미래'라는 주제로 800명이 넘는 경영진들을 대상으로, 세계의 흐름을 바꾸는 기술이 공공 영역에 깊숙이 침투한다면 그 시점은 언제일 것으로 예상하는지, 그리고 이런 변화가 개인,기관,정부와 사회에 미칠 영향을 충분히 이해하고 있는지에 대한 설문조사를 실시했습니다. <거대한 변화-기술의 티핑 포인트와 사회적 영향(Deep Shift-Technology Tipping Points and Social Impact)>에 대한 설문조사 보고서는 2015년 9월에 발표되었습니다.
그 기술들중에서 3D프린팅과 관련된 내용이 3가지가 있는데, 이 내용을 다뤄보고자 합니다. 
2편에서 다룰 내용은 "3D프린팅 기술과 제조업" 입니다.

티핑 포인트 : 3D프린터로 제작된 자동차가 최초로 생산된다.
2025년까지 발생 가능성 예상 응답자 : 84%

적층가공방식(AM, Additive Manufacturing, 한층씩 재료를 쌓아올리는 방식으로 물체를 만들어내는 생산 방식) 원리를 이용하여 출력물을 만들어 내는 기계가 3D프린터입니다. 3D프린터라는 용어는 최근에 만들어졌고, 예전에는 RP(Rapid Prototyping, 쾌속조형), AM 기기라는 용어로 불려졌습니다.

미국의 Chuck Hull 박사가 1986년 입체인쇄술(Stereolithography)라는 이름으로 특허 출원을 합니다. (특허명: Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography. 특허번호: US 4575330 A). 3D프린터는 지금은 SLA방식이라고 불리는 이 기술을 특허로 내면서 시작됐다고 보는게 일반적인 견해입니다.
참고로, "3D프린팅"이란 용어가 "3D프린터"와 혼용되어 사용되는 경우가 많은데, 두 용어는 다른 의미를 가지고 있습니다.
3D프린팅은 3D디자인(모델링) + 3D프린트로 출력 + 3D프린터로 출력한 출력물을 후가공(사포질, 채색)을 하는 전 과정을 말합니다.
3D프린터는 말 그대로 3D프린터 기기만 말하는 겁니다.

적층가공방식은 기존의 생산 방식인 절삭가공방식으로 만들기 어려운 복잡한 출력물을 만들 수 있고, 비싼 금형을 만들지 않고 바로 만들 수 있고, 제품을 디자인해서 Prototype을 빠르게 만들 수 있는 장점, 시제품, 목업, 샘플제품을 빠르고, 싸게 만들 수 있습니다.
하지만, 단점으로는 대량생산이 어렵고, 크기에 제한이 있고, 아직 소재 제한이 있습니다. 3D프린터 방식에 따라 다르지만, FDM방식의 경우는 기존 절삭가공 방식보다 정밀도가 떨어집니다. 

 


이 책에서는 이러한 주제들을  긍정적 효과, 부정적 효과, 예측 불가능한 영역, 현재동향으로 설명을 합니다만, 저작권 문제가 있을 수 있어서 이 글에  모든 내용을 담지는 못할 것 같습니다. 

간략하게 책 내용을 요약해 보면,
긍정적 효과는 
제품 발달이 가속화된다. 
제품 디자인에서 제조까지의 사이클이 단축된다.
(과거에는 불가능하거나 어려움이 많은 과정이었던) 복잡한 부품의 제조도 쉬어진다.
제작 제조의 권력이 민주화된다.(단지 디자인에 의해서만 제한된다.)
기존의 대량 제조는 비용과 함께, 규모를 최소 생산 수준으로 줄여 새로운 도전에 대응한다.
다양한 물건을 인쇄할 오픈 소스 '설계도면'이 늘어난다.
등등등...
부정적 효과는  
처리할 쓰레기가 늘어나고 환경 부담이 증가한다.
파괴적 혁신의 영향을 받은 산업의 일자리를 잃게 된다.
저작권 침해가 발생한다.
브랜드와 상품의 품질을 보장할 수 없다
등등등...
예측 불가능한 영역은
어떠한 혁신도 즉시 복제될 수 있는 가능성이 있다.
현재 동향에 대한 내용은 GE의 제트 엔진 Leap 에 대한 내용을 담았습니다.
이 정도로 요약할 수 있을 것 같습니다.

<3DGURU's Opinion>

3D프린터의 제조업분야에서 활용에 대해 2가지 사례를 먼저 살펴보시죠. 

EOS 사례(금속용 3D프린터 생산하는 독일 회사)
EOS사가 예전에는 10년동안 1,000대를 팔았습니다. 최근 5년동안 500대를 팔았고,그리고, 올해(2016) 판매 목표가 500대이상이라고 합니다.
예전에 10년동안 판매한 댓수의 절반을 올 한해에 팔려고 한다는 것이니, 판매량이 엄청나게 급증하는 상황입니다.
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 어느정도 달성하고 있다는 사례입니다.

Materialise 사례
유럽에 있는 있는 Materialise 공장은 초기(26년전)에는 90~95% 의뢰가 시제품이었는데, 지금은 50%이상이 최종품 의뢰가 들어온다고 합니다.
이제는 3D프린터가 어느정도 제품 생산쪽으로도 영역을 확장하고 있다는 얘기입니다.

위 두 사례는 현재 3D프린팅 시장을 선도하고 있는 해외의 두 회사에 관한 것입니다.
3D프린팅으로 완성품을 제작하는 사례가 과거에 비해 증가하고 있는건 사례에서 보셨다시피 사실입니다.
하지만, 대체로 그런 제품들은 3D 프린팅의 단점이 많이 드러나지 않는 분야, , 생산량이 많지 않고, 복잡한 구성을 가진 분야(의료, 우주, 항공 )에서 두각을 나타내고 있는 같습니다.
모든 분야에서 위의 사례를 일반화하여 적용하는 아직은 시기상조인 같습니다.

기술적인 접근도 중요하지만, 결국은 경제의 논리에 따라 기술은 선택되는 것입니다.
기존 제조방식으로 더 싸고,좋게 만들수 있으면, 기존 제조방식을 쓰는 것이고,
3D프린팅으로 하는게 더 싸고, 빨리 잘 만들 수 있으면 3D프린팅방식을 사용하는 것입니다.
수만, 수백만개를 생산해야 하는 제품은 기존 사출성형 제조방식이 3D프린팅을 이용하는것보다 더 적합하듯이 말입니다.

3D프린팅기술은 점점 발전하여, 현재의 한계인 속도와 비용, 크기의 장애를 극복하고, 더욱 널리 사용될 것으로 전망됩니다.
3D프린팅 기술이 발전을 하면서 어느정도 기존 제조방식 시장을 잠식해 나가겠지만, 3D프린팅 기술이 기존 제조방식을 완전히 대체할 수 는 없을 것입니다.
서로간의 장단점이 있는 기술이기 때문입니다.

4차 산업혁명에 대해 한글로 자막이 있는 동영상이 있어서 링크를 겁니다. 
https://www.youtube.com/watch?v=i7RMxlLEkFE

그리고, 질문 내용이 3D프린터로 제작된 자동차에 대한 것인데요. 

이미 Local Motors라는 미국의 자동차 회사가 작년에 3D프린터로 제작한 자동차(스트라티)를 발표했습니다.

자동차 외관 부분을 3D프린터로 출력하고, 부속 및 파트들은 기존 자동차회사들에서 구입해서 조립을 하여 만듭니다. 아래 동영상에서 자동차를 3D프린터로 출력하는 것을 보실 수 있습니다.
https://www.youtube.com/watch?v=daioWlkH7ZI

개인의 취향에 맞게 디자인을 약간 수정할 수 있다고는 하는데,

껍데기만 3D프린터로 출력했다고, 이걸 3D프린터로 제작한 자동차라고 할 수 있을까요?
자동차의 심장은 엔진인데, 엔진을 포함한 대부분의 부품들도 3D프린터로 제작할 수 있어야 하지 않을까요? 제 생각에는 진정한 의미의 3D프린터로 제작한 자동차라고 보기엔 힘들지 않을까 싶습니다. 

응답자의 84%가 2025년까지 3D프린터로 제작된 자동차가 제작될 것으로 응답했다고 합니다.

참고로,이 회사가 사용하는 소재는 자동차의 강직도, 인장 강도, 탄성 등을 고려해 탄소섬유 13~20%와 ABS수지 80~87%를 혼합해 쓴다고 합니다.

아래 사진은 Local Motors의 자동차가 달리는 모습입니다.

 


제4차 산업혁명과 3D프린팅 1편
http://www.3dguru.co.kr/bbs/newsroom/10357


제4차 산업혁명과 3D프린팅 3편 - 3D프린팅 기술과 인간의 건강
http://www.3dguru.co.kr/bbs/newsroom/10359


제4차 산업혁명과 3D프린팅 4편(마지막) - 3D 프린팅 기술과 소비자 제품

http://www.3dguru.co.kr/bbs/newsroom/10360

 

"클라우스 슈밥의 제4차 산업혁명" 책의 내용을 인용했습니다.

2편은 여기까지입니다.

 

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