Update2024.04.20 (토)
세계는 적층가공 양산화 돌입, 韓 장기플랜·수요기업 지원·육성 시급하다
■이번 전시회의 특징과 적층제조의 미래를 어떻게 전망하는지
▷신충식:3D프린팅의 장점은 기존의 제조 공정이 구현하지 못하는 형상을 제작할 수 있다는 것인데 전시회에 나온 업체들의 시제품들 역시 기존공법으로는 상상할 수 없는 내부 유로를 가진 부품들이 많았다. 특히 열교환기 부품의 경우, 내부 유로가 복잡하고 표면적이 넓으면 넓을수록 열효율이 향상되기 때문에 매우 복잡한 형상을 한 것들이 출품되었다.
▷김정성:이번 전시회에서 의료분야를 살펴보면 지난 전시회와 비교하여 기술적인 특이점이나 발전은 많지 않았다. 다만, 많은 업체들이 의료분야 적용 사례를 구체적으로 전시하고 있었으며 임상적인 적용 분야로 넓혀가고 있다. 따라서 이제는 의료분야 임상학회 등에서 다양한 사례 연구가 나올 것으로 예상되며 가까운 미래에 이에 대한 비즈니스 체계가 활성화 될 것으로 예상한다.
▷노윤경:이번 전시회에 컨셉레이저의 Altas, 트럼프의 TriPrint 3000, 3D시스템즈의 DMP500 등이 데뷔를 했다. 대형 장비와 더불어 양산의 효율성을 보다 높이기 위한 잔류 분말 및 서포트 제거를 위한 자동화 개념이 많이 소개되었다. 적층장비 뿐만 아니라 후공정 장비업체도 많이 전시되었다.
▷이제문:이번 전시회에 소재 분야에서는 분말제조 장비업체인 ALD, Blue Power System, Tekna 등이 처음 전시회에 참가하였다. 그리고 적층 후 잔류 분말을 크기별로 분류할 수 있는 분급기, 분말을 보호가스 분위기에서 관리하는 장비를 제작하는 업체들이 다수 참가한 것이 특징이었다.
분말 업체로는 3D프린팅용 금속 분말 유통업체인 LPW가 가장 큰 부스를 설치하였으며, 전통적있는 분말제조사인 AP&C, Hoganas, Erasteel, Carpenters 등과 함께 올해 처음으로 Heraeus, VDM Metals, 중국의 중소 분말제조업체들이 대거 선보였다.
하지만 전체적인 전시회 분위기를 보면 아직 3D프린팅 장비 시장에 비해 소재 시장의 발전이 더딘 것 같았다. 향후 장비 시장이 활성화됨에 따라 새로운 분말 제조사들이 소재 시장에 출연하리라 예상한다.
▷한국현:금속 3D프린팅의 발전 속도가 보다 가속되고 있고, 시제품 제작 중심에서 양산 적용을 위한 솔루션 중심으로 무게 중심이 이동하고 있다. 금속 적층과 가공이 동시에 가능한 하이브리드 장비도 증가하고 있으며, 폴리머 소재 분야는 기계적 성질이 우수한 소재로 확장하는 시도가 증가하였다. 또한, 나노 또는 마이크로 사이즈의 초소형 3D 프린팅이 가능한 기술들이 상용화 수준으로 발전한 것이 눈에 띄었다.
■금속 3D프린팅의 제조공정 적용 확대의 가장 큰 걸림돌은 무엇이라고 생각하는가
▷박경준:장비, 재료비 가격 외에 여전히 전통적인 제조방법에 의한 경제성을 고려하여 제품 설계가 이루어지고 있는 점이다. 형상 제약이 거의 없는 3D프린팅의 강점을 살려 높은 효율과 기능을 가진 제품 설계가 보다 활발하게 이루어져야 할 것이다. 또한, 다양한 기계적 성질 및 물성에 대한 데이터 확보, 장비·공정에 대한 신뢰성이 더 이루어져야 한다. Support 제거 시 발생될 수 있는 가격 상승, 표면조도 문제, 변형 문제도 해결해야 할 요소이고 파우더 교체로 야기될 수 있는 시간 소모, 파우더 재료 혼입 가능성, 다양한 소재의 재고 관리등도 해결해야할 중요한 사항이다.
▷신충식:우리나라의 3D프린팅 산업은 장비와 분말 등 하드웨어적인 분야에서만 나름대로의 성과를 내고 있다고 보여진다. 하지만, 실제 제조 현장에서 적용되는 사례에 대한 보고는 미미하다. 이는 3D 프린팅에 대한 설계자들의 마인드 셋(Mind set)이 선결되어야 하는 문제라고 본다. 또한 최종적인 제조 현장 적용은 비용(제조원가)으로 귀결된다고 볼 수 있다. 3D프린팅의 제조원가를 분석해 보면 장비가 차지하는 비중이 매우 크다. 이것이 시사하는 것은 현재보다 3D 프린팅 장비의 가격이 대폭 하락하지 않으면 제조현장 적용이 요원하다는 것이다.
▷김정성:금속 3D프린팅의 의료분야에서 가장 큰 문제점은 일반 산업기계 장비 시스템과 비교하여 3D프린팅 전문 인력 인프라가 부족하다는 것이다. 단순 운용인력은 쉽게 양성을 할 수 있으나 의료분야의 특성을 이해하면서 임상현장과 연계할 수 있는 전문 인력이 부족해 기존 자체 인력을 3D프린팅 운영인력으로 키워야 하고 경험도 부족한 단점이 있다. 그리고 소재의 한계와 부분적으로 기계적 물성과 같은 공정에서의 기술적인 한계점이 있다.
▷박노진:중소기업이 금속 3D프린팅의 제조공정 적용에 투자 할 수 있는 시스템이 부족하며 소재 기초지식이 약하고 설계가 가능한 전문 인원이 현재 전무하다. 또한 사용가능성에 대한 데이터의 확보가 부족하다.
■이번 전시회에 우주항공분야에 대한 전시품이 많았는데 이 분야에 적용하기 위한 업계의 노력이나 육성방안이 있다면
▷박경준: 소재 데이터 및 소재 품질 신뢰성 확보에 상당한 시간이 필요하다고 생각된다. 그러나 우주항공분야는 상대적으로 제작 수량이 적으므로 3D프린팅이 적합한 분야이기도 하다. 먼저 Jig & Fixture 등에 활용을 늘려나가고 부품 적용 시에는 여러 가지 재질보다 제조공정 코스트가 가장 높은 소재를 선정해서 양산을 전제로 한 집중적인 개발이 필요하다고 본다. 그렇게 한다면 파우더 혼입으로 발생할 수 있는 여러 문제도 줄일 수 있고, bed size를 최대한 효율적으로 사용할 수 있어 가격 경쟁력도 훨씬 상승할 것이다.
▷신충식:3D프린팅 산업을 기술적으로 이끌고 있는 분야는 항공우주분야라고 할 수 있다. 이 산업의 경우 타 사업에 비해 부품의 제조단가가 높고 부가가치가 높은 다품종 소량 생산에 적합한 경우가 많다. 이러한 산업의 특징은 3D프린팅에 대한 지속적인 관심과 연구를 가능케 한다. 이번 전시회에서 GE는 ATLAS라는 PBF(Powder Bed Fusion)방식 장비 중에서 최대 크기를 개발하고 있음을 보여주는 베타버전을 출시했다. 이는 GE가 대형 부품에도 3D프린팅을 적용하겠다는 의지를 보인 것으로 해석된다.
국내 항공우주산업은 상대적으로 규모가 작고 국제 협력 사업을 기반으로 하는 경우가 많다. 항공우주산업에서 3D프린팅은 이미 프로토타입 개발단계에서는 항시적으로 적용하고 있으며, 이제 부품 대량 생산을 단계로 진입하고 있다.
국내 업체들은 국제 협력을 통해 부품 대량 생산에 대한 준비를 갖추는 것이 중요하다. 결국 3D프린팅은 프로토타입을 제외한다면 부품제조 사업에서 부가가치를 창출해야 한다.
■현재 금속분말 소재가격은 높은 편인데 향후 금속분말 가격의 추이와 함께 산업에 적용하는데 필요로 하는 소재 특성은 무엇인가
▷노윤경:금속분말 생산원가 절감이 급속도로 진행 중이므로 향후 금속 분말가격은 더욱더 떨어질 것이다. 납기 및 협의 시간을 최대한 줄여야 양산화 하였을 때 서로 win-win이 가능하므로 소재공급업체가 국내에 필요하다. 이에 연구소 등과 협업해 국내 실정에 맞는 소재 개발이 이뤄져야 한다. 또한 3D프린팅 산업은 현재 기준이 정확히 설정되지 않은 상태이므로 국제 표준화 활동을 통해 표준 선점이 필요하다.
▷김정성:의료기기 분야에서 분말에 있어 가장 중요한 특성은 생체적합성과 생체기능성이다. 이러한 특성은 국제규격(ISO, ASTM)에 명시되어 있다. 물론 3D프린팅용 분말에 대한 규격은 일부 완료된 것도 있고 진행 중인 것도 있다. 그러나 의료분야의 특성상 신규업체의 진입에 심리적인 장애가 많다. 때문에 의료분야 전문가들과 공동연구를 통해서 다양한 성공사례를 발굴해 시장에 진입하는 전략이 필요하다.
▷신충식:3D프린팅용 분말 가격은 지속적으로 하락할 것으로 전망된다. 이는 두 가지 측면에서 예상할 수 있는데 하나는 수요자 측면에서 지속적인 가격 인하를 요구하는 것이고, 또 다른 하나는 공급자 측면에서 제조기술 향상, 분말제조 업체 간의 경쟁, 생산량 증대에 따른 볼륨(Volume) 효과 등이 분말 소재의 가격을 지속적으로 하락시킬 것이다.
▷이제문:그동안 메이저 분말 제조업체 위주로 3D프린팅용 분말이 공급되어 가격 거품이 많았다. 하지만 새롭고 합리적인 분말 제조 방법과 스크랩을 이용한 저가의 원자재 공급 그리고 중소분말 업체의 등장으로 향후 분말가격의 하락이 예상된다. 지난해만 하더라도 Kg당 230~700달러에 달하는 Ti64 분말가격이 곧 100달러대로 떨어질 전망이다. 경쟁업체들이 크게 늘면서 선두 분말업체를 중심으로 치킨 게임이 시작되었다.
현재 대부분의 3D프린팅용 소재 업체들은 상용화된 각종의 금속 분말을 3D프린팅용에 적합한 특성과 사이즈로 제조하여 시장을 장악하고 있지만 향후에는 분말의 합금 조성 설계에서부터 3D프린팅용 분말에 초점을 맞춰 분말을 제조해야 한다.
이와 같이 향후 시장에 새롭게 진입할 소재업체는 현재 형성된 시장과 달리 차별화된 특성을 가진 3D프린팅용 분말을 제조함으로써 시장경쟁력을 갖출 필요가 있다고 생각한다.
항공우주 부품 대형·양산화 활발, 금속분말價 치킨게임 돌입 하락세
설계·소재·신뢰성 개발 민관 공동 협력·지원 절실, 공정 솔루션 확보해야
■사형주조나 로스트왁스 패턴에 대한 활용도 및 기술의 진보수준과 활용사례는
▷박경준:궁극적으로는 금속 소재를 직접 적층해서 부품 형상을 만들어내는 방향으로 기술개발이 이루어지리라 생각한다. 그러나 상당기간 동안 부품 수량이 적거나 금형 가격이 비싼 경우, 3D프린팅 기술을 전통적인 주조방법과 접목시키는 기술이 경쟁력이 있는 대안이 될 것으로 생각한다. 정밀주조업계에서는 금형없이 3D프린팅으로 만든 로스트왁스패턴을 일부 사용하고 있으며 이미 국내 자동차 관련 연구소와 가스터빈 개발 업체들도 활용하기 시작했다. 적용 부품도 점차 늘어나리라 예상된다.
▷신충식: 3D프린팅을 주조 패턴이나 코어로 사용하는 것은 기존 공법으로 만들 수 없는 형상을 제작한다는 점에서 이점이 있다. 하지만, 이러한 적용이 대량 생산으로 이어지기 위해서는 기술적, 경제적으로 넘어야 할 산이 많다. 아마도 일부 부분에서 틈새를 공략하며 시장을 형성할 것으로 본다.
▷한국현:사형주조 분야는 샌드 3D프린팅 기술 수준이 안정화가 되어가고 있어 시제품 제작에는 보편화된 기술로 볼 수 있으며, 최근에는 양산 적용을 위한 장비 개발이 이루어지고 있다. 소재 측면에서는 몰드 강도 측면과 친환경 측면이 각각 개발 방향에 반영이 되고 있다. 현재는 가장 일반적으로 Furan 계 바인더가 적용되고 있으며, 강도가 높은 몰드가 필요한 분야에서는 페놀 바인더를 개발 적용하고 있다. 또한, 친환경 측면에서는 물유리 바인더가 개발되고 있다.
사형주조 분야에 3D프린팅 기술이 보다 광범위하게 활용되기 위해서는 양산 적용이 가능해야 하며, 양산 적용을 위해서는 장비 및 재료비가 낮아져야할 뿐만 아니라, 전후공정 기술도 함께 개발이 되어야 한다.
▷박노진: 사형주조품을 대체할 수준의 제품을 생산할 수 있는 금속 3D프린팅 기술이 아직까지는 업체의 요구수준에 미치지 못하고 있다. 다양한 분말소재의 개발 그리고 획기적인 프린팅 속도의 개선과 가공을 필요치 않는 제품조도의 확보 등 사형주조 공정을 대체하기에는 상당한 시간이 필요할 것으로 보인다. 만약에 대체할 수 있는 수준의 금속 프린팅 기술이 발전한다고 해도 일반 사형주조품의 가격 및 속도 경쟁력을 따라가기는 쉽지 않아 보인다.
따라서 사형주조로 생산하기 까다롭고 어려운 제품이나 제품개발 단계에서나 금속 프린팅이 적극적으로 적용이 될 수 밖에 없을 것으로 생각한다. 따라서 사형주조분야에서는 메탈프린팅의 제한적 대체만 가능할 것으로 판단되며 오히려 샌드 프린팅이 메탈프린팅에 비해 대체할 수 있는 여력이 훨씬 높아 보인다.
물론 샌드 프린팅 제품 또한 일반 사형주조품의 가격이나 속도 경쟁력을 따라가기에는 주물사의 종류, 장비의 가격 등으로 제한 요소도 많다. 당분간은 금속 프린팅이 사형주조를 대신할 수 없기에 과도기적으로는 샌드 프린팅이 그 중간역할을 할 수 있을 것으로 보인다. 그러나 실제로는 3D프린터 제작업체가 현재 샌드 프린터에 별로 관심을 가지고 있지 않아 보인다.
■3D프린팅 수요기업 입장에서 현장에서 느끼는 3D프린팅 기술이 가지고 있는 장점과 사용하는데 가장 어려운 점, 그리고 장비업체에서 이것만은 우선 개발했으면 하는 점이 있다면
▷김정성: 3D프린팅을 이용한 시제작을 의뢰해 보면 의외로 장비의 고장 등의 문제가 있는 경우가 빈번하다. 장비의 운영 유지 보수가 기존 기계 가공 장비와 같이 용이하면 좋을 것 같다.
▷노윤경: 3D프린팅 기술의 장점은 기존의 틀을 깰 수 있는 무궁한 영역을 가지고 있다는 것이다. 즉 아이디어와 기술이 즉시 접목될 수 있는 가장 이상적인 산업이다. 그러나 현실적으로 월드 플레이어의 속도에 일반 기업들이 따라가지 못하고 있다. 국내에서는 투자 및 계획이 현재 전무하다고 판단되며 늦은 감이 아주 많지만 지금부터라도 준비해야 한다. 장비 개발은 국내 산업에서 가장 힘든 부분이다. 핵심적인 부품인 레이저 하나 만들지 못하고 있는 것이 현실이기 때문에 국가적으로 장기 플랜이 필요하다.
▷박노진:샌드 프린팅 개발업체의 수나 제품의 개발속도는 금속 프린팅에 비해 매우 더뎌 보인다. 아직 금속 프린팅 사이즈의 한계로 인해 중대형 주물품의 경우에는 샌드 프린팅이 훨씬 오랫동안 시장에서 살아 남을 수 있을 것이다. 금속 프린팅과는 달리 샌드 프린팅의 경우에는 출력물내에 GATING SYSTEM 등이 반드시 포함이 되어야 하므로 샌드 프린팅은 장기적으로 모델링 및 주조해석 SOLUTION PROVIDER와의 연계를 통해 통합 패키지화가 되는 쪽으로 방향이 바뀌어야 제대로 경쟁력을 갖출 것으로 보인다. 그렇게 해야 다가올 메탈 프린팅의 대중화 이전에 사형주조분야에서 자신의 위치를 확보할 것이다.
▷박경준:3D프린팅 패턴을 이용한 정밀주조품을 제작하고 있는데 금형비가 비싸고 수량이 적은 경우, 가격 및 납기 경쟁력이 매우 우수하다. 그러나 정밀주조가 가능하면서 표면조도가 우수한 3D프린팅 장비를 찾기 힘들다. 일부 개발되거나 개발 중인 장비의 경우 속도가 너무 느리거나 작업성이 낮아 사용하기에 불편하다.
▷신충식:3D프린팅 장비의 제조 속도에 대한 지속적인 향상과 연구가 필요하다. 현재와 같은 적층 속도로는 타 공정과의 경쟁에서 우위를 점하기 어렵다. 3D프린팅 부품 설계자의 교육이 필요하다. 기존 부품의 대체 수준이 아니라 3D프린팅 전용 부품을 설계함으로써 3D프린팅 산업 활성화를 앞당길 수 있다. 또한 소재 신뢰성 확보에 대한 공동의 노력에 대해서도 고민해봐야 한다.
▷한국현:궁극적으로 회사 입장에서는 양산 적용이 가능해야 의미가 있다. 양산 적용에 가장 걸림돌이 되는 것은 소모성 자재의 가격이다. 소모성 자재의 단가를 낮추지 않는다면 3D프린팅 기술의 보급 속도가 크게 높아지기는 어렵다. 또한, 높은 유지 보수 비용과 항온항습 조건을 늘 유지해주어야 하는 점 또한 큰 걸림돌이다.
전처리 및 후처리 기술 또한 양산 적용을 위해서는 필수적인데, 이 부분은 회사마다 요구 사항이 다르고 샌드 3D프린터 장비 업체는 주조 전문 기업이 아니기 때문에 해당 장비 업체에서 범용화된 솔루션을 제공해줄 수 있을지는 의문이다. 전처리/후처리 기술에 대해는 각 주조 회사들도 스스로 준비를 해야만이 설비 도입을 통한 양산 적용 가능성을 높일 수 있을 것이다.
■이번 폼넥스트 2017 참관기간 가장 인상 깊었던 부스나 전시회의 특징에 대해 한말씀 부탁드린다
▷김정성:선두 기업인 SLM 솔루션즈, EOS, 트럼프 등에서 3D프린팅 단일 공정이 아닌 양산화를 위한 전체 시스템을 소개했다. 업체에서는 반제품보다 초도 완제품을 원하는 경우가 많다. 각각의 공정을 따로 고려하지 않고 기계 후가공까지 한 번에 검토할 수 있다는 것이 흥미로웠다.
▷노윤경:3D프린팅산업은 누군가의 기술을 본다면 바로 따라 할 수 있는 산업으로 생각보다 어렵지 않다고 본다. 결국 기술적으로 어려운 것이 아니라 정확한 목표와 장기 계획을 아주 정확히 수립하여 시장에 진입을 해야 한다. 여기서 아쉬운 점은 국내 업체들 대부분이 형식적으로만 3D프린팅 산업에 접근하는 것 같다는 느낌을 받았다. 이번 전시회를 통해 국내 기계 전반에 걸친 기술력의 부족이 한눈에 들어왔다. 정부차원에서 장기 플랜이 시급하다고 생각한다.
▷신충식:전체적으로 3D프린팅 전후 공정이 점차 체계를 잡아가며, 업체들 간의 합종연횡이 강화될 것으로 보인다. 이스라엘 업체인 Xjet의 나노분말을 이용한 3D프린팅이 인상적이었다.
▷한국현:금번 전시회에서 가장 인상적이었던 부스는 Nanoscribe社였다. 현미경으로 보아야만 형상을 확인할 수 있는 초소형 형상을 만들 수 있는 3D프린팅 기술을 소개했는데, 초소형임에도 불구하고 형상이 매우 깨끗하게 만들어지는 것을 볼 수 있었다. 이러한 기술은 그 응용분야가 무궁무진하게 많을 것으로 보여 기대가 되는 기술이었다.
■3D프린팅 후발주자인 우리나라가 시장이 확대되고 수출산업화로 이어질 수 있도록 하는데 필요한 정책적 지원이나 건의사항이 있다면
▷김정성:후발 주자로 기존에 알려진 기술로 접근할 경우 결국 소재시장에서처럼 가격경쟁으로 붙어 경쟁력과 시장 경제력에서 뒤떨어질 가능성이 크다. 장비분야는 선진기업에 밀리고 있고 뒤에서는 이미 중국기업에 추격을 당했다고 봐야한다. 그리고 관련 소프트웨어도 선진기업과는 차이가 있다. 전시회장에서 보았듯이 많은 선진기업은 하드웨어(장비)와 소프트웨어(운영S/W, CAD PS/W등) 통합작업이 이루어지고 있다.
이에 우리나라도 상대적으로 경쟁력 있는 IT 기술과의 통합을 통한 플랫폼 시스템 구축이 필요할 것 같다. 이에 대한 정책적인 지원이 필요하다. 또한 중요한 부분은 다양한 컨텐츠 개발이다. 우리나라 장비로 활용할 수 있는 다양한 전략적 사례 발굴 및 개발을 지원할 수 있는 정책적 지원이 이루어져야 하며, 이를 통해서 마켓팅에 적극적인 활용이 필요하다.
▷노윤경:결국 3D프린팅 산업은 장기플랜의 싸움이다. 현재 우리나라는 국가적 지원이 너무 단기적으로 치우쳐져 있으므로 앞으로는 3D프린팅 산업이 산업의 exchanger라는 생각을 가지고 정부가 틀을 만들고 수요기업을 중심으로 전략적으로 시행해야한다. 지원도 지방자체 단체나 정부출연연구기관 중심에서 수요기업 중심으로 재편하지 않으면 결국 서로 10년 후에도 똑같은 일을 반복하고 있을 가능성이 크기 때문에 정부의 수요기업 중심 3D프린팅산업 육성과 관리가 절실하다.
▷한국현:이미 3D프린터 단품 장비로는 우리나라가 매우 뒤쳐져 있는 상황이기 때문에, 해외 시장에서 경쟁력을 확보하기 위해서는 3D프린터 단품 장비 기술이 아닌 전처리/후처리 기술을 모두 포함하는 공정 솔루션 기술로 승부를 걸어야 한다고 본다. 즉, 3D프린터로 보는 것이 아니라 적층제조 공정을 포함하는 스마트 공장의 공정 솔루션 확보가 필요하다.
이를 위해서는 먼저 실제 산업 현장에서 적층 제조 공정을 포함한 양산 공정 구축이 필요하며, 실제로 구축한 양산 공정을 통해서 얻어지는 데이터 축적이 반드시 필요하다. 선진 기업들보다 먼저 전체 공정 솔루션에 대한 데이터 축적 및 최적화 솔루션을 확보할 수 있다면 수출산업화로 충분히 이어질 수 있다고 본다.
이것이 가능하려면 정책적으로 적층 제조를 포함한 양산 공정 솔루션을 구축하고자 하는 기업에 대해서 전처리/후처리 공정 및 데이터 수집 및 분석 시스템을 포함한 전체 공정 구축 비용에 대한 지원 프로그램을 마련하는 것이 필요할 것이다.
