적층제조시대 도래, 비즈니스 모델 및 밸류체인 구축 시급

◇연재순서

(1)전시회 총괄 평가 (강민철 3D프린팅연구조합 상임이사)
(2)금속소재와 부품 응용 (정재원 재료연구소 선임연구원)
(3)산업용 플라스틱 소재의 활용과 전망 (김윤철 성균관대 교수)
(4)적층제조의 세라믹부품 개발현황과 기술적 이슈 (홍찬우 일루미네이드 이사)
(5)경량화와 효율 향상을 위한 설계기술과 S/W 개발 동향 (신화선 전품연 책임연구원)
(6-完) 전문가 현장 간담회

▲ 3D프린팅연구조합 주관으로 구성된 폼넥스트 참관단은 현지에서 국내 3D프린팅 발전을 위한 간담회를 진행했다.

강민철(사회) ■이번 폼넥스트를 본 소감을 말씀해주시고 적층제조 관련 주목할 만한 응용분야에 대해 말씀 부탁드린다

김광현 ▷적층제조기술은 인공지능을 접목한 제조설비는 상상 이상의 발전 속도로 진화하고 있음을 확인했다. 관련 소프트웨어는 기업의 활동이 공장에서 벗어나 장소나 시간에 구애받지 않고 제조, 판매 활동이 언제나 가능한 영역으로 변화되고 있는 있음을 단적으로 보여 주었다. 3D프린팅 기술이 어디까지 진화할지 당장 2019년이 기다려진다.

이인섭 ▷1991년도 한국인으로 최초로 PBF(Powder Bed Fusion)용 알루미나 바인더(HBO2) 개발 과제에 참여한 저로서는 이번 전시회 참가는 상전벽해 같은 매우 큰 충격을 받았다. 2018년도 폼넥스트(Formnext) 전시회의 하이라이트는 디지털 팩토리(Digital Factory), 디지털 프로세스 체인(Digital Process Chain)을 구축할 수 있는 금속 3D프린터의 비약적인 기술발전으로 볼 수 있다. 구체적으로 장비의 대형화, 정밀화, 고속화, 생산소프트웨어의 플랫폼으로 통합, 후처리 장비의 자동화, 작업자의 안전을 고려한 장비의 업그레이드 등이라고 판단된다.

정재원 ▷대표적 금속 3D프린팅 기술은 모두 구형의 금속 분말을 원료로 이용하기 때문에 적층제조산업이 발전할수록 금속분말 소재 산업 또한 같이 성장할 수밖에 없다. 이번 전시회의 주목할 만한 특징 중 하나는 전용 금속분말을 제조하는 기업이 눈에 띄게 증가했으며 연간 생산량 또한 크게 늘었다는 것이다. 금속 분말 제조 주요 기업인 LPW와 H.C.Starck의 연간 분말 판매량은 200톤을 돌파했으며, 새롭게 소재 사업에 뛰어든 업체들이 대거 출몰했다. LPW와 H.C.Starck 두 회사가 최근 굴지의 금속 소재 회사인 카펜터 테크놀로지와 회가네스에 각각 인수되었다는 점은 기존 대형 소재 기업에서도 3D프린팅 소재 산업에 적극적으로 참여하기 시작했다는 것을 시사하고 있다.

강민철 ■적층제조시대에 접어들면서 금속, 플라스틱, 세라믹, 복합소재 등 전 분야에 걸쳐 소재사업도 활발해지고 있다. 전시회에서 눈여겨 본 소재는 무엇이고 앞으로 필요한 소재의 개발방향에 대해 말씀해달라.

하재준 ▷제조 대상 제품에 따라 차이는 있겠으나, 동일 제품 대량 생산 시, 금속분말을 직접 활용한 일반 PBF 방식의 시간적, 비용적 한계를 극복할 수 있는 바인더(Binder) 활용 방식이 적층제조 산업 영역의 중요한 부분이 될 것으로 예상된다. 분말의 입도분도와 크게 관계없고 기존 분말야금 기술의 상당 부분이 대체될 것으로 보인다.

이인섭 ▷이번에 전시회에서 출품된 획기적인 소재는 우리나라 업체인 대건테크에서 개발한 폭발 위험이 매우 큰 초경량합금인 마그네슘 합금 분말이며, 경량 고온강도가 우수한 TiAl 금속간 화합물 분말, 열전도성이 우수한 구리(Cu)와 CuCrZr 분말 등이다. 그리고 금형용강 소재 금속분말 개발이 필요로 하며 특히 상변태가 일어나는 새로운 석출경화형 금속분말 개발이 절실하다.

김광현 ▷금속 분말 시장 기조는 장비 제조업체 위주로 형성되고 있으나 소재업체와 실수요자가 직접 연결되어 적합한 소재와 성분을 개발하고 이를 3D프린팅 설비에 적용하는 생태계 형성이 필요하다는 생각이다. 즉, 주변 공급자 방식이 아닌 최종 수요자 위주 방식의 전개가 3D프린팅 산업 제반에 더 큰 발전을 가져오지 않겠나 라는 생각을 해본다.

정재원 ▷가스 분사법의 발달로 대부분의 3D프린팅용 금속 합금 분말은 양산이 가능해진 것으로 보인다. 향후에는 전망 있고 미개발된 소재를 탐색하고 발전시켜나가야 할 것으로 최근 연구되고 있는 비정질 소재, 형상기억 합금, 고전도성 소재 등이 중요하리라 본다.

▲ 폼넥스트 참관단이 독일 현지기업을 방문해 기념촬영을 하고 있다.

장비 경쟁 넘어 소재 경쟁 치열, 신소재 개발 중점지원 필요
韓 주력산업 적용 선택·집중 전략 ‘효과적’, 정부·대기업 투자 나서야

강민철 ■다양한 방식의 3D프린터 출현은 수요기업이 제조공정에 적용하기 위해 필요한 요구사항이 높아진 것으로 해석할 수 있다. 3D프린팅 개발자 또는 사용자 입장에서 어떠한 3D프린터가 필요하고 개발되길 원하는지 말씀해 달라

이인섭 ▷자동화된 분말 소재공급 및 회수 시스템, 적층 시스템과 후처리 공정 즉, 빌더 플레이트 절단, 샌드 블래스팅(sand blasting), 잔유응력 제거 열처리, 표면처리 등 이 결합된 단일 복합시스템도 필요하다. 생산과정을 실시간 모니터링할 수 있는 소프트웨어 및 인공지능을 탑재하여 먼저 시뮬레이션으로 예측하고, 전 공정을 일괄 컨트롤하며 문제점을 즉시 해결해줄 수 있는 양산용 장비가 개발되기를 원한다.

하재준 ▷이상적인 적층제조 장비는 다양한 디자인과 생산성을 동시에 만족시키는 후공정 포함 연속생산 라인 형태가 되어야 하는 바, 특정한 디자인 및 물성의 제품을 생산 할 수 있다는 제한적 비즈니스 모델에서 벗어나 생산성, 경제성 등 다양한 비즈니스 니즈에 대한 고려가 필수적이라고 본다. 아울러 적층제조 제품에 대한 품질 평가 및 인증 체계도 확립되어야 한다.

정재원 ▷대기업에서 3D프린터를 보유하고 자체적으로 부품을 생산하게 된다면 수많은 중소 부품 제조 기업들의 몰락을 야기 시킬 수도 있다. 따라서 이와 같은 소규모 부품 제조업체에서도 사업성을 고려할 수 있도록 공정비용과 시간이 단축된 장비 개발을 통해 대기업과 중소기업 간 기술 벽을 줄일 필요가 있다고 생각한다. 앞서 하재준 대표님이 말씀한바 같이 바인더 젯팅 방식의 적층 제조 기술을 적용하여 대량생산에 한 발짝 다가간 데스크탑 메탈(Desktop Metal)의 경우가 좋은 사례라고 할 수 있을 것이다.

강민철 ■우리나라는 적층제조시대에 필요한 새로운 디자인과 설계능력을 가진 인력과 함께 이를 사업화할 서비스 기업이 부족한 상황이다. 이번 전시회에서 벤치마킹할 만한 사례를 소개해 주시고 서비스산업 활성화를 위한 제언을 해달라

이인섭 ▷서비스산업 활성화를 위하여 소재가격이 저렴해져야 하겠지만 발전 및 방산 등 당장 적용 가능한 국내 수요기업의 부품 발굴과 실생활에 적용가능한 모든 분야로 확대해 볼 필요가 있다.

하재준 ▷금번 전시회에서 적층제조 산업의 밸류체인(Value Chain)을 구성한 업체는 GE가 유일하다고 판단되며, 미국, 독일 등 해외 기업에 비해 국내 3D프린팅 및 소재 생산업체의 영세성이 아쉬운 부분인 바, 전자, 자동차, 조선 등의 산업 분야에서 이미 세계적인 수준에 도달한 국내 대기업과의 연계를 통한 산업의 가치사슬 구성이 시급하다고 판단되며, 이를 위한 정부 차원의 정책적 지원이 확대되어야 할 것으로 판단된다.

정재원 ▷한 가지 사례로 이웃나라인 일본의 Sojitz社와 Koiwai社 등이 합작해 설립한 JAMPT(Japan Additive Manufacturing & Processing Technology)社를 들 수 있다. JAMPT는 분말 소재에서부터 프린팅 서비스까지 토탈 솔루션을 제공한다. 일본 또한 우리나라와 같이 장비 개발 등의 분야에 있어서는 뒤쳐져 있지만, 오랜 노하우를 바탕으로 한 소재 쪽 역량을 강점으로 가지고 있기에 소재 개발을 서비스의 주요 항목으로 설정하고 있다. 우리나라의 경우, 이와 같은 역할을 연구기관이 담당하는 것이 한 가지 방법일 수 있다.

강민철 ■우리나라는 장비, 소재 등 국산화를 어느 정도 달성했으나 이렇다할 성공사례를 창출하지 못한 상황이다. 제조공정 적용과 수출산업화로 이어질 수 있도록 하는데 필요한 정책적 지원이나 건의사항이 있다면

하재준 ▷3D프린팅 소재 및 프린터 생산 업체와 적층제조 제품의 최종 수요 기업과의 역할 분담 등에 기초한 밸류체인 구성시, 초기 개발 리스크 및 비용에 대한 부담을 최소화하기 위한 정부차원의 재정 및 행정적인 지원이 필요하다고 본다.

정재원 ▷단순히 해외 선진사를 따라가기 보다는 향후 전망 있고 미개발된 소재를 탐색하고 발전시켜나가는 것이 한 가지 방법일 수 있다. 3D프린팅을 이용한 부품 개발에 있어서도 해외 선진사의 사례들을 무작정 따라가기 보다는 우리나라가 산업 주도권을 가지고 있는 의료 분야나 자동차 부품 개발에 집중하는 것이 유리하다. 해외 선진 기업들의 사업화 사례를 살펴본다면 선택과 집중을 통해 빠르게 기술력을 확보하고 산업에 진출하는 것이 가능했다.

마지막으로 정부의 지속적이고 체계적인 정책 지원과 R&D 투자가 필요하다. 후발 주자인 우리나라의 경우 당장에 금속 3D프린팅을 산업에 적용하기에 무리가 있고, 대부분의 소재·부품 제조회사들이 중소·중견기업이기에 독자적으로 R&D를 수행하기에는 어려움이 있는 것이 현실이다. 정부의 지속적이고 체계적인 후방지원과 함께 원천 소재 개발, 주력 산업용 전용 부품 개발이 이루어진다면, 머지않아 우리나라도 금속 3D프린팅 산업 강대국이 될 수 있으리라 믿어 의심치 않는다.

이인섭 ▷우리나라는 3D프린터의 후발주자로 선진국 및 특히 독일 업체등에 비교하여 많이 뒤쳐저 있다. 그러나 우리는 세계 최고의 반도체 생산기술을 가지고 있는 저력있는 민족이다. 우리나라 대기업이 관심을 가지고 3D프린터에 뛰어든다면 선두주자들을 충분히 따라잡을 수 있다고 판단된다. 대기업들이 국내 장비개발 중소기업인 대건테크, 윈포시스, 인스텍 등과 파트너십을 맺어서 자본 및 기술을 지원하여 공동기술개발을 하고 정부 및 지자체에서 동일한 금액을 매칭펀드로 지원을 한다면 기술개발이 가속화될 것으로 예상한다.