적층제조 SW 춘추전국시대, 우수 부품제작 주목해야

◇연재순서
(1)전시회 총괄 평가
(2)산업용 금속 적층제조 장비 및 소재
(3)산업용 플라스틱 적층제조 장비 및 소재
(4)바이오 메디컬 분야 적층제조 기술
(5)적층제조 후공정 및 디지털 매뉴팩처링
(6)적층제조 S/W 기술 발전 방향
(7-完)적층제조의 미래 발전 방향

폼넥스트(Formnext)는 매년 독일 Mesago Messe Frankfurt GmbH에서 개회하는 적층제조(AM) 및 차세대 지능형 제조 솔루션의 주요 무역 박람회이다.

올해 Formnext의 참관객 수는 3만4,532명으로써 작년 26,919명과 비교하면 약 28%가 증가되었다. 전시장 규모는 53,039㎡로서 이는 약 1만6천평에 해당된다. 한국에서 열리는 창원 TCT 코리아 행사가 5,462㎡임을 고려할 때 약 10배 규모이다.

태성DfAM연구소는 올해 3D프린팅연구조합의 참관단으로 참여해 DfAM(Design for Additive Manufacturing:적층제조특화설계) 소프트웨어(Software)분야에서 어떤 차이와 정보가 있는지 파악하고자 하였다.

흔히 AM분야의 소프트웨어를 논할 때 DfAM은 중요한 키워드이다. DfAM의 용어에서 알 수 있듯이 분명 설계(Design)를 언급하고 있지만, 단순히 설계 영역으로 한정할 수 없는 광범위한 영역이다. 간단히 DfAM의 특징을 3가지로 요약하고 Formnext에 전시된 소프트웨어를 살펴보고자 한다.

첫번째로, 근본적으로 DfAM이 기존 전통 설계와 다른 점은 제품 설계의 중요한 수단이 숙련된 설계자의 경험이나 기존에 구축해 놓은 설계표준서에 의한 것이 아니라, 오히려 기존의 전통을 무시하고 제품의 형상이 만들어 낸다는 것이다. Formnext에서 이것을 Simulation Driven Design(시뮬레이션에서 도출된 설계)이라 칭하는 것이 눈에 띄었다. 개인적으로 생성적설계(Generative Design)는 지나치게 추상적이고 위상최적화설계(Topology Optimization)는 지나치게 전문적이면서 광범위한 AM(적층제조) 설계영역을 국부적인 특정 기능에 국한시키는 용어이다. Simulation Driven Design이 본질적으로 가장 적절한 표현이라고 하고 싶다.

두번째로 DfAM의 영역은 제품 형상 설계영역에만 한정되어 있지 않고 AM 생산이 가능하도록 제품을 배치하고 서포트를 어디에 어떻게 만들어야 하는지도 포함한다. 또한 열변형에 의한 제품의 변형을 정확히 예측하여 이를 설계에 반영하여야 한다. 즉 생산프로세스까지 고려한 설계를 해야한다. 이것이 적층제조는 자유로운 형상을 만들 수 있다고 믿고 AM에 들어온 엔지니어가 부딪치는 첫번째 시련이다.

마지막으로 DfAM의 데이터 흐름이다. 기존 제품이 CAD를 중심으로 데이터가 흘러가지만, DfAM에서는 형상이 시뮬레이션을 통하여 생성되며, 기존의 시스템을 위하여 CAD형태로 변화되어야 하며, AM 생산을 위하여 STL형태로 변환해야 하기 때문에 CAD, CAE 그리고 STL 데이터로 쉽고 빠른 변환이 필수적이다. 통상적으로 이러한 작업을 역설계(Reverse Engineering)라 칭한다. 막상 이러한 작업은 매우 힘들다.

▲ 앤시스(ANSYS)의 DfAM 워크플로우

이러한 DfAM 통합 솔루션을 가지고 Formnext에 참가한 회사는 전통적 ICT분야의 강자인 앤시스(ANSYS), 다쏘(Dassault), 지멘스(Siemens), 알테어(Altair), MSC Hexagon 등이다. 위 중견기업의 제품들은 이미 한국에서도 보급이 많이 된 것들이다. 한국의 컨퍼런스와 차이점을 들자면, Formnext에서는 관람객이 직접 자사의 소프트웨어를 조작해 볼 수 있는 체험존 위주로 부스를 운영하는 점이었다.

이들 유명기업의 제품보다도 눈에 띄는 것은 한국에는 알려지지 않은 수많은 신규 소프트웨어 기업과 그들의 제품들이었다. Polygonica, CADS Additive, Dyndrite Corporation, nTopology, Additive works등 생소한 기업들이 중견기업 부스를 중심으로 위성처럼 여기저기에서 자신들의 소프트웨어 제품을 홍보하고 있었다.

이것은 필자에게 대단히 생소한 것인데 그 이유는 ICT분야에서는 지난 10~20년간 활발한 M&A를 통하여 앞에서 언급한 거대 공룡 ICT 기업이 생겨났고, 이후에는 새로운 스타트업기업이 생기기 어려운 생태계가 되었기 때문이다. 따라서 수없이 보이는 작은 AM분야의 소프트웨어 기업들에게 대단히 흥미를 갖고 참관에 임하게 되었다. 참고로 태성DfAM연구소에서 AM 솔루션 소프트웨어로 사용하는 ANSYS만 하더라도 나스닥에서 시가총액이 한화 25.4조원에 이르며 나스닥100지수에 포함된 거대 기업이다. 이것이 얼마나 대단한지는 현대자동차가 코스피에서 주가총액이 25.7조라는 데서 알 수 있다.

▲ ANSYS는 폼넥스트에서 관람객이 직접 자사의 소프트웨어를 조작해 볼 수 있는 체험존을 구성했다.

신규 적층제조 SW 개발 활발, 적층제조생산 촉진 기여
CAD/CAE 플랫폼 흡수 전망, 솔루션 활용 제품 생산이 유리

흥미를 일으킨 많은 중소기업 중, 대표적인 다섯 개의 기업을 살펴보고자 한다.

첫번째로 Polygonica는 AM Machine 제조업체와 전 세계의 AM 소프트웨어 공급 업체에 API(Application programming interface)세트로 제공하는 회사이다. API 세트로 제공되는 Polygonica의 고유한 부울 엔진은 자동 메쉬 복구 및 오프셋 기능을 제공한다. ANSYS, Space claim, 3D시스템즈, AECOM, 스트라타시스, 레니쇼우(Renishaw), 엔비전텍(EnvisionTEC), 데스크탑 메탈, Zortrax, CADS Additive가 이 API를 자신들의 솔루션에서 사용하고 있다.

두번째로 CADS additive는 적층 가공을 위한 데이터 준비 및 후처리 서비스 및 알고리즘을 개발하는 전문회사로서, 자신들의 소프트웨어를 모듈식 구조로 개발하여, ANSYS나 PTC같은 기존 소프트웨어 플랫폼에 제공하거나 독립적인 소프트웨어 제품을 번들로 제공하고 있었다.

▲ CADS Additive는 적층 가공을 위한 데이터 준비 및 후처리 서비스 및 알고리즘을 선보였다.

세번째로 Dyndrite Corporation은 CAD모델과 STL데이터를 처리 및 조작 할 수 있는 GPU기반 AMT(Additive Manufacturing toolkit)을 ANSYS, 3D시스템즈, EOS, HP 등에 제공하고 있었다.

네번째로, Additive Works다. 많은 독자 분들이 Amphyon이라는 AM공정 Simulation 솔버를 들어봤을 것이다. 2015년 독일 브레멘에서 설립된 회사이다. Amphyon은 Altair, 3D SYSTEMS의 3DXpert 그리고 EOS Print에서 솔버로써 사용되고 있다.

마지막으로 소개하는 nTopolgy는 앞에서 언급한 유럽기업과 다른 미국기업이다. 이 기업은 ‘업계 파트너와 협력하여 고객을 위한 연결된 워크 플로우를 구현하는 것을 목표로 하여, 전략적 파트너와 협력하여 기존 고급 제조 공정의 잠재력을 활용하고 미래의 기술 개발을 위한 개방형 모듈식 프레임 워크를 준비한다’라고 홍보를 하였다. 이 업체는 ANSYS에 Lattice Design 모듈을 공급하고 있으며 GE Additive, EOS, 다쏘, 그리고 지멘스에 자사가 개발한 모듈을 공급하고 있다.

요약하자면, 유럽이나 미국의 중소 소프트웨어 개발업체는 3만5천에 이르는 일반 관람객을 타켓으로 Formnext에 참여했다기 보다는, 약 850개사에 이르는 AM관련 전시 업체에게 자신들이 개발한 모듈을 판매하기 나왔다고 보는 것이 옳을 것이다.

Formnext 2019에서 살펴본 AM시장에서의 소프트웨어 동향은 ‘ICT계 글로벌 중견기업의 적극 통합 솔루션 개발 지속과 특화 기술을 보유한 신규 중소 소프트웨어 개발업체의 모듈 공급’로 정리 할 수 있다. Formnext 2019에서 얻은 정보를 바탕으로 앞으로 DfAM 소프트웨어의 향후 동향을 조심히 예측하면 ‘신뢰성 있는 시뮬레이션 솔버를 자체 보유하고 있으며 중소기업이 개발한 특화 모듈을 효율적으로 수용할 수 있는 CAD/CAE기반 자체 플랫폼을 가진 거대 중견기업이 전세계 AM 소프트웨어 시장을 장악할 것’이라고 할 수 있겠다.

안타깝게도 국내에는 국산 CAD/CAE 플랫폼이 없다. 또한 글로벌적으로 신뢰성을 인정받은 시뮬레이션 솔버도 없다. 그럼에도 위안을 삼자면 전세계적으로 ANSYS가 위치한 미국, 독일, 프랑스를 제외하고 위 조건을 가지고 있는 나라는 없다는 것이다. 한국 주변의 제조업 강국인 일본, 중국도 없다. 진입장벽은 하드웨어 보다도 소프트웨어가 비교도 하지 못할 만큼 높다.

지난 25년간 시뮬레이션을 업으로 삼은 필자의 입장에서 국내 AM 소프트웨어 활용자에게 조언을 하자면, 우리는 자체 소프트웨어를 개발하기 보다는 기존 솔루션을 적극적으로 이용하여 우수한 AM 제품을 만드는 것에 주력하는 것이 현명하다. 물론 AM의 특정 분야에 획기적인 아이디어가 있다면 다른 이야기이다. 시작부터 AM의 글로벌 메이저 기업에게 모듈로 공급을 하는 것을 목표로 하고 Formnext와 같은 행사를 적극적으로 이용하는 것을 추천한다.