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제목 적층제조(3D 프린팅) 진입을 위한 네 가지 팁
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2020/12/29 18:37

적층제조(3D 프린팅) 진입을 위한 네 가지 팁

적층제조 분야 진입을 위한 일관성 있는 전략개발을 위해 밟아야 할 단계들

적층제조(additive manufacturing) 기술이 실행 가능한 생산공정으로 자리잡아 감에 따라 점점 더 많은 기업들이 적층제조의 잠재력을 인식해가고 있다. 그러나 모든 회사가 적층제조 기술을 이용한 생산에 착수할 만한 지식과 경험을 가지고 있는 것은 아니며, 경험이 부족하면 투자 자체가 쉽지 않을 수 있다.

적층제조 기술 채택에 어려움을 극복할 수 있는 한 가지 팁은 여러 가지를 고려해 잘 짜인 계획을 수립하는 것이다. 기업들이 적층제조를 이용한 생산으로 성공을 거둔 사례를 살펴보면, 적층제조 운영 준비를 위해 활용할 수 있는 명확한 패턴이 드러난다. 적층제조에서 성공을 거두기 위한 네 가지 팁은 다음과 같다.

1단계: 목표가 명확한 개발

적층제조의 이점이 여러 가지 있다 해도, 기업은 이 분야에 뛰어들기에 앞서 자신들에게 가장 중요한 이점이 무엇인지 파악하는 것이 중요하다. 산업형 주문 생산 전문기업 Fast Radius에 의하면 명확하고 눈에 띄는 목표를 정해 이를 적층제조에 어떻게 접근할 것인지에 대한 가이드라인으로 삼아야 한다. 또한 이를 성공 여부를 평가하는 기준으로 사용할 수도 있다. 적층제조의 이점은 크게 제품개선(product improvement), 운용 효율성(operational efficiency), 지속가능성(sustainability)의 세 가지 범주로 요약된다.

 

제품 개선

다른 방식의 공정에서는 불가능한 형태의 구현과 생산하는 제품에 대해 이루어지는 직접적인 개선사항으로, 이전에 가능했던 것보다 훨씬 더 효율적인 성형품을 만들어 내는 것이다. 그 밖에도 제품의 프로토타입을 빠른 시간 안에 생산하고 테스트하는 반복설계(iterative design)를 통한 설계의 개선을 보다 용이하게 하는 것, 그리고 맞춤형 부품을 신속하게 생산하는 대량 맞춤생산(mass customization) 등이 이에 포함된다.

 

운영 효율성

적층제조 없이는 불가능하거나 극히 어려웠을 생산 가공의 개선을 가리킨다. 여기에는 소량생산 성형품을 위한 툴링 비용이 필요없다. 그리고 툴링을 제작하는 과정에서도 성형품을 생산해볼 수 있다는 점이 포함된다. 또한, 공급 가능한 부품의 디지털 파일을 저장해 두고 필요시 고객이 언제라도 발주를 진행하도록 할 수 있다는 점도 들 수 있다.

 

지속가능성

적층제조가 자원 투입량을 줄여 주기 때문에 환경에 미치는 제조의 영향을 줄일 수 있음을 말한다. 적층제조는 원료의 낭비뿐만 아니라 사용되는 원료의 양 자체를 줄여준다. 또한 원료의 운송비를 절감시켜 주고, 제품의 행선지에 근접한 곳에서 제품을 생산함으로써 탄소 발자국을 줄일 수 있다.

반복설계 프로세스를 위한 준비도 중요하다. 적층제조를 통한 신속한 프로토타이핑은 제품의 설계 단계와 생산 단계 모두에 걸쳐져 있다고 할 수 있다. Fast Radius에 따르면 프로토타입을 만드는 데 사용하는 기술은 실제 제품을 만드는 데 사용하는 것과 동일하다는 지적이다. 이는 제조방법의 개발을 위한 더 이상의 추가 작업이 필요 없다는 의미다. 또한 프로토타입을 테스트하고 개선하는 능력은 설계와 생산공정을 혼합하는 것으로, 이를 통해 제품개발에 사이클의 개선과 단축이 가능하다.

2단계: 목표 달성에 필요한 기술과 인력

적층제조에 진출하고자 하는 까닭이 분명하고, 무슨 제품을 만들것인지 염두에 두고 있다면, 이제 그 목표 달성에 가장 적합한 기술이 무엇인지 알아내는 것이다. 시중에는 다양한 적층제조 기술이 나와 있고, 새로운 원료도 끊임없이 개발되고 있다. 어떤 것이 자기회사에 가장 적합한지를 확인하는 일은 간단한 작업이 아닐 수도 있다고 Fast Radius는 설명한다.

 이 작업을 시작하는 권장할 만한 방법은 성형품에 요구되는 모든 사항을 검토해 이를 구현할 수 있는 원료들만 추려 최종 후보 리스트를 작성하는 것이다. 그리고 모든 3D 프린터는 특정 원료들만 사용할 수 있다는 것을 염두에 두어야 한다. 즉, 기능적 요구사항에 따라 원하는 성능을 구현할 수 있는 프린팅 기술과 원료 조합의 범위가 좁혀진다는 것이다.

무슨 기술을 사용할지를 결정하고 난 뒤에는 적층제조 공정의 성공적 구현을 위해 모든 관계자들이 시간과 노력을 투자하도록 만드는 것이 중요하다. 그 대상은 사내인력과 외부인력을 결합해야 할 수도 있다. 여기에는 적층제조 전문성을 갖춘 사람뿐만 아니라 설계 및 품질관리 쪽 경험이 풍부한 엔지니어도 포함시켜야 한다.

3단계: 적층 공정을 위한 설계

인력과 기술을 확보했다면, 이제 제품을 설계해야 한다. 적층 가공을 위한 설계는 여러 가지 관련 전문기술 일체가 필요한 반복적 프로세스다. 성형품의 설계, 테스트 및 생산과정은 기존 방식의 제조 보다 서로 겹치는 부분이 훨씬 많으며, 이 점을 고려하는 것이 중요하다. 일반적으로 적층제조 설계 사이클은 가능한 개선 사항은 찾아내고, 성형품에 대한 평가, 해당 설계의 반복, 이라는 세 단계로 진행된다.

첫 번째 단계는 극히 간단하다. 개선이 필요한 영역을 찾는 것이다. 적층제조는 개선을 꾀할 수 있는 여러 가지 옵션을 제공한다. 추가 냉각채널을 만들어주면 이득이 있는지? 강도에 영향을 주지 않으면서도 중량을 줄일 수 있는지? 개선해야 할 영역을 파악한 뒤에는 설계에 대한 평가작업이 필요하다. 성형품 형태를 고려했을 때 지지 구조가 필요한가? 후속 가공이 필요한가? 이 모든 것들이 프린팅에 앞서 필요한 중요 고려사항들이다.

이렇게 함으로써 설계 오류를 예방하고 프로토타이핑 과정을 단축할 수 있다. 일단 이 같은 평가작업이 완료된 후에는 추가 비용절감 방안을 모색할 수 있다. 예를 들어 원료 사용 및 성형품 적층 방향을 최적화함으로써 비용 절감효과를 극대화할 수 있다.

설계 사이클의 마지막 부분은 설계의 반복이다. 적층제조는 성형품의 신속한 테스트, 평가 및 재설계가 가능하다는 것이 장점이다. 몇 달을 공들여 단 하나의 값비싼 금형을 완성하는 대신, 단 몇 시간 또는 며칠 만에 성형품을 프린팅하고 곧바로 테스트할 수 있다. 이를 통해 금형 하나를 제작하는 데 걸리는 것보다 훨씬 짧은 시간 안에 실제 사용환경에서 성형품을 테스트하고 불량을 찾아내 설계를 개선할 수 있다.

4단계: 제조를 인하우스로 할 것인가 아니면 외주로 할 것인가?

적층제조를 활용한 제조 사이클의 마지막 단계는 성형품을 만드는 것이다. 이 단계에서 내려야 할 주요 결정은 제조를 인하우스로 할 것인가 아니면 외주로 할 것인가이다.

Fast Radius는 다양한 적층제조 적용방법 개발을 지원할 수 있는 폭넓은 자원을 보유하고 있다. 여기에는 반복 프로토토이핑 작업부터 Stratasys F900 같은 전면 생산 능력을 갖춘 장비까지 포함된다.

Fast Radius는 이 질문에 대한 해답이 딱 떨어지는 경우는 드물다고 말한다. 자체적으로 적층제조를 통해 제품을 직접 생산하려면 인프라와 인력 양쪽에 큰 투자가 필요하다. 이 투자에는 공장건물, 3D 프린터 및 소프트웨어뿐 아니라, 적층제조 및 후가공 장비를 능숙하게 다룰 수 있는 인력 또한 포함된다.

이런 엄청난 투자 규모에 놀랐다면 적층제조 전문 제조업체에게 외주로 생산을 맡기는 방법도 있다. 미국은 Fast Radius 같이 제품개발과 대량생산에 이르기까지 여러 기업 고객들과의 풍부한 협력 경험을 지닌 곳들이 있다. Fast Radius는 제대로 된 전문 외주업체를 찾는 일은 위에서 언급한 다른 모든 단계 못지 않게 중요하다고 강조한다. 믿을 만한 전문업체라면 완벽하게 반복가능하고, 신뢰성 높은 성형품 제조 경험이 풍부한 엔지니어링 인력을 보유하고 있어야 한다.

Fast Radius는 다양한 산업 분야에서 많은 경험을 쌓아왔으며, 적층제조 관련 컨설팅 및 제조 서비스를 모두 제공하고 있다.

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