적층제조를 주목해야 하는 이유

적층제조(Additive Manufacturing, AM)는 엔지니어가 제품을 설계, 분석 및 제조하는 방식과 제품 수명주기 전반에 이르기까지 모든 산업군에서 제품 제조 방법을 완전히 변화시킬 가능성을 제시하고 있다. 이번 호에서는 적층제조가 제조산업에 가져 올 수 있는 변화의 사례를 살펴본다.

■ 안드레아 자르(Andreas Saar) | 지멘스 PLM 소프트웨어의 제조 엔지니어링 소프트웨어 담당 부사장으로, 주로 NX 플랫폼에서 애플리케이션 및 솔루션을 개발하는 업무를 맡고 있다. 독일 다름슈타트 공과 대학교(TUD)에서 기계 공학 및 경영학 학위를 받고 28년 이상 제조 소프트웨어 업계에 종사해왔다.

엠마(Emma)라는 이름의 한 소녀는 태어날 때 여느 아이와 같이 정상적으로 태어났다. 하지만 엠마의 첫 생일 즈음에, 그녀의 부모와 의사들은 그녀가 팔을 들어 올릴 힘을 가지고 있지 않다는 것을 알아차렸다. 이 장애는 엠마의 인생에 엄청난 영향을 미쳤다. 그녀는 제대로 물건을 집어 올릴 수 없었고, 정상적인 아이들처럼 먹거나 친구들과 놀 수 없었다.
처음에 의사들은 금속 부품으로 만들어진 기구를 설치해, 엠마가 팔을 들어 올리는 것을 돕기 위해 노력했다. 그러나 그 기구는 너무 무거웠고 엠마의 몸에 잘 맞지 않았다. 다행히 스트라타시스의 엔지니어들이 플라스틱 부품으로 기구를 만드는 것을 지원했다. 그들은 의사들과 협업해 그 기구가 엠마에게 잘 맞을 때까지 최적화했다. 이 기구를 통해 엠마는 처음으로 팔을 편히 움직일 수 있게 되었고, 그녀의 인생을 즐기기 시작했다.
적층제조(additive manufacturing)는 문자 그대로 엠마의 인생을 변화시켰다. 또한 제품이 설계되고 제조되는 방식을 변화시킬 것이다. 이는 설계부터 제조 및 제품 유통에 이르기까지의 제품의 수명주기 전체에 대대적인 변화를 일으킬 것이다. 적층제조는 이 어린 소녀의 삶에 엄청난 영향을 주었으며 제품을 설계, 분석 및 제조하는 엔지니어의 삶을 크게 바꿀 것이다. 이 기술은 제품을 만드는 전통적인 방법을 완전히 뒤바꾸고 있다.
이것이 바로 3D 프린팅으로도 잘 알려진 적층제조가 혁신기술로 분류되는 이유이다. 적층제조는 성능, 제품 무게, 품질 및 유통에 급격한 영향을 미친다. 이것은 업계 전반이 적층제조에 대해 엄청난 관심을 보이는 이유이기도 하다. 단순히 이 기술로 장난감, 개인화된 선물 또는 잔디 깎는 기계의 예비 부품을 인쇄할 수 있게 되었기 때문만이 아니다. 바로 이 기술은 제품 설계, 엔지니어링, 제조, 유통되는 방식에 대변혁을 일으킬 것이기 때문이다. 적층제조가 전체 제품 수명주기에 미치는 영향으로 인해 많은 기업의 CEO와 비즈니스 관리자들은 이에 대한 준비에 고심하고 있다.

이 글에서는 적층제조가 가져온 변화에 대한 이해를 돕기 위해 구체적인 사례를 들어 설명해 보고자 한다. 적층제조를 간략하게 정의한다면 '3D 디지털 설계 데이터를 사용하여 레이어 별로 구성 요소를 구축하고 소재(금속 또는 플라스틱)를 증착하여 전체 부품 또는 제품을 만드는 프로세스'라고 할 수 있을 것이다.

1. 로켓 엔진
먼저 제품의 시장 출시 시간의 혁신을 들 수 있다. 로켓 엔진 원형의 설계 방식은 수십 년 동안 그대로였다. 연소실(combustion chamber)의 제조 과정은 두 가지 공정으로 구성된다. 작은 홈들을 가진 구리 코어는 연소실을 냉각시킴으로써 액체수소를 압축시킨다. 전기 도금이라고 불리는 외부 코팅 공정은 파열을 방지하기 위해 무게를 잘 견디는 강한 합금을 덧씌운다. 연소실의 제조 과정은 복잡하기 때문에 엔지니어가 공정 중에 디자인을 단 한번도 변경하지 않더라도 6개월이 걸릴 수 있다.