소재와 소프트웨어, 프로세스까지 금속 3D 프린팅의 제조 적용 돕는다

지난 6월 27~29일 열린 '인사이드 3D 프린팅' 콘퍼런스에서 쓰리디시스템즈(www.3dsystems.com)는 금속 3D 프린팅의 애플리케이션과 주요 세그먼트에서의 활용 방법, 그리고 실제 제조 분야에 3D 프린팅을 적용하기 위한 과제 등을 소개했다. 쓰리디시스템즈에서 메탈 및 헬스케어 부문을 이끄는 케빈 맥알리아(Kevin P. McAlea) 수석 부사장을 만나, 금속 3D 프린팅 기술을 통한 적층 제조(Additive Manufacturing) 산업의 전망에 대해 들어보았다.

■ 정수진 편집장 sjeong@cadgraphics.co.kr

제조 분야에서 3D 프린팅의 가능성은 무엇인지

3D 프린팅이 기존의 생산 공법을 완전히 대체하지는 않을 것으로 본다. 어떤 부분에서는 기존 공법을 대체하겠지만, 전통적인 생산 기법과 3D 프린팅을 하이브리드로 활용해야 하는 부분도 있다. 기존 제작 방법을 바꾸거나, 또는 표면처리 등의 공정을 3D 프린팅에 맞게 활성화하는 등 다양한 방법을 찾을 수 있을 것이다.

3D 프린팅의 가치는 기존 공법으로 만들지 못하는 새로운 영역을 개척할 수 있다는 점이다. 새로운 형상으로 기능과 효율을 높인 사례는 이미 많이 있다. 항공우주나 기계 등 산업에서는 최적설계 기법인 위상최적화(topology optimization)를 적용해 새로운 형상의 제품을 제작하면서 경량화와 강도를 확보하고 있다. 치과 및 정형 임플란트의 경우 실제 시술에 사용되는 다공성 구조를 설계하고 제작할 수 있다. 이처럼 3D 프린팅 기술을 활용하면 기능과 형상의 융합을 반복하면서 급격한(radical) 창의성을 발휘할 수 있는 애플리케이션이 더욱 많아질 것이다.

한편으로 3D 프린팅을 제조에 적용하기 위해 해결해야 할 과제도 있을 것 같은데

대량생산으로 가려면 제작 속도, 빌드 사이즈, 자동화 등이 해결되어야 한다. 공정 관리를 위해서는 3D 프린팅으로 만들고자 하는 부품과 소재, 공정에 대해 이해해야 하고, 이를 고려한 공정 제어가 필요하다. 공정 제어는 빌드 전략을 수립하고 모니터링할 뿐만 아니라 그 결과를 제조에 피드백하는 것까지 포함한다. 양산을 위한 3D 프린팅 소재는 강도뿐만 아니라 남은 재료의 재사용성도 중요하다.

▲ 쓰리디시스템즈의 금속 3D 프린터 ProX DMP 320

금속 3D 프린팅 분야에 대한 쓰리디시스템즈의 접근 방법을 소개한다면

쓰리디시스템즈는 지난 30여 년간 3D 프린터 분야의 기술과 경험을 쌓으면서 프로토타이핑 영역을 중심으로 많은 성과를 거두어 왔다. 하지만 3D 프린팅은 궁극적으로 대량생산을 위한 제조 솔루션이 되어야 한다는 것이 우리의 시각이다.

3D 프린팅을 양산에 접목하기 위해서는 금속과 플라스틱 모두를 매뉴팩처링 공정 및 현장 애플리케이션에 접목하는 노하우가 필요하다. 특히 제조 솔루션으로 자리잡는데 있어 금속 3D 프린팅은 중요한 기술이기 때문에, 쓰리디시스템즈는 이에 대한 투자를 꾸준히 강화하고 있다.

쓰리디시스템즈는 3D 프린팅 장비와 소재, 소프트웨어까지 포괄적인 포트폴리오를 갖추고 있다. 소재 측면에서는 시장에서 많이 쓰이는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈 합금 등 다양한 재료를 제공하고 있으며, 시장의 요구에 대응하는 기능성 소재에도 관심을 기울이고 있다. 물론 기존 소재와의 호환성도 중요하게 본다.

특히 강조하고 싶은 것은 ‘인하우스 매뉴팩처링’ 서비스로, 이는 특화된 애플리케이션 분야에서 쓰리디시스템즈의 전문 엔지니어들이 고객 사례 기반의 프로젝트를 운영하는 것이다. 고객이 양산하고자 하는 분야에 대해 엔지니어링과 생산 운영을 폭 넓게 진행하는데, 현재 미국과 유럽에서 운영 중이며 앞으로 아시아 지역까지 확장할 계획이다.

금속 3D 프린팅 분야에서 쓰리디시스템즈의 경쟁력은 무엇이라고 보는지

쓰리디시스템즈는 글로벌 톱 레벨의 메탈 프린팅 제조사로, 향후 양산으로 갈 수 있는 방향으로 많은 투자를 진행하고 있다. 티타늄과 같이 환경 반응성이 높아서 빌드가 어려운 리액티브 소재를 효과적으로 다룰 수 있는 노하우를 갖추고 있으며, ‘인하우스 매뉴팩처링’을 통해 3D 프린팅을 제조에 적용하기 위한 엔지니어링 프로세스도 지원한다.

3D 프린팅에서는 프린터의 특성을 이해하고 제조 공정에 반영할 수 있는 소프트웨어도 중요한데, 쓰리디시스템즈는 래피드폼과 씨마트론 등을 인수하면서 소프트웨어 역량을 꾸준히 강화하고 있다. 특히 금속 3D 프린팅 전용 소프트웨어인 ‘3D엑스퍼트(3DXpert)’는 STL뿐 아니라 네이티브 CAD 데이터를 입력하고, 작업 공정에 따라 최적화된 워크플로를 제공한다. 3D 프린터로 빌드할 때 최적의 포지션과 서포트를 생성하고, CAE를 통한 최적화 및 후가공까지 고려할 수 있는 환경을 갖추고 있다.

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