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통합검색 "금형"에 대한 통합 검색 내용이 1,787개 있습니다
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[기획]불확실성의 시대, CAE 시장 동향과 전망
과거에는 제품 개발 과정에서 제품의 사양에 기초하여 도면을 작성한 후 시제품을 제작하고, 시제품에 대해서 실험·평가를 하여 그 결과가 만족스럽지 않으면 설계를 변경하여 만족할 때까지 다시 시행오차를 반복하였다. 그러나 CAD로 작성된 모델을 바탕으로 컴퓨터 내에서 실제 제조 프로세스에서 나타나는 현상들을 가상으로 해석하여 최적화된 설계를 지향하는 CAE가 출현하면서 이러한 번거로움은 없어졌다. 그리고 설계 및 부품가공에 있어서 최적설계를 실현해 주는 CAE의 역할은 점점 커지고 있다.   이미지 출처 : 펑션베이(리커다인) CAE의 중요성 확대 컴퓨터를 이용해 설계업무를 효율적으로 수행하게 하는 CAD(Computer Aided Design) 이후에 제품의 초기 설계단계에서부터 설계의 제반 문제점을 컴퓨터상에서 가상으로 시뮬레이션(Virtual Simulation)하는 CAE(Computer Aided Engineering) 과정을 거치게 된다. 이때 CAE는 제조공정상 또는 품질상의 결함이 없는 최적 제품 및 공정을 설계하고, 불필요한 가공요소들을 최소화시켜 원가절감과 생산의 효율성 극대화에 기여한다. CAE가 산업전반에서 많이 활용되기 시작한 것은 1990년대부터다. 시제품을 만들지 않고, 컴퓨터만을 이용하여 제품을 설계하고 검증하는 CAE는 공학적 해석은 물론이고 비용 해석, 제품 계획, 공정 관리 등 제품 개발의 모든 과정과 연계되고 있다. 최근 CAE는 생산제조현장에서 신제품의 개발기간 및 비용 단축뿐 아니라 제품에 대한 고객만족 실현도구로 CAD, CAM 등과 함께 도입⋅운용되는 필수 요소이다. 특히 최근에는 인더스트리 4.0, 스마트 공장에 대한 관심이 늘면서 실제 제품이나 공장을 가상 공간에서 동일하게 구현하고 검토할 수 있는 '디지털 트윈(digital twin)'을 위해 CAE의 중요성이 더욱 커지고 있다.   불확실성 커진 CAE 시장 전망 CAE 시장은 기계가공 및 생산제조분야의 투자 확대로 2015년 전후부터 현재까지 지속적인 성장세를 보여 왔다. 영국의 글로벌 리서치회사 Technavio(테크나비오)가 지난 3월 발행한, ‘세계의 CAE(Computer Aided Engineering) 시장’ 보고서에 따르면 2020년 ~ 2024년 글로벌 CAE 시장은 11%의 연평균 성장률(CAGR)이 예측되며, 2024년에는 42억 7000만 달러에 달할 것으로 전망했다. 하지만 일각에서는 기계분야 CAE는 지속적인 성장으로 이미 시장이 성숙해지고 있어, 2020년 이후부터는 성장률이 서서히 둔화할 것으로 전망하기도 한다. 특히 코로나19 사태로 인한 투자위축과 글로벌 불확실성의 확대로 인해 앞으로의 경기전망은 그리 밝지만은 않다. 그럼에도 불구하고 기계가공 및 3D 프린팅 가공, 금형가공 분야에서 CAD, CAM, CAE 등 제조엔지니어링 소프트웨어의 역할과 중요성이 점점 커지면서 동 시장에 대한 니즈는 당분간 지속될 것이다.   이미지 출처 : MSC소프트웨어   산업 트렌드 해외 주요 CAE 소프트웨어 업체로는 앤시스, 알테어, MSC소프트웨어, ESI 등이 있으며 지멘스 PLM 소프트웨어, 다쏘시스템, PTC, 오토데스크 등 CAD/PLM 업체도 CAE 역량을 강화하고 있다. 제품의 다양한 특성을 가상 환경에서 더욱 정확하게 검토할 수 있는 '멀티피직스(multiphysics) CAE'를 내세우는 이들 글로벌 업체들이 국내 CAE 시장의 90% 이상을 점유하고 있다.  반면 국산 CAE 소프트웨어 업체는 펑션베이, 경원테크, 브이엠테크, 버추얼모션, 마이다스아이티 등이 대표적이지만 대부분 특화된 분야에 집중하고 있는 상황이다. 최근 클라우드 환경의 소프트웨어 개발이 가속화되면서 CAE 등의 소프트웨어도 전문지식 없이도 사용이 쉬운 사용자환경(UI)을 제공되고 있다. 이로 인해 CAE 개발 트렌드도 다수의 사용자가 해석 소프트웨어를 활용할 수 있도록 하는 '대중화(democratization)' 및 AR/VR/IoT 등 기술과의 접목, 제품·공정 맞춤형으로 개발되는 ‘맞춤형 CAE 소프트웨어’ 등으로 변화하고 있다. 이러한 환경 변화와 함께 CAE 벤더의 비즈니스 모델 역시 영구 라이선스에서 서브스크립션으로 전환되고 있다. 한편으로 고가의 해석 소프트웨어 비용 부담을 덜 수 있는 ‘오픈소스 CAE 소프트웨어’도 꾸준히 관심을 받고 있다.   이미지 출처 : 엘머로 해보는 오픈소스 엔지니어링 (캐드앤그래픽스 기고, 김동호)   앞으로 관련업계는 클라우드 컴퓨팅을 기본으로 한 플랫폼으로 전환과 함께 이에 따른 SaaS(Software-as-a-Service, 서비스로서의 소프트웨어) 등 새로운 비즈니스 모델에 대한 대응이 요구되고 있다. 디지털 제조혁신 과정에서 최적설계에 대한 니즈가 더욱 커지는 만큼, CAE 등의 제조엔지니어링 소프트웨어는 시제품 제작이나 개인 제조업 등의 분야에서 점차 영향력을 넓혀 갈 것으로 기대된다. 이성숙 lss@cadgraphics.co.kr
작성일 : 2020-07-07
뿌리산업 스마트화를 위한 뿌리4.0 경쟁력강화 종합계획 발표
산업통상자원부가 지난 7월 2일, 10년 만에 뿌리산업 범위를 전면 개편하는 ‘뿌리4.0 경쟁력강화 종합계획’을 발표했다. 정세균 총리 주재로 열린 국정현안점검조정회의에서 발표된 이 종합계획에는 뿌리산업을 소재 범위 6개로 늘리고 기술 분야도 14개로 확대하는 내용과 뿌리산업의 고부가가치 첨단산업화를 위한 지원체계가 담겨있다. 정부는 소재‧부품‧장비 경쟁력 강화를 위하여 뿌리기술의 범위를 기존 금속소재 중심의 6대 공정기술(주조, 금형, 소성가공, 용접, 열처리, 표면처리)에서 벗어나, 소재 범위는 플라스틱, 고무, 세라믹 등 6개로 늘리고, 뿌리기술은 정밀가공, 3차원 인쇄, 로봇 등 14개로 확대하고, 뿌리산업의 경쟁력 제고를 범정부적으로 지원키로 했다. 이는 뿌리산업 진흥법을 2011년에 제정한 이후, 뿌리기술 범위를 10년만에 전면개편 하는 것이다.   소재 범위 6개로 늘리고 기술 분야도 14개로 확대된 뿌리산업 출처 : 산업통상자원부 뿌리산업 마스트플랜 중 관계부처 합동으로 마련한 이번 대책은 「뿌리산업법」 제정(’11.7월) 이후 추진된 지난 10년간 뿌리산업 진흥정책의 성과를 점검하고, 4차 산업혁명, 세계적 공급망 재편 등 급변하고 있는 산업환경 변화를 반영하여 새로운 뿌리산업 지원체계를 마련하는 것이다. 뿌리기술은 부품·장비를 제조하는 과정에서 소재를 가공하는 기술로 소재․부품․장비와 불가분의 관계에 있으나 현재는 금속 소재를 활용한 주조, 금형 등 6대 공정기술만을 의미한다. 정부는 지난 10년간 뿌리기술 전문기업 지정(1,076개), 특화단지 지정제도(33개), 지역뿌리센터 설치(10개) 등 뿌리산업지원을 위해 약 4,736억원 재정을 투입했으나, 대부분 기업이 영세하여 미래수요와 기술요구에 맞는 기술혁신 역량이 부족하고, 외부변화 취약으로 매출 변동폭도 큰 것으로 나타났다. 여기에 더해 해외 이전과 폐업이 증가하며 국내 공급망 안정성에 위기가 초래되고 있고, 노동집약적 저부가가치 구조로 성장이 정체되고 있다. 이에 정부는 신소재 등장, 경량화 추세 등 4차 산업혁명에 대응하기 위해 다양한 공정기술을 확보하여 뿌리산업 경쟁력을 강화하고, 미중 무역분쟁, 코로나 19 등 세계적 공급망 재편과정에서 주력산업의 부품공급 기반산업인 뿌리산업의 공급망 안정화 기능을 확대하기 위한 대책마련에 들어갔다. 특히 뿌리산업이 노동집약적, 저(低)부가형 산업구조에서 탈피하여 미래형 구조로 전환할 수 있도록 뿌리 4.0 경쟁력강화 종합계획을 마련하게 되었다. 이번 대책은 ‘당면애로 단기 대응’, ‘뿌리산업 개편’, ‘공급망 안정화’, ‘고부가 첨단산업화’ 등 4개 분야를 중심으로 구성된다. 성윤모 산업통상자원부 장관은 “뿌리기술의 경쟁력 강화는 결국 우리의 소재‧부품‧장비 대응역량 확대로 이어져 세계 공급망 경쟁에서 우위를 가져다 줄 것으로 기대한다”며, “독일 등 선진국처럼 뿌리산업을 고부가가치 산업군으로 만들어 지속 성장하는 산업으로 만들어 나가는 것이 목표”라고 밝혔다.
작성일 : 2020-07-03
[포커스] 글로벌 환경 변화에 대응하는 제품 개발 및 제조의 패러다임 전환
‘코리아 그래픽스 2020’이 지난 6월 10~11일 진행되었다. 올해 코리아 그래픽스는 온라인 콘퍼런스로 진행되었으며, 이틀간 다양한 시각화 및 컴퓨터 그래픽스 기술 동향과 사례가 소개되었다. ■ 정수진 편집장   같이 보기: [포커스] 제조와 건축 혁신을 이끄는 3D 기술의 모든 것, ‘코리아 그래픽스 2020’에서 선보이다 같이 보기: [포커스] 건축/건설 설계와 시각화의 새로운 흐름을 짚다   6월 10일 ‘엔지니어링 디자인&테크’ 트랙에서는 ▲명지대학교 박정호 교수의 ‘4차 산업혁명시대 디자인 산업 생태계 변화’ 기조연설을 시작으로 ▲한국레노버 안호찬 차장의 ‘변화화고 있는 업무환경에 최적화된 레노버 워크스테이션’ ▲코드쓰리 최성권 이사의 ‘적층제조특화설계 적용 자동차디자인 국제 동향’ ▲오토데스크 송문배 상무의 ‘뉴노멀 시대에 제조 혁신을 주도할 인공지능 기반 설계 솔루션’ ▲HP코리아 이동근 매니저의 ‘언택트 시대, 여러분의 프린터는 안전하십니까?’ ▲에픽게임즈 코리아 신광섭 부장의 ‘언리얼 엔진을 통한 제조 산업의 디지털 트랜스포메이션’ 등의 발표가 진행되었다.   경제·산업의 변화 흐름은 위기이자 기회 4차 산업혁명은 디자인 산업도 벗어날 수 없는 거대한 흐름이 되었다. 여기에 코로나19의 전세계 확산이 겹치면서, 디자인 산업을 포함해 디자인이 적용되는 모든 산업분야에 이전보다 더욱 큰 변화를 맞고 있다. 명지대학교 박정호 교수는 “국내외 경제 상황과 디자인 산업의 변화는 코로나19 상황이 끝나더라도 이전으로 돌아가기 어려울 것”이라면서, 비대면(또는 언택트) 환경의 활성화, 고용 구조 및 인재상의 변화, 무역 갈등 심화 등이 큰 영향을 줄 것이라고 전망했다. 한편으로 그는 “위기는 또 다른 측면에서 기회일 수도 있다. 회사가 아닌 개인의 역량에 따라 급여가 결정되는 구조가 만들어지고, 초연결사회가 되면서 전세계에 있는 어떤 기업과도 연결되어 일을 할 수 있는 환경이 자리잡을 것”이라고 전망했다.   ▲ 명지대학교 박정호 교수   새로운 업무 환경과 IT 운영이 필요 글로벌 기업은 잠재 고객이 전세계에 퍼져 있고, 회사 조직도 각지에 분산되어 있다. 기업 운영의 물리적 경계가 사라지는 것이다. 이런 상황에서 업무공간은 더 이상 사각형의 구석진 사무실에 머물지 않고, 직원의 경험과 생산성을 발휘할 수 있는 거의 모든 공간으로 확장된다.  한편 밀레니얼세대와 Z세대는 2025년까지 전세계 직장인의 75%를 차지할 것으로 전망되는데, 이들 세대는 업무 환경에 대해 이전과 다른 기대치를 갖고 있다. 이들의 업무 스타일을 이해하고 우수한 신규인력을 끌어들일 수 있는 업무 환경의 필요성이 커지고 있다. 한국레노버 안호찬 차장은 “근로자의 경험과 기업의 생산성을 높이기 위한 IT 운영을 적극 모색해야 한다”면서, 업무 효율과 보안을 강화하고 신기술을 활용할 수 있는 레노버의 워크스테이션 제품군을 소개했다. 레노버는 데스크톱과 모바일 및 랙 타입 워크스테이션에 걸쳐 다양한 수요에 대응할 수 있는 폼팩터 라인업을 제공하고 있으며, 제품 개발과 제조, 시각화 등 엔지니어링 작업을 위한 소프트웨어의 ISV 인증을 받았다.   ▲ 한국레노버 안호찬 차장   적층제조와 DfAM, 새로운 제조 플랫폼 만든다 새로운 제조기술이 등장하면서 전통적인 제조 시스템과 차별화되는 ‘정보화 제조’가 확산되고 있다. 디지털 데이터에서 출발해 상품과 유통까지 이어지는 정보화 제조는 금형이 없이도 생산이 가능하고, 다품종 소량생산이나 맞춤형 비즈니스를 구현하는데, 이를 위한 대표적인 기술이 바로 적층제조(Additive Manufacturing)이다. 지난 30여 년에 걸쳐 발전한 3D 프린팅은 최근 적층제조라는 이름을 통해 생산기술로서 주목을 받고 있다. 맥킨지(McKinsey)는 3D 프린팅 기술이 전세계에 가져다 줄 경제효과가 2025년까지 최대 5500억 달러에 이를 것으로 전망했다. 3D 프린팅 기술은 자동차 산업에도 많은 부분에 적용되어 기회를 창출할 것으로 보인다. 특히 시제품이 아닌 최종 부품 생산에 적용되는 적층제조의 비중이 늘어날 전망이다. 코드쓰리 최성권 이사는 “적층제조를 위해 디자인과 설계의 패러다임도 바뀌어야 한다. 적층제조를 위한 설계(DfAM: Design for Additive Manufacturing)가 더욱 활성화되고, 이러한 흐름은 분산형 생산이나 IoT와 연계한 스마트 공장으로 이어져 새로운 제조 플랫폼 비즈니스를 만들 것”이라고 전망했다.   ▲ 코드쓰리 최성권 이사   뉴 노멀 시대에 맞는 제품 개발과 제조 기술 코로나19 이전과 다른 모습으로 사회가 변화할 것이라는 ‘뉴 노멀(new normal)’에 대한 전망과 우려가 존재한다. 이러한 흐름은 제조, 건축 등 산업분야도 예외가 아니며, 글로벌 가치사슬(value chain)이 무너지고 개발 협업이 어려워지면서 기업 운영의 새로운 방식을 요구하고 있다.  오토데스크 송문배 상무는 “재택근무 환경에서 업무의 연속성을 유지하고, 기업 내외부 협업을 유지하며, 예측하지 못한 환경 변화에 빠르게 대응하기 위해서 클라우드 환경, 업무 프로세스의 통합, 인공지능(AI) 기반 설계가 필요하다”고 짚었다. 오토데스크는 설계-검증-제조-시각화까지 전체 프로세스를 커버하는 클라우드 기반의 싱글 플랫폼을 내세우고 있다. 이 플랫폼은 개념설계, 상세설계, 설계 검증, 제조/가공/측정까지 통합된 데이터 관리를 제공한다. BIM과 제조 데이터의 통합 관리로 건축/건설과 긴밀하게 연계되어 업무 효율을 높이는 것도 특징이다. 이와 함께 오토데스크가 내세우는 제너레이티브 디자인(generative design)은 AI 기반의 설계기술로서, 초기 모델링이나 설계 공간이 필요 없이 주요한 설계 조건에 기반해 최적의 디자인을 자동 생성한다.   ▲ 오토데스크 송문배 상무   네트워크 보안, 프린터도 예외가 아니다 비대면, 원격업무가 확대되면서 인터넷 네트워크의 보안에 대한 이슈도 늘고 있는데, 많은 사람들이 놓치기 쉬운 보안 약점이 바로 프린터이다. 프린터는 디지털 데이터를 종이라는 물리 매체에 캡처하는 디바이스로 여전히 중요하게 쓰이고 있다. 최근 많은 프린터가 유무선 네트워크에 연결되고 있지만, 방화벽이나 보안 설정이 충분치 않은 프린터가 네트워크 해킹의 출발점이 되는 경우가 늘어났다.  HP코리아의 이동근 매니저는 “출력 작업을 위해 자체적인 프로세서와 BIOS, 저장장치를 갖춘 프린터는 또 하나의 PC라고 봐도 좋을 정도이지만, 프린터 보안에 대한 인식은 상대적으로 낮은 것이 현실”이라면서, 프린터 보안을 더욱 중요하게 고려해야 한다고 전했다. HP는 보안 부팅과 역할 기반 액세스 제어 등을 통한 프린터 장비 보안, 자체 암호화된 HDD와 커뮤니케이션 등 데이터 보안, 보안 프린팅 및 PIN 프린팅과 같은 문서 보안 기술을 제공한다. 또한, 통합 보안 관리 솔루션을 통해 보안 위험을 평가하고 보안 정책을 강화하는 시간 및 비용을 절감할 수 있도록 지원한다.   ▲ HP코리아 이동근 매니저   리얼타임 3D가 가져 온 제품 개발 혁신 에픽게임즈의 언리얼 엔진은 게임과 영화, 방송, 광고뿐 아니라 건축, 자동차, 제조 등 다양한 분야를 위한 ‘리얼타임 3D 창작 플랫폼’을 지향하고 있다. 에픽게임즈 코리아 신광섭 부장은 https://youtu.be/MkJJyzXv8X0 “언리얼 엔진의 리얼타임 3D 기술은 많은 시간과 비용이 드는 물리적 디자인 및 개발 방식을 바꾸면서 디지털 트랜스포메이션을 구현한다”면서 “맥라렌, BMW, 다임러, 보잉, 아우디 등에서 3D 시각화 및 온라인 협업, VR을 도입해 제품 개발을 혁신하고 있다”고 소개했다. 리얼타임 3D 기술은 제품을 만들기 전에 디자인 오류를 줄이고, 몰입형 기술로 제품 디자인을 체험할 수 있게 한다. 또한, 실제 프로토타입이나 목업 제작을 줄이고 전체 개발 프로세스의 시간을 줄일 수 있다는 점에서 제조산업의 관심이 높다.  신광섭 부장은 “언리얼 엔진은 기존의 제품 개발 파이프라인에 매끄럽게 통합되고, 하나의 애셋을 다양하게 활용할 수 있는 환경을 제공한다. 몰입감 있는 VR/AR 지원과 함께 다양한 디바이스에서 실시간 3D를 구현할 수 있게 하는 것도 특징”이라고 설명했다.   ▲ 에픽게임즈 코리아 신광섭 부장
작성일 : 2020-07-01
부품제조 혁신에 기여하는 적층제조 특화 설계 기술 ‘DfAM’
3D 프린팅 관련 산업생태계가 장비와 소재에서 벗어나 ‘서비스’ 중심으로 전환되면서 소프트웨어와 관련 응용기술들도 발전하고 있다. 이중에서도 모델링 및 해석을 위한 3D 프린팅 관련 소프트웨어는 제조업 혁신 트렌드에 맞춰 큰 관심을 받고 있다. 특히 적층제조 특화 설계(Design For Additive Manufacturing 이하 DfAM)는 ‘제조업 혁신 패러다임 변화’를 주도할 주요기술로 주목받고 있다.   DfAM이란? 3D 프린팅 기술에 기반한 적층제조(AM, Additive Manufacturing)의 역사는 30년에 불과하다.  기존의 생산제조와는 다른 방식으로 제품을 가공하는 3D 프린팅에서 설계 디자인의 중요성은 더욱 커질 수 밖에 없다. 소재, 장비, 공정, 후처리, 인증·평가 등과 함께 3D 프린팅 제조의 6대 핵심기술로 꼽히는 ‘설계’를 최적화하기 위해 필요한 기술이 바로 ‘적층제조 특화 설계(DfAM)’이다. 시뮬레이션 기반 설계/공정 최적화를 실현할 DfAM 기술 개발 움직임은 세계적으로 이뤄지고 있으며, 특히 미국에서 활발하게 일어나고 있다. 대표적으로는 세계적인 3D 프린터 제조사인 3D 시스템즈(3D Systems), 스트라타시스(Stratasys) 등이 DfAM 기술과 연계한 설계 기술과의 확장/연장에 적극적으로 참여하면서 시장을 리드하고 있다. 미국 다음으로 활발한 나라는 독일을 비롯한 유럽 국가들이다.   이미지 출처 : 3D시스템즈   디지털 디자인 기술의 변화 DfAM은 기존의 기계가공이나 금형으로는 가공이 어려웠던 복잡한 형상의 가공물을 가공할 수 있게 해 준다는 점에서 혁신적인 설계기법으로 인정받고 있다. 코드쓰리 최성권 기술이사는 ‘DfAM’을 주물이나 금형같이 절삭 가공이 아니라 적층을 해서 만드는 새로운 제조 패러다임이라고 소개하며, “새로운 제조 패러다임에 맞는 소프트웨어나 도구가 방법적으로 연구되는데 소프트웨어들이 발전해서 인공지능이나 클라우드 기반으로 소프트웨어를 제공하고 제너레이티브 모델링(Generative modeling)을 통해서 적층구조에 맞는 형상을 만들고 파트를 통합해서 경량화를 하고 비용을 줄이고 생산성을 높이는 것들이 가능하다”고 설명한다. 또 최 이사는 “업계에서는 DfAM 설계를 이제 시작 단계로 보고 있다”며 “그러나 타이타늄과 카본, 알루미늄 소재를 이용해 3D프린팅으로 차체 전체를 만들 수 있는 것처럼 미래의 제조방법은 끊임없이 생겨나고 있으며, DfAM 역시 새로운 하나의 영역이 생겨날 것으로 예상되기 때문에 이에 대비해야 한다”고 말한다.     적층해석(시뮬레이션) 소프트웨어 동향 최근 글로벌 소프트웨어 업계를 중심으로 3D프린팅 혁신설계 기술인 DfAM에 필요한 적층해석 시뮬레이션 소프트웨어의 출시가 가속화되고 있다. MSC 소프트웨어의 ‘시뮤팩트(Simufact)’, 오토데스크의 ‘넬팹(Netfabb)’, 알테어(Altair)의 ‘앰피온(Amphyon)’, 앤시스(Ansys)의 ‘앤시스 애디티브 스위트(Ansys Additive Suite)’ 등이 대표적인 사례이며, 이 외에도 많은 글로벌 기업들이 적층해석 소프트웨어를 출시했다. 국내에서는 수요시장은 증가하고 있으나 소프트웨어 자체 개발 비중은 크지 않으며, 아직까지는 외산 소프트웨어의 의존도가 높은 편이다. 아직까지 국내 3D프린팅 산업은 초기 진입단계로, 관련기업 역시 대표 등 전문인력 1~2명이 전문성과 경험을 보유하고 기술서비스를 제공하고 있는 경우가 대부분이다. 특히 관련 중소기업의 약 50%가 전문 인력 양성에 어려움을 호소하고 있어 3D프린팅의 응용기술 분야인 DfAM 기술경쟁력까지 확보하기에는 더 많은 시간이 소요될 것으로 예상된다.   이미지 출처 : MSC.Softwre   DfAM 경쟁력 확보를 위한 움직임 고강도 경량 우주항공 산업부품, 자동차 및 선박 부품 제조에서 DfAM의 역할은 갈수록 커지고 있다. 세계 각국의 3D 프린터 제작사 및 솔루션 제공업체들이 DfAM 및 응용기술 개발에 집중하고 있는 이유도 여기에 있다. DfAM의 가장 큰 경쟁력은 최적화된 설계를 통해 접합 부위가 없고, 후처리 공정이 불필요하다 보니 원재료의 강성을 그대로 유지할 수 있다. 무엇보다도 최적화된 설계기법으로 소재사용을 최소화할 수 있어서 부품의 경량화 또한 실현할 수 있다는 점이다. 이에 정부는 3D 프린팅 설계 최적화 기술인 DfAM을 기반으로 스마트제조 기술을 개발하기 위한 다양한 기술개발 과제를 지원하고 있다. 이중에서도 산업통상자원부는 최근 ‘3D 프린팅 특화 설계(DfAM) 기반 스마트제조기술개발’ 과제 수행을 위한 업계 선정을 완료하고, 자동차·국방·정밀화학·항공우주·전기전자 등 주력산업 경쟁력 향상에 필요한 부품을 DfAM을 통해 제작할 수 있는 기술 기반 구축에 나섰다. 산업주의 DfAM 기반 스마트제조기술개발 과제는 중소·중견기업을 전자시스템 전문기업으로 육성하기 위한 ‘2020년도 전자시스템전문기술개발사업’의 일환으로 추진됐으며, 이 사업의 목표는 DfAM 6대 기술(표면 미세구조, 다공/경량구조, 일체화, 위상 최적화, 내부구조물, 다중재료 복합적층 등) 확보 및 5대 주력산업과의 융합을 통한 제조산업 경쟁력 제고이다.   이미지 출처 : 한국적층제조사용자협회 3D 프린팅 제트엔진 드론 상용화 설명회   4차 산업혁명이라는 거대 트렌드 속에서 3D 프린팅 제조영역이 확대되고 있는 요즘, 설계최적화를 통해 복잡한 구조의 가공물의 고강성과 경량화를 확보할 수 있는 DfAM 기술은 최적생산, 제조혁신이라는 난제를 해결할 수 있는 중요한 요소기술로 부각되고 있어 앞으로의 기술진화가 더욱 기대되는 분야라 할 수 있다.  
작성일 : 2020-06-26
금속 적층제조 기술의 새로운 물결: 금속 적층제조 방식의 원리와 장단점 비교
금속 적층제조 기술은 대부분 금속 분말을 아토마이저 방식 등으로 급랭하여 구형화된 분말을 대부분 사용한다. Powder Bed Fusion(PBF)과 Directed Energy Deposition(DED) 방식이 대표적으로 널리 사용되며, 박판 기반형은 산업에서 활용도가 매우 낮다. PBF 방식은 금속 장비 중 판매 비율이 90% 이상 차지하고 있는데, 이는 부품의 복잡한 형상 구현이 가능하고 경량화하기에 유리한 방식이기 때문이다. 그러나 최근 합금화된 금속 와이어를 사용하거나(w-DED) 수지와 금속 분말을 혼합하여 필라멘트를 기본 소재로 하는 Material Extrusion(ME) 방식, 그리고 금속 분말을 일정한 두께로 도포하여 바인더를 선택적으로 뿌리는 방식인 바인더 제팅(Binder Jetting) 방식 등이 여러 회사에서 개발되어 시판 또는 출시를 앞두고 있다.   PBF 외 금속 적층의 새로운 트렌드 금속 적층 장비는 레이저, 전자 빔(Electron Beam), 플라즈마 등의 에너지를 사용하여 금속 분말 또는 금속 와이어를 직접 용융시켜 3차원 형상을 제작한다. PBF 방식은 복잡한 형상의 구현이 가능하여 우주항공, 메디컬, 자동차 부품 등에 다양하게 사용되고 있다. PBF 방식은 분말 공급 장치에서 일정한 면적을 가지는 분말 베드에 수십 ㎛의 분말층을 깔고, 레이저 또는 전자빔을 설계 도면에 따라 선택적으로 조사한 후, 한 층씩 용융시켜 쌓아 올라가는 방식이다. PBF 방식은 SLS(Selected Laser Sintering) 또는 SLM(Selected Laser Melting), DMLS(Direct Metal Laser Sintering) 등의 용어도 혼용되고 있으나 그 원리는 동일하다. DED 방식은 금속 분말을 주로 이용하나 최근 와이어를 사용하는 방식도 보급되고 있다.    와이어를 활용하는 DED 기술 DED 기술은 kW급의 집속된 열 에너지를 사용하여 소재의 용해 및 응고 과정을 통해 3차원 형상을 구현하는 적층기술이다. 즉 레이저빔과 같은 고에너지원의 조사(照射)에 의해 모재 표면에 형성된 용융풀(melt pool)에 외부로부터 분말 소재를 공급하여 급속용융과 응고과정을 거쳐 모재 표면에 새로운 층을 만들고, 이 층을 CAD 데이터로부터 산출된 공구 경로에 따라 반복적으로 적층하여 조형하는 기술이다.  와이어를 이용하는 w-DED 기술은 용접의 원리와 같이 와이어를 용융시켜 용융풀을 형성한 후 기계 가공으로 마무리하는 방법이다. 와이어를 사용하는 경우는 시간당 적층 속도가 대단히 빨라 독일, 미국 등에서 다양한 장비와 제품들이 시도되고 있다. PBF에 비교하여 형상 자유도가 떨어지는 단점이 있지만, 소재 가격도 분말에 대비하여 저렴하고 절삭가공에 비해 저비용으로 부품 생산이 가능하여 방산부품이나 우주항공 분야에서 성공사례가 잇따라 보고되고 있다. DED 기술의 최대 장점은 금속 제품의 조직이 치밀하여 강도 및 연신율 등 기계적 물성이 매우 우수하다. 그러나 복잡한 오버행(over-hang) 구조는 불가능하며, 내부의 중공화가 부분적으로 가능하여 경량화와 구조강성 향상을 위한 적층제조의 장점을 극대화하기는 어려운 단점이 있다.   그림 1. w-DED 방식으로 제작된 하우징. 형상 자유도에는 한계가 있으나 소재 가격이 저렴하고 적층속도가 빠르다.(Formnext 2019의 Gefertec 부스)   Binder Jetting 최근 금속 분말에 바인더를 선택적으로 분사하여 부품을 제조하는 BJ(Binder Jetting) 방식이 선보이고 있다. 이 기술은 엑스원(ExOne), 데스크톱 메탈(Desktop Metal), 엑스젯(Xjet), GE 애디티브(GE Additive) 등 무려 58개사에서 개발 중에 있다. 최근 플라스틱 장비의 대표주자인 HP와 스트라타시스(Stratasys)에서도 개발을 마무리하고 시판 예정으로 있어, 금속 장비 시장의 변화가 예상되고 있다. 이러한 BJ 방식은 전통적인 MIM(Metal Injection Molding: 금속사출성형)과 유사한 형태지만 금형이 필요 없다. MIM의 기본 원리는 바인더와 금속 분말 혼합물을 금형에 주입하여 탈지 후 소결하는 과정을 거친다. 이에 반해 BJ는 5~20㎛ 정도의 분말을 베드에 도포하고 노즐에서 액상 바인더를 레이어마다 선택적으로 분사한 후에 각 레이어마다 열을 이용하거나 별도의 오븐에서 경화한다. 성형 단계 이후에는 MIM과 마찬가지로 탈지(debinding)와 소결(sintering) 과정을 거쳐 최종 부품이 형성된다.  이 공정으로 적용될 수 있는 부품은 생산개수가 많은 소형 제품에 적용될 가능성이 매우 높아 전통적인 분말야금이나 MIM을 대체할 가능성이 높다. 그러나 소형 부품이 아닌 경우 탈지 과정에서 내부기공이 다수 존재하며, 고온/고압 등의 극한 환경에 적용되는 부품의 경우 기계적 강도값이 낮아 엔지니어링 부품에는 많은 한계가 있을 것으로 보인다.  PBF와 같이 금속 분말의 형상과 크기에 민감하지 않고, 고가의 레이저 소스가 필요 없어 장비 가격이 저렴하고, 부품 개당 제조 시간이 단축되어 대량 생산시 양산 가능성은 대단히 높을 것으로 보인다.   그림 2. Metal Injection Molding의 공정. BJ 기술을 활용하면 금속 분말에 선택적으로 바인더를 분사하여 금형 없이 대량생산이 가능해진다.   그림 3. BJ 방식으로 제작된 부품. 한 개의 베드에서 수십 개의 부품 제작이 가능하다.(Formnext 2019의 HP 부스)   Material Extrusion 이 방식은 ABS나 PLA 필라멘트를 사용하는 FDM 방식과 원리는 동일하다. 재료는 금속과 수지의 혼합물을 사용하는 MIM 방식과 유사하며, 통상 20%의 열가소성수지와 80%의 금속 분말을 혼합하여 압출 방식으로 제조된다.  이 방식은 데스크톱 메탈과 마크포지드(Markforged) 등에서 개발한 바 있으며 소재 형태나 적층 방식에는 약간의 차이가 있다. 수지와 혼합된 금속 필라멘트 또는 6mm 봉재는 적층시 필라멘트에 연성을 부여하기 위해 별도의 예열이 필요하고, 서포트를 위해서 세라믹 재료를 동시에 압출하기도 한다. 적층이 완료되면 탈지와 소결 과정을 거쳐 최종 제품이 완성된다. 소재 가격이 다소 고가인 것이 단점이나, 장비 구조가 단순하고 서포트 절단 과정이 쉽다. 기존 PBF에서 적층하기 힘든 자성소재나 구리 등과 같은 고열전도율 소재의 부품 개발이 보다 쉬울 것으로 여겨진다. 이 방식은 BJ와 마찬가지로 소결 과정에서 수축에 따른 기공 및 형상 정밀도에는 문제가 있으나 기능성 시제품, 지그&픽스처, 소형 금형 제작에는 활용될 가능성이 매우 높다.   맺음말 전세계 장비 판매량은 비교적 정밀하고 형상 자유도 구현에 유리한 PBF 방식이 월등히 많다. PBF 방식의 경우 우주항공 분야 및 의료, 산업용 부품에 널리 사용되고 있으나, 장비 및 분말 가격이 다소 높고 적층 속도가 낮아 산업화의 걸림돌이 되고 있다. 와이어를 사용하는 경우  PBF 분말 소재 가격의 절반 수준으로 방산 부품이나 중대형 산업용 부품에 활용될 가능성이 높다.  BJ와 ME의 경우 대형 제품을 제작하기에는 탈지와 소결 공정에서 수축이 일어나고 내부 기공이 문제가 되나, 강도가 중요시되지 않는 각종 지그나 자동차 부품 제작에는 대단히 유리할 것으로 보인다. 따라서 장비의 선택은 각 장비의 장단점과 대상 부품을 선정하여 신중하게 고려해야 것이다. 우리나라 기업과 정부가 3D 프린팅 산업이 본격적으로 뛰어든 것은 불과 6년 남짓한 짧은 역사를 가지고 있다. 많은 전문가들이 적층제조 산업은 기술 출현기를 넘어서 대량생산을 위한 전환기에 있으며, 10년 내 3D 프린팅 기술로 만든 제품이 광범위한 부품에 적용되는 ‘안정기’가 도래할 것으로 예상하고 있다. 우리나라가 선진국과 기술격차가 크다고 하지만 아직 선점되지 않은 많은 분야가 존재한다. 기술 선점이 가능한 유망 기술 분야에 정부의 정책 노력과 더불어 기업의 역량이 집중된다면, 3D 프린팅 산업의 저성장을 넘어 한국이 3D 프린팅 강국으로 올라설 날도 멀지 않을 것이라 기대해 본다.     강민철 3D프린팅연구조합 상임이사     캐드앤그래픽스 2020년 6월호 특집기사에서 적층제조 트렌드와 기술에 대한 더 많은 내용을 볼 수 있습니다.
작성일 : 2020-06-08
[기획] 소비자 맞춤형 다품종 소량생산 구현할 ‘3D 프린팅’
3차원 그래픽 설계데이터를 기반으로 플라스틱이나 금속 등 특정 물질을 쌓아올려 입체형상을 만들어 내는 기술을 3D 프린팅(3D printing)이라고 한다. 3D 프린팅은 적층제조(Additive Manufacturing, AM), 쾌속조형(Rapid Prototyping, RP)으로도 불리며, 금형(Mold)이나 절삭(Cutting)과 같은 가공방식과 반대되는 개념이다. 특히 3D 프린팅은 별도의 금형이 요구되지 않으며, 설계 도면대로 제품을 생산할 수 있다는 점에서 기존의 생산제조기술로 불가능했던 복잡한 형상물이나, 다품종 소량생산을 가능케 해 4차 산업혁명 촉진기술로도 손꼽힌다.   ▲ 이미지 제공  : KTC   산업 트렌드 3D 프린팅 기술의 핵심장비인 3D 프린터는 1984년에 개발되었다. 이처럼 오래된 제조방식이 최근 몇 년 사이에 다시 부상하고 있는 가장 큰 이유는 바로 ‘4차 산업혁명’의 물결 때문이다. 특히 최근 몇 년 사이 3D 프린팅 관련 장비 및 소재의 기술이 빠르게 연구·개발되면서 장비 및 소재의 가격 문제, 3D 프린팅 속도, 제한된 크기, 활용 범위 한계 등의 단점 또한 해결되고 되어 왔다. 3D프린팅은 전방 및 후방 모두에 산업파급효과가 큰 산업으로, 아직까지는 대기업 및 중견 제조기업 생산라인을 중심으로 적용되고 있지만 기계부품 가공, 의료산업에서의 활용성이 확대되고 있는 추세다. 특히 최근들어 IIoT(산업사물인터넷), 빅데이터, 인공지능 등을 통한 제조업의 디지털화, 스마트 팩토리 확산 등으로 인해, 소비자 맞춤형 다품종 소량생산에 대한 아이디어를 신속히 구현할 수 있는 3D 프린팅이 부각되고 있다.   표 1. 3D 적층제조 시스템 분야 산업구조 후방산업 금속 3D 적층· 절삭장치 전방산업 소재, 공구, 프린터, 스캐너 SW, 소재, 장비, 서비스 자동차, 조선, 우주항공, 소재, 신재생에너지, IT·가전제품, 의료장비, 교육 등   활성화의 과제와 주요 기업 현재 3D 프린팅 산업계는 3D 프린팅 기기의 가격하락, 재료의 다양화, 금속 3D 프린터 확대, 프린팅 속도 향상, 의료/바이오 3D 프린팅 확산, 출력물 품질과 정확도 향상 등의 이슈를 해결하고 응용분야를 확대하기 위해 노력하고 있다. 기술적으로는 제조 공정의 혁신과 금속 3D 프린터 기술적용 확대, 3D 프린팅 기술과 로봇제작 공정에 접목 등으로 기술 개발이 진행 중이다. 이와 함께 관련업계는 소프트웨어 개발 및 최적화에도 집중하고 있다. 3D 프린팅 소프트웨어 기술은 위상최적설계, 가상 프로토타이핑, 프린터용 임베디드, 하드웨어 제어 등이 포함된다. 3D 프린팅 관련 장비 및 소재는 미국, 독일 기업이 세계적으로 높은 점유율을 보이고 있다. 플라스틱 3D 프린터 분야에서는 3D프린팅에 대한 최초의 레이저빔 제어장치를 개발하여 적층제조 상용화에 성공한 미국의 3D Systems가 대표적이다. 또 금속 3D 프린터 분야에서는 SLS(Selective Laser Sintering) 방식의 산업용 금속 3D프린터를 주력으로 하고 있는 독일의 EOS가 대표적이다. 우리나라 역시 정부의 강력한 산업육성 의지에 힘입어 산업용 기계에 대한 제작 기술을 가진 업체들이 3D 프린팅 장비를 개발, 시장에 진출하는 경우가 많았으며, 대표적인 회사로 헵시바, 센트롤, 로킷, 캐리마, 인스텍 등이 있다.   시장환경 및 전망 세계시장 중소기업 전략기술 로드맵(2019-2021, 금속 3D 적층/절삭장치)에서는 3D 적층제조 관련 산업의 시장규모는 ʼ22년까지 연평균 약 28.6%의 고속 성장을 하여 301.9억 달러의 시장을 형성할 것으로 예측했다. 특히 적층제조의 핵심인 금속 3D 적층제조 장비 시장을 보면, 산업용이 대부분이며 미국, 일본, 독일 등 기술 선도국가가 가장 큰 시장을 형성하고 있다. 적층제조 장비 공급생태계는 소수의 선두기업들이 시장의 70% 이상을 점유하고 있으며, 장비 공급업체가 직접 소재 개발을 통해 소재 공급까지 주도하고 있는 상황이다. 그러나 최근 글로벌 대기업들이 시장에 진입하고, 다양한 산업에서 활용사례가 증가하면서 시장의 판도변화와 다변화가 전망된다.   표 2. 세계 3D적층제조 시장규모 및 전망(단위 : 백만 달러) ’16 ’17 ’18 ’19 ’20 ’21 ’22 CAGR(%) 6,675 8,584 11,038 14,195 18,255 23,476 30,190 28.6 * 출처 : ‘중소기업 전략기술로드맵 2019-2021 정밀기계’ 중   국내시장 중소기업 전략기술 로드맵(2019-2021)에 따르면 3D 적층제조 시스템 관련 국내 시장은 ’17년 3,366억 원에서 ’22년까지 9,434억 원 규모로 성장할 전망이다. 국내 시장은 제조업서 활용 수요 부족 및 시장 미성숙 등으로 세계 시장 성장(CAGR 28%) 보다 낮을 것으로 전망이다. 우리나라의 3D 프린팅 시장은 소프트웨어와 서비스 부문이 확대되고 있으나, 아직은 제품 시장의 비중이 서비스 시장보다 큰 편이다. 3D 적층 및 절삭 장치 등의 시장 규모는 가장 크나 외산 의존도가 높아 시장 확대에 한계가 있으며 기업 경쟁력이 둔화되고 있다.   표 3. 국내 3D 적층 및 절삭 장치 시장규모 및 성장률(단위: 억 원) ’17 ’18 ’19 ’20 ’21 ’22 CAGR(%) 3,366 4,136 5,082 6,246 7,676 9,434 22.9 * 출처 : ‘중소기업 전략기술로드맵 2019-2021 정밀기계’ 중   ▲ 이미지 출처 : 픽사베이
작성일 : 2020-06-05
3D 프린팅을 넘어 적층제조로, 제품 개발과 제조를 바꾼다
  3D 프린팅 기술은 제품 개발 프로세스에서 새로운 디자인을 현실로 만들 수 있는 수단이 되고 있다. 나아가 적층제조(Additive Manufacturing)라는 이름으로 프로토타입이나 목업이 아닌 부품이나 최종제품을 만들 수 있는 기술로 발전을 거듭하고 있다. 3D 프린팅이 제품 개발과 제조의 가치를 높이기 위해서는 그저 ‘더 나은’ 기술이 아니라, 지금껏 제품을 개발하고 만들고 유통해 온 과정을 처음부터 다시 고민하고 새롭게 바꾸어야 한다는 것이 많은 전문가들의 목소리이다. 이는 제조산업에 부담이 되기도 하지만, 코로나19와 함께 전통적인 제조와 유통 구조가 위협을 받고 있는 상황에서 돌파구를 모색할 수 있는 길이기도 하다. 이번 호에서는 최근 사회 경제 변화의 물결 속에서 3D 프린팅 및 적층제조가 어떤 가치를 제공할 수 있을지, 그리고 이러한 가치를 구체화하기 위한 기술 흐름은 어떤 것이 있는지 짚어보고자 한다.  이번 호에서 소개한 내용은 캐드앤그래픽스가 출간할 ‘3D 프린팅 가이드 V4’에도 실릴 예정이다. 코로나19 이후 3D 프린팅 기술 도입의 의미 / 신상묵 금속 적층제조 기술의 새로운 물결: 금속 적층제조의 원리와 장단점 비교 / 강민철 3D 프린팅용 금속 소재의 글로벌 동향 / 구용모 국내 산업용 3D 프린터 활용 사례: 디자인 개발 및 주조 공정의 효율 향상 / KTC 적층제조를 이용한 타이어 금형의 열 변형 해석 / 메탈쓰리디   총 18 페이지   기사 상세 내용은 PDF로 제공됩니다.
작성일 : 2020-05-29