■ 주승환 | 한양대학교 연구교수로 산업부 및 미래부의 3D 프린팅 기술로드맵 수립위원이다. 네이버 카페 한국 3D 프린터 유저 그룹을 운영하고 있으며 오픈소스 3D 프린터 윌리봇을 개발한 바 있다.

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카페 | cafe.naver.com/3dprinters

 

3D 프린터가 이제는 산업용으로 가고 있다. GE나 지멘스의 생산라인으로 유입되고 있는 것이다. 생산라인에 들어간 3D 프린터 중에 대량 생산라인이 진행되는 유일한 프린터가 PBF(Powder Bed Fusion, ASTM에 의한 분류) 방식의 프린터이며, 그 중에서 레이저를 사용하는 방식이 SLS/SLM(Selective Laser Sintering/Melting) 방식이다. 이 방식은 원리상 분말이면 어떤 재료든지 프린팅이 가능하다. 메탈과 나일론, 샌드 등 분말로 된 소재는 모두 사용이 가능할 뿐만 아니라 강도와 내구성이 좋은 재료를 분말로 만들면 프린팅 재료로 사용이 가능해서 내구성 있는 재료를 활용하여 산업용으로 가장 많이 사용되고 있다. 이에 따라 산업용 프린터는 이 방식의 프린터로 개발하는 것이 중요하다. 성능의 경우 나일론은 플리스틱 또는 몰드로 제작된 수준의 성능이 나오고, 메탈은 주조제품 이상의 성능과 단조제품 정도의 성능이 나와 비행기, 조선, 의료분야 등 실제 산업용으로 사용되고 있다.

 

제4차 산업형명을 구현할 기술은 3D 프린터이다. 그 중에 산업용으로 가능한 방식이 현재는 PBF 방식이다. 따라서 PBF 방식의 3D 프린터를 알아보는 것은 매우 중요한 일이고, 미래에 대한 준비라고 할 수 있다.

 

지금 세상은 선진국으로 가기 위한 길목에 있다. 제4차 산업혁명이 진행되고 있는 시대다. 그러나 우리나라는 아직 구한말 같다는 생각이 든다. 흡사 구한말 황성신문에 실렸던 장지연 선생의 시일야방성대곡과도 같은 심정이다. 외교권을 박탈당하고 나라가 기울어가는 시기라는 느낌이 든다. 외교권까지는 아니지만 서서히 그러한 조짐이 보인다. 우리가 자주 듣는 조용한 아침의 나라라니, 한심한 이야기다. 이는 세상이 급변하고 있는데도 아무런 변화가 없다는 뜻에서 서양인들이 했던 말이다. 세계사에서 문명을 받아들이지 못하거나, 늦게 받아들인 나라는 항상 역사의 뒤안길로 가곤 했다. 지금 우리나라는 미국, 유럽과 같은 나라의 새로운 3D 프린팅 기술을 산업에 도입해야 할 시기이다.

 

현재 생산 방식 등 세상이 크게 변하고 있다. PBF 방식의 3D 프린터는 증기기관처럼 기술의 일각에 지나지 않는다. 이 기술이 생산 방식을 변화시켜 사정거리가 큰 대포, 바람에 상관없이 진행하는 강력한 군함, 요즘으로 치면 핵을 연료로 하는 항공모함 등이 세계 질서를 변화시켰다. 강대국은 순식간에 흥망했고 중국으로 인한 질서가 깨지면서 그 혼란이 동남아로 퍼졌다. 세계의 변화를 빠르게 받아들여, 거대한 군함 등 해상 전력을 높인 일본은 세계사의 주인공으로, 우리나라는 일본의 식민지로, 중국 또한 마찬가지였다. 그때도 그랬고 지금도 새로운 변화의 시기이다. 이제 새로운 제4차 산업혁명의 생산 방식으로 세계가 변해가고, 현재 변화가 막 일어나려는 시기이다. 이에 대한 준비를 해야 한다. 늦으면 역사에 죄인이 될 것이다.

 

대량 생산 시스템은 메탈 프린팅이다. 방향을 제대로 잡아야 한다. 항공, 의료, 중공업 분야는 해외에서 생산이 들어가고 있다. 조선 분야의 경우도 네덜란드의 로테르담을 중심으로 스크류 등 주요 부품을 생산을 하기 시작한다.

 

우리는 우리의 강점 분야를 중심으로 생산에 들어가야 한다. 현재 정부가 메이커 운동을 기반으로 교육용으로 육성하는 부분은 가정용 FDM 프린터이다. FDM 프린터는 고가의 일부 프린터를 제외하고는 생산에 들어가기가 쉽지 않다. 프린팅 결과물의 품질이 그다지 좋지 않기 때문이다. 그 외의 대안은 광경화성 수지(Photo-polymer)를 사용하는 것이다. 이것을 사용해서 직접 생산에 들어가면 모양은 잘 나오지만 쉽게 부서지기 때문에 실생활에서 쓸 수 있는 강도를 지니지는 못한다. 3D 프린터가 제품 생산에 있어 크게 보편화되고 있지 않은 것이다.

 

FDM 프린터를 공부한 많은 이들이 실의에 빠진다. 갈 곳도 없고 취업도 안되기 때문이다. 이 기술로는 시장 창출이 안되기 때문에 교육 시장에 뛰어들어 강사로 활동한다. 3D 프린터 업체로 가도 그 업체는 창업한지 얼마 되지 않았거나 영세한 업체가 많다. 말 그대로 교육으로 끝나는 것이다. 그러나 우리는 미래를 위해 교육을 받아야 한다. 이들이야말로 생산이 가능한 프린터에 대한 기본적인 소양을 배운 것이다. 산업용 프린터로 제품 제작을 연습할 수는 없기 때문이다. 구한말에 신식 군대를 양성해야 하는데, 총검술 대신 검술을 배우는 것이다.

 

그러나 지금은 검술보다 총검술을 배워야 하는 시기다. 대포를 쏘는 시대가 온 것이다. 일본의 개혁의 시기, 명치 유신시기에 영화 ‘라스트 사무라이’를 봐도 사무라이의 검술은 끝나고 총과 대포가 새로운 시대를 연다. 비록 기계 공업과 같은 과거에 대한 향수가 감성을 자극하더라도 이제는 3D 프린팅 시대로 떠나야 한다. FDM은 검술이다. 기본적인 군사 훈련을 마친 군인은 신무기인 소총과 현대식 장비를 배워야 한다. 비록 일본도 메이지 유신의 시기인 우리의 구한말 시기에 항상 신군부와 구군부의 갈등이 있었지만, 한번 실수를 한 지금은 그때와 다르게 잘 만들어 나가야 한다.

 

이제 메탈 3D 프링팅 방식인 PBF 방식은 금속을 비롯한 모든 부품과 생활 용품을 만들 수 있다. 이것이 구한말에 증기기관으로 대량 생산을 한 제품이나 총과 대포의 역할을 하는 것이다. 이는 시대를 변화시킨다. 현재 우리가 사용하는 프린터로 비교하면, FDM이 도트매트릭스 프린터라면 PBF는 레이저 프린터이다. 기존 2D 프린터 기준으로 보면 저 해상도의 도트매트릭스 프린터 중심에서 레이저 프린터가 나타났고, 이로 인해 탁상 출판이 되면서 개인 출판, 킨코스 카피 등의 카피 전문점이 생겼다. 이에 따라 산업이 나오고, 일자리가 생긴 것이다. FDM이나 도트매트릭스 프린터가 시장의 주 역할을 했을 때는 제대로 일자리가 생기거나 3D 프린팅 산업이 활성화되지 않았다.

 

과거의 방식으로는 새로운 일자리가 창출되지 않는다. 새로운 방식으로 산업을 육성시켜서 과거의 방식인 FDM이나 디지털 공작기계를 배운 이들을 위해 새로운 방식의 산업으로 새로운 일자리를 창출해야 한다. 이 새로운 방식으로 미국은 엄청나게 많은 서비스 업체가 나오고 있다.

 

국내에서도 새로운 사업체가 나와야 한다. 3D 프린팅 업계는 과거의 머티얼라이즈, 세이프웨이 등의 서비스 업체뿐만 아니라, 모리스 테크놀로지, 리니어몰드, 프로토랩, 시팀 등 수백 개의 업체가 새로 생기고 있다. 그 중 모리스테크놀로지는 GE에 고가로 인수되었고, 리니어몰드는 미국의 무그에 합병되었다, 프로토랩은 대기업으로 성장을 하고 있으며 시팀은 스위스의 오리콘에 합병되었다. 이런 업체들은 대부분 메탈 프린팅 방식인 PBF 프린팅 서비스를 하는 곳이다. 이처럼 우리나라도 이런 시장을 바로 열어야 한다.

 

지금 수백~수천억 이상의 정부 자금이 각 지역의 프린팅 센터로 들어가고, 그 중에서 대구 경북대학교의 3D 프린팅 센터에 가장 많은 예산이 들어간 것으로 알려져 있다. 이런 곳이 그런 역할을 해주어야 한다. 독자가 고가의 장비를 가진 경북대 등을 찾아가서 프린팅도 해보고, 관련 연구를 도와주었으면 한다. 각자 프린팅을 하면서 문제점을 토론하고 서로 이야기해 준다면 큰 도움이 될 것이다. 이러면 기술적인 진보가 일어나고, 어려운 부분이 바로 수정해 나갈 기술력을 만들 수 있기 때문이다. 센터에 가면 도와주고, 많이 써 주었으면 좋겠다.

 

자발적으로 서로 도움을 주는 이들은 임진왜란이나 구한말에 의병 역할을 했던 군인들과도 같을 것이다. 나라를 지키고, 부강하게 하는 것은 군인들만이 아니다. 전국시대의 전쟁이 도쿠가와 이에야스에 의해 끝나고, 할 일이 없어진 사무라이들이 전쟁 대신 각자의 일을 전문적으로 하여 많은 이들이 모두 현재 일본의 장인으로 변모했다. 신분이 높은 사람들이기 때문에 존경을 받으면서, 서양의 학문인 난학(네덜란드에서 전해진 서양 학문, 의학, 과학 등)을 배우며 꾸준히 기술 개발을 하여 오늘날 일본을 만든 것이다. 그런 전통이 내려온 것, 그 대표적인 것이 일본 모노즈쿠리 운동이다. 2014년의 일본 3D 프린팅 육성 정책의 근간이 모노즈쿠리였던 것이 결코 우연이 아니다.

 

모노즈쿠리 운동의 핵심은 3D 프린터이다. 생산과 동시에 판매가 가능한 3D 프린터는 현재 메탈 3D PBF 프린터가 유일하다. 플라스틱 광경화성 수지의 프린터는 모양은 근사하지만 강도가 약한 탓에 모형 또는 금형에 원 모델로 쓰이는데 그친다. 그러나 PBF 프린터로 출력한 결과물은 바로 판매할 수 있다. 강도가 기존의 플라스틱의 몰드 생산방식과 동일하고, 메탈의 강도는 주조 이상, 단조 정도의 제품이 나오니, 생산 방식으로 사용이 되고 있고, 점차 사용이 확대되고 있다. 주물사 3D 프린터를 이용한 독일이나 일본의 거대한 공장이 나오고 있다. 독일의 ACTech, 일본의 고이와이가 대표적이다. 이런 곳을 더욱 육성하거나 혹은 의료용 제품을 금속으로 프린트하여 전세계 시장에 공급하거나 금속 프린터를 생산·공급해야 한다.

 

금속 프린팅을 이용해 우리는 강점인 조선, 중공업, 자동차 부분에서 새로 도입해서 신기술을 개발하여 선점해야 한다. 항공, 우주, 의료용 부품 분야는 수년 전 기회가 있었으나 초기에 우리가 대응을 제대로 못해서 이미 선진국에 뒤떨어지고 있다. 그러므로 우리의 강점인 조선, 중공업 분야를 중심으로 이러한 형태의 공장을 우리나라에서 적극 도입하여 대량 생산 체제를 만들면 좋을 것이다.

 

최근 제너럴 일렉트릭(GE)이 인수한 3D 프린팅 회사 모리스테크놀로지는 한 대에 10억씩 하는 PBF 프린터를 수백 대나 도입했다. 중국도 수백 대 도입했다고 한다. 중국의 항공기 부품업체인 BLT는 연간 100대씩 3년간 총 300대를 자체 개발하여 설치를 한다고 한다. 우리나라의 일반 공장에는 높은 가격 때문에 도입하지 못하고 있다. 그러나 국내 저가형 PBF 3D 프린터가 개발되면 일반 공장에서도 쉽게 PBF 프린터를 도입하는 시대가 될 것이다. PBF 프린터의 가격대가 10억에서 수억 원, 수천만 원, 수백만 원대까지 떨어질 것이다. 네덜란드의 대형가전 대기업인 필립스의 자 회사이자 프린팅 회사인 셰이프웨이(Shapeways)도 많은 양의 PBF 프린터를 도입했다. 이 회사들은 이런 프린팅하는 이들을 위해 PBF 프린팅 가이드라인도 마련했다. 현재 기술 개발 및 적용이 활발하다.

 

시대에 뒤떨어져 있는 우리나라에서는 해외 정보를 활용하는 검색을 생활화해야 한다. 이것이 필요하다. 필자가 검색한 새로운 정보는 KAMUG 카페 홈페이지에 정리를 하고 있다. 정보를 찾고 공유하는 것은 중요하다. 세상이 어떻게 변하는지에 대해 파악을 해야 한다. 우물 안 개구리로 살면 안된다. 세상의 변화에 적응하고 적극적으로 앞으로 나아가야 한다. 그리고 나의 길을 가야 한다. 한국이라고 FDM 프린터 보급에 앞장선 아드리안 보이어, 3D 프린팅 기술을 만든 척 홀, 기술 영웅 스티브 잡스가 나오지 않는다는 보장이 없다. 협력을 해서 최선을 다하는 모습이 필요하다. 항공 분야도 라이트 형제가 비행기를 만들기 전 이미 미국의 많은 연구소의 박사들이 엄청난 예산을 들여서 비행기를 개발하고 있었다. 그러나 결국 자전거 가게의 두 형제가 이 세상을 변화시켰다. 실제로 직접 비행을 해보고 문제점을 파악을 하고 스스로 해결을 하고, 결국 비행기를 띄웠다. 이것이 미국을 변화시키는 힘이었고 세계의 강대국으로 가는 길이었다.

 

필자는 우리나라 전체 3D 프린팅 발전 전략 로드맵을 만들 때 FDM/ME 분야의 좌장을 맡게 되었다. 이때 미국의 로드맵을 읽어보니 라이트 형제와 같은 일반인이 혁신을 통해 지금의 미국을 이루었다는 이야기를 알았다. 아울러 팹 랩(Fab Lab) 등을 확장해서 이러한 이들을 지원하자는 이야기가 나왔다. 그래서 이런 제안을 했다.

 

외국의 사례를 보고 우리의 길을 찾는 것도 중요하다. 현재 대량생산이 되고 있는 현실에서 우리나라가 필립스의 자회사인 셰이프웨이의 하청 공장이 되거나 전 세계 치과용 의치를 다 공급하는 나라가 되었으면 한다. 조선, 중공업 분야에서 우리가 신기술을 만들어서 계속 1등을 유지해 나가려면 우리가 배워야 한다. 그러려면 생산 방식에 적용이 되고 있는 메탈 PBF 3D 프린팅을 배워야 한다. 또한 많은 인력을 양성해야 한다. 현재 많은 예산을 투입해서 키운 FDM 기초과정의 수많은 엔지니어를 활용해서 기술을 높여서 실제 필요한 엔지니어를 양성을 해야 한다. 이에 생산 기술인 PBF 프린팅 기술까지 배우면 새로운 산업 혁명에 획기적인 선진국으로 도약할 수 있다. 그렇게 되면 일자리도 생기고 제4의 산업혁명을 이룩해 세계 최고의 나라가 될 수 있을 것이다.

 

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