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혼란은 과장 광고의 수준까지 달할 것인가?

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적층 제조 최근까지 3D 인쇄의 중심은 주로 제조자 집단이었고, 여기에서 기술에 정통하고 물질의 재료를 층층이 쌓아 감으로써 3차원 물체를 만들 능력을 갖춘 DIY 열성가들이 제일 먼저 간단한 장치를 만들기 시작하였다. 대규모로 제조산업의 형태를 바꿀 수 있다고 하는 이 기술의 잠재력은 업계 전체에 과장된 충격파를 던졌다.

automotion 이 독일 VDMA 엔지니어링 협회의 적층 제조 작업 그룹의 수장인 Rainer Gebhardt씨와 마주 앉아 이 문제에 대해 논의한다.

Gebhardt 씨, 당신은 어떻게 적층 제조라는 주제에 관여하게 되었는가?

Rainer Gebhardt: 나는 3년 전까지 인쇄 프레스 제조사인 MAN Roland에 근무하였으며, 거기에서 OEM과 사용자의 관점으로부터 인쇄 업계에 대해 알게 되었고 일반적으로 사용되는 기술과 시장에 관한 경험과 노하우를 수집하였다. 그곳으로부터 VDMA 인쇄와 제지 기술 협회로 자리를 옮겼고, 그 결과 적층 제조에 관여하게 될 기회가 주어졌다. 2014년 5월에 적층 제조 작업그룹이 설립된 이후 지금까지 수장을 맡고 있다.

요즈음 3D 인쇄와 적층 제조는 인기 있는 주제이다. 비전문가들을 위해 이러한 용어를 간단히 설명해줄 수 있는가?

적층 제조는 근본적으로 우리에게 익숙한, 회전, 절삭, 연마 및 EDM과 같은 기계 가공 공정을 통해 재료가 제거되는 제거 방식의 반대이다. 그 대신에 3차원 물체를 만들기 위해 재료를 층층이 쌓아가는 것이며 이것을 인쇄한다고 말한다. 그 결과 3D 인쇄라는 용어가 생긴 것이다.

당신의 적층 제조 그룹은 무슨 일을 하는가?

우리는 적층 제조를 전체 공정 사슬을 따라서, 즉 기기 제작자, 사용자 및 분말 공급자의 관점에서 관찰한다. 우리의 초점이 금속과 플라스틱에 대한 라미네이션과 하이브리드 기법을 포함하는 모든 상이한 방식을 포괄하는 것이 중요하다. 우리는 또한 작업 그룹으로써 기계 제조업계 전체를 통해 노하우의 교환을 위한 네트워크도 제공한다. 또한 생산 품질이나 프로세스 자동화와 같은 현재의 주제에 대해 전념하는 위원회들을 거느리고 있다.

3D 인쇄를 둘러싸고 많은 관심이 모아지고 있다. 적층 제조는 과대 광고 주기(hype cycle)에서 어떤 단계에 있다고 말할 수 있겠는가?

25%가 넘는 괄목할만한 성장률은 모든 화제 뒤에 무엇인가 대단한 것이 있음을 명확히 보여준다. 여러 기업들이 산업용 3D 인쇄 솔루션을 제공하고 있으며, 이들은 이미 대체 부품의 제작뿐만 아니라 원형 제작, 공구와 주형 제조와 같은 업무에 상업적으로 이용되고 있다. 그 밖의 용도는 중량 감소와 강도 개선과 같은 장점을 제공하는 새로운 형상을 탐구하는 것이다. 그리고 아직 성숙 단계에 도달하지 않은 다른 많은 애플리케이션이 존재한다.

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VDMA 적층 제조 작업 그룹의 수장인 Rainer Gebhardt (Source: Tristan Rösler)

상이한 적층 제조 기법이 대단히 많다. 이미 이용 가능한 것들에는 어떠한 것이 있는가에 대한 간단한 개관을 제공해줄 수 있는가?

사용할 최선의 방식은 작업 대상 재료가 무엇인지, 그리고 그 부품을 어디에 이용할 것인지에 따라 달라진다. 최초로 등장한 기술은 입체 리소그래피이다. 세월이 흐름에 따라 이 기술은 금속과 플라스틱을 다루는 그 밖의 기법으로 이어졌다. 금속에 대해서는 선택적 레이저 용융과 전자 빔 용융이 있다. 플라스틱에 대해서는 열(熱) 3D 인쇄와 같은 기법이 있다. 또한 액체 수지를 이용하는 것도 가능하며, 이것은 입체 리소그래피와 디지털 광원 처리를 이용하여 인쇄된다. 그 밖의 인기 있는 방식은 라미네이션, 폴리제트 및 하이브리드 시스템이다.

3D 인쇄기에서 생산된 부품에 대해서는 어떠한 사용 분야가 있는가?

OEM 업체들은 먼저 필요한 공구를 제작하기 위한 비용과 시간이 소요되는 프로세스 없이 원형을 생산하기 위해 이미 3D 인쇄를 이용하고 있다. 대체 부품에도 같은 논리가 적용된다. 이 경우에는 3D 프린터가 수요에 따라 원격으로 소량을 생산할 수 있기 때문에, 다년간 중앙 재고를 유지해야 할 필요성이 제거된다. 또 다른 용도는 3D 인쇄가 아니라면 광범위한 하드페이싱, 절삭 또는 연마가 요구되었을 매우 복잡한 구성품에 대한 부분적 수리 작업이다. 적층 제조는 종래의 기계 가공에 의해서는 제작에 불가능한 새로운 구조와 설계의 생산을 가능하게 한다. 기계 공구에서 사용되는 것과 같은 극히 정밀하고, 가볍고, 안정되고, 통합된 구성품을 만들 수 있다. 이들은 수많은 가능성 중 일부에 지나지 않는다.

양지가 있으면 음지가 있기 마련이다. 3D 인쇄를 구현할 때 사람들이 직면하는 도전은 무엇인가?

기술적으로 타당하더라도 반드시 경제성이 우수한 것은 아니다. 인쇄 자체에 요구되는 높은 재료 비용과 시간 이외에도, 구성품 또한 3D 인쇄에 적합한 방식으로 설계될 필요가 있다. 설계 프로세스는 반드시 창의적이어야 한다. 전통적 제조에 대한 단순 대체품으로써 3D 인쇄를 검토해서는 안 된다. 기술은 그 다음에야 그의 최대한의 잠재력에 부응할 것이다.

적층 제조는 이미 일부 상업적으로 성공적인 애플리케이션을 갖추고 있다. 제공되는 장점을 간단히 요약해 줄 수 있는가?

장점이 드러나는 것은 부품을 소량으로 생산하거나 종래의 방식으로는 지나치게 복잡한 부품을 생산하는 경우, 또는 초기 툴링 비용이 지나치게 높은 경우 등이다. OEM 업체들은 신속하게, 그들이 고객으로부터 가까이에서, 그리고 길고 복잡한 공급 사슬을 통하지 않고 부품을 확보하기 위해 서비스 제공자를 이용할 수 있다.

적층 제조에는 전혀 적합하지 않은 분야가 존재하는가?

적층 제조는 적어도 가까운 장래에는 종래의 제조 방법으로부터 얻을 수 있는 규모의 경제성은 제공하지 못할 것이다. 그러므로 적층 제조가 대량 생산에 사용되는 경우는 없을 것이다.

기술적이든 것이든 그 밖의 것이든, 3D 인쇄 기술이 보다 광범위하게 이용되는 데 지장을 주는 장애물은 어디에 있는 것으로 보는가?

적층 제조는 아직 장기적으로 확립된 종래의 생산 방식과는 상대가 되지 않는다. 그러나 또한 3D 인쇄 프로세스의 자동화를 최적화하기 위한 일부 가능성은 여전히 있다. 우주 항공과 그 밖의 산업 분야는 특히 생산되는 부품의 품질에 대한 요구가 대단히 높다. 우리는 또한 창의적인 새로운 디자인을 장려하면서 동시에 이들을 지적

이 기술의 장래에는 무엇이 기다리고 있는가? 당신이 언급한 기술적인 도전 이외에 다른 문제가 있는가?

Industry 4.0의 주제와 마찬가지로, 기술적 측면과 사회정치학적 측면이 있다. 디자인과 개발 프로세스에 대해 생각해보자. 엔지니어는 3D 인쇄용 CAD 시스템에서 상상하고 구현하기 어려운 개념을 취하고자 한다면 더욱 창의적이 되어야 할 것이다. 새로운 아이디어의 상업화에 관한 한 몇 가지 돌파구를 예상할 수 있다. 3D 인쇄는 원형의 생산을 위한 비용 장벽을 낮추기 때문이다.

시간 내주셔서 대단히 감사합니다!

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