[뉴스레터]🔩한국기계연구원 — 실제 사례로 보는 금속 3D 프린팅의 효과

💡 인사말: 빠르게 변하는 제조 환경, 그리고 새로운 기회

안녕하세요!

최근 자동차 산업을 비롯한 제조업 전반은 눈부시게 빠른 속도로 변화하고 있습니다. 내연기관에서 전기차로의 전환, 자동화와 스마트 공장의 도입, 그리고 친환경 제조 기술의 확산까지—이제 제조업은 더 이상 과거의 방식으로는 경쟁력을 유지하기 어렵습니다. 🚗⚙️💨

이런 변화의 흐름 속에서 금속 3D 프린팅(적층 제조, Additive Manufacturing) 기술은 단순히 새로운 가공 방법을 넘어, 제품 개발 속도를 높이고 부품의 품질을 향상시키며, 설계의 자유도를 극대화하는 핵심 기술로 주목받고 있습니다. 🧩✨🔧

특히 자동차 산업은 의료, 항공우주와 함께 3D 프린팅의 3대 주요 시장으로 자리 잡았습니다. 2025년 기준 전 세계 3D 프린팅 시장의 약 10% 이상이 자동차 분야에서 발생하며, 이는 약 4조 원 규모로 추산됩니다. 🌍📈🏭

이번 뉴스레터에서는 중소기업이 금속 3D 프린팅을 통해 제조 한계를 극복하고, 비용 절감과 품질 향상을 동시에 이룰 수 있는 실질적인 전략과 성공 사례를 함께 살펴보겠습니다. 💪🚀📘

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1. 3D 프린팅의 기본 원리

3D 프린팅은 말 그대로 ‘입체적으로 인쇄하는’ 기술입니다. 컴퓨터로 설계된 3차원 데이터를 기반으로 재료를 층층이 쌓아 제품을 만듭니다. 기존의 절삭 가공(불필요한 부분을 깎아내는 방식)과 달리, 필요한 부분만 쌓는 ‘더하는 제조(Additive Manufacturing)’ 방식으로, 재료 낭비를 최소화하면서도 복잡한 형상을 손쉽게 구현할 수 있습니다. 🧱🖨️⚙️

이 기술은 단순히 시제품 제작을 넘어, 실제 산업 현장에서 금속·세라믹·복합소재 등 다양한 재료를 활용한 최종 부품 생산 기술로 발전하고 있습니다. 즉, 3D 프린팅은 더 이상 ‘프로토타입 기술’이 아니라 ‘실제 생산 기술’로 자리 잡고 있습니다. 🔩🏭🌐

2. 3D 프린팅의 주요 장점

빠른 시제품 제작: 금형 제작이 필요 없으므로 아이디어를 즉시 실물로 구현 가능.
다품종 소량 생산: 고객 맞춤형 생산에 최적화.
재료 절감과 비용 효율: 필요한 부분만 적층하여 원자재 낭비 최소화.
물류 및 재고 관리 개선: 현장에서 바로 제작 가능해 재고 부담과 물류비 감소.
성능 향상과 경량화: 위상 최적화 설계를 통해 강도는 유지하면서 무게 절감.
설계 자유도 극대화: 기존 가공으로 불가능했던 복잡한 내부 구조 구현 가능.

실제 사례로 보는 금속 3D 프린팅의 효과 🔧

금속 3D 프린팅 기술은 다양한 방식이 존재하지만, 그중 DED와 PBF 방식이 산업 현장에서 특히 주목받고 있습니다. 🏭📊📈

1. DED (Directed Energy Deposition) — “보수와 수명 연장의 기술”

DED 방식은 고출력 레이저를 이용해 금속 분말을 녹여 필요한 부분에만 쌓는 기술입니다. 주로 대형 금형 보수, 고가 부품 복원, 표면 강화 등에 활용됩니다. 🔥🔩💥

금형 수명 8배 연장: BMW의 엔진 밸브 금형에 DED를 적용한 결과, 펀치 수명이 15,000회에서 125,000회로 향상되어 생산 중단이 줄고 효율이 증가했습니다.
손상 부품 재활용: 마모된 부품을 고속도강으로 보수해 원래보다 더 높은 내마모성을 확보했습니다.
내식성 강화: 해수에 노출되는 부품을 SUS 316L로 적층한 결과, 3년 이상 부식이 발생하지 않았습니다.

DED 기술은 단순한 복원 기술을 넘어, 성능 향상을 위한 업그레이드형 보수로 발전하고 있습니다. 🧠🚀🔧

DED 기술 알아보기! 👉시청하기

2. PBF (Powder Bed Fusion) — “정밀함과 효율의 기술”

PBF 방식은 금속 분말을 얇게 도포한 뒤, 고출력 레이저로 필요한 부분만 용융시켜 층층이 쌓는 정밀 제조 기술입니다. 정확한 치수, 우수한 표면 품질, 복잡한 구조 제작이 가능합니다. 🖨️🧱✨

냉각 효율 40% 개선: TPMS(3D 격자 구조) 냉각 라인을 적용한 사출 금형의 냉각 시간이 31.5초에서 21.5초로 단축되어 생산성이 30% 이상 향상되었습니다.
경량화 + 강도 향상: 위상 최적화 설계를 적용한 유로 구조로 유량이 27% 증가하고 불량률이 감소했습니다.
복잡한 형상 구현: 기존 드릴 가공으로는 불가능했던 유로 및 내부 냉각 채널 제작 가능.

3. 부품 일체화와 공정 단순화

3D 프린팅의 또 다른 장점은 여러 부품을 하나로 통합할 수 있다는 점입니다. 🔩🤝🏭

조립 공정 40개 단축: 전기차 구동 시스템 하우징을 일체형으로 제작해 생산 시간을 20분 줄였습니다.
무게 40% 감소, 강성 2배 향상: 경량화와 구조 안정성을 동시에 확보했습니다.
불량률 감소: 조립 과정 축소로 품질 변동과 유지보수 비용 감소.

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우리 회사에 맞는 3D 프린팅 도입 전략 🧭

3D 프린팅은 ‘모든 것을 바꾸는 기술’이 아니라, 기존 제조 방식을 혁신적으로 보완하는 도구입니다. 성공적인 도입을 위해서는 다음 세 가지 전략이 중요합니다. 🎯🏗️💬

1. 타겟 중심 접근 (Target-Oriented)

3D 프린팅이 모든 부품에 적합한 것은 아닙니다. 다음과 같은 영역부터 시작하는 것이 효과적입니다. 🧩📍⚙️

소량 생산 및 맞춤형 제품: 금형 제작이 비효율적인 부품.
긴급 대응 부품: 납기 단축이나 빠른 공급이 필요한 부품.
고성능 부품: 내마모성, 냉각 효율, 경량화 등이 필요한 부품.

2. 복제가 아닌 ‘특화 설계’ 중심 접근

기존 부품을 그대로 프린팅하기보다는 3D 프린팅의 특성을 살린 새로운 설계가 필요합니다. 🧠💡

위상 최적화 설계: 불필요한 부분 제거, 강도 유지, 경량화 달성.
내부 구조 혁신: 냉각 채널, 유로, 격자 구조 등 고효율 내부 구조 구현.

3. 디지털 제조와의 연계

3D 프린팅은 디지털 트윈, AI 기반 품질 관리, 공정 모니터링 기술과 결합될 때 최고의 시너지를 냅니다. 데이터를 기반으로 공정 조건을 최적화해 품질을 일정하게 유지할 수 있습니다. 📊💻🧠

한국기계연구원의 중소기업 지원 안내 🏢

한국기계연구원 3D 프린팅 장비 연구실은 정부 출연 연구기관 중 유일하게 3D 프린팅 핵심 모듈과 장비를 직접 개발하는 기관으로, 자동차·항공·에너지 산업과의 협력 연구를 활발히 진행하고 있습니다. 화성시를 포함한 전국 중소기업은 아래와 같은 다양한 지원 프로그램을 통해 실질적인 도움을 받을 수 있습니다. 📩🏭🤝

애로 기술 지원: 제조 현장의 기술적 문제 해결 지원.
시험 및 성능 검사: 시제품의 구조, 내구성, 품질 평가.
공동 장비 활용: 금속 3D 프린터 및 후처리 장비 공동 사용.
기술 세미나 및 교육: 실무 중심 교육 프로그램 및 기술 워크숍 운영.

금속 3D 프린팅은 중소기업이 생산성 향상과 기술 혁신을 동시에 실현할 수 있는 기회입니다. 초기 투자가 부담스러울 수 있지만, 적절한 지원과 전략적 설계 접근으로 충분히 성과를 낼 수 있습니다. 💼🔧🚀

한국기계연구원은 대표님들의 현장에 이 기술이 성공적으로 자리 잡을 수 있도록 연구 협력, 기술 자문, 실증 지원을 통해 언제든 함께할 준비가 되어 있습니다. 🙌📘🤝

문의: 한국기계연구원 3D 프린팅 장비 연구실 기술 협력 및 장비 활용 상담 가능 📞✉️📍

----> 관련 문의하기: taehoha@kimm.re.kr <----

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🚗 화성특례시 중소기업지원 자문단이란?

화성특례시 중소기업지원 자문단은 국내 최초의 지자체 기반 민·관 협력 조직으로, 미래형 모빌리티·반도체·바이오 등 지역 산업의 미래를 선도할 10개 전문 분과로 운영되고 있습니다. 각 분과는 해당 분야 전문가들이 참여하여 중소기업의 지속 가능한 성장과 경쟁력 강화를 위한 실질적 지원 활동을 펼치고 있으며, 자동차분과의 경우 자문 백서 발간, 정기 웨비나, 오픈이노베이션 프로젝트 등을 통해 기업의 기술 혁신과 사업화 기회를 돕고 있습니다. 특히 한국연구재단과 협력하여 기술이전·특허 정보와 기술닥터 프로그램을 활용할 수 있도록 지원하며, 화성시에 기반을 두고 있지만 제도 개선이나 지역 간 협력에는 전국적으로 열려 있는 조직입니다.