미래 비지니스의 전환점: 금속 3D 프린팅은 돈이 될까?

안녕하세요, 오늘도 반갑습니다.

금속 3D 프린팅 기술을 개발하는 과정 중에 가장 많이 듣는 질문은 "당사의 제품을 3D 프린팅으로 제작하면 단가가 얼마인가? 이점이 있나요?" 입니다. 저희 대답은 언제나 "그렇게 하시면 이점이 하나도 없습니다. 다만 DfAM를 적용하여 제작을 하시면 많은 이점을 보실 수 있습니다." 라고 답변을 드립니다. 

DfAM(Design for Addictive Manufacturing)은 3D 프린팅(전문용어로는 Addictive Manufacturing 즉 적층제조라 하며, 이하 AM 이라 하겠습니다) 출력에 최적화되도록 설계하는 것을 말합니다. DfAM을 통해 구현할 수 있는 AM의 장점은 여러가지가 있으나, 오늘은 대표적인 3가지에 대해서만 설명을 드리며, 이것은 전통적인 제조방법으로는 절대 구현할 수 없는 것들입니다. 

1. 부품통합 기술(Part Consolidation)

제조를 하다보면 조립공차에 대한 이야기를 하게 됩니다. 간단히 말씀드리면 이 조립공차를 없앨 수 있는 방법입니다. 부품통합은 여러 개의 부품을 단일부품으로 재설계하여 생산성 향상, 물류비용 및 소재비용 절감을 이루는 기법입니다. 예를들어, GE Aviation은 항공기 엔진을 만드는 회사인데, 이 회사는 아래의 그림과 같이 여러 개의 부품으로 이루어진 조립품을 DfAM을 통해 단일부품으로 만들어 30% 중량절감, 60% 비용절감 및 재고관리비용을 절약하였다고 합니다.   

2. 생체모방 기술(Biomimicry)

지구의 생물체는 45억년을 살아오면서 스스로 생존하는 방향으로 진화를 하였습니다. 그러므로 자연계를 학습하고 모방하는 것이 어쩌면 가장 좋은 발전모델이 될 수 있을 것입니다. 그런데 자연계에서 학습된 것을 전통적인 기술로 구현하는 것은 아주 어렵습니다. 반드시 AM 기술을 통해서만 그 장점을 극대화시킬 수 있습니다. 예를 들면, 의료계에서는 오래전부터 인체의 뼈를 대체할 기술을 개발하고 있습니다. 이 뼈는 튼튼하고, 가볍고, 인체에 무해해야 하는데, 이 모든 것을 AM 기술로 구현할 수 있습니다. 아래의 그림은 사람의 고관절을 인체의 뼈와 유사한 형태로 제작하여 사용하는 생체부품(임플란트) 입니다. 한 가지의 예이지만, AM을 통하면 그 동안 제작하기에 어려웠던(복잡했던 형상) 것들을 만들 수 있습니다.  

3. 경량화 기술(Lightweight)

전통적인 가공기술은 절삭을 하지만, AM은 적층을 하는 공법이므로 부품 내부가 아무리 복잡하더라도 쉽게 제작할 수 있는 특징이 있습니다. 이 기법으로 자연의 나무잎 형태의 lattice 구조를 적용하게 되면, 부품의 기계적인 성질은 그대로 유지하며, 아주 가벼운 제품을 만들어 낼 수 있습니다. 예를 들어, 아래의 그림은 비행기 문에 사용하는 힌지로 DfAM의 경량화 디자인이 적용되어, 40%의 중량을 감축했다고 보고하고 있습니다.  

비지니스 관점에서 3D 프린팅 기술은 어떤 역활을 할 수 있을까?

  우리는 잠깐 아래의 그림을 봐야 할 거 같습니다. 아래의 그림은 경제학적인 관점에서의 상품의 가치변화를 보여줍니다.

위의 도표의 이해를 돕기 위해 우리가 좋아하는 커피를 예로 들어보겠습니다. 세상에는 누군가 커피를 만들기 위한 커피콩을 재배하고 있을 것입니다. 이것을 Commodity 라고 합니다. 이 커피콩을 누군가는 가져다 시장에 팔겠죠. 이것을 Goods 라고 합니다. 누군가는 이 커피콩을 가져다 커피를 만들어 고객에게 제공하는 서비스 사업을 하기를 원할 것입니다. 이것을 Delivery 라 합니다. 이제 이 단계에서는 너무 많은 경쟁자들이 생기게 되어서 이 경쟁에서 이기기 위해, 서비스에 문화를 결합시킵니다. 이것이 우리가 알고 있는 스타벅스의 전략입니다. 아침에 여러분들이 스타벅스 커피를 한잔 들고 걸어가면 왠지 기분이 좋아지지 않나요? 이것을 Experience 합니다. 마지막으로 누군가 커피에 있는 항암효과를 발견하고 커피콩에서 이 성분을 추출하여 약으로 만듭니다. 이것을 Transformation 이라 합니다.

이야기가 길었는데, 이것을 우리 제조업에 견주어 본다면 우리의 제조업은 어디에 있을까요? 아마도 대부분 Delivery 단계나 Goods 단계에 있을 가능성이 높고, 위 표에 의하면 Low margin 으로 표기가 되어 있습니다.

우리는 현 제조업의 이 문제를 해결해야 하는데, 저는 한 가지 솔루션으로 3D 프린팅 기술을 제시합니다. AM 기술은 우리의 상상처럼 도깨비 방망이는 될 수 없지만, 영화산업이 흑백에서 컬러로 넘어가며 성장을 했던 것처럼, 전통적인 기술에 AM기술이  융합되면 제조업에 부가가치를 높일 수 있는 시너지가 발생될 수 있을 것이라 믿습니다.   

물론 AM에는 많은 단점도 존재합니다. 특히 당사가 개발하는 PBF 기술은 속도가 느립니다. 그러나 이 시점에서 메탈 3D 프린팅 기술은 ‘느리다’라고 정의하기 보다는 ‘창조적이다’ 라고 정의하는 것이 맞지 않을까요?

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