[포커스] 3D시스템즈코리아, 생산성 향상과 제조혁신을 위한 3D 프린팅의 가능성 제시
적층 기술과 소재의 발전에 힘입어, 3D 프린팅은 제조 분야에서 새로운 가능성을 실현할 수 있는 기술로 꾸준히 주목을 받고 있다. 최근에는 전반적인 제조 프로세스의 향상을 목표로 시뮬레이션 및 생산 관리 등 소프트웨어 기술이 3D 프린팅과 연계되고 있으며, 인공지능 기반의 자동화나 클라우드 플랫폼 등도 활발히 접목되는 추세이다.
3D시스템즈코리아는 지난 4월 27일 ‘매뉴팩처링 솔루션즈 데이’ 행사를 진행했다. 이 행사에서 3D시스템즈코리아는 적층제조(AM) 기술에 기반한 제조 혁신 프로세스와 함께 항공우주/국방, 반도체, 헬스케어, 해양, 자동차, 의료 등 폭넓은 산업에서 적층제조 기술의 적용 사례를 소개했다. ■ 정수진 편집장
기술에서 프로세스 혁신으로, 3D 프린팅의 핵심 가치 변화
3D 프린팅 기술은 프로토타입 제작에서 점차 다양한 산업, 다양한 분야로 확장하고 있다. 3D시스템즈는 지속적인 혁신과 기술 개발을 통해 다양한 제조 기업의 프로세스를 향상시킬 수 있는 솔루션 공급사로 자리매김하는 데에 자사의 핵심 경쟁력이 있다고 보고 있다.
3D시스템즈코리아의 정원웅 대표이사는 “3D시스템즈는 ‘나에게 필요한 솔루션을 제공하는 회사’를 목표로 전세계 80여 명의 전문 엔지니어가 기술을 개발하고 있으며, 매일 2만대 이상의 프린터가 100만 개 이상의 부품을 생산하고 있다”고 소개했다. 3D 프린터, 소재, 소프트웨어 등 제품 중심의 비즈니스를 벗어나, 고객의 실질적인 가치와 활용분야에 적합한 솔루션을 제시하겠다는 것이다.
3D시스템즈는 산업과 의료 분야를 자사 3D 프린팅 비즈니스의 중심 축으로 놓고 있다. 이에 맞춰 시뮬레이션, 절삭가공과 적층가공을 결합한 하이브리드 가공, 인공지능 등의 기술을 꾸준히 인수합병하면서 변화를 가속화하고 있다.
3D 프린팅은 고객의 요구에 빠르게 대응할 수 있다는 것이 장점으로 꼽힌다. 3D시스템즈는 자동차, 우주항공, 바이오, 의료, 제조 등 다양한 분야의 고객을 확보하고 있는데, 정원웅 대표이사는 국내에서 적층제조의 활용 폭을 넓히면서 더 많은 고객 사례를 소개하는 데에 노력을 기울일 계획이라고 전했다.
예를 들어, 항공우주/방위 분야에서는 고부가가치 제품 개발과 소량생산, 경량화 등에 초점을 맞추고 있다. 자동차 산업에서는 목업을 제작하는 시간과 비용을 줄이는 데에 3D 프린팅이 유용하게 쓰이고, 의료 분야에서는 바이오 3D 프린팅, 임플란트, 수술 계획 수립 등에 활용할 수 있다. 이외에도 3D시스템즈는 적층제조가 일찌기 생산 프로세스로 자리잡은 귀금속 분야를 비롯해 반도체 장비, 에너지 등 다양한 영역으로 3D 프린팅 기술의 확장을 추진하고 있다.
▲ 3D시스템즈코리아 정원웅 대표이사는 “실질적인 3D 프린팅 솔루션과 가치를 제공하는 기업으로 변화를 진행 중”이라고 소개했다.
제조 패러다임 바꾸는 3D 프린팅 및 소프트웨어 기술
3D시스템즈코리아의 이지훈 이사는 3D 프린팅의 활용이 프로토타이핑에서 적층제조로 진화하고 있으며, 시제품뿐만 아니라 대량생산으로 패러다임이 넘어가고 있다고 짚었다. 이에 따라 3D시스템즈는 콘셉트 모델링, 시뮬레이션을 통한 3D 프린팅 최적화 및 생산 준비, 부품과 최종 제품의 생산을 위한 3D 프린터 제품군, 대량생산을 위한 배치 프로세스와 통합 워크플로 등에 걸쳐 기술 포트폴리오를 강화하고 있다는 점을 내세웠다.
예를 들어, 3D시스템즈의 피겨 4(Figure 4) 플랫폼은 고품질의 소형 부품을 빠르게 생산하는 데에 유리한 3D 프린팅 솔루션이다. 여러 대의 피겨 4 3D 프린터를 병렬로 연결해 동시 생산하는 배치 프로세스를 지원하는 것이 특징이다. 여러 개의 제품을 쌓는 형태로 동시 출력하는 스태킹(stacking)도 지원하며 탄성, 내구성, 열내성을 갖추거나 의료 분야에 적합한 생산 등급의 다양한 소재를 지원한다. 이지훈 이사는 “피겨 4 플랫폼과 3D 스프린트 소프트웨어를 결합해 서포트 최적화로 후처리 속도를 높이고, 후처리 프로세스에서 자동화를 확대할 수도 있다”고 설명했다.
SLS 380와 SLA 750은 중대형 플라스틱 부품/제품 생산에 적합한 3D 프린터이다. 3D 프린팅 작업이 진행되는 챔버(chamber)의 내부 온도를 일정하게 유지하는 것이 제품 성능과 생산성에 영향을 주는 요소 중 하나인데, SLS 380은 이를 위한 실시간 열관리 및 제어 기능을 제공한다. 사용자의 조작을 최소화하고, 4대의 프린터를 연결할 수 있으며, 소프트웨어 - 3D 프린터 - 후처리의 통합 워크플로로 대량생산을 지원한다. 최종 생산에 적합한 연성과 강성을 갖춘 듀라폼 PAx(DuraForm PAx) 소재를 지원하는 것도 SLS 380의 특징이다.
광조형 방식의 SLA(Stereolithography) 기술은 표면 품질이 높지만 속도가 상대적으로 느리고, 소재의 장기 안전성도 단점으로 꼽힌다. 3D시스템즈는 SLA 750 듀얼 모델에서 듀얼 레이저를 사용해 적층 속도를 높이고, 최대 8년까지 성능을 유지할 수 있는 생산 등급의 소재를 지원하는 방식으로 이를 해결할 수 있을 것으로 보고 있다. SLA 750 3D 프린터는 원격 VPN 네트워크 연결로 여러 대의 장비를 한 번에 컨트롤하도록 지원하고, 3D 프린팅 챔버 내에 카메라를 설치해 실시간으로 출력 상태를 확인할 수 있게 한다.
또한, 3D시스템즈는 플라스틱뿐 아니라 금속 3D 프린터 라인업도 강화하고 있다. 이지훈 이사는 “금속 3D 프린팅에서는 빌드 시간 단축, 다양한 두께의 레이어 적층, 소재의 원가 절감 등이 주요한 과제로 꼽힌다”면서, “3D시스템즈는 소재 분말의 재활용성을 높이고, 진공 챔버로 청결한 환경을 유지하며, 실시간 공정 모니터링을 지원하는 방향으로 금속 3D 프린팅의 가능성을 넓히고 있다”고 소개했다.
특히 DMP Factory 500 모델은 3개 레이저를 사용해 적층 과정에서 심라인(seam line)을 없애거나, 여러 개의 작은 제품을 동시에 출력할 수 있도록 했다. 그리고 3D 프린터, 이송 장치, 파우더 제거 장치, 파우더 재사용 장치 등을 모듈 형태로 통합한 시스템을 구성해 3D 프린팅 프로세스 전반을 커버할 수 있게 한 것이 특징이다. 이지훈 이사는 이런 시스템을 의료, 에너지, 반도체 등 다양한 곳에서 활용할 수 있다고 전했다.
▲ 3D 시스템즈는 3D 프린팅 기술과 소재의 다양화를 통해 폭넓은 산업의 요구에 대응하고 있다.
제조 운영 플랫폼 및 대형 3D 프린팅까지 기술 포트폴리오 확장
3D시스템즈는 제조 영역에서 3D 프린팅의 가능성을 넓히기 위해 기술 포트폴리오를 강화하고 있다. 그 한 가지 사례가 SaaS(서비스형 소프트웨어) 기반의 제조 운영 시스템(MOS) 공급사인 옥톤(Oqton)이다. 옥톤의 김영태 이사는 “3D시스템즈가 지난 2021년 인수한 옥톤은 전체 제조 공정을 자동화하고 연결하는 플랫폼을 지향하고 있으며, 중립성/가속화/확장성을 핵심 가치로 추구하면서 개방형 생태계를 제공한다”고 소개했다.
옥톤의 MOS는 적층제조가 대량생산으로 나아갈 수 있도록 자동화, 워크플로의 가시성과 추적 가능성, 확장성 등을 위한 포괄적인 솔루션을 제공하는 데에 초점을 두고 있다. 통합 UI/UX를 제공하는 옥톤 MOS는 AI 및 머신러닝으로 반복되는 수작업을 자동화하고, MES(제조 실행 시스템)를 포함해 AM 생산 프로세스의 수립부터 최적화까지 지원한다. 빌드 준비 단계에서는 제작 제품의 파일 가져와 메시를 수정하고, 가공 프로세스의 시뮬레이션을 진행한다. CAM을 위해서는 가공 프로세스 준비 과정을 자동화하며, IIoT(산업 사물인터넷)을 통해 장비의 연결, 데이터의 공유/수정, 프로세스 과거 기록의 동기화 등을 지원한다. 또한, 클라우드 기반의 데이터 허브를 제공해 모든 생산 관련 데이터를 한 곳에 모으고 관리할 수 있다. 한편, 옥톤 MOS는 기하형상을 제작하기 위한 딥러닝, 프로세스 최적화를 위한 신경유도 검색, 제어 모니터링을 위한 학습 등에 인공지능과 머신러닝을 활용한다.
3D시스템즈가 작년 인수한 업체 가운데에는 펠릿 압출 기술에 기반한 3D 프린팅 솔루션 업체인 타이탄(Titan)이 있다. 3D시스템즈의 라훌 카사트(Rahul Kasat) 타이탄 사업부 부사장은 “3D시스템즈는 타이탄과 합병을 통해 산업용 대형 3D 프린팅 플랫폼 영역의 강화를 추구하고 있다”면서, 타이탄은 다양한 엔지니어링 소재의 대형 부품을 빠르게 적층하면서 소재 비용을 절감할 수 있다고 설명했다.
타이탄은 항공우주, 제조, 의료 , 소비재 등 다양한 산업에서 제작 시간과 소재 비용을 줄일 수 있다는 점을 내세운다. 대형 빌드 볼륨을 지원하면서 빠른 3D 프린팅 속도로 산업용 부품을 생산할 수 있다는 점도 특징이다. 다양한 소재와 함께 0.4mm부터 9mm까지 노즐을 교환해 다양한 레이어 높이로 출력이 가능하며, 3축 스핀들 밀링 기능을 통합했다. 이외에도 모듈 구성으로 다양한 형태의 제조 솔루션을 구축할 수 있다는 것이 특징이다.
▲ 옥톤은 제조 공정 전반의 자동화와 연결을 지원하는 제조 운영 시스템을 지향한다.
▲ 타이탄은 펠릿 압출 기술 기반의 대형 3D 프린팅에 초점을 맞춘다.
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작성일 : 2023-06-01
