제조산업 분야 적용

3D프린팅 기술이 적용되는 분야는 초창기에 RP(Rapid Prototyping)로 불리며 디자인이나 기능성을 검토하기 위한 시제품제작을 중심으로한 개념이었다. 최근에는 실제 사용가능한 제품을 제조하는 AM(Additive Manufacturing) 방식으로 발달되면서 3D프린팅 기술의 적용 분야가 제조산업과 우주산업까지 무한대로 넓어지고 있다. 특히 의료분야와 패션분야, 음식분야 등은 새로운 재료의 개 발로 인해 하루가 다르게 발전하고 있다.
3D프린팅 기술이 적용되는 분야는 제조산업과 의료산업, 교육분야 등에 폭넓게 적용되고 있으며 대표적인 적용사례를 중심으로 살펴보고자 한다.

 

1) 자동차 분야
외국에서는 기존 자동차에 비해 부품수가 간단한 전기자동차 분야에서 직접 생산에 적용하고 있다. 2010년 Stratasys와 캐나다 Kor Ecologic 합작품으로 3D프린팅 기 술로 탄생한 최초의 자동차 "어비(Urbee)"를 선보이기도 했으며 자동차용 부품이나 조립용 픽스처, 지그 등을 제작하여 활용한다.미국 로컬모터스가 전기자동차를 개발하면서 자동차부품 수를 50여개 정도로 줄여서 만든 자동차(스트라티: Strati)로서, 바디와 섀시를 3D프린터로 출력했다.
국내자동차 기업에서도 대우자동차에서 최초로 구입해서 활용하였으며 1990년대 말부터 국내 자동차생산 모든 업체가 3D프린터를 적용시켜 신제품 개발과 시제품 제작, 디자인 검증을 위해 활 용하고 있다. 현재는 자동차 관련 협력업체에서도 자동차의 인테리어 부품과 익스테리어 부품 개발용으로 많이 활용되고 있으며 3D프린팅 제품을 부속품으로 직접 활용하는 수량이 점점 확대되고있는 추세이다.

 

2) 주얼리 분야
주얼리 분야는 왁스소재를 활용하여 3D프린팅 후 제작하고자 하는 금, 은 등의 재료를 주물제품 이나 다이캐스팅 주조법에 의해서 제작하고 후처리하여 사용하거나 골드전용 3D프린터로 제작하는 경우도 있다. 3D프린팅된 왁스제품과 후처리된 제품들을 다양하게 출력 가능하다.

 

3) 건축 분야

건축 분야는 건축디자인 컨셉용으로 많이 활용되고 있으며 필요에 따라 직접 대형 3D프린터를 설치하여 집을 건축하기도 한다. 안전사고에서 더 자유로워지며, 낮과 밤에도 작업이 가능하여 인건비를 비약적으로 절약할 수 있게 된다.

4) 패션 분야
패션 분야는 2013년 이후 각종 패션쇼에서 3D프린팅 의상을 입은 모델들이 등장했으며 맞춤형 여성용 언더웨어를 선보이기도 했다. 2013년 파리 패션쇼에서 선보이기도 했다. 향후 섬유관련 재료가 개발된다면 의류제작에 있어서도 큰 변화가 예상된다.

 

5) 캐릭터 분야
캐릭터분야는 최근 들어서 각종 인터넷 게임과 만화영화 등의 주인공에 대한 선호도에 따라 시리즈별로 수집하는 매니아층이 생겨나면서 시장이 점점 커져가고 있으며, 3D프린터의 발달로 인해 개인별 주문제작 스타일로 변화하고 있다. 기존의 피규어나 상품들이 거의 설비를 갖춘 공장에서만 생산이 가능하였으나. 3D프린터로 개인이나 소 사업장에서도 생산이 가능해져 관련 삽업이 확대되어가고있다.

 

6) 토이 분야
3D 프린팅으로 제작되는 토이제품은 아트토이와 스마트토이로 구분되며, 최근에는 (주)HDC와 Digital Hands에서 SLS 3D프린터로 하프토이를 제작하여 새로운 비즈니스를 창출하고 있다. 스마트토이(Smart Toy)는 3D프린팅과 IOT, ICT가 결합된 융합상품으로 발전 가능성이 풍부한 분야이다. 센서로 물체와 소리에 반응하며 아두이노를 활용한 기능확장 등 향후 인공지능 기능과 함께 인간과 교감할 수 있는 스마트토이가 예상된다.

 

7) 시제품 분야
시제품 분야는 전통적으로 기계가공과 수가공을 거쳐 도장하고 부품을 조립해서 마무리 하는 순서로 디자인 목업이나 워킹 목업이 제작되어 왔으나 3D 프린팅의 기술이 발전하면서 3D 프린팅 제품을 후처리하는 것으로 완성된 시제품을 만들 수 있게 되었으며, 부품에 따라 재료의 강도와 특성에 따라 부속품으로 즉시 사용하는 경우가 점점 더 많아지고 있다.

 

8) 항공산업 분야
항공산업 분야에는 이미 항공기의 보디 재료인 티타늄 재료를 활용한 항공기 부품 등을 제작해서 사용하고 있다독일EOS의 DMLS기술을 사용하고 코발트크롬 MP1 재료로 가공 한 제트엔진의 연료분사시스템을 조립 없는 하나의 부품으로 제작하여 사용하고 있다. SLS 방식의 3D프린터로 플라스틱 재료를 사용하여 내부 인테리어용으로 항공기 에어덕트 부품을 3D프린팅해서 직접 부품으로 사용하고 있다.

 

9) 우주산업 분야
우주산업 분야는 인공위성을 제작하는 과정에 3D 프린팅 제품을 부품제작 에 직접 활용하고 있으며 현재 EOS 등 메탈 3D프린터에서 스테인리스 스틸,니켈합금, 코발트크롬 합금, 티타늄 등의 재료로 출력하여 사용하고 있다.인공위성과 항공기로부터 위성을 보호하기 위하여 브라켓을 설치하여 사용 하는 것으로 티타늄 재료를 활용한 3D프린팅 제품을 직접 적용한 것이다. 소형가스 터빈에 사용되는 터빈 휠을 니켈합금 소재를 활용하여 3D프린터로 출력해서 사용한 것이다. 일반적인 가공작업을 통해서는 12주 만에 제작할 수밖에 없는 부품을 2~3일 내로 생산이 가능하게 되었다. 제작공정 시간도 많은 절약이 되지만 고가인 장비의 부품을 메탈 3D프린터로 제작한다면 부품에 따라 차이가 있을 수 있으나 일반적으로 80% 정도의 원가 절감효과가 있기 때문에 향후 사용 빈도가 많을 것으로 예상된다.

2016년 9월 미국의 최대 제조업체 제너럴일렉트릭(GE)이 14억 달러를 투자하여 3D 메탈프린터 분야에서 세계적인 스웨덴 아르캠(Arcam)과 독일 SLM 솔루션 업체 2곳을 인수하였으며 항공기 부품과 우주산업분야의 핵심 부품을 직접 생산함에 따라 다른 분야의 제조업으로의 발전이 기대된다.