최근 3D 프린팅은 소비재, 전기, 전자, 식품, 패션, 교육, 의료, 건축, 자동차, 항공, 우주 로켓 분야에 이르기까지 거의 모든 산업분야에 두루 활용되고 있습니다. 3D 프린팅의 최대 장점은 ‘내가 필요로 하는 제품을 저렴한 비용으로 빠르게 만들어 볼수있다’는 점이라 할 수있습니다.
즉, 본격적인 제품 개발에 앞서 워킹목업을 포함한 시제품 제작에 활용되는 것은 물론, 최근엔 전통적인 금형 사출을 대신해 양산품 생산에도 적용되면서 제품 생산에 이르기까지의 리드타임 단축에 기여하고 있습니다. 기업과 개인의 입장에서는 제품의 개발 생산까지의 시간을 단축하면 비용을 절감할 수 있기 때문에 3D 프린팅은 몹시 효율적인 생산수단으로 자리매김하고 있습니다.
이제 국내에서도 3D프린팅이 미래 성장의 주요 기술로 주목되면서 시장 규모 또한 높은 성장률을 보이고 있습니다. 특히 개인이 저렴한 비용으로 구입할 수 있는 3D프린터 시장 또한 확대되면서 집에서 개인이 직접 제품을 생산하는 모습도 더이상 낯설지 않게 되었습니다.
이처럼 3D 프린팅은 우리 삶에 밀접하게 다가온 왔지만, 막상 3D 프린터를 어떻게 활용해야 할지 몰라 고민하는 분들이 적지 않을 것으로 보입니다. 이런 분들을 위해 3D 프린팅 실전 활용법에 대해 설명해드리고자 합니다.
어떤 경우에 3D프린팅을 선택하면 좋을까?
① 시제품
3D 프린터 사용에 적합한 첫 번째 사례로는 단연 시제품 제작을 꼽을 수 있습니다. 이미 많은 기업과 개인이 시제품 제작 시 3D프린터를 활용하고 있습니다.
시제품 제작 시 3D 프린팅을 이용할 때의 가장 큰 장점은 빠른 제작을 통해 개발품을 신속하게 검증하고 수정사항을 손쉽게 검토할수 있다는 점입니다. 제작을 의뢰한 고객 입장에서는 시제품을 제작하는 데 드는 시간을 감축할 수 있기 때문에 자연히 비용 또한 크게 줄일 수 있습니다.
② 복잡한 구조의 부품
두 번째로 '형이상학적 형상이나 복잡한 구조의 부품' 제작을 들겠습니다.
잘 알고 계시다시피 제품 개발 시 기능성 과 디자인 부분은 뺴놓을 수 없는 중요한 부분입니다. 인체 공학적 설계, 위상최적화 설계, 기능성을 극대화하는 설계, 경량화 설계, 디자인이 가미된 설계 등 갈수록 디자인 및 설계가 복잡해지면서 전통적인 제조 방식으로는 이를 구현하기가 점점 더 어려워지고 있습니다.
즉, 절삭가공 방식의 NC 가공이나 금형 사출 등으로는 아래와 같은 형이상학적 형상이나 복잡한 구조 형태의 부품을 만들려면 이를 구현하기가 어려울 뿐만 아니라, 가능하더라도 상당한 시간과 비용이 소요됩니다. 디자인상의 제약이 거의 없는 3D 프린팅이 유리한 분야입니다.
③ 다품종 소량생산
세 번째로 '다품종 소량생산'을 꼽겠습니다.
3D 프린팅은 내구성이 개선되면서 점차 단순한 시제품 제작을 넘어 양산으로 활용범위가 확대되고 있습니다. 특히 조금만 디자인이 바뀌어도 금형을 새로 제작해야 하는 금형 사출과 달리, 디자인 변화에 대한 제약이 거의 없기 때문에 다품종 소량생산에 유리합니다.
실제로 최근 HP(휴렛패커드)사의 MJF(멀티젯퓨전) 방식 3D 프린터로 최대 시속 300km 이상으로 질주하는 모터레이싱 차량에 사용되는 부품을 만든 사례도 있습니다. 최대 2.5배의 중력을 견뎌내야 하는 극한의 환경에서 진동을 견뎌낼 만큼의 내구성이 뛰어난 부품을 3D 프린터로 제조한 것입니다. 앞서 설명한 것처럼 복잡한 구조의 제품 생산에서도 3D 프린팅은 시간과 비용을 크게 아낄 수 있는 효과적인 대안이 되고 있습니다.
이처럼 3D 프린팅이 CNC나 금형 같은 전통적인 제조 공법과 비교할 때 제품 디자인 등의 측면에서 제약이 덜한 것은 사실이지만 그렇다고 만능은 아닙니다. 특히 3D 프린터에 보다 적합한 분야가 있는 만큼, 제품 생산에 앞서 이런 점들을 감안해 자신에게 맞는 생산 방식을 선택하는 것이 유리하다는 점을 염두에 둘 필요가 있습니다.
3D프린터가 적합하지 않은 사례로, 부피가 크고 형상이 단조로운 단순 박스 형태의 제품(부품)은 CNC가공이나 아크릴가공, 진공주형 등 전통적인 제조 방식이 보다 적합합니다.
마찬가지로 밀도가 높고 부피가 큰 형태 또한 FRP(Fiber Reinforced Plastics)를 활용하거나 NC가공 등을 선택 하는 것이 유리하다 하겠습니다. 그 밖에 한 번에 생산하는 수량이 수 만개 이상으로, 대량생산이 필요한 경우에는 금형 사출 방식이 상대적으로 유리합니다. 최초 금형 제작 비용은 비싸지만 양산 수량이 늘어날수록 개당단가가 현저히 낮아지기 때문입니다.
어떤 3D프린터를 선택해야 할까?
적층제조(Additive Manufacturing) 방식으로 가공한다는 점에서 다같이 3D 프린터로 분류되지만, 사실 3D 프린터의 작동 방식은 천차만별입니다. (개별적인 3D 프린팅 작동 원리에 대해선 카파 블로그에 게시된 <3D 프린팅 개념 총정리! 시제품 제작의 모든것> 을 참고하세요)
동일한 디자인, 제품 '목적'에 맞는 프린터를 골라야
따라서 어떤 가공방식을 선택하느냐 못지 않게 어떤 3D 프린팅 방식을 선택하느냐도 중요합니다. 구체적인 3D 프린터를 선택할 때는 제품 혹은 부품을 제작하는 목적이 무언인지를 따져보는 것이 중요합니다. 즉, 내가 제작하려는 부품의 기능성과 디자인 목적성에 대해 따져본 뒤 거기에 맞는 3D 프린터를 선택해야 한다는 얘깁니다.
아래 표를 바탕으로 예를 들어보겠습니다.
표에 나와있는 제품들은 모두 동일한 디자인의 원통형 소품입니다. 하지만 제품의 목적에 따라 적합한 3D 프린터 종류가 달라졌다는 것을 알 수 있습니다.
즉, 남들의 시선을 의식하지 않고 집에서 편하게 놓고 쓸 목적이라면 상대적으로 품질이 떨어지더라도 가격을 낮추는 것이 유리합니다. 이럴 때는 FDM 방식의 3D 프린터가 적합합니다.
이에 반해 남들의 시선을 신경 써야 하는 사무실 비치용이라든지, 선물용으로 사용하는 제품이라면 보다 고품질이 요구됩니다. 이 때는 SLA나 MJF, SLS를 적용하는 것이 좋습니다.
내구성? 디테일? 제품 '특성' 고려해야
또다른 예를 들어보겠습니다. 아래 표는 제품의 특징이나 수량 등을 고려해 거기에 적합한 3D 프린팅 방식을 정리한 내용입니다.
표에서 알 수 있듯이 양산품으로 사용할 내구성이 높은 제품을 제작한다면 MJF 방식이 적합합니다. 이에 비해 내구성보다는 세밀한 디테일을 살려야 하는 전시용품 같은 경우엔 SLS 방식 등을 채택하는 편이 유리합니다.
이상으로 어떤 제품을 만들 때 3D 프린터가 적합하고, 또 제품의 목적이나 특성에 따라 어떤 3D 프린팅 방식을 선택하는 것이 좋은지에 대해 살펴봤습니다.
NASA(미 항공우주국)는 화성탐사선에 3D프린터를 함께 실어보낼 것이라는 계획을 밝힌 바 있습니다. 만약 인류가 화성에 이주할 경우 현지에 필요한 건축물 제작이나, 우주복 제작 등에 3D 프린팅을 활용하려는 것입니다. 그만큼 3D 프린팅의 활용 범위가 무궁무진해지고 있음을 보여주는 사례입니다.
이처럼 적용 범위가 갈수록 넓어지고 있는 3D 프린팅, 다음 번에는 3D 프린팅으로 제품을 제작할 때 참고할 만한 유용한 팁에 대해 소개해 드리겠습니다.
※ 이번 글은 카파 파트너 업체인 '프로컴정보기술'의 박정근 차장님이 작성해 주셨습니다.
제조업체 매칭플랫폼 카파(CAPA)에서는 프로컴정보기술을 비롯해 3D 프린팅 제작을 도와드릴 국내 최고 수준의 3D 프린팅 업체들을 만날 수 있습니다. 제조 방식에 대한 지식이 부족하거나 도면이 없더라고 걱정하지 마세요. 카파 파트너스(제조업체)가 초보 고객도 쉽게 원하는 제품을 만들 수 있도록 제품 디자인부터 기구설계, 실제 제품 제작까지 전 과정을 지원해 드립니다. 지금 카파(CAPA)를 방문해 보세요!
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