[카테고리:] 제조

1984년 3D 프린터가 세상에 처음 모습을 드러냅니다. ‘3D 시스템즈(3D Ststems)’의 창립자 척 헐(Chuk Hull)이 만든 3D 프린터는 말그대로 ‘혁신’이었습니다. 3D 프린터는 새로운 기술이자 새로운 문화였습니다. 제조 전문가를 찾아가지 않아도, 나의 아이디어를 세상의 빛을 보게 할 수 있었거든요. 미국에서 본격화된 ‘메이커스 운동(Makers Movement)’는 이러한 흐름을 보여주는 대표적인 현상입니다.

1980년대에 개발된 3D 프린터는 21세기 들어 4차 산업혁명을 선도할 대표적인 기술로 각광 받았습니다. 하지만 애초 기대와 달리 실제 산업 현장에서 쓰임새는 제한적이었습니다. 무엇보다 속도가 문제였습니다. 제품 하나를 만들기 위해 3D 프린터를 며칠씩 가동해야 하는 경우도 많았는데, 양산을 하는 데 있어 인쇄 속도는 비용과 직결되기 때문입니다.

하지만 새로운 기술의 발전으로 3D 프린팅도 점차 속도의 굴레에서 벗어나는 모습을 보이고 있습니다. 특히 ‘속도’ 측면에서 강점이 있는 3D 프린팅 방식이 있다고 하는데요. 오늘 제조 길잡이의 주인공, ‘MJF 3D 프린팅’입니다.

*이번 콘텐츠는 캐파 파트너인 ‘프로컴정보기술 박정근 차장님’의 도움을 받아 작성했습니다. 프로컴정보기술에 대해 더 알고 싶으시다면 링크를 클릭해 보세요. 

‘파우더 베드형’ MJF, SLS와는 형제지간?  

 

MJF는 2016년에 처음 세상에 등장했습니다. (사진=3Dprint.com)

 

MJF(Multi Jet Fusion)는 ‘파우더 베드형’ 3D 프린팅 방식입니다. 파우더(분말 재료)를 깔고 원하는 영역만 굳혀서 제품을 만드는 방식이죠. 좀 더 자세하게 이해하기 위해 3D 프린팅의 분류를 살펴볼까요.

3D 프린팅은 사용하는 소재 및 출력방식에 따라 크게 3가지로 분류할 수 있습니다. 보통 우리에게 가장 친숙한 FDM 방식은 ‘필라멘트 압출형’, SLA는 ‘액체 경화형’, SLS는 ‘파우더 베드형’ 으로 분류되죠. MJF는 SLS와 비슷한 방식이라고 이해하면 됩니다. 파우더 소재가 프린터 헤드에서 분사되어 베드에 깔리면, 원하는 영역만을 굳혀가며 제품을 만드는 방식입니다. 다만 MJF는 제품을 굳히는 열원이 적외선, SLS는 레이저라는 점에서 차이가 있죠.

 

(사진=3dprintingcenter.net)

 

MJF는 3D 프린팅 방식 중에서도 비교적 최신 기술입니다. 구체적으로 HP(Hewlett Packard)사에서 2016년에 출시한 3D 프린팅 방식입니다. 비교적 최근에 개발된 방식이다 보니 기존 3D 프린팅 방식의 장점을 살리고 단점은 개선했다는 평가를 받습니다. 특히 HP사의 MJF 프린터에 사용되는 부품들은 MJF 프린팅을 이용해 만들었다고합니다.

적외선 램프로 특정 영역 가열해 형태 완성 

그렇다면 MJF 프린터는 어떤 방식으로 제품을 출력할까요. MJF의 작동 원리를 이해하려면 분말 형태의 재료 외에 ‘퓨징 에이전트’와 ‘디테일링 에이전트’에 대해 알고 넘어가야 합니다. 퓨징 에이전트는 실제 제품의 모양으로 구성되는 부분입니다. 퓨징 에이전트가 재료와 함께 굳어서 제품을 만드는 것이죠. 이에 비해 디테일링 에이전트는 말 그대로 제품의 ‘디테일’을 위한 에이전트, 즉 제품의 외부 표면을 깔끔하게 만들기 위해 제품의 ‘테두리’에 분사됩니다.

구체적인 MJF의 작동 방식은 아래 순서와 같습니다.

 

(사진=프로컴정보기술 제공)

 

① 파우더 형태의 소재를 출력할 영역에 바른다.
② 프린터 헤드가 퓨징 에이전트(fusing agent)를 특정 영역에 분사한다.
③ 프린터 헤드가 디테일링 에이전트(detailing agent)를 분사한다. (디테일링 에이전트는 제품 치수를 정확하게 하고 표면을 매끄럽게 하기 위한 목적으로 사용되기 때문에 주로 퓨징 에이전트가 도포된 경계부에 분사됨)
④ 적외선 램프를 이용해 퓨징 에이전트 영역을 녹인다.
⑤ 퓨징 에이전트 영역이 응고되면서 한 층이 완성된다.
⑥ 위 단계를 반복해가며 제품이 점차 완성된다.

퓨징 에이전트와 디테일링 에이전트의 차이에 대해선 아래 동영상을 참고하시면 이해에 좀더 도움이 될 겁니다.

아래 동영상은  MJF 프린터가 실제로 작동하는 모습입니다.

얼핏 보기에는 프린터 헤드만 움직이는 것 같지만, 자세히 보면 인쇄 영역의 색깔이 진해지고 연해지고를 반복합니다. 이와 같은 과정이 반복되면서 제품이 한층한층 쌓여가게 됩니다.

빠른 ‘속도’가 최고 경쟁력

MJF가 세상에 나온 2016년, HP의 3D프린팅 마케팅 디렉터인 알렉스 모니노는 MJF 프린팅이 “전통적인 CNC 밀링, 사출 성형 등 제조 방식보다 제조 시간 및 비용 측면에서 보다 경제적일 것”이라고 밝혔습니다. 실제로 빠른 출력 속도는 MJF의 대표적인 강점으로 꼽힙니다. 도대체 얼마나 빠르기에 그럴까요?

물론 제품의 복잡성이나 크기 등에 따라 차이가 있을 수는 있습니다. 하지만 통상적으로 3D 프린팅 종류에 따른 인쇄시간을 비교하면 FDM > SLA > SLS > MJF 순으로 시간이 오래 걸린다고 합니다. HP에서 실시한 실험 결과에 따르면, 동일한 시간 동안 동일한 부품을 생산한다고 가정할 때 △MJF(Multi Jet Fusion) 방식으로 1만2600개 △SLS(Selective Laser Sintering) 방식으로 1000개 △FDM(Material Extrusion) 방식으로 460개를 만들 수 있는 것으로 나타났다고 합니다.

정교하고 복잡한 형상 ‘OK’, 한번에 여러 제품 출력 가능

3D 프린팅은 여타 가공방식에 비해 복잡한 모양의 제품을 제조하는 데 있어 유리합니다. 아래 사진처럼 빈 공간이 많은 제품은 사출로는 표현하기 어렵지만 3D 프린팅에서는 별다른 어려움 없이 구현이 가능합니다.

 

(사진=프로컴정보기술)

 

특히 MJF 방식은 소재가 사람 머리카락 수준 크기(PA-12는 0.06~0.08mm)에 불과합니다. 이 때문에 섬세한 구조의 표현이 가능하고, 별도의 조립 과정 없이도 완제품을 만들어낼 수 있습니다. 미세한 가루를 쌓아서 제품을 한층한층 만들기 때문에 위 사진처럼 부품 속에 부품이 들어간 구조의 제품도 한 번에 출력할 수 있습니다.

이러한 특징은 제품 양산시에 큰 이점을 가집니다. 부품을 하나하나 생산한 뒤 수작업으로 접합하는 비용을 아낄 수 있기 때문입니다.

 

(사진=프로컴정보기술)

 

제품 양산에 사용되는 대표적인 방식인 금형사출의 경우 제품의 디자인이 조금만 달라져도 사실상 금형을 새로 만들어야 합니다. 이에 비해 3D 프린팅은 제품을 만들 때 설계도 이외에 별도로 필요한 작업이 없습니다.

특히 MJF 방식은 한층씩 쌓아가는 파우더 베드형으로 제품을 만들기 때문에, 한 베드 안에 여러 제품을 담을 수 있도록 설계할 수 있습니다. 빈 공간을 효율적으로 활용하면 한 번에 여러가지 제품을 출력할 수 있습니다. 그만큼 시간과 비용은 절감됩니다.

 

중국 장인의 조각품을 프린팅한 사례. 사이즈는 35x35x40mm (사진=프로컴정보기술)

 

위 사진은 수 년에 걸쳐 완성된 조각품을 MJF 프린터로 짧은 시간에 완성한 사례입니다. 16시간 만에 동일한 형태의 제품 280개를 제조한 사례를 보여줍니다. 중국의 한 조각 장인이 수 년에 걸쳐 구 안에 구가 담긴 형이상학적 형상의 조각품을 만들었는데, MJF 프린팅으로 이를 16시간 만에 280개나 만들 수 있었다고 합니다.

채우기 밀도 조절로 비용 절감 

제품 강도에 크게 영향을 주지 않는 선에서, 재료를 ‘덜’ 채운다면 출력 시간은 훨씬 줄어들 것입니다. 보통 FDM 3D 프린팅 방식에서는 이처럼 채우기 밀도를 조절해 출력 시간을 줄입니다.

 

( 사진=프로컴정보기술)

 

실제로 정육면체(40x40x40mm³)를 FDM 방식으로 각각 채우기 밀도 100%, 채우기 밀도 20% 수준으로 출력한 실험에서는 100% 밀도에서는 △제작 시간 12시간 30분 △무게 65g 이었고, 20% 밀도에서는 △제작 시간 2시간30분 △무게 18g 으로 나타났습니다. 제작 시간은 5배, 무게는 3.6배나 차이가 난 것이죠.

MJF 프린팅에서도 이와 같은 채우기 밀도 조절이 가능합니다. 다만 MJF 방식에서는 채우기 밀도를 조정한다고 해서 작업 시간이 절감되지는 않지만 재료의 사용량을 줄일 수 있습니다. MJF의 경우 소재 자체의 비용이 높은 편이기 때문에 밀도를 조절해 재료를 덜 쓰면 비용을 줄일 수 있습니다.

장기모형 등 의료용 제품 활용도 높아 

 

(사진=saratech.com)

 

MJF는 섬세한 표현이 필요한 의료 분야 제품에서 활용도가 높습니다. 위 사진은 심장과 혈관을 표현한 인체 장기 모형입니다. 복잡한 수술을 앞둔 경우 의료진이 MJF로 만든 인체 장기 모형을 활용해 수술 준비를 한다고 합니다. 컬러 인쇄도 가능한 MJF는 정맥과 동맥을 다른 색깔로 표현하여 육안으로 쉽게 구분할 수 있도록 도와줍니다.

특히 어른보다 장기가 작은 어린이 환자들을 수술하는 경우에 인체 장기 모형이 많이 활용된다고 합니다. 미국 샌디에이고에 위치한 어린이 병원인 Rady Children’s Hospital에서는 의료진들이 수술을 연습하기 위해 환자의 심장을 3D 프린팅한다고 합니다. 이 병원에는 3D 프린팅 기술을 연구하는 혁신 연구소가 따로 있다고 하니, 앞으로 의료 분야에서 3D 프린팅 기술을 활용할 수 있는 가능성은 무궁무진할 듯합니다.

의료 보조기를 제작할 때도 MJF는 활용도가 큽니다. 환자의 신체 구조에 정확하게 맞고, 불편함 없이 사용할 수 있는 보조기를 만들 때에 MJF 프린팅을 활용할 수 있습니다. 예를 들어 손목을 삐었을 때 착용할 보조기를 만드는 경우, MJF 프린팅으로 환자의 손목 사이즈를 고려한 보조기를 설계해 빠른 시간 안에 제작하는 것이 가능합니다.

지금까지 MJF 방식의 3D 프린팅에 대해 알아봤습니다. 출력 속도와 비용 절감 측면에서 효율성이 높은 MJF 프린팅 방식으로 제품을 만들어보세요. 온라인 제조 플랫폼 캐파(CAPA)에는 전문성 있는 MJF 프린팅 업체들이 여러분을 기다립니다.

 

 

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.

 

BMW 그룹의 MINI 시리즈의 독자적인 사이드바 DriveNOw 의 차량이름을 제작하여 100대 한정 제공한 사례

 

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 캐파(CAPA) 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 캐파 파트너 업체인 ‘프로컴정보기술’의 박정근 차장님이 작성해 주셨습니다. 

제조업체 매칭플랫폼 캐파(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. 캐파 파트너스(제조업체)가 초보 고객도 쉽게 원하는 제품을 만들 수 있도록 제품 디자인부터 기구설계, 실제 제품 제작까지 전 과정을 지원해 드립니다. 지금 캐파(CAPA)를 방문해 보세요!

 

공작기계는 ‘기계의 어머니’로 불립니다. 금속을 가공하는 거의 모든 산업의 기반이 되기 때문입니다. 우리나라는 1970년대 수작업으로 작동하는 단순한 선반, 밀링기 등을 시작으로 경제 발전의 기틀을 다졌고 이후 공작기계 산업은 비약적인 발전을 거듭했습니다. 이제는 지능형 공작기계를 생산할 정도로 산업적 역량이 강화됐습니다. 국내 대표적인 공작기계 생산업체들의 면면을 카파(CAPA)가 짚어봅니다.

 

화천기공은 공작기계 전문그룹인 화천그룹의 핵심축입니다. 회사 설립 후 꾸준히 CNC선반 및 머시닝센터 등을 생산하며 사업을 지속해오고 있습니다. 경쟁사인 두산공작기계, 현대위아와 어깨를 나란히 하며 영향력을 확대해 국내 3대 공작기계 전문업체로 꼽힙니다. 국내 제조업 현장에서 가동되는 공작기계의 3분의 1은 화천기공 제품이라고 해도 과언이 아닙니다.

주물공장에서 출발, 국내 최초 NC선반 국산화 

 

화천기공의 전신은 1945년에 설립된 ‘파철공소’입니다. 해방 후 주물공장을 기반으로 사업의 첫 발을 뗐습니다. 이어 1952년 전라남도 광주에 화천기공을 세우면서 본격적으로 ‘화천’이란 이름을 대외에 알렸습니다. 초기에는 파철공소 때와 마찬가지로 주물 분야에 주력했습니다. 이후 1960년대부터 각종 공작기계를 만들면서 기계산업의 문을 열었습니다.

 

특히 1977년에는 국내 최초로 NC(수치제어) 선반 국산화에 성공했습니다. 그 때까지 국내 제조업계는 외국산 NC에만 의존했지만 공작기계에 대한 수요가 증가하면서 성장 가도를 달렸습니다.

최초라는 타이틀은 계속됐습니다. CNC 밀링기, NCTC, 수평형 머시닝센터 등을 선보이는 등 연구개발(R&D) 역량에 집중하며 경쟁력을 강화했습니다. 또한 국내뿐만 아니라 해외로 영토를 확장하며 글로벌 기업으로 자리매김했습니다.

광주 광산에 본사, 해외 7개 지역서 생산·개발

 

최대주주는 권영일 화천기공 대표를 비롯해 48.78%의 지분을 보유한 권씨 일가입니다. 이어 재단법인 서암문화재단 등이 지분을 갖고 있습니다. 두산공작기계, 현대위아에 비해 오너일가의 지분 비중이 높은 편입니다. 지주회사격인 화천기공 산하에 화천기계, 서암기계공업, 시리우스인베스트먼트, 에프앤가이드, 서암문화재단 등 여러 회사를 수직계열화 했습니다.

사업부문은 크게 금속공작기계 부문과 소재사업 부문(주물)으로 나뉩니다. 금속공작기계부문은 CNC 선반 및 밀링을 비롯해 MC부품을 생산합니다. 소재사업부문은 과거 본업인 주물 제작에 집중합니다. 지난해 말 기준 사업부별 매출 비중은 각각 79.7%, 20.3%입니다. CNC 관련 매출이 압도적이라는 것을 알 수 있습니다.

화천기공 사업장은 광주 광산구에 위치한 본사를 비롯한 제2공장, 평동공장 등 3곳의 국내사업장 및 미주, 유럽, 싱가포르, 인도(2곳), 베트남, 중국 등 해외 7개 지역에서 주요 제품을 생산하는 동시에 개발, 마케팅, 영업 등 사업활동을 벌이고 있습니다. 화천기공이 100% 지분을 쥐고 있는 종속기업은 총 7개입니다.

 

현재 △HMA(미국) △HME(독일·유럽) △HAP(싱가포르·아시아) △HMI(인도) △HMV(베트남) △GMI(인도) HMD(중국) 등을 거느리고 있습니다. 이 가운데 인도에서 사출금형제조업을 담당하는 GMI를 제외하면 모두 ‘공작기계판매업’을 주력으로 하고 있습니다. GMI는 화천기공 공작기계를 활용해 금형을 제조하고 이를 인도 내 업체에 판매합니다.

머시닝센터가 주력, 맞춤형 모델 제공

 

주요 제품은 머시닝센터, 터닝센터, 범용기종, 대형기종, 스마트머신, 마찰 교반 용접기, 소프트웨어 등입니다. 가장 수요가 높은 머시닝센터의 경우 X축, Y축, Z축 이송거리를 비롯해 주축 회전수, 공구 수 등을 고려한 맞춤형 모델을 고를 수 있도록 했습니다. 모든 제품에는 주요 상표인 ‘HWACHEON’이 들어갑니다. 여기에 기종 별 시리즈를 나눠 제품을 분류하고 있습니다.

 

판매량이 높은 ‘효자’ 제품으로는 △HI-TECH Series △HI-ECO Series △TTC Series △VT-Series △SIRIUS Series △CUTEX-Series △M2-Series 등이 있습니다. 수직, 수평, 강력 절삭 등 CNC 특징에 따라 제품을 고를 수 있도록 하고 있습니다.

흥미로운 점은 가격 정책입니다. 가장 저렴한 CUTEX-Series와 가장 비싼 M2-Series를 살펴보면 최근 3년 연속 각각 4028만원, 2억2382만원으로 책정했습니다. 매년 원재료 값이 변동함에도 가격을 고정해 가격 경쟁력을 유지하고 있습니다.

최근에 출시한 모델 중에서는 소형 스틸 가공용 스마트머신 ‘SMART Ua STEEL’에 눈길이 쏠립니다. 이 모델은 세계 최초의 인공지능(AI)형 머신이라는 평가를 받고 있습니다. 누구나 CAD 데이터만 있으면 CAM 연산부터 가공까지 컨트롤할 수 있습니다. 또한 자동화에 최적화된 부품가공 5축 수직 머시닝센터 ‘D2-5AX’도 선보였습니다. 복잡한 형상의 제품을 한 번의 셋팅으로 완성하는 ‘M4-5AX’도 인기입니다.

 

화천기공의 2021년 매출액은 2040억원, 영업이익은 33억원을 기록했습니다. 매출은 전년 1617억원 대비 400억원 이상 늘었고 영업이익은 14억원에서 두배 이상 늘었습니다. 수익성이 개선된 모습입니다. 사업부별로 보면 금속공작기계부문에서 1626억원, 소재부문에서 414억원의 매출을 일으켰습니다.

수출이 전체 매출 절반 이상, 글로벌 시장서 활로 모색

 

권역별 매출 비중을 살펴보면 해외 비중이 높습니다. 글로벌 시장에서 활로를 모색하고 있는 것입니다. 국내 대기업 제조업체들이 생산공장을 해외로 이전시키는 등 국내 공작기계 시장 규모가 위축된 영향으로 풀이됩니다.

지난해 전체 매출액 2040억원 중 수출로 인식된 매출은 1236억원으로 절반 이상입니다. 독일(301억원), 미국(239억원), 싱가포르(193억원) 등 순으로 이어집니다.

재무상태는 매우 안정적입니다. 연결 기준 자산총계는 4254억원입니다. 이중 자본은 3083억원, 부채는 1171억원입니다. 동종업계 대비 부채 비중이 낮습니다. 사업을 위한 빚은 최소화하고 현금을 넉넉하게 유지하고 있습니다. 다소 보수적인 기조로 회사를 운영하고 있다고 볼 수도 있을 것 같습니다.

의료기관 등이 3D 프린팅을 이용해 인공 장기를 만들어냈다는 소식은 최근 심심치 않게 등장하는 뉴스입니다. 세포를 재료로 하는 바이오 3D 프린팅 기술을 이용해 이식할 장기를 만들어내는 것입니다. 모두 사람을 살리기 위한 기술입니다. 

최근 대만에서는 이와는 다른 이유로 3D 프린터를 이용해 장기를 만들어내는 사례가 나타나고 있다고 합니다. 즉, 죽은 사람들을 위한 ‘대체’ 장기를 3D 프린팅하기 시작한 것입니다. 

망자(亡者)를 위해 심장이나, 간, 폐 등의 장기를 3D프린팅한다는 이야기는 SF소설에서조차 접해보지 못한 이야기입니다. 이미 죽은 사람을 위해 장기를 출력해야 할 이유가 과연 있을까요? 정답은 ‘그렇다’입니다. 그렇게 함으로써 생명을 도울 수 있기 때문입니다.

망자를 위한 장기 출력이라는 다소 낯선 소식의 배경에는 대만이라는 국가의 애도 문화와 국민 정서가 자리하고 있다는 분석입니다.

 

대만 문화에서는 고인의 장기를 적출하면 시신의 모양이 손상될 수 있다는 두려움이 존재합니다. 이러한 두려움에 가장 크게 영향을 받는 사람들은 고인을 떠나보내고 슬픔에 빠진 친구들과 가족들입니다. 당연히 이들은 장기 기증에 대해 소극적인 태도를 취할 수밖에 없으며, 실제로 대만에서 이식을 위해 기증되는 장기의 수는 극히 적습니다.

타이페이타임즈에 따르면 대만에서는 1만명 이상의 환자가 장기 기증자를 기다리고 있음에도 불구하고,  2022년 1월과 2월에는 불과 170건의 장기이식 수술이 시행되었습니다. 대만의 의료 당국은 이식 대기자의 수와 이식 수술 진행 건수의 비율을 개선할 필요가 있다고 판단했습니다. 기증자가 없으면 이식을 기다리는 수많은 환자들이 심각한 고통에 시달리다가 죽음에 이를 수 있기 때문입니다.

이러한 문제를 타개할 해결책으로 부상한 기술이 바로 3D 프린팅입니다. 기증할 장기의 플라스틱 복제품을 3D 프린팅하여 기증 장기를 대체함으로서 시신의 형태를 보존한다는 아이디어입니다. 시신의 형태를 유지할 수 있다는 장점뿐만 아니라, 복제된 플라스틱 장기에 유족이 애도와 축복의 메시지 등을 추가하고 장식할 수 있다는 장점이 있습니다.

의사들은 이러한 접근법이 실제로 유효했다고 말합니다. 유족과 지인을 안심시킴으로써 장기 기증이 성공적으로 이루어진 사례가 꽤 있었다는 것입니다.

최근 타이베이 의과 대학 및 관련 의료 기관에서는 장기 3D 프린팅 절차를 설명하는 워크숍을 개최했습니다. 이 워크샵을 통해 해당 지역의 의료 종사자들이 ‘고인을 위한 3D 프린팅 방법’의 실제 절차 및 기술을 힐 수 있었습니다.

이는 분명 이례적인 3D 프린팅 응용 사례가 맞습니다. 제조 기술의 발전이 한 국가의 국민 정서를 이해하고 문화적 관례를 보존하는 데에 기여할 수 있음을 보여주는 특별한 경우입니다. 사례 및 기술적 절차가 널리 배포됨에 따라 대만뿐만 아니라 비슷한 문화적 가치를 공유하는 국가에서의 장기 기증률이 증가할 가능성이 높습니다.

이러한 사례를 통해 3D 프린팅 업계가 아직 발견하지 못한 응용 분야가 무궁무진할 것이란 기대도 해볼 수 있습니다.

온라인 제조 플랫폼 캐파(CAPA)에는 개척자(Pioneer)를 기다리는 전문 3D 프린팅 업체가 포진해 있습니다. 제조업의 수요와 공급을 잇는 캐파에서 최적의 제조 파트너를 만나보세요. 

공작기계는 ‘기계의 어머니’로 불립니다. 금속을 가공하는 거의 모든 산업의 기반이 되기 때문입니다. 우리나라는 1970년대 수작업으로 작동하는 단순한 선반, 밀링기 등을 시작으로 경제 발전의 기틀을 다졌고 이후 공작기계 산업은 비약적인 발전을 거듭했습니다. 이제는 지능형 공작기계를 생산할 정도로 산업적 역량이 강화됐습니다. 국내 대표적인 공작기계 생산업체들의 면면을 캐파(CAPA)가 짚어봅니다.

현대위아는 현대자동차그룹 계열사입니다. 현대모비스, 현대트랜시스와 함께 자동차 부품사로 잘 알려져 있지만 ‘기계를 만드는 기계’인 공작기계를 제작하는 업체이기도 합니다. 1976년 설립 이래 수십년 간 터닝센터, 머시닝센터 등 자동화 공작기계를 만들어왔습니다. 연간 7000대 이상의 공작기계를 전세계 제조업체에 공급하며 공작기계 업계에서 영향력을 지속적으로 확대해나가고 있습니다.

기아자동차 계열 ‘삼원제작소’가 모태

현대위아의 전신은 1976년 기아산업(기아자동차 전신) 자회사 ‘삼원제작소’입니다. 이듬해 ‘기아기공’으로 상호를 변경한 뒤 군수업체로 지정됐고 이때부터 본격적으로 공작기계를 생산했습니다. 이후 1996년 기아중공업으로 사명을 바꿨습니다. 하지만 IMF(국제통화기금) 구제금융 사태로 기아그룹이 부도를 맞으면서 1999년 현대그룹의 품에 안겼고 계열 분리를 거쳐 ‘위아’로 재탄생했습니다.

삼원제작소→기아기공→기아중공업→현대위아

 

2002년에는 현대차그룹에 넘어가면서 서일정밀공업과 합병했습니다. 2004년엔 이에이치디닷컴을 합병하고 이듬해인 2005년 자동차 엔진사업을 개시하는 동시에 현대차로부터 공작기계 부문 자산을 넘겨 받았습니다. 2009년부터는 현대위아로 간판을 또 다시 바꿨고 2011년 코스피 시장에 안착했습니다. 이후 종합기계 산업분야 선두 기업으로 자리매김했습니다.

현대차가 최대주주, 국내 공작기계 3대 업체 꼽혀

현대위아의 최대주주는 전체 지분의 25.35%를 보유한 현대차입니다. 이어 기아가 13.44%를 보유 중입니다. 정의선 현대차그룹 회장의 지분율을 1.95%입니다. 현대차그룹 계열사 외에는 국민연금이 12.56%를 확보하고 있는 점이 눈길을 끕니다. 국내 자본시장의 큰손인 연기금의 포트폴리오로 편입되었다는 것은 그만큼 사업이 안정적이라는 것으로도 해석될 수 있습니다.

사업부문은 크게 차량부품과 기계로 나뉩니다. 차량부품사업부는 말 그대로 차량 관련 부품을 다룹니다. 국내 자동차부품 업체 중 유일하게 자동차 엔진을 생산합니다. 자동차 모듈, 변속기(4WD), 등속조인트(C.V.Joint), 소재 부품 등을 만듭니다. 기계사업부는 공작기계, 공장자동화설비(가공 자동화·조립자동화·로보트&지그시스템) 및 방위산업 제품, 항공기 부품 등을 담당합니다.

경쟁사인 두산공작기계가 공작기계업을 단일사업부로 운영하는 것과 달리 사업부를 나눠서 관리하고 있습니다. 태생은 공작기계지만 완성차 계열사로 편입되면서 자연스레 자동차 부품이 우선순위가 됐습니다. 이 때문에 전체 매출액에서 공작기계 사업부가 차지하는 비중은 크지 않습니다. 차량부품사업은 매출의 약 90%, 기계사업부는 나머지 10% 정도를 차지합니다.

기계사업부 내에서도 구체적인 사업은 스마트솔루션(공작기계·공장자동화 설비 등)과 특수(방산제품 등)로 나뉩니다. 이를 고려하면 공작기계 부문의 매출 비중은 대략 7% 수준입니다. 이처럼 회사 내에서 기계사업부의 비중은 상대적으로 작은 편이지만 시장에서의 위상은 체감온도가 전혀 다릅니다. 현대위아 기계사업부는 두산공작기계, 화천기공과 함께 국내 공작기계 시장의 3대 업체로 군림하고 있습니다.

경남 창원에 본사, 선반·머시닝센터 주력

현대위아 기계사업부의 사업장은 경남 창원에 위치해 있습니다. 현재 1, 2공장을 운영 중입니다. 해외에도 제조 및 판매법인을 두고 있습니다.

현대위아는 지난해 말 기준으로 총 11개의 종속기업을 거느리고 있습니다. 이 가운데 기계사업부 관련 종속기업은 △Hyundai-Wia Machine America Corp(미국 공작기계 판매법인) △Hyundai-Wia Europe GmbH(독일 판매법인) △현대위아공작기계유한공사(중국 판매법인) 등입니다.

수평 컴팩트 선반 ‘KIT4500′(좌) 수평형 머시닝센터 ‘KH63G'(우). 출처 현대위아

기계사업부의 핵심은 공작기계, 공장자동화(FA), 스마트팩토리입니다. 우선 공작기계는 선반과 머시닝센터로 나뉩니다. 선반은 수평 컴팩트, 수평 고성능, 정면, 수직, 복합다축, 알루미늄 휠 가공 등 다양합니다. 머시닝센터는 탭핑센터, 표준고속, 중절삭 가공, 고속 금형가공, 고성능 5축 가공, 보링머신 등으로 제품 라인업을 구축했습니다.

이중에서도 매출 효자 품목으로 수평 컴팩트 선반 ‘KIT4500’와 수평형 머시닝센터 ‘KH63G’가 꼽힙니다. 이 두 모델은 기본에 충실하다는 평가를 받으며 시장에서 꾸준히 판매되고 있습니다. 현재 판매가격은 KIT4500가 약 3690만원, KH63G는 약 2억3830만원입니다.

가장 최근에 출시한 모델들을 살펴보면, 선반의 경우 Y축 CNC 선반 ‘SE-SY Series’, ‘HD-Y Series’와 중절삭 가공용 CNC 선반 ‘HD2600/3100’을 꼽을 수 있습니다. 머시닝센터는 최첨단 수직형 ‘KF-B Series’, 소형 5축 ‘XF2000’, 중대형급 5축 ‘XF8500’이 대표적입니다. 현대위아는 꾸준히 선반과 머시닝센터 기능을 확대하는 동시에 각종 스마트솔루션을 선보이며 경쟁력을 강화하고 있습니다.

기계사업 부문 적자 지속에 체질개선 박차

현대위아는 2021년 매출 7조5277억원, 영업이익 1027억원을 기록했습니다. 전년 대비 매출은 14.2%, 영업이익은 42.8% 증가했습니다. 이 중 차량 부품 매출과 영업이익이 각각 6조7760억원, 1480억원을 기록했습니다. 기계사업만 떼어놓고 보면 지난해 매출 9582억원, 영업적자 450억원을 기록했습니다.

기계사업 부문의 매출은 전년 대비 올랐지만 수익성은 좀처럼 회복되지 않고 있습니다. 2017년부터 5년 연속 영업적자를 이어가고 있습니다. 글로벌 완성차 업체들이 생산량을 늘리는 데 집중하다 수익성을 강화하는 방식으로 사업 전략을 바꾸면서 자연스레 생산설비 수요가 줄어든 탓입니다. 이에 따라 스마트팩토리 관련 사업 역량을 강화하는 등 체질 개선에 박차를 가하고 있습니다.

현대위아의 권역별 매출을 보면 자동차산업 영향권 아래에 있다는 점을 알 수 있습니다. 지난해 말 기준으로 국내에서만 5조7977억원을 벌어들였습니다. 주로 현대차, 기아와 거래하기 때문입니다. 이어 중국 7751억원, 북미 7197억원, 유럽 1264억원, 인도 1088억원 순입니다. 이중 유럽의 경우 영업적자 폭이 전년 대비 더욱 커졌습니다.

재무상태는 안정적인 편입니다. 연결 기준 자산총계는 7조7495억원입니다. 이중 자본은 3조6953억원, 부채는 4조1565억원입니다. 최근 수년간 흐름을 보면 자본은 늘고 부채는 줄어드는 추세입니다. 이런 가운데 현금성 자산은 1조6472억원 규모입니다. 매년 큰 폭의 변화 없이 사업적 체력을 유지 중입니다.