판금 가공이 처음이신가요? 다른 가공 방식과 마찬가지로 판금 가공에서도 가장 기본은 설계(Design)입니다.
설계(Design) 단계에서는 단순히 외형 디자인만 고려해서는 안 됩니다. 가공 과정(manufacturing process)에서 일어날 수 있는 시행착오를 미리 검토해 반영해야 제대로 된 설계라 할 수 있습니다. 그러기 위해선 판금 가공의 특성과 장˙단점을 잘 파악한 뒤 설계에 반영해야 합니다.
오늘은 판금 가공이 필요한 제품(부품)을 설계할 때 자주 발생하는 문제점에 대해 알아보려고 합니다. 다음 사항들만 잘 숙지해도 RFQ(Request For Quote, 견적요청) 작성 시 많은 도움을 받으실 수 있을 겁니다. 다음은 판금 가공 설계시 ‘피해야’ 할 대표적인 7가지 실수 사례입니다.
레이터 커팅 가공. 출처 셔터스톡.
① 도면상에 ‘굽힘’ 표시를 빼먹는다
위 사진에서도 볼 수 있듯, 판금 가공은 주로 납작한 금속 판재를 재료로 합니다. 최종적인 형상을 만들기 위해 이러한 납작한 판재를 구부리거나 잘라냅니다. 이를 위해 레이저 커팅 방식을 사용하기도 하고 프레스 기계로 압력을 가해주기도 합니다.
판금 가공의 특성상 다른 가공방식과 달리 설계 단계에서 고려해야 할 부분이 있는데요, 바로 벤딩 같은 일부 작업의 경우엔 도면 상에 별도 표기가 필요하다는 점입니다. 즉, 3D CAD(Computer Aided Design, 컴퓨터지원설계) 파일에 굽힘(벤딩, Bending) 작업이 들어가야 할 지점을 표기해줘야 한다는 것입니다.
판재를 구부려야 하는 위치를 정확히 표시해야만 원하는 결과물을 얻을 수 있습니다. 아주 간단한 팁입니다만, 이 부분을 간과하고 도면에 표기하지 않는 경우가 적지 않습니다. 또 판재의 두께는 일정해야 하는데, 지점마다 두께를 다르게 지정하는 경우도 있습니다. 예를 들어 3.175mm 두께의 알루미늄을 사용해 하나의 부품을 만들었다면, 나머지 전체 부품의 두께 또한 이와 똑같아야 합니다.
② ‘굽힘선’ 가까이에 ‘구멍’을 배치한다
설계 과정에서 구멍이나 탭 등을 추가할 때 굽힘선과 너무 가까이에 위치시키면 제조 공정이 어려워집니다. 이럴 때는 ‘4T 규칙’을 따르세요. ‘구멍, 탭 등을 포함한 모든 요소’는 굽힘선(Bending Line)에서 ‘재료 두께’의 4배 이상 거리를 유지하라는 것입니다.
4T = keep all features 4 X material Thickness away from bend lines
예를 들어보겠습니다. 두께 1.27mm의 구리판을 사용해 판금 가공이 필요한 제품의 설계를 진행하는 경우라면 굽힘선으로부터 적어도 5.08mm(1.27mmX4) 정도의 여유거리를 두고 구멍(혹은 기타 요소 등)을 위치시키는 것이 좋습니다. 그렇지 않으면 부품을 가공하는 과정에서 예기치 않은 변형이 이뤄질 수 있습니다.
위의 결과물은 어떤가요? 구멍(hole)이 굽힘선(Bending Line)으로부터 최소 (재료 두께)X(4배) 이상 떨어져 있나요? 출처 셔터스톡.
③ 모서리를 완벽한 ‘직각’으로 설계한다
프레스 브레이크를 이용해 판재를 구부릴 때 구조상 완전히 직각인 모서리는 구현할 수는 없습니다.
금속을 구부리는 산업용 장비인 프레스 브레이크는 크게 펀치와 다이로 구성됩니다. 펀치는 재료를 위에서 아래로 누르고, 다이는 재료를 받칩니다. [더 알아보기]
프레스 브레이크의 끝부분은 보통 둥근 형태인데, 구부러진 정도에 따라 휘어지는 부위의 반경(radius)이 달라집니다. 구부러진 영역의 길이를 측정한 뒤 2로 나누면, 굽힘 반경 값(bend radius value)을 구할 수 있습니다. 이 수치는 프레스 브레이크에 의해 결정됩니다. 제품의 특성상 곡률 값(커브 값)이 중요하다면, CAD 도면 상에서 이 부분의 수치를 명확히 할 필요가 있습니다.
금속을 구부리는 산업용 장비인 프레스 브레이크는 크게 펀치와 다이로 구성됩니다. 펀치는 재료를 위에서 아래로 누르고, 다이는 재료를 받칩니다. 출처 셔터스톡.
가장 일반적인 내부 굽힘 반경은 0.762mm(0.030inch)입니다. 여기서 꼭 기억해야 할 사항은 외부 굽힘 반경(프레스 브레이크의 다이에 형성된 반경)은 재료 두께(material thickness)에 내부 굽힘 반경을 더한 수치와 같다는 점입니다.
외부 굽힘 반경(external bend radius)= 재료 두께(material thickness) + 내부 굽힘 반경(internal bend radius)
설계시 전체 부품에 반영하는 반경 값은 동일한 수치를 유지해야 한다는 점도 꼭 기억해야 합니다. 반경 수치를 통일하지 않으면, 엄청난 비용이 들어갈지도 모릅니다.
④ 조립시 사용할 부품의 사양을 입력하지 않는다
리드 타임(제품에 대한 주문을 접수한 시점부터 고객에게 제품을 전달하는 시점까지 걸리는 시간)이 길어지길 바라는 고객은 없을 겁니다.
리드 타임을 단축하기 위해선 제조업체(파트너)에 최종 조립 단계에서 사용하고자 하는 부품의 사양을 미리 알려주어야 합니다. 그 부품이 CLS-440-2와 같은 클린칭 너트이든, FHS-M5-15와 같은 플러시 헤드 스터드이든 상관 없습니다. 제조업체에 미리 해당 부품의 사양을 전달해 놓아야 최종 결과물의 정확한 위치에 해당 부품을 조립할 수 있습니다. 그만큼 시간이 절약되는 것이죠.
⑤ 후가공 방식을 지정하지 않는다
후가공 공정은 제품을 보호하거나 제품의 외관을 더 보기 좋게 만들어주는 효과를 가집니다. 시제품이 아닌, 실제 소비자가 사용할 양산품이라면 후가공은 필수입니다. 설계 단계에서부터 제품의 특성에 맞는 후가공 방식을 지정해 줘야 합니다. 대표적인 후가공 방식으로는 크로메이트, 아노다이징 등이 있습니다. 판금 가공의 후가공 공정에 대해선 향후 별도 콘텐츠를 통해 다룰 예정입니다.
후가공 공정. 출처 cove-industries.co.uk.
⑥ 제품의 사용 환경을 고려하지 않은 재료를 선택한다
염분이 많은 해안가에 설치할 구조물을 판금 가공해야 한다면 애초에 이같은 환경을 잘 견딜 수 있는 재료를 선택해야 할 것입니다. 일반적으로 재료를 선택할 때는 다음과 같은 요소를 고려하는 것이 좋습니다.
일상적인 사용으로 인해 예상되는 마모율
부식 방지
제조 가능성
외관
기계적 성질(인장 강도, 연성 등)
전도성(전기 기기의 경우)
⑦ 용접이 불가능한 설계를 한다
어떤 부품은 용접(welding)을 통해 이어붙여야 하는 경우가 있습니다. 그런데 만약 설계 상에 닫힌 상자 안을 용접하도록 표시하면 어떻게 될까요? 용접 토치가 접근할 수 없기 때문에 불가능할 것입니다.
출처 셔터스톡.
특히 용접 공정은 금속을 고온으로 순간적으로 녹여 붙이는 작업입니다. 만약 용접하려는 부위가 너무 얇다면 자칫 형체를 망가뜨릴 수 있습니다. 따라서 용접하려는 부위의 재료 두께는 이러한 극한의 열을 견딜 수 있을 정도로 두꺼워야 합니다. 보통 용접을 위한 최소 재료 두께는 1.016mm(0.040inch) 수준입니다.
이상으로 판금 가공 설계 시 간과하기 쉬운 7가지 실수에 대해 알아보았습니다. 제조업체 매칭플랫폼 캐파(CAPA)에서는 최고의 판금 가공 전문업체들이 포진하고 있습니다. 캐파에서 판금 가공 전문 파트너와 직접 상담해 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 온라인 제조 플랫폼 캐파(CAPA)가 짚어봅니다.
출처 두산공작기계
두산공작기계는 국내 대표 공작기계 업체입니다. 산업용 공작기계를 제조, 판매하고 있습니다. 본사와 공장은 경상남도 창원시에 위치한 창원국가산업단지 안에 자리잡고 있습니다. 지난 1976년 설립 후 50년 가까이 머시닝센터, 터닝센터 등 자동화 공작기계를 제조해 판매하고 있습니다.
1976년 설립된 국내 공작기계 ‘맏형’, 3차례 주인 바뀌어
두산공작기계의 전신은 대우중공업(현 현대두산인프라코어)입니다. 1976년 대우중공업 공작기계사업부로 업계에 첫발을 내디뎠습니다. 이후 대우그룹이 IMF(국제통화기금) 구제금융 사태를 계기로 해체되면서 한동안 혼란을 겪다가 지난 2005년 두산그룹의 품에 안겼습니다. 그러나 새 주인을 찾은 이후에도 상황은 녹록치 않았습니다.
지난 2016년 자금난에 휩싸였던 두산인프라코어가 1조1300억원의 매각대금을 받고 공작기계 사업부문을 사모펀드(PEF) 운용사인 MBK파트너스에 넘긴 것입니다.
출처 두산공작기계
두산인프라코어 공작기계사업부는 MBK파트너스를 주인으로 만난 뒤 두산공작기계로 재탄생했습니다. 사업부에서 독립적인 사업회사가 된 셈입니다.
이후 2021년 또 한 차례 변화를 맞았습니다. 대주주인 MBK파트너스가 두산공작기계 지분 100%를 자동차배터리 업체인 디티알오토모티브에 매각한 것입니다. 인수금액이 2조946억원에 달하는 빅딜이었습니다. 비록 주인은 바뀌었지만 상표권자인 ㈜두산에 상표권 수수료를 지급하면서 ‘두산’이란 타이틀을 여전히 유지 중입니다.
사업부문은 공작기계사업부로 단일 사업부입니다. 창원을 중심으로 해외 생산 및 판매 거점을 갖고 있습니다. 산하에 Doosan Machine Tools America Corporation(미국), Doosan Machine Tools China Co.,Ltd.(중국), Doosan Machine Tools Europe GmbH.(독일), Doosan Machine Tools India Private Limited(인도) 등 총 4개의 종속기업을 거느리고 있습니다.
생산기종 다양해 ‘CNC백화점’ 별칭, 자동차 비중 높아
두산공작기계의 주력 제품은 각종 CNC 설비입니다. 구체적으로 △터닝센터 △머시닝센터 △스위스 턴 △NC 보링 △문형 머시닝센터 △자동화 △소프트웨어 △테크놀로지 등으로 나뉩니다. ‘CNC 백화점’이라고 불릴 정도로 다양한 설비를 생산합니다. 이들 설비는 자동차산업을 비롯해 항공산업, 정보통신(IT)산업, 에너지산업 등에 주로 쓰입니다. 특히 자동차산업의 비중이 높습니다.
출처 두산공작기계
터닝센터의 제품군이 가장 다채롭습니다. 2축 수평형, 밀링·서브스핀들 수평형, Y축·서브스핀들 수평형, 다축 터렛 수평형, 알루미늄 휠 가공, 멀티태스킹, 수직형, 트윈 터렛 수직형, 램타입 수직형, 쿼츠 그라인딩 수평형 등 다양한 제품군을 자랑합니다.
터닝센터 다음으로 다양한 제품군을 거느린 부문은 머시닝센터입니다. 탭핑센터, 수직형, 2 스핀들, 금형, 5축 가공, 수평형, 5축 가공 수평형, 5축 가공 프로파일러, 갠트리타입 등 다양한 기종을 보유 중입니다. 이 밖에 각종 자동화 기기는 물론 공정을 간편하게 해주는 다양한 소프트웨어(SW) 등을 판매합니다.
터닝·머시닝센터 등 신제품 잇달아 출시
두산공작기계는 최근 신제품을 잇달아 출시했습니다. 먼저 3축 문형 머시닝센터 ‘DBM 1525s’를 선보였습니다. DBM-s 시리즈는 중대형 부품과 고품질의 금형을 가공하는 데 적합한 구조로, 대칭형 문형구조와 RAM 스핀들의 강력한 절삭을 위해 Z축 박스가이드웨이를 적용한 것이 특징입니다. 이번에 출시된 제품은 고강성 유지는 물론 가공 정밀도를 향상시켰다는 평가입니다.
최근 출시한 Y축이 적용된 컴팩트 터닝센터 ‘Lynx Y 시리즈'(출처 두산공작기계)
가공영역이 넓고 ATC 옵션이 적용되는 고생산성 터닝센터인 ‘PUMA V9300’ 시리즈도 공개했습니다. 이번 제품은 24인치급 척(chuck, 물림쇠) 사이즈의 고생산성 수직형 터닝센터로, 기존 기종과 비교해 가공 캐파(생산능력)가 증가한 것으로 나타났습니다. 생산성 및 정밀도가 향상됐을 뿐만 아니라, 자동공구교환장치 옵션을 통해 사용자 편의성 또한 개선했는 평가가 나옵니다.
최근 5~6년 사이에만 두 차례 주인이 바뀌는 등 경영 불안을 겪었던 두산공작기계지만 시장에서는 향후 전망을 긍정적으로 평가하고 있습니다. 산업계 전반으로 정밀화, 자동화에 대한 수요가 급부상하면서 최신 공작기계에 대한 수요가 꾸준히 증가하고 있기 때문입니다. 특히 산업 전반에 걸쳐 디지털 트랜스포메이션에 대한 수요 또한 높아지면서 전통적인 공작기계를 CNC 머신으로 업그레이드하는 흐름이 지속되고 있습니다. 업계 1위업체로서 수혜를 입을 가능성이 높다는 것이 중론입니다.
해외의존도 큰 사업구조, 글로벌 업황 호조로 ‘파란불’
두산공작기계의 2020년 매출액은 1조2210억원, 영업이익은 1022억원을 기록했습니다. 전년 매출 1조492억원, 영업익 1777억원과 비교하면 영업이익은 다소 뒷걸음질 쳤지만 꾸준히 1조원대 매출을 이어가고 있습니다. 예년과 달리 매출이 줄어든 배경에는 미중 무역분쟁, 반도체 업황 부진, 글로벌 경기 둔화 등 대외 불확실성이 자리한 것으로 분석됩니다.
두산공작기계는 기본적으로 국내 보다 해외 의존도가 큰 편입니다. 권역별 매출 비중은 국내 2731억원, 중국 3091억원, 북미 3010억원, 유럽 2685억원, 기타 694억원 순입니다. 글로벌 경기에 민감한 사업 구조가 실제 매출 비중을 통해 확인됩니다. 특히 가장 매출 비중이 큰 중국시장을 적극적으로 공략하고 있습니다.
공작기계 업황은 살아나는 분위기입니다. 시장조사업체 테크나비오에 따르면 세계 공작기계시장 규모는 2017년 990억달러(약 116조원)에서 연평균 7.1% 성장해 올해에는 1395억달러(약 163조원)에 달할 것으로 전망됩니다. 업황이 개선되면 업계 1위 업체인 두산공작기계의 매출 또한 다시금 날개를 달 것으로 예상됩니다.
기대감을 갖고 3D 프린팅으로 제조한 결과물을 받아 든 순간, 눈에 거슬릴 정도로 줄이 가있는 표면 상태 때문에 실망하신 적 있으신가요?
3D 프린팅은 컴퓨터를 통해 대부분의 작업이 이뤄지기 때문에 딱히 손을 댈 필요가 없다고 생각하기 쉽습니다. 하지만 사람 손을 덜 탄다고 해서 사람의 손길이 필요하지 않은 것은 아닙니다.
두드러진 고스팅 문제(좌)를 설정 변경 등을 통해 어느 정도 해결한 경우(우). 출처 All3DP.
무엇보다 표면의 매끄러움(Smoothness)은 완제품을 돋보이게 하는 중요한 요소입니다. 만약 제품을 재출력할 수 있는 상황이라면 매끄럽지 않은 표면의 원인을 파악하고 이를 수정해야 할 것입니다. 만약 재출력이 어렵거나 재출력만으로 상황이 나아지긴 어렵다 하더라도 크게 걱정할 필요는 없습니다. 후가공 공정을 통해 표면을 매끄럽게 만들 수 있기 때문입니다.
이상의 두 가지 해법 가운데 먼저 오늘은 3D 프린터 결과물의 표면에 나타날 수 있는 문제를 현상에 따라 분류해보고, 3D 프린팅 과정에서의 문제점 및 해결 방법을 알아보려고 합니다. 이번 콘텐츠에 이어 3D 프린팅 결과물의 표면 품질을 개선하기 위한 후가공 공정에 대해서도 다룰 예정입니다. 이 두 가지 방법을 모두 마스터하신다면, 3D 프린팅 출력물의 품질을 눈에 띄게 향상시킬 수 있을 겁니다.
표면이 왜 이럴까??··· 고스팅·링잉·에코잉·리플링이 뭐지?
고스팅(ghosting)은 압출기의 급격한 방향·속도 전환으로 인해 생기는 3D 프린터의 진동(vibration)이 출력물 벽에 결함을 만드는 현상을 의미합니다.
3D 프린팅의 ‘적층 가공(Additive Manufacturing)’ 원리를 생각해보면 이 같은 현상은 어느 정도 불가피해 보입니다. 가장 대중적인 3D 프린팅 방식인 FDM을 예로 들면, 가열된 재료가 노즐을 통해 ‘젤과 비슷한 제형’으로 사출됩니다. 이때 노즐이 장착된 압출기(extruder)가 움직이거나 사출된 결과물이 위치한 베드(hotbed)가 움직이면서 사출물이 한 층씩 쌓여 하나의 출력물이 완성됩니다.
좌측 하단의 파란색 출력물을 보세요. 레이어가 쌓이면서 만들어내는 제품 벽의 독특한 질감(texture)을 확인하실 수 있습니다. 한 층씩 쌓아갈 때마다 레이어가 생겨나는 것을 볼 수 있습니다.
3D 프린팅 출력 중인 모습. 출처 셔터스톡.
하지만 이러한 레이어의 돌출 정도가 심하게 되면 이는 출력물의 ‘완성도’를 크게 저하시키는 원인이 됩니다. 이른바 ‘고스팅’이 심각한 문제로 부상하는 것이죠. 고스팅 외에도 링잉(ringing), 에코잉(echoing), 리플링(rippling), 웨이브(wave) 같은 용어를 들어보신 분도 계실 겁니다. 각각 이름은 다르지만 큰 틀에서 고스팅과 같은 의미로 이해하면 됩니다.
피하고픈 ‘고스팅’, 원인을 알면 해결 가능
출력물 벽면에 생기는 잔물결, 즉 고스팅을 경험하게 되는 주요 원인으로는 우선 3D 프린터가 빠른 속도로 움직일 때 발생하는 진동(Vibration)을 제대로 처리하지 못하기 때문입니다. 구체적으로 고스팅의 주요 원인은 다음과 같습니다.
고스팅 현상. 출처: simplify3d.
º 프린팅의 최대 속도(top speeds)를 넘어섬.
º 가속도 및 저크(acceleration and jerk)를 높게 설정함.
º 베드의 강성(rigidity)이 불충분함.
º 각도 변화(angle changes)가 급격함.
º 빠른 움직임으로 인한 공명 주파수(resonant frequencies) 발생.
위와 같은 원인들의 원리는 다음과 같이 요약할 수 있을 것 같습니다.
3D 프린터를 구성하는 압출기, 금속 부품, 팬 등은 일정한 무게를 갖고 있습니다. 이런 부품들에 속도가 가해지면 빠르게 움직이면서 소위 관성 모멘트(moments of inertia, 물체가 자신의 회전 운동을 유지하려는 정도를 나타내는 물리량)가 발생합니다.
다른 한편으로, 노즐의 움직임이 속도를 줄이거나 방향을 전환하는 과정에서 느슨한 움직임(loose movements)이 나타나기도 합니다. 특히 3D 프린터가 급격히 방향 전환(directional change)을 하는 경우엔 사출물의 골격이 구부러지거나 휘어질 수도 있습니다. 당연히 인쇄 표면에 결함이나 고스팅 현상이 발생할 수 있는 것이죠.
일반적으로 고스팅을 해결하는 방법은 다음과 같이 정리할 수 있습니다.
해결 방법
해결 방법의 원리
인쇄 속도 줄이기
– 가장 손쉽고 안전한 솔루션입니다. 인쇄 속도가 낮다는 것은 ‘관성 모멘트’가 낮다는 것을 뜻합니다. 고속으로 달리는 자동차가 속도를 유지하려는 정도가 서행하는 자동차의 경우보다 당연히 높을 것입니다.
– 따라서 3D 프린터의 인쇄 속도가 낮아지게 되면, 관성 모멘트가 낮아짐과 동시에 프린터 본체의 진동(vibration)이 줄어들 수밖에 없습니다.
프레임 및 베드의 강성을 강화하기
– 3D 프린터 본체와 본체를 구성하는 부품들을 하나씩 만져보고 흔들리는지 확인해보세요.
– 만약 흔들림이 느껴진다면 3D 프린터 주변에 고무 재질로 된 완충재 등을 집어넣어 프린팅의 충격을 완화해줍니다.
– 3D 프린터를 올려두는 테이블이나 카운터, 책상 등에 흔들림이 없는지 확인합니다.
– 만약 흔들림이 느껴진다면 3D 프린터 아래에 진동 방지 패드를 놓습니다.
– 핫엔드(hot-end)가 캐리지(carriage, XY축을 담당하는 부품)에 단단히 고정되었는지 확인합니다.
프린터 무게 가볍게 하기
– 3D 프린터에서 움직이는 부분의 부품을 가볍게 만들면, 이동시 발생하는 진동이 줄어듭니다. 비슷한 원리로 움직이지 않고 고정되어 있는 부품의 경우엔 무겁게 만들면 흔들림을 일정 부분 해결할 수 있습니다.
– 필라멘트가 감겨있는 스풀을 (프린터 본체에 장착하지 않고) 별도의 스풀(spool)에 단단히 고정시킵니다.
– 이중 압출기 프린터를 가지고 있는 경우, 사용하지 않는 압출기를 제거하면 이동하는 부품의 무게를 줄일 수 있습니다.
– 로드(rod)를 변경하고 고스팅 현상을 테스트해볼 수도 있습니다.
가속 및 저크 설정 조정하기
– 가속 설정(acceleration setting, 프린트 헤드의 속도가 빨리 변하는 정도)을 조절하면 속도가 줄어들어 관성과 진동이 줄어듭니다.
– 저크 설정(jerk setting, 프린트 헤드가 다른 방향으로 속도를 내기 전에 감속하는 최소 속도)에서 수치를 낮추면 프린트 헤드가 안정적으로 움직이기 때문에 마찬가지로 관성과 진동을 감소시킬 수 있습니다.
느슨한 벨트 조이기
– 헐거워진 벨트를 조입니다. 벨트가 헐거워지면 프린터 헤드의 움직임 또한 커지게 되므로 정밀도에 영향을 줍니다.
부품에 윤활유 바르기
– 프린터의 베어링 및 기타 부품이 흔들림 없이 작동하는지 확인합니다. 문제가 되는 부품에 윤활유를 발라 움직임을 부드럽게 만들어줍니다.
과압출과 과소압출, 어떻게 해결할까?
3D 프린팅의 정밀도와 품질을 결정하는 가장 중요한 요소 중 하나는 바로 압출 속도(Extrusion Rate)입니다. 결과물이 매끄럽게 보이려면 노즐로부터 딱 필요한 만큼만 재료가 배출되어야 합니다. 과압출(Over Extrusion)은 말그대로 필요 이상의 재료가 배출되는 현상을 가리킵니다. 이와 반대로 과소압출(Under Extrusion)은 재료가 적게 나오는 현상을 뜻합니다.
과소압출(좌) 적당한 압출(가운데), 과압출(우) 사례. 출처 Frank’s 3D shop의 영상 캡처, 하단 동영상 참고.
출처 Frank’s 3D shop.
3D 프린팅의 과압출과 과소압출 문제를 해결하는 방법은 다소 직관적입니다. 몇번의 시행착오 혹은 테스트를 거칠 수는 있겠지만 적정한 압출량을 찾으실 수 있을 겁니다.
해결 방법
해결 방법의 원리
압출 배율(Extrusion Multiplier) 조정하기
– 기본적으로 소프트웨어 상에서 압출 속도를 결정하는 매개변수인 압출 배율(Extrusion Multiplier)을 낮추면 과압출 문제가 해결됩니다.
압출 온도(Extrusion Multiplier) 조정하기
– 압출 배율(Extrusion Multiplier)을 낮추어도 문제가 지속된다면, 압출 온도에 문제가 있을 수 있습니다. 압출 온도가 너무 높으면 재료의 점성이 낮아지게 됩니다. 그릭 요거트가 아닌 마시는 요거트 드링크를 생각해보세요. 이런 경우에도 과압출이 발생할 수 있습니다.
다른 직경을 가진 필라멘트 사용하기
– 직경이 맞지 않는 필라멘트를 사용했을 경우 과소압출이 발생할 수 있습니다. 프린터에 공급되는 필라멘트의 직경이 예상값보다 작으면 적정한 양의 재료가 배출되지 않는 문제가 생기는 것입니다.
‘열 받은’ 재료를 효과적으로 관리하라
노즐에서 압출되는 재료의 온도와 냉각 속도 또한 3D 프린팅 결과물의 품질을 결정하는 중요한 두 가지 요소입니다.
이제 막 노즐을 통과해 나온 재료는 매우 뜨거운 상태이기 때문에 냉각되기 직전까지는 형태가 변형될 가능성이 있습니다. 노즐의 가열 온도가 너무 높은 경우 냉각까지 시간이 오래 걸리게 됩니다.
특히 뜨거운 상태의 플라스틱은 액체처럼 흐르는 경향이 있습니다. 적절한 냉각 과정이 없다면, 경화 시간이 길어지고 그 과정에서 변형이 발생하게 됩니다. 이는 결국 표면이 고르지 않게 되는 결과로 이어집니다.
이와 같은 현상들은 특히 상대적으로 크기가 작은 모델을 프린팅할 때 더욱 두드러집니다. 크기가 작을수록 각각의 층(layer)을 인쇄하는 데 걸리는 시간이 줄어들기 때문입니다. 다르게 말하자면, 아직 경화되지 않은 층(layer) 위에 새로운 층(layer)이 인쇄된다는 뜻입니다. 극단적인 경우 위 사진<출처: simplify3d.>처럼 뭉개지는 현상이 발생할 수도 있는 것이죠.
이와 같은 사례에 대처할 수 있는 방법은 아래와 같습니다.
해결 방법
해결 방법의 원리
인쇄 온도 낮추기
– 소프트웨어에서 인쇄 온도를 조정합니다.
냉각 속도 높이기
– 냉각을 돕는 팬(fan)의 속도를 높입니다.
인쇄 속도 낮추기
– 인쇄 속도를 낮추면, 각 층(layer)이 충분히 경화될 시간을 주게 됩니다.
한 번에 여러 개의 부품 인쇄하기
– 위의 변수를 조정한 뒤에도 문제가 해결되지 않는다면, 가장 좋은 방법은 한 번에 여러 개의 부품을 인쇄하는 겁니다. 한 부품이 인쇄되는 동안 다른 부품이 충분히 냉각될 시간을 벌 수 있습니다.
‘발진’ 혹은 ‘얼룩’이 생겼는데, 어찌 하나요?
3D 프린팅 결과물에 생기는 발진과 얼룩(zits and blobs). 출처 simplify3d.
3D 프린팅의 압출기는 출력 중에 빌드 플랫폼 위를 이동하면서 압출을 지속적으로 중지하고 다시 시작합니다. 특히 압출기를 껐다가 다시 켜는 경우에는 추가 변형이 발생할 수 있습니다.
예를 들어, 3D 프린팅 출력물의 벽을 자세히 살펴보면 압출기가 재료를 배출하기 시작한 위치를 나타내는 표시를 확인할 수 있습니다. 이러한 표시를 일반적으로 표면 발진(zits, 지트) 혹은 표면 얼룩(blobs)이라고 합니다. 압출이 중단되었다가 다시 시작되는 과정에서 부적절한 유속(流速)이 발생해 불규칙적인 구조가 생겨나는 겁니다.
출력물에서 지트 혹은 얼룩이 보이기 시작했다면 가장 먼저 해야할 일은 프린팅 과정을 지켜보는 겁니다. 압출기가 층(layer)을 쌓아나가는 과정을 유심히 살펴보세요. 압출기는 한 층을 쌓고 나면 잠시 정지한 뒤, 다시 작동합니다.
대개의 경우 결함은 ① 압출기가 다음 층(layer) 출력을 시작할 때, 혹은 ② 압출기가 한 층(layer)의 작업을 마치고 잠시 정지할 때 나타납니다.
전자의 경우엔 리트랙션 설정(Retraction Setting)에 변화를 주는 것으로 해결이 가능합니다. 후자의 경우엔 코스팅 설정(Coasting Setting)을 변경하는 것이 해결책이 될 수 있습니다.
먼저 리트랙션(Retraction) 설정은 압출기가 정지할 때마다 재료가 압출기 내부에서 안쪽으로 밀려나는 거리(retraction distance)와 압출기가 재시작할 때마다 프라이밍을 하는 거리(priming distance)를 결정하는 설정 요소입니다. 둘레(perimeter)의 시작 지점에서 결함을 발견했다면 압출기가 재료를 너무 과하게 프라이밍(본격적으로 사출을 시작하기 전에 재료를 분사하는 작업)을 하고 있을 확률이 큽니다. 이때, 리트랙션 거리에 음수 값을 입력하면 프라이밍 거리를 줄일 수 있습니다.
예를 들어 리트랙션을 1.0mm로, 재시작 거리(extra restart distance)를 -0.2.mm(마이너스 표기는 필수입니다)로 설정했다고 하겠습니다. 이 경우 압출기는 멈출 때마다 1.0mm만큼 재료를 뒤로 밀어냅니다. 작동을 재시작할 때는 노즐에 재료를 0.8mm만큼만 다시 밀어넣습니다. 이와 같은 설정을 반복해 나가면서 자신의 프린팅 환경에 가장 적합한 수치를 찾아내면 됩니다.
코스팅(Coasting)은 노즐 내부에 축적되는 압력을 완화하기 위해 둘레 작업이 끝나기 직전에 압출기를 끄는 것을 말합니다. 이 옵션을 활성화하면 경계의 끝부분에서 결함이 생기는 것을 방지할 수 있습니다. 통상적으로 입력값을 0.2-0.5mm 사이 수준에 맞추면 눈에 띄는 결과를 얻을 수 있습니다.
자세한 내용은 아래 표를 참고하세요.
해결 방법
구체적인 실행 방법
리트랙션 설정 조정하기
– [리트랙션 설정]의 하위 설정 메뉴인 [재시작 거리 설정]에 음수 값을 입력한다.
코스팅 설정 조정하기
– [코스팅 설정]을 활성화하고 양수 값을 입력한다. 통상적으로 0.2-0.5mm 사이의 값이면 눈에 띄는 결과를 얻을 수 있다.
지금까지 3D 프린팅 결과물의 표면이 품질을 저하시키는 주요한 현상과 현상의 원인을 알아보고, 그에 대응하는 적절한 해결방법에 대해 알아보았습니다. 도움이 되셨나요?
제품을 재출력할 수 없는 상황이라고 해도 걱정하지 마세요. 다음에는 후가공 공정을 통해 제품 표면을 매끄럽게 만드는 방법에 대해 알아보겠습니다.
에이팀벤처스는 제조업 생태계를 혁신해 나갑니다. ‘제조를 잇다!’ 온라인 제조 플랫폼 캐파(CAPA)
편의점에 색색별로 진열된 음료수 캔 등을 통해 일반인에게 친숙한 알루미늄. 지구에서 가장 풍부한 금속 자원 중 하나이기도 합니다. 지구의 지각을 구성하는 주요 원소들의 비율을 살펴보면 산소가 약 47%로 가장 많은 비중을 차지하고, 실리콘(약 28%)과 알루미늄(약 8%)이 그 뒤를 잇습니다.
지각의 약 5%를 구성하는 철보다도 더 흔한 알루미늄이지만, 가격은 철보다 훨씬 비쌉니다. 보통 알루미늄은 산화된 암석에서 제련을 통해 얻을 수 있는데, 여기에 드는 비용이 아주 비싸기 때문입니다. 하지만 일단 추출해 낸 알루미늄은 가볍고 강하며 가공하기가 쉽기 때문에 다양한 분야에서 활용됩니다. 이 때문에 일상 생활에서 흔히 볼 수 있는 음료수 캔과 같은 포장재는 물론, 자동차, 항공기, 건설, 전선 등 산업 전반에 두루 사용됩니다.
이처럼 주변에서 쉽게 찾아볼 수 있고, 다양한 제조 공정에 두루 활용되는 알루미늄의 특성에 대해 살펴보겠습니다.
특성: 한마디로 ‘가볍고 튼튼’
알루미늄은 매력적인 특성이 많은 재료입니다. 주변에서 알루미늄 제품을 쉽게 찾아볼 수 있는 이유죠. 알루미늄의 물리적인 특성은 아래와 같습니다.
– 튼튼해요 – 가벼워요 – 잘 늘어나요 (연성이 좋다는 뜻이에요. 은박이나 철사로 만들기 쉽지요.) – 색상이 다양해요 (은빛부터 무딘 회색까지)
– 환경 변화에 잘 견뎌요 (잘 구부러지지만 잘 부서지거나 녹지 않아요. 물에도 잘 버틸 수 있죠.) – 화재 안전에 강해요 (알루미늄은 타지 않아요. 화씨 1215도 정도의 온도는 돼야 녹아요.) – 재활용에 뛰어나요 (알루미늄은 재활용하는 과정에서 천연 성질을 손상없이 100% 재활용할 수 있어요.)
– 전기를 잘 전달해요 (저항이 제로에 가까운 초전도체에요. 전기 효율이 좋아요. 비저항이 구리의 약 1.6배.) – 자석의 성질이 없어요 (비자성 非磁性) – 전기 및 열의 양도체에요 (양도체란, 도체에 전기를 가하면 +극을 띠는 도체에요)
알루미늄은 위에서 소개한 물리적 특성상 장점이 많은 금속입니다. 자연히 활용 분야도 다양하죠. 알루미늄이 어떤 제품 분야에 활용되는지 살펴보겠습니다.
– 포장, 용기 제품 (캔, 호일 등) – 다양한 생활 가정 용품(조리기구, 야구 방망이, 시계 등) – 버스, 고속철도 등 운송수단 – 건축물 (창문, 문, 건물 구조물 철사 등) – 다양한 구조물 (가로등 기둥, 선박 돛대, 산책로 등) – 전력 분배를 위한 전기 라인 – 전자 제품 및 CD – 방열판(트랜지스터 및 CPU 등) – 고휘도 LED 조명에 사용되는 금속 코어 구리 클래드 라미네이트의 기판 재료 – 페인트와 불꽃 놀이에 사용되는 분말 알루미늄
실생활에서 쉽게 접할 수 있는 제품은 물론, 겉으로 드러나지 않는 컴퓨터 부품 등에도 알루미늄이 활용되고 있음을 알 수 있습니다. 그러면 보다 구체적으로 어떤 제품들이 알루미늄으로 만들어지는지 살펴보겠습니다.
음료수 캔
(출처 : 셔터스톡)
‘칙-’ ‘캬~’ 캔에 든 콜라를 따서 마시는 소리는 언제나 청량합니다. 콜라 캔, 사이다 캔, 통조림 캔까지. 마트나 편의점에 가면 우리는 알루미늄 제품에 둘러싸이게 됩니다. 일상 생활에서 알루미늄을 가장 친숙하게 만든 건 콜라를 비롯한 음료수 캔일 겁니다.
음료수 회사들이 처음부터 음료를 캔에 담아 출시했던 것은 아닙니다. 대표적인 음료회사인 코카콜라와 펩시는 1967년부터 알루미늄 캔을 사용하고 있습니다. 어느덧 반 세기가 넘었네요.
음료수 캔 못지 않게 주변에서 알루미늄을 쉽게 접할 수 있는 것은 가전제품을 통해서입니다. 스마트폰, 태블릿PC, 노트북, 평면 TV 등 매일같이 접하는 다양한 가전제품에 알루미늄이 사용되고 있습니다. 특히 알루미늄은 플라스틱보다 단단하고 강철보다는 가볍기 때문에 플라스틱이나 강철 부품을 대체하며 수요가 늘어나고 있습니다. 또한 재료 특성상 열을 빠르게 방출하기 때문에 전자 장치가 과열되지 않도록 도와주는 효과도 있습니다.
알루미늄의 특성을 최대한 살려내 세련된 제품을 만드는 대표적인 회사가 미국의 애플입니다. 애플은 자사의 대표 상품인 아이폰과 맥북에 알루미늄을 사용합니다. 알루미늄의 연성과 내구성, 색상을 활용하면 제품의 세련된 디자인을 한층 돋보이게 해주죠. 소비자들이 원하는 시크하고 깔끔한 디자인을 만들어내기에 알루미늄은 적절한 재료입니다.
애플의 맥북. (출처 : 셔터스톡)
애플 외에도 제품의 디자인적인 측면을 부각하기 위해 알루미늄을 사용하는 업체들이 적지 않습니다. 대표적으로 소위 ‘하이엔드’ 오디오 제품을 생산하는 뱅앤올룹슨(Bang & Olufsen)사를 꼽을 수 있습니다. 아래 사진에 나와있는 이 회사의 스피커는 가격이 무려 300만원을 훌쩍 넘는데요, 알루미늄을 활용해 세련된 느낌을 한껏 살린 것이 특징입니다. 플라스틱이라면 저런 느낌을 내기가 힘들겠죠.
원화 가격 358만원대 스피커 (출처 : Bang&Olufsen)
주방 가구·기구
가전 제품 분야뿐 아니라 인테리어 가구 분야에서도 알루미늄은 세련된 디자인을 위해 활용됩니다. 2018년 밀라노박람회 에우로쿠치나(Euro Cucina)에서 시제품으로 첫 선을 보였던 이태리 주방가구 브랜드 에우로모빌의 SEI는 6mm로 얇게 세공된 알루미늄을 주방가구의 상판과 측판, 프레임에 사용해 디자인과 기술의 완벽한 결합이라는 찬사를 받은 바 있습니다.
주방 ‘가구’에서 알루미늄의 사용이 다소 예외적이라면, 주방 ‘기구’에서는 알루미늄 사용이 ‘필수’입니다. 대다수 가정의 주방에는 요리할 때 사용하는 냄비와 프라이팬, 호일까지 알루미늄 제품들이 단체로 모여있습니다.
알루미늄 제품이 주방에서 많이 사용되는 이유가 뭘까요. 앞에서 설명드린 대로 알루미늄은 열을 잘 전달하고 독성이 없습니다. 사람이 먹는 음식을 익히는 데에 제격이죠. 녹이 잘 슬지 않고 씻어내기가 쉽다는 점도 주방에서 사용하기에 딱입니다.
알루미늄이 사용된 다양한 주방 기구 (출처 : 셔터스톡)
운송수단
알루미늄에게는 별명이 있습니다. ‘날개 달린 금속’. 알루미늄은 가볍습니다. 가벼우면 움직이는 힘이 적게 들겠죠. 자동차, 철도, 항공기가 알루미늄으로 만들어지면 ‘날개가 달린 것처럼’ 적은 힘으로 빠르게 움직일 수 있습니다. 결과적으로 연비도 향상되죠.
다만, 사람이 타는 운송수단인 만큼 안전이 최우선입니다. 알루미늄이 안전을 지킬 만큼 튼튼하겠냐는 우려가 나올 법합니다. 알루미늄은 다른 금속과 합금하기 쉽고, 합금하면 강도를 충분히 높일 수 있습니다. 부식에도 강하기 때문에 안전 문제를 예방하는 데 우수합니다.
물론, 여전히 자동차 산업에서는 알루미늄보다는 철강에 많이 의존하고 있는 것이 사실입니다. 하지만 알루미늄에 대한 선호가 높아지면서 전문가들은 2025년까지 자동차의 평균 알루미늄 함량이 60% 증가할 것이라고 전망하고 있습니다.
중국 상하이의 Maglev. (출처 : 셔터스톡)
알루미늄은 열차 제조에 있어서 더욱 각광을 받고 있습니다. 중국 상하이의 Maglev, 일본의 신칸센과 같은 고속 철도는 알루미늄으로 만들어졌습니다. 알루미늄은 마찰 저항을 줄이도록 설계하면 기차의 무게를 줄일 수 있어요. 기차뿐일까요? 가볍고, 강하고, 유연한 알루미늄은 항공기를 제조하기에 이상적인 재료입니다. 특히 알루미늄에 다른 재료를 섞어 합금을 만들면 보다 단단한 제품을 만들 수 있습니다. 대표적으로 알루미늄-구리 합금, 알루미늄-아연-마그네슘 합금 등이 사용됩니다.
더 나아가 우주선 부품에도 알루미늄은 단골소재인데요, 요즘엔 항공우주 분야에서 알루미늄-리튬 합금이 주목을 받고 있다고 합니다. 미국의 민간 우주업체인 스페이스X가 개발한 유인우주선 크루드래건을 쏘아올린 팰컨9 로켓에도 연료탱크에 알루미늄-리튬 합금이 사용됐습니다. 앞으로 달이나 화성 탐사를 위해 사용될 로켓에도 알루미늄-리튬 합금이 사용될 것이란 전망입니다. 항공 부품 제조에 대해 알고싶다면?
건축
알루미늄은 부식에 강합니다. 알루미늄으로 건물을 지으면 사실상 유지 보수가 거의 필요 없습니다. 열 효율도 높기 때문에 겨울에는 따뜻하고 여름에는 시원한 공간을 제공하죠. 원하는 모양대로 곡선을 만들거나 절단하고, 용접할 수 있기 때문에 건축물의 미관을 높일 수 있습니다. 나무나 플라스틱, 강철로는 불가능한 디자인까지 알루미늄이라면 가능하게 되는 겁니다.
1931년에 완공된 미국 뉴욕의 엠파이어스테이트 빌딩은 사실상 처음으로 건축물에 알루미늄을 사용해 주목을 받았습니다. (출처: 셔터스톡)
알루미늄이 건물에 본격적으로 사용된 첫 번째 건물로 지난 1931년에 지어진 뉴욕의 엠파이어 스테이트 빌딩을 꼽습니다. 약 6만톤에 달하는 강철이 주요 재료로 사용됐지만 당시 건물의 기본 구조물과 인테리어 등에 알루미늄과 스테인리스스틸이 730톤 가량 사용된 것으로 알려졌습니다. 당시 알루미늄을 추출하는 비율이 획기적으로 낮아지면서 알루미늄이 건설 공사 현장에도 등장할 수 있게 되었다고 합니다.
알루미늄은 무게가 가볍고 내구성이 좋기 때문에 건물의 에너지 비용을 줄이는 데도 일조합니다. 쉽게 재활용이 가능하기 때문에 최근엔 친환경 측면에서도 주목 받고 있습니다.
알루미늄이 건축에 사용된 영국 런던의 아쿠아틱센터. (출처;셔터스톡)
이러한 장점들 때문에 현대 건축가들은 알루미늄을 자주 사용하고 있습니다. 영국 런던의 아쿠아틱 센터<사진>를 예로 들까요? 미끄러지듯 유연한 곡선이 하늘과 맞닿아있는 것이 아름답지 않나요? 알루미늄이기에 가능한 구조입니다.
이 외에도 알루미늄은 전기 전도도가 구리의 63%에 불과해 전선으로도 활용됩니다. 특히 우리가 일상생활에서 사용되는 전선 대부분이 구리로 만들어지지만 고압선의 경우엔 알루미늄이 많이 사용됩니다. 비록 저항이 구리보다 높아서 전력 전송의 효율성은 떨어지지만 몹시 가볍기 때문에 공중에 매달아 사용하기에 유리합니다. 부식에도 잘 견디기 때문에 전선을 보호하는 데에도 유리합니다.
지금까지 알루미늄이 사용되는 분야들을 알아봤는데요. 생각보다 훨씬 폭넓은 분야에서 알루미늄이 다양하게 사용되고 있다는 것을 알 수 있습니다. 오늘 소개한 내용 외에도 알루미늄이 활용되는 제품과 분야는 무궁무진합니다. 모터와 같은 전력 시스템, 위성 안테나, LED 전구, 냉장고 등등 일상생활 속에서 알루미늄의 다양한 활용 사례를 살펴보는 것도 재미있을 것 같습니다.
온라인 제조 플랫폼 캐파(CAPA)에서는 알루미늄을 재료로 삼아 다양한 가공 방식을 통해 고객이 원하는 제품을 만들어내는 2300여 곳의 제조업 파트너들을 만날 수 있습니다.
온라인 제조 플랫폼 캐파(CAPA)가 해외에서 활동하는 제조 플랫폼을 시리즈로 소개합니다. 지난 1999년에 설립된 세계 최대 규모의 제조업 플랫폼으로서 2021년 1월 또다른 제조 플랫폼인 허브스(Hubs)를 인수합병한 프로토랩스(Protolabs)입니다.
세상에서 가장 빠른 디지털 제조 서비스
미국의 대표적인 제조 플랫폼 ‘프로토랩스(Protolabs)’의 홈페이지에 적혀있는 문구입니다. 어떤 회사든지 저마다 자신들의 강점을 홍보하기 위해 다양한 수사(修辭)를 사용하지만, 적어도 프로토랩스에게 ‘가장 빠른 제조 서비스’라는 문구는 과장이 아닙니다.
프로토랩스가 자체적으로 보유한 CNC 장비.
실제로 프로토랩스는 자체적으로 보유한 대규모 장비 <위 사진 참조>를 바탕으로 일부 제조 공정의 경우 주문을 받은 지 하루 만에 제품을 생산해 고객에게 전달합니다. 보통 제품의 납기일은 CNC나 3D프린팅, 판금은 주문 시점으로부터 1~7일, 사출성형은 보름 이내인 것으로 알려졌습니다.
납기 단축 목표로 창업, 12개 지역서 직접 생산
프로토랩스는 지난 1999년 미국 미네소타에서 설립됐습니다. 창업자인 래리 루키스(Larry Lukis)는 플라스틱 사출성형 방식으로 부품을 제조할 때, 납기(lead time)를 획기적으로 줄이는 것을 목표로 프로토랩스를 설립했다고 합니다. 이같은 목표를 달성하기 위해 루키스는 기계와 연동된, 당시로서는 상당히 복잡한 소프트웨어를 개발해 전통적인 제조 공정을 자동화하는 데 성공했습니다.
대부분의 제조업 플랫폼 사업자들이 애초부터 플랫폼 비즈니스로 출발한 것과 달리, 프로토랩스는 ‘제조업’에 뿌리를 두고 있습니다. 실제로 고객의 주문을 받아 파트너십을 맺고 있는 제조업체들에 생산을 맡기는 대다수 제조 플랫폼들과 달리, 프로토랩스는 고객으로부터 받은 주문을 자체적으로 보유한 설비를 이용해 직접 생산합니다.
지난 2020년 말 기준으로 프로토랩스는 미네소타를 비롯한 전세계 11개 지역(2021년말 현재 12개)에 걸쳐 700개 이상의 CNC 공작기계 및 선반, 약 270개의 금형사출 프레스 기계, 약 200개의 3D 프린터, 30여 개의 판금 가공기계 등을 보유한 것으로 나타났습니다. 정규직원만 약 2400명에 달하며 2020년까지 4만건 이상의 주문을 처리한 것으로 집계됐습니다. 애초 사출성형의 납기일을 줄이는 것을 목표로 설립된 업체답게 지금도 사출성형 관련 매출이 전체 매출의 절반 가량을 차지하는 것으로 알려졌습니다. 그 다음으로 CNC, 3D프린팅, 판금 관련 매출이 많습니다.
프로토랩스 관련 주요 수치.
'허브스(Hubs)' 인수로 잠재시장 규모 1000억달러
프로토랩스는 2021년 1월 또다른 제조 플랫폼인 허브스를 인수했습니다. 애초 사명이 ‘3D허브스’였던 허브스는 3D 프린팅 주문을 연결해주는 플랫폼으로 시작해 CNC, 판금 등으로 서비스 영역을 넓혔습니다. 제조 분야의 수요와 공급을 연결하는 플랫폼으로서의 역할에 충실한 허브스는 전세계적으로 240여 곳의 제조 파트너를 확보하고 있습니다.
프로토랩스의 허브스 인수는 단순히 동종업계 경쟁사를 인수해 덩치를 키우는 것을 넘어, 남다른 의미를 가집니다. 지금처럼 모든 주문을 자체적으로 제작하던 방식에 더해 여타 제조 플랫폼처럼 파트너들과 연결해주는 플랫폼으로서의 기능이 보다 확대될 수 있기 때문입니다.
특히 시장에서는 독일과 영국, 일본에 지사가 있지만 대부분의 매출이 미국에서 발생하는 프로토랩스 입장에서는 멕시코, 인도, 중국 등 제조 원가가 싼 국가에 파트너를 보유한 허브스를 인수함으로써 프로토랩스의 영역이 훨씬 확대될 것으로 전망합니다. 실제로 금융업계에서는 허브스 인수를 계기로 프로토랩스의 잠재시장 규모가 지금의 약 5배 수준인 최대 1000억 달러 수준에 이를 것으로 예상했습니다.
프로토랩스는 2021년 1월 또다른 제조 플랫폼인 허브스를 인수했다.
프로토랩스측은 당분간 두 회사를 물리적으로 합병하지 않고, 허브스를 독립적으로 운영하도록 한다는 계획입니다. 허브스의 CEO도 인수 이전부터 CEO를 맡았던 브람 드 즈워트(Bram de Zwart)가 계속해서 맡기로 했습니다. 즈워트 CEO는 네덜란드에서 대학을 졸업하고 3D 프린터 제조업체인 ‘3D시스템즈’에서 프로덕트 매니저로 근무한 경력이 있습니다. 프로토랩스의 CEO는 지난 2020년 말부터로버트 보더(Robert Bodor)가 맡고 있습니다. 보더 CEO는 미국의 대표적인 제조업체 허니웰, 컨설팅기업 맥킨지 등을 거쳐 지난 2012년부터 프로토랩스에 합류했습니다. 미네소타 대학교에서 기계공학 석사, 컴퓨터 과학/공학 박사 학위를 받았습니다.
전체 매출 93%가 기존 고객, 매출총이익률 50% 넘어
작년 1분기부터 새롭게 적용된 프로토랩스의 플랫폼 ‘프로토랩스 2.0’은 자체 소프트웨어를 통해 견적 산출 과정을 자동화해 빠르게 견적을 낼 수 있도록 한 것이 경쟁력입니다. 빠르면 몇 분, 복잡한 공정의 경우 수 시간 내에 견적을 내줍니다. 먼저 고객이 3D 도면을 업로드하면 플랫폼에서 제조성 검증을 거쳐 적정한 가공 방식에 따른 견적을 매기고 주문을 넣게 됩니다. 특히 처음에 받은 견적이 고정불변인 것이 아니라, 고객이 주문 이후에도 재료나 마감 방식, 수량, 납기일에 대한 변경을 요청할 수 있고 이는 곧바로 새로운 견적에 반영돼 고객에게 전달됩니다.
프로토랩스에서의 주문 과정
프로토랩스 고객들은 재구매율이 굉장히 높습니다. 지난 2020년 기준으로 매출의 93%가 기존 고객으로부터 나왔으며, 또 특정 고객의 매출이 전체 매출의 2%를 넘는 경우가 없을 정도로 고객군이 다양하게 분포하고 있습니다.
프로토랩스의 매출은 코로나 사태를 계기로 다소 정체된 것으로 나타났습니다. 코로나 사태 이전인 지난 2019년 매출은 전년보다 4% 증가한 약 4억5900만 달러를 기록했지만 코로나가 터진 이듬해엔 6% 가량 줄어든 4억3400만 달러에 그쳤습니다. 프로토랩스는 매출액에서 매출원가(판매비와 관리비 등은 제외)를 뺀 매출총이익률(gross margin)이 50%에 이를 정도로 굉장히 높은 것이 특징입니다. 이에 비해 허브스의 매출총이익률은 20~25% 수준에 이를 것으로 시장은 예상하고 있습니다.
