로켓펀치 공식 블로그

올해로 32주년을 맞는 국내 최대 스마트공장 및 자동화산업 전시회 ‘스마트팩토리+오토메이션 월드 2022(이하 SFAW)’가 지난 6일부터 8일까지 서울 삼성동 코엑스에서 개최됐습니다.

SFAW는 스마트팩토리와 관련한 아시아 최대 규모 전시회로, 해마다 제조산업의 최신 트렌드와 방향을 가늠해볼 수 있는 방향타 역할을 하곤 했습니다. 올해 전시회에서도 최신 기술과 트렌드를 엿볼 수 있었는데요, 제조업체 매칭플랫폼 캐파(CAPA)가 직접 현장을 다녀왔습니다.

무인지게차, 로봇팔 등···스마트팩토리의 주인공은 ‘나야 나’

올해 SFAW는‘Driving Digital Transformation Together’란 주제 하에 코엑스 전관에 걸쳐 국제공장자동화전(aimex), 스마트팩토리엑스포(Smart Factory Expo), 한국머신비전산업전(Korea Vision Show)으로 구분돼 열렸습니다. 이 중에서 캐파는 최신 제조업 트렌드를 엿볼 수 있는 스마트팩토리엑스포를 중점적으로 둘러봤는데요, 이번 엑스포의 특징은 전시장에서 다양한 로봇의 시연을 직접 지켜볼 수 있었다는 점입니다.

미세한 차이도 인지해 불량품을 검출하고, 사람의 도움 없이도 제품을 이동시키는 물류 로봇 등이 줄을 이었습니다.

 (주)인텍플러스가 선보인 빈 피킹 시스템(Bin-picking System) 로봇은 임의의 포즈로 특정 물체를 집을 수 있도록 개발된 로봇입니다. 목표물을 감지할 센서와 카메라가 있고, 물체를 집을 그리퍼, 로봇 엔드 이펙터를 사용합니다.

‘VisionNav Robotics’에서 출품한 사람 없이 자동으로 움직이는 지게차는 지게차에 사람이 탑승하는 대신 카메라를 장착해 주변을 인식하고 필요한 물건을 나를 수 있습니다. 시연을 위해 이날 행사장에 대형 트럭을 배치한 것이 눈에 띄었습니다.

스마트팩토리에 스며든 ‘메타버스’

이처럼 사람의 손을 대신해주는 로봇은 스마트팩토리를 구성하는 핵심 요소입니다. 이 외에도 스마트팩토리는 공장 기기 등에 부착된 사물인터넷(IoT)을 통해 실시간으로 획득한 데이터를 바탕으로 사전에 사고를 예측하고 선제적으로 기기에 대한 유지보수를 실시하는 등 공장 전반을 자동화하는 것이 목표입니다.

실제로 이번 전시회에는 로봇 외에도 인공지능(AI), 산업용 사물인터넷(IIoT), 클라우드 컴퓨팅 같은 기술은 물론 PLM, MES, ERP 등 공장자동화와 연계된 솔루션을 제공하는 업체들도 대거 참가했습니다. 특히 요즘 가장 핫하다는 메타버스를 제조 공장에 도입하는 기술도 선보였습니다.

 

대표적으로 메타버스 가상공장 시스템을 제공하는 업체인 유비스는 현장에 체험존을 마련해 관람객들이 AR 장비를 착용하고 직접 메타버스 속 가상공장을 체험해볼 수 있도록 했습니다. 그래서 저 앤디가 직접 체험해 봤습니다.

직접 체험해본 메타버스 공장에서는 △기계 작동 모습 △기계의 운영 상태 데이터 △보관하고 있는 재료의 재고량 등을 확인할 수 있었습니다. VR 장비를 착용하고 메타버스 내부를 둘러보는 동안, 마치 공장에 있는 듯한 느낌을 받기도 했습니다. 직접 부스에 나와있던 조규종 유비씨 대표이사는 “생산 관리를 더 철저히 할 수 있도록 계속 업그레이드할 예정”이라고 말했습니다.

또다른 메타버스 업체인 엠투아이의 메타버스는 애니메이션 화면으로 구성된 유비씨의 메타버스와는 또다른 느낌이었습니다. 엠투아이의 메타버스는 불량품을 검출하는 것이 주 목적인, 현실세계 연동형 메타버스라고 할 수 있었습니다. △제작자 환경과 △관리자 환경의 화면이 구분되어 있는 것이 특징이었습니다. 제작자 환경에서는 실제 카메라로 촬영한 현실 세계를 볼 수 있었고, 관리자 환경에서는 제작자가 보는 시점의 불량품들을 메타버스 공간 안에서 볼 수 있었습니다.

박상진 엠투아이 스마트팩토리솔루션사업본부 솔루션팀 차장은 “관리자 환경에서는 화면 속 불량품 위치에 말풍선을 달아 수정을 요청할 수 있다”며 “정확한 불량 위치에 말풍선을 붙여 제작자와 소통할 수 있다”고 설명했습니다.

캐파(CAPA) 파트너 등 제조업체들도 참여 

이번 전시회에는 3D 프린팅을 비롯한 제조업체들도 참여했습니다. 제조업체 참석자 중에는 캐파(CAPA) 파트너사인 3D 프린팅업체 더블에이엠이 부스를 마련해 더욱 반가웠습니다. 더블에이엠은 FDM, Polyjet, P3, SLA, SAF 등 다양한 방식의 3D 프린팅 서비스를 제공하는 3D 프린팅 전문업체입니다.

이제형 더블에이엠 영업부 차장은 관람객으로 가득한 전시장을 둘러보면서 “(거리두기 완화로) 사람이 많아져서 좋다. (더블에이엠의) 명함도 많이 받아가셨다”고 뿌듯함을 전했습니다. 이날 더블에이엠의 부스에는 미니어처, 피규어, 소형 실생활용품 등 아기자기한 제품들이 가득했습니다.

다소 생소한 3D 프린팅 서비스를 제공하는 업체도 참여해 눈길을 끌었습니다. 혹시 샌드 3D 프린팅을 들어보셨나요? 모래 소재를 이용한 적층식 3D 프린팅인데요. 주조 회사에서 3D 프린팅 회사로 탈바꿈한 삼영기계는 국내 최초로 샌드 3D 프린팅을 활용해 눈길을 끌었습니다.

삼영기계 관계자는 “삼영기계는 2014년 국내 최초로 샌드 3D 프린팅 기술을 들여온 회사”라며 “주조 회사로 시작해 47년 째 업력을 유지하고 있어, 그동안의 노하우로 차별화된 주조 틀 제품을 만들고 있다”고 설명했습니다. 그동안 금형을 직접 제조해 주조 틀로 활용했던 방식과 달리, 샌드 3D 프린팅으로 주조 틀을 제작하면 시간과 비용을 단축할 수 있다고 합니다. 삼영기계 관계자는 “주조 틀을 만드는 데 기존에 2개월 정도 소요됐다면, 샌드 3D 프린팅으로는 8시간이면 가능하다”고 덧붙였습니다.

한편 이번 전시회에는 스마트팩토리 등과 관련된 약 500개 업체가 참여해 1800개 규모의 부스를 꾸렸습니다. 그동안 제조 산업 방향을 이끌어온 역사 깊은 전시회인 만큼, 이번 전시회에서 선보인 기술들을 눈여겨봐도 좋을 것 같습니다. 캐파 역시 제조 생태계 혁신을 위해 발맞춰 나가겠습니다.

 

 

삼성에서 휴대폰 금형 만들던 38년 경력 QDM 전문가

공정 표준화해 ‘빠른 납기’와 ‘완성도’ 두마리 토끼 잡아 

국내 최초의 휴대폰을 아시는지? 1988년 7월 1일, 서울 올림픽을 앞두고 국내 첫 휴대전화로 등장한 ‘다이나택 8000SL’이다. 미국 모토로라사가 1984년에 세계 최초로 출시한 휴대전화 모델로, 무게가 무려 1kg에 달하는 소위 ‘벽돌폰’이었다.

이후 1990년대 말 복수의 이동통신 사업자들이 011, 016, 017, 018, 019 등 각기 다른 앞자리 번호를 내세우고 영업에 나서며 본격적인 휴대폰 시대가 열렸다. 당시 모토로라뿐 아니라 삼성의 애니콜을 필두로 국산 휴대폰도 본격적으로 생산되기 시작했다.

서두에 국내 휴대폰의 역사를 거론한 것은 오늘 캐파 파트너 인터뷰의 주인공이 ‘휴대폰’과 떼려야 뗄 수 없는 인물이기 때문이다. 삼성전자에서 지난 1993년부터 휴대폰 금형을 수십 여개 만든 휴대폰 제조의 산 증인, ‘소프트몰드’의 김재심 대표를 만나봤다.

지난 6일 인천 남동공단의 한 사무실에서 만난 김재심 대표는 웃으면서 캐파(CAPA) 에디터를 맞았다. 40년 가까이 금형업계에서 헌신해온 장인은 적갈색으로 젊게 염색했지만 사이사이 비집고 올라온 새치가 세월의 흔적을 드러내주었다. 하지만 작업복 단추를 단정하게 채우고 작업장에서도 검정색 구두코가 맨질맨질하게 윤이 나는 모습을 보면서 김재심 대표가 진지하게 자신의 업(業)을 대하는 태도를 엿볼 수 있었다. 휴대폰 얘기로 유쾌하게 시작된 대화는 본업인 QDM 금형과 고객 얘기로 술술 이어졌다.

 

1997년 6월 출시한 삼성전자 무선 전화기 (모델명 : SCH400) (사진=헬로마켓)

Q) ’플립(flip)폰’ 제조의 산 증인이라고 들었다

”1989년도에 삼성전자 금형사업부에 특채로 입사해 1993년도부터 휴대폰을 만들었다. 처음 모델인 SH-300은 일본에서 금형을 들여와서 만들었지만, SH-300부터는 국내에서 금형을 직접 만들어서 제조했다. 애니콜, 시티폰 같은 예전 휴대폰들도 다 그때 나왔다. 011, 017, 018과 같은 번호를 기억하나. 그때 만든 휴대폰 껍질들(휴대폰 외관 케이스)이 아직도 있다.”

‘잠깐만 기다려 보라’더니 김재심 대표가 상자를 하나 가지고 왔다. 상자 안에는 플립폰, 구형 폴더폰 등 예전에 사용됐던 휴대폰의 ‘껍데기’가 잔뜩 쌓여 있었다. 처음엔 다소 부끄러운 듯 박스를 들고 왔지만 하나하나 책상에 펼쳐놓는 김 대표의 얼굴이 금세 환하게 바뀌었다.

 

김 대표는 올해로 금형업계에 발을 들여놓은 지 38년째에 접어들었다. 공업고등학교 기계과를 졸업한 뒤 지난 1985년 동양정밀공업OPC에서 금형 설계일을 하면서 처음 사회생활을 시작했다고 한다. 김 대표는 “그 당시에 OPC 유선 전화기가 꽤 유명한 나름 큰 회사였는데, 전화국에 따로 신청해서 전화를 사용하던 시절이라 신청만 하면 우체국에서 OPC 유선 전화기를 가정집으로 배달해줬었다”고 말했다. ‘유선’ 전화기 회사에서 처음 사회생활을 시작해 삼성전자로 옮겨 ‘무선’ 전화기 만드는 일을 하게 된 것이다.

Q) 40년 가까이 금형 산업에 몸담았다. 어떤 점에 끌렸나

“금형은 만들 때마다 다른 모양의 제품이 나온다. 처음 금형을 배울 때는 금형 안을 플라스틱 재료가 채워서 입체적인 제품이 나오는 게 신기했다. 한창 휴대폰을 만들 때에는 내가 만든 제품을 길거리에서 사람들이 사용하는 모습을 볼 때 뿌듯했다. 휴대폰은 길에만 나가면 (내가 만든 제품을 쓰는 사람들이) 엄청 많았다.”

소프트몰드는 QDM 전문업체다. QDM은 Quick Delivery Mold의 줄임말로 단기간에 납기할 수 있는 금형을 말한다. 대한민국 최고의 휴대폰 회사에서 휴대폰을 만들며 보람을 느끼던 그가 QDM 전문업체를 직접 차리게 된 이유가 궁금해졌다.

 

차리게 되었나

“1996년도부터 삼성전자에서 QDM 표준화 작업을 했었다. 지금은 4~15일 걸려 만드는 QDM 금형 제작이 당시에는 2주가 훨씬 넘게 걸리던 때였다. 회사 내에서 QDM 금형과 양산 금형 부서를 경쟁시키더라. 그때 QDM 금형을 보다 빨리 제작할 수 있는 방법, 설계부터 제작까지 공정 사이클부터 표준 몰드 사이즈까지 고민을 많이 했었다. 결국 양산 금형 제작에 60일이 걸릴 때, QDM 제작 기간을 15일까지 단축시켰다. 삼성전자에서 쌓아온 QDM 표준화 시스템을 사업으로 접목시켜서 2003년에 회사를 세웠다.”

Q) QDM의 장점을 한마디로 설명한다면

“(제작이) 빠르고, 비용을 줄일 수 있다. 일반 금형은 일단 완성할 때까지 시간이 너무 오래 걸린다. 일단 완성되고 나면 금형을 수정하기도 어렵다. 수정할 내용이 생기면 기존 금형은 ‘중고’ 금형이 된다. 버려야 한다. 애초에 비싼 비용을 들여 금형을 만들면 잘못 만들었을 때 못 쓰게 되니까, 금형의 바깥 껍데기(베이스)는 그대로 두고 ‘코어’ 부분만 수정해서 교체하는 방식이 QDM이다. 금형을 베이스부터 코어까지 다 만들려면 최소 30일 정도 걸리고, 크기와 형상에 따라 더 걸리기도 한다. 하지만 QDM은 제품 크기에 따라 4~15일 정도 소요되고, 코어를 교체하는 시간은 1~2시간이면 된다.”

Q) 회사이름이 ‘소프트몰드’다. QDM과는 무슨 관계인가?

“QDM은 납기가 짧은 제품을 만들기 위한 개발 금형이다. 소프트몰드는 QDM과 구동 방식은 똑같지만 재료가 다르다. QDM은 두랄루민(알루미늄을 주성분으로 한 합금)을 사용하고 소프트몰드는 KP4M(플라스틱 금형강의 한 종류) 등을 사용해서 QDM 보다 강도가 높다.

(재료의 강도가 금형 제작에서 중요한 이유는 뭔가?) 금형으로 찍어내야 할 제품의 수량이 많은 경우 그만큼 금형의 수명도 짧아진다. 강도가 높은 재료를 사용해야 금형의 수명이 길어진다. 그래서 양산할 때 주로 소프트몰드를 사용한다. QDM은 3000 쇼트 정도 찍는 금형이고, 소프트몰드는 3만 쇼트까지도 찍을 수 있는 금형이다. 회사 이름 소프트몰드는 여기서 따왔다.”

 

Q) 납기가 지나치게 짧아지면 금형의 완성도에 영향을 미치지 않나

”품질엔 문제가 없다. 삼성전자에서 배웠던 경험을 바탕으로 ‘소프트몰드’ 내에서도 자체적인 작업표준을 만들고 있다. 즉, 금형을 가공할 때는 가공 표준, 설계할 때는 설계 표준, 사이즈에 대한 표준까지, 기본적인 가이드라인을 처음에 잡아뒀고 현장 작업자들에게도 업무를 표준화할 수 있도록 매뉴얼을 만들어뒀다.

(구체적으로 설명해줄 수 있나?) 예를 들면 ‘특정 형상의 제품은 특정 방식으로 설계를 한다’라든가, ‘금형 안에 들어갈 부품들의 유형을 정립한다’라든가 하는 내용들이 있다. 모두 공개할 수는 없다.(웃음)”

Q) 어떻게 공정을 표준화하겠다는 생각을 하게 됐나

”사실 1996년도에 삼성전자 경북 구미 공장에서 일할 때, 몰드 표준 베이스 오토캐드 설계도를 쭉 혼자 정리한 적이 있었다. 그 내용을 플로피디스크에 담아 몇 명한테 나눠줬는데, 그 파일이 경북 구미 바닥에 쫙 돌았다고하더라. 그때는 내가 모르는 사람들도 나를 알던 때였다(웃음). (공정 표준화는) 반드시 해야하는 일이라고 생각했다.”

Q) QDM으로 만들 수 있는 제품엔 어떤 것들이 있나

”의료기기부터 휴대폰 악세사리, 드론, 자동차 부품 등 다양하다. 최근에 서울대병원에서 연구개발하는 학생들과 작업을 많이 했는데 척추주사기, 시약통, 코로나19 검사 시트 캡 등을 (QDM으로) 만들었다. 이 외에도 스마트 워치, 휴대폰 외관 케이스, 이어폰, 화장품 케이스, 드론, 전기 스위치, 블라인드 커튼 등 제품군을 가리지 않는다.”

 

 

Q) 금형 제작이나 사출에 드는 비용을 줄일 수 있는 팁이 있을까

“한 번에 제대로 만드는 게 방법이다(웃음). 40년 가까이 금형업에 몸 담았던 시간동안 차곡차곡 쌓아온 노하우가 있다. 설계 단계부터 꼼꼼하게 따져야 금형을 두 번, 세 번 만들지 않고 비용을 줄일 수 있다.

만약 살 두께가 얇은 제품을 만든다고 하면, 재료의 물성, 사출기의 성능을 고려해야 재료가 충분히 금형 안으로 끝까지 흘러들어간다. 물성을 고려하지 않고 살 두께가 얇은 제품을 만든다면, 재료가 금형 안에서 끝까지 들어가지 못하고 흘러가다가 중간에 굳어버린다. 또 금형 안에서 플라스틱이 굳을 때 발생하는 ‘수축’ 정도를 고려하지 않으면 사출 후에 제품이 깔끔하게 나오지 않는다.”

Q) 특별히 기억에 남는 제품이 있다면

“의료기기 제품이었는데, 혈액을 추출해서 박테리아를 활성화시키는 약품을 넣고 현미경으로 관찰하기 위해 동일한 혈액량을 기포가 안 생기게 내보내야 했다. 그런데 자꾸 혈액에 기포가 들어가더라. 사실 설계 파트에서 해결할 수 있는 문제였지만, 고객 분께서 금형으로 해결해달라고 하셔서 재료를 여러 번 바꿨다. 알루미늄, 스틸, 금형 재료를 바꿔가며 최대한 혈액에 오염이 안 생기는 방안을 고민했다. QDM이지만 (완성을 기하느라) 1개월 가량 소요됐던 작업이었다.”

김 대표는 평소 신조가 “하는 것만큼만 받자”라고 했다. 잘할 수 있는 부분에 집중하고, 후가공 작업 등은 보통 다른 업체에 넘겨준다고 한다. 대신 본질에 있어서만큼은 고객이 ‘이 정도면 됐다’고 말해도 내부적으로 세워놓은 기준을 충족시키기 위해 최선을 다한다고 했다.

김 대표는 “우리 고객도 결국 완제품을 다른 고객업체나 소비자에게 선보여야 할텐데, (고객이) 잘못 만든 제품을 가져가게 되면 그걸 만든 저희도 같이 (체면이) 구겨지는 것”이라며 “저희가 생각하는 수준으로 만들어 드리려고 매번 애쓰고 있다”고 말했다.

고객에 대한 진심 때문인지 종종 오래 전 고객들에게도 연락이 온다. 얼마 전엔 10년 전쯤 거래했던 고객에게서 연락이 와서 이런저런 상담을 해드렸다고 한다. 당장 직접적인 거래로 이어지진 않았지만 이런 고객들과의 신뢰가 쌓여 지금의 소프트몰드가 있는지 모른다.

서두에 휴대폰 얘기를 하던 중 김 대표는 2년 전까지도 017 번호를 사용했다고 말했다. 마지막으로 그 이유를 물어봤다.

 

 

“1994년도 신세기 통신에서 017 번호를 만든 이후 2년 전까지 그 번호를 쓴 이유는 하나입니다.
번호를 바꿔버리면 전화번호가 사라지잖아요.
인연이 소중해서 지금까지 못 바꿔요.
먹고 살려고 하는 일이지만,
결국 고객 분들에게 도움이 되고자 일을 합니다.”

제조업체 매칭플랫폼 캐파(CAPA)에서는 QDM 전문업체 소프트몰드를 비롯한 최고의 경쟁력을 보유한 금형사출 전문 파트너(제조업체)를 만날 수 있습니다. 아래 링크를 통해 지금 캐파에 방문해 보세요!

 

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!