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‘일본’은 제조업 하면 떠오르는 대표적인 국가 중 하나입니다. 제조업을 기반으로 세계 초강국으로 부상했고, 그 과정에서 무수히 많은 장인들을 배출했습니다. 여전히 제조업에 대한 명성이 자자한 일본에서 최근 일본 제조업계를 대표하는 전시회인 ‘매뉴팩처링 월드 재팬(Manufacturing World Japan) 2022’가 개최됐습니다. 이번 행사는 웨비나를 통해서도 공개됐습니다. 올해로 33주년을 맞이한 이번 행사에 참여한 주요 기업들의 면면을 카파(CAPA)가 살펴봤습니다.

 

기계 전용부품·가공 기술 및 장비

 

 

히로세 인더스트리(HIROSE INDUSTRY CO.,LTD)

 

히로세 인더스트리는 소형 절삭 전문업체입니다. 공작기계를 이용해 소형 가공물을 정밀하게 가공하는 데 뛰어난 역량을 보유하고 있습니다.

이번 전시회에서는 정교하게 깎아낸 독특한 디자인의 체스 말을 선보였습니다. 장인의 손길을 거친 체스 말은 금, 은, 백금이 함께 사용돼 눈길을 끌었습니다. 히로세 인더스트리는 장인의 손기술을 전 세계에 전달하는 프로젝트를 진행 중입니다.

 

 

무수미기켄(MUTSUMI GIKEN CO.,LTD.)

무수미기켄은 고성능 도금 및 코팅 전문업체입니다. 특히 ‘크롬’ 도금에 특화돼 있습니다. 이 회사의 후가공을 거친 제품들은 섭씨 600도를 넘나드는 온도에서도 끄떡없는 내구성을 자랑합니다. 경쟁사와 달리 다양한 첨가제를 넣으며 경쟁력을 강화하고 있습니다.

현재는 대부분 기계 부품을 취급하고 있지만 앞으로 인테리어, 악세사리 등 소비재로 영역을 확장한다는 계획입니다. 최근 들어 일본 대기업, 완성차업계와 함께 중국 시장에서 많은 요청이 들어오고 있다고 합니다.

 

 

리코 일렉트릭(RIKOH ELECTRIC CO., LTD.)

리코 일렉트릭은 정밀·전자동기계 로봇제어 역량을 갖춘 업체입니다. 매출 대부분은 방위산업 분야에서 발생합니다. 특히 미국 국방부에서 제정한 하드웨어 환경 조건 규격에 따른 커넥터(MIL 규격 커넥터) 생산에 있어 최대 강점을 갖고 있습니다. 방위산업뿐만 아니라 일본 내 공작기계 업체들의 제어판을 비롯해 본체를 연결하는 부분들 대부분 리코 일렉트릭의 밀 규격 커넥터를 사용 중입니다. 수출은 한국과 대만 두 곳에 집중하고 있습니다.

 

 

무네카타 인더스트리얼 머시너리(Munekata Industrial Machinery Co.,Ltd.)

무네카타 인더스트리얼 머시너리는 첨단수지 용접 기술을 보유하고 있습니다. 완성차 업계에서 존재감을 드러내고 있습니다.

가장 큰 경쟁력은 작업 과정에서 먼지가 거의 발생하지 않는다는 점입니다. 초음파 마찰을 이용해 온도를 실시간으로 모니터링하면서 작업할 수 있고, 진동을 최대한 낮추면서 먼지 발생률을 최소한으로 낮춥니다. 이런 특징 때문에 완성차 업계를 중심으로 많은 수요가 있다고 합니다. 현재 북미, 유럽, 인도네시아, 태국 등에 영업지점을 두고 해외 판로를 개척해나가고 있습니다.

 

 

히비키 세이키(Hibiki Seiki Co., Ltd.)

히비키 세이키는 반도체 제조장치 관련 부품을 생산합니다. 과거 항공우주 관련 프로젝트에 참여하기도 했습니다.

특히 얇은 링 형태의 제품이 인기입니다. 금속은 깎을수록 왜곡이 발생하기 마련입니다. 히비키 세이키는 금속을 얇게 깎아도 왜곡이 없는 제품을 만들어냅니다. 이 때문에 부품 경량화에 대한 니즈가 있는 항공우주 분야 수요가 높다고 합니다.

얇으면서도 정밀한 가공을 해낼 수 있다는 점 때문에 최근엔 의료계에서도 수요가 커지고 있습니다. 이 같은 경쟁력의 바탕에는 ‘젊은 조직’이 있다는 평가입니다. 실제로 이 회사 임직원의 평균 연령은 24세에 불과합니다. 젊음을 앞세워 젊지만 실력 있는 장인들을 배출하고 있습니다.

 

 

토요 요자이(Toyo Yozai Co., Ltd)

토요 요자이는 비철금속 표면처리제 생산업체입니다. 이 회사의 주력 제품은 각종 배관의 내부를 안전하게 보호해주는 산화방지제입니다.

기본적으로 제품엔 스프링파이프가 부착돼 있어 소지하고 사용하기에 편리합니다. 냉동·냉장 기계, 냉매 배관, 냉난방 관련 업체들을 비롯해 다양한 현장에서 제품에 대한 문의가 몰리고 있다고 합니다. 최근엔 한국과 중국을 중심으로 아시아 지역 판매량을 늘려나가고 있습니다.

 

캐파 파트너 업체인 ‘씨오지’는 과거 베가폰을 디자인했던 최용우 대표가 설립한 제품 디자인 전문회사입니다. 최 대표는 각 제품에는 고유의 ‘목적’이 있고, 이는 제품의 기능과 역할을 통해 구현된다고 생각합니다. 또한 제품 디자인은 소비자의 편의성에 중점을 두고 ‘나보다 남을 앞에 둬야 한다’는 철학을 바탕으로 차별화된 디자인을 선보이고 있습니다. 

지하철 1호선 인천역은 인천국제공항의 정남쪽에 있다?

지난 2014년까지 발행된 지하철 노선도<아래 왼쪽 사진 참고>를 본 사람들은 이렇게 생각할 수도 있었을 것이다. 하지만 실제 인천역은 영종도에 위치한 인천공항의 북동쪽에 있다. <아래 오른쪽 사진 참고> 

과거 지하철 노선도는 실제 지리와는 동떨어진, 그야말로 ‘노선’을 순차적으로 표시해주는 종이에 가까웠다. 지하철 노선도는 ‘으레’ 그렇게 만들어도 되는 것으로 생각했다.

하지만 프랑스 출신 디자이너 육 체로비츠(Jug Cerovic)가 수도권 지하철 노선도를 실제 지리적 위치에 맞게 다시 만든 노선도가 ‘외국인이 만든 더 정확한 지하철 노선도’라는 이름으로 인터넷 상에서 화제가 되면서 이같은 고정관념에 변화가 생기기 시작했다. 결국 국내 대표 포털사이트인 네이버도 육 체로비츠의 노선도를 바탕으로 수도권 지하철 노선도를 다시 만들었다.

‘디자인은 추상적인 거니까, 현실이랑 좀 동떨어져 된다’고 생각했던 것은 고정관념이었다. 현실을 반영한 실용적인 디자인도 얼마든지 가능했던 것이다.

2014년 서울 메트로의 지하철 노선도(좌)와 2022년 현재 네이버 지하철 노선도. (출처=서울메트로, 네이버)

21세기 대한민국에서 벌어졌던 지하철 노선도 논쟁의 기원은 20세기 미국 뉴욕으로 거슬러 올라간다. 지난 1972년 이탈리아 출신 디자이너 마시모 비넬리는 당시 실제 지리적 위치는 고려하지 않은 채 90도와 45도의 정형화된 각도로 배치돼 있던 뉴욕의 지하철 노선도를 지도의 본래 목적에 맞게 바꿔놨다. ‘기능적인 아름다움’을 주창하며 디자인과 실용성의 밸런스를 고민한 그가 만든 뉴욕 지하철 노선도는 현대 뉴욕 현대미술관(MoMA)에 영구 컬렉션으로 포함됐다.

디자인에 실용의 가치를 담는 것. 18년 째 디자인 업계에 몸담으며 자신의 디자인회사를 이끌고 있는 최용우 씨오지 대표<아래 사진>에게 50년 전 마시모 비넬리가 했던 고민은 현재 진행형이다. 미적인 감각과 실용성의 밸런스, 두 마리 토끼를 잡기 위해 머리 아픈 고민을 하는 최용우 대표를 지난 4일 캐파(CAPA)가 만났다.

Q> 디자인 단계에서부터 실용성을 특히 강조하는 이유가 뭔가

“제품은 제품마다 가지고 있는 고유한 목적성이 있다. 저는 이 목적성을 ‘제품의 언어’라고 부른다. 기능과 역할이라는 내용이 언어인 것이다. 제품이 본래 가지고 있는 언어와 어긋나게 디자인 된다면 어떻겠나. 제품의 목적성을 상실하게 된다.
가령, ‘디자인 소화기’ 사례를 보자. 최근 가정용 소화기가 많이 보급되면서 오브제로 사용할 수 있는 디자인 소화기들이 시중에 많이 나오고 있다. 그런데 기존의 문법을 과도하게 깨뜨린 소화기들이 많이 보인다. 노란색, 초록색 소화기들이 그 예다.
불이 났을 때 소화기를 찾는 사람은 빨간색 소화기를 떠올릴 것이다. 하지만 디자인적으로 색감이 예쁘다고 노란색, 초록색 소화기를 구비해놓는다면, 위급 상황에서 쉽게 소화기를 찾을 수 있을까. 이런 의문에서 씨오지는 제품 디자인 업체지만 디자인의 마지노선을 항상 고민한다. 제품이 목적성을 상실하지 않게 하기 위해서다.”

Q> 실용성의 중요성에 눈을 뜨게 된 계기가 있나

“과거 휴대폰 회사에서 일했었다. 배우 이병헌이 “단언컨대”라며 광고하는 ‘SKY 베가 아이언’ 제품을 기억하시나. SKY 핸드폰 디자인만 11년 했다.
한창 변신로봇 같은 휴대폰이 유행이었다. ‘가로본능’처럼 화면이 90도로 돌아가는 휴대폰이 새로운 패러다임으로 부상하고 있었다. 유행에 즈음해서 회사에서 이탈리아로 연수 겸 워크샵을 갔다. 이탈리아 현지에서 ‘마지스’라는 디자인 업체의 70세가 넘는 대표를 만났다. 최근 한국에서 유행하는 변신로봇 디자인을 소개했지만, 돌아오는 대답은 날카로웠다. ‘왜 필요한가.’
눈에 띄는 획기적인 디자인을 선보여서 무조건적인 양산을 하기 위한 디자인은 정답이 아니라는 걸 깨달았다. 양산이 성공의 척도이던 시절, 디자인 하나하나에 ‘왜?’라는 질문을 던지기 시작했다.”

Q> 휴대폰 디자인을 하는 것도 충분히 보람있었을 것 같은데, 어떻게 창업을 결심하게 됐나 

“길거리를 지나다니다가 SKY 베가 아이언을 사용하는 사람들을 마주하면 뿌듯했다. 하지만 그뿐이었다. 회사에서 만든 제품이기 때문에 디자인에 개입할 수 있는 여지가 한정적이었다. 휴대폰 이외의 모든 사물까지도, 사소한 불편함들을 발견하면 먼저 디자인적으로 해소해주고 싶다는 생각이 많았었다. 디자인할 수 있는 제품 스펙트럼도 확장하고, 디자인 업무에 전면에 나서고 싶어 회사를 세웠다.”

Q> 산업디자이너로서 철학이 있다면 

“산업디자인은 디자이너의 철학보다는 사용자에 초점이 더 맞춰져 있다. 휴대폰 하단의 굴곡을 어느 정도 각도로 둥글게 만들지는 오롯이 사용자의 편리성, 그립감에 달려있다. 제품의 목적성을 잃지 않으면서도 보다 합리적이면서 보다 대중적인 디자인을 찾는 것이 디자이너의 몫이다. 결국 디자이너 개인의 미적 취향보다 제품을 사용할 사용자의 편의성을 더 중요시해야 한다. 나보다 남이 중심이 돼야하는 것은 디자이너의 숙명이다.”

Q> 캐파를 통해 의뢰 받은 디자인 가운데 기억에 남는 제품이 있다면

“자전거 헬멧이었다. 공유 킥보드에 함께 제공되는 헬멧이었는데, ‘폴딩(folding)이 되는 헬멧이었으면 좋겠다’는 요청이 주문의 핵심이었다. 고객이 접혀지는 자전거 헬멧에 대한 특허만 보유한 상태였고, (구체적인) 제조에 대한 지식은 거의 없는 상태였다.”

Q> 다른 제품과 차별화되는 디자인 포인트가 있었나

“헬멧 역시 실용성이 최우선 목적이었다. 디자인적으로만 예쁜 헬멧보다는 착용했을 때 편리하고 실제 머리를 보호해주는 기능이 충족돼야 했다. 당장 ‘휴먼 스케일(human scale)’부터 공부했다. 서양인의 두상과 동양인의 두상은 어떻게 다르고, 국내에서 주로 활용되는 헬멧 사이즈까지 조사해 파악했다. 단순히 디자인만 예쁜 헬멧 시안도 나왔지만, 그 정도로는 스스로 용납이 안 됐다. 디자인만 예쁜 헬멧은 ‘크몽’이나 ‘숨고’같은 프리랜서 마켓에서도 충분히 만들 수 있지 않나. 하나하나 공부한 내용을 고객 분께 설명드리고, 헬멧의 곡선 각도부터 완충재의 정도까지 하나하나 이유를 설명드렸다.”

Q> 고객의 반응은 어땠나

“흡족해하셨다. 보통 씨오지에 찾아오시는 고객 분들은 대부분 만족하고 돌아가신다(웃음). 처음 씨오지를 찾아오셨다가, 연(年) 단위로 3년 동안 디자인을 맡겨주신 고객 분도 있다. 모르는 부분까지 공부해가며 디자인의 이유를 설명해드리고, 제조 공정 상 디자인 이후의 단계인 ‘양산’까지도 컨설팅해드리기 때문에 씨오지를 다시 찾는 단골 고객 분들이 많다.”

Q> 디자인 회사에서 양산 컨설팅도 해준다는 건가?

“‘제품’을 만드는 일은 디자인 단계에서 끝나지 않는다. 11년 동안 휴대폰 제조업계에서 몸담았기 때문에 양산을 위한 네트워킹이 자연스레 구축돼있다. 제품에 따라서는 양산을 위한 컨설팅을 무료로 진행하기도 한다. 기구 설계에 대한 리소스도 확보돼있다. 제품의 실질적인 기능을 반영한 디자인이 씨오지에서 가능한 이유다. 디자인을 마무리한 이후에도 시사출 단계, 컬러 선택 단계 등 꾸준히 제품에 대한 컨설팅을 지속하고 있다. 디자인 기획부터, 브랜딩, 양산, 패키징까지 씨오지에서 한 큐에 해결할 수 있다. ”

Q> 어떤 제품까지 디자인할 수 있나  

“제가 공부할 수 있는 분야면 제한이 없다(웃음). 표면적으로 디자인만 하는 것이라면 사실상 제품군에 제한이 없다. 하지만 내적인 기능들까지 함께 이해한 디자인이 가능하려면 제품 자체에 상당한 시간을 쏟아붓는 공부가 필요하다.”

Q> 디자인하려고 ‘이런 것까지 공부해봤다’? 

“형광 양자전 분석기까지 공부해봤다(웃음). SK하이닉스에서 의뢰받은 제품이었는데, 빛을 투과해서 세포를 스캐닝해 균이 포집해있는 정도를 분석할 수 있는 기기였다. 산업 디자인을 전공한 문과 출신이지만, 의료계의 기전부터 물리학까지 공부해서 디자인했다.
그렇다고 꼭 전문적인 제품만 디자인하는 것은 아니다. ‘한샘’의 진공블렌더부터 ‘한솔교육’의 층간소음 매트, ‘일광전구’의 조명까지 실생활에서 많이 사용되는 제품들도 디자인하고 있다.”

Q> 잘 다니던 회사를 그만둔 건 자기 이름을 건 디자인을 하고 싶었기 때문 아닌가

“아니다. 디자인에 있어 ‘나의 것’이란 없다. 제품은 제작자가 만드는 것이다. 디자이너는 제작자보다 앞설 수 없고, 제품을 사용하는 소비자보다 앞설 수 없다. (디자이너가) 전면에 나서는 디자인보다 가능한 한 많은 고객이 제품을 세상에 내놓을 수 있게끔 도와드리는 것이 씨오지의 역할인 것 같다.”

Q>앞으로의 계획은

“꾸준히, 트렌드를 치고 나갈 수 있는 디자인 업체로 남고 싶다. 제가 디자이너치고는 나이가 꽤 많다. 젊은 디자이너 친구들이 만든 제품들을 보며 ‘젊은 센스’를 꾸준히 공부하고 있다. 디자이너들 사이에선 흔히 ‘슥’ 보기만 해도 올드한 디자인은 구분된다.

디자인도 지적 노동이다. 지속적으로 새로운 지식, 트렌드를 머리에 집어넣어야 감을 잃지 않는다. 젊은 감각을 뒤쫓아가는 데에서 그치지 않고, 젊은 감각을 씨오지의 새로운 감각으로 재탄생시키는 회사가 되기 위해 매일 고군분투할 계획이다.”

서두에 소개한 모더니즘 디자인의 선구자인 마시모 비넬리는 이런 말을 남겼다.

“스타일은 유행이 있다. 좋은 디자인이란 언어이지 스타일이 아니다.”

디자인을 위한 디자인이 아니라 제품 사용자와 제작자를 먼저 생각하는 디자인을 만드는 업체. 나아가 디자인 트렌드를 쉼없이 공부하는 업체. 최용우 대표에게서 30년 전 뉴욕 지하철 노선도로 세상의 주목을 받은 디자이너 마시모 비넬리의 철학이 비쳐보인다.

‘3D 프린팅은 태생이 친환경적이다?’ 

어느 정도 맞는 얘기입니다. 일례로 CNC 절삭 가공(Subtractive Manufacturing)의 경우 재료를 깎아서 가공하는 방식이다 보니 대부분 깎여나간 부위의 재료가 폐기될 수밖에 없습니다. 이에 반해 재료를 한층 한층 쌓아가며 제조(Additive Manufacturing)하는 방식인 3D 프린팅은 버려지는 재료가 적게 발생하는 구조이기 때문에 재료비를 대폭 절감하고 불필요한 재료의 낭비를 막을 수 있습니다.  

물론, 재료를 효율적으로 사용하는 적층 가공(Additive Manufacturing)이란 3D 프린팅 고유의 특징이 친환경적인 것은 사실이지만, 3D 프린팅은 곧 환경을 보호하는 기술이라고 할 수는 없을 것 같습니다. 

실제로 최근 국내에서 3D 프린팅 소재에 대한 규제를 강화한다는 소식이 들려왔습니다. 이는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식 3D 프린팅의 소재인 필라멘트에 고열이 가해지는 과정에서 미세입자 및 휘발성유기화합물이 방출되어 충분한 안전장치를 갖추지 않을 경우 작업자의 건강에 악영향을 미칠 수 있기 때문입니다. 대기 환경에도 나쁜 영향을 미칠 것으로 우려됩니다. 

하지만 일각에서는 3D 프린팅을 보다 친환경적으로 만들기 위한 실질적인 노력 또한 이뤄지고 있습니다. 이같은 반전의 키워드 역시 ‘재료’에 있습니다. 

이와 관련해 최근 주목을 받고 있는 3D 프린팅 업체들이 있습니다. 상업화가 가능하면서도, 지속가능한(Sustainable) 건축의 방안을 모색해온 건축 분야 3D 프린팅 회사 Wasp과 Azure Printed Homes가 그 주인공입니다. 이들 업체는 친환경 건축 3D 프린팅 업계의 개척자라 할 수 있습니다. 전자는 플라스틱 폐기물을 재활용하고, 후자는 천연 재료를 활용하여 3D 프린팅 주택을 건설함으로써 친환경 건축 사업의 새로운 장을 열어나가고 있습니다.

사실 3D 프린팅을 이용해 주택을 만든다는 소식도 이제는 그다지 새롭지만은 않습니다. 최근 몇 달 사이에만 3D 프린터로 인쇄하는 주택과 관련된 기사를 심심치 않게 볼 수 있었죠.

그럼에도 미국 캘리포니아주에 본사를 둔 Azure Printed Homes가 눈에 띄는 건 그들이 주택을 프린팅하는 ‘환경 친화적인 방법’을 개발했기 때문입니다. 실제로 이 회사가 3D 프린팅을 통해 짓는 주택의 60% 이상이 물병 및 식품 포장에 사용되는 재활용 플라스틱 폴리머를 재료로 만들어졌다고 합니다.

건설 산업은 인간이 살아가는 데 필수적인 의식주의 한 축을 담당하지만 지난 수십 년간 동일한 건축 기술이 그대로 유지·활용되는 등 눈에 띄는 기술적 혁신은 찾아보기 힘들었습니다. 특히 건설 과정에서 발생하는 막대한 양의 폐기물은 필요악으로 여겨지며 이 문제를 개선하려는 이렇다 할 시도도 이뤄지지 않았습니다.

Azure Printed Homes의 진 아이델만(Gene Eidelman) 공동창업자는 “건설 산업 분야는 세계 총 탄소 배출량의 약 20% 가량을 차지하는, 세계 최대의 원자재 소비자(출처)이기도 하다”고 말합니다.

이런 상황에서 건설 산업의 후발 주자인 3D 프린팅 업체가 지속 가능성을 고려한 원자재를 사용했다는 점은 시사하는 바가 적지 않다고 생각합니다. 한때 4차 산업혁명의 기수로 떠오르며 전세계적으로 주목 받았던 3D 프린팅이 최근 기업경영에서 가장 핫한 키워드로 꼽히는 ESG(Environment, Social, Government: 환경,사회, (기업) 지배구조의 약자)의 한 축인 친환경에도 상당한 기여를 할 것으로 기대되기 때문입니다.

또 다른 건설 분야 3D 프린팅 회사인 WASP은 흙, 왕겨, 지푸라기, 라임 등의 천연 재료를 사용하여 소형 주택을 건설해 눈길을 끌고 있습니다. 이 회사는 독자적인 3D 프린팅 크레인과 압출기를 사용해 천연 재료 혼합물을 설계도에 따라 적층하는 방식으로 주택을 건설합니다.

이들이 지은 최초의 주택인 ‘Gaia 소형 주택’은 이탈리아의 Shamballa 마을에 위치해 있습니다. 이 회사의 본사가 이 마을 바로 옆에 위치해 있습니다.

이들에겐 별다른 재료가 필요 없었습니다. 집을 짓고자 하는 지역에 있는 흙을 주재료로 활용하기 때문입니다. 특히 흙을 파고 나서 생긴 구덩이에는 자연스레 빗물이 모여 자연 연못이 생겨났습니다. 일종의 작은 생태계가 만들어진 겁니다.

사실 이런 ‘흙집’ 개념은 우리에게는 생소하지 않습니다. 우리나라에는 전통적인 흙집이라 할 초가집이 있기 때문이죠. 다만, 초가집은 손으로 만들어졌고, Gaia의 소형 주택은 거대한 3D 프린팅 크레인(혹은 printing arm)으로 만들어졌다는 점이 다릅니다. 다만, 과거부터 사용되던 소박한 재료를 3D 프린팅의 재료로 사용하기 위해서는 혁신적인 기술이 필요합니다.

앞으로 천연 재료 혹은 플라스틱 폐기물을 활용한 3D 프린팅 건축 산업이 활발해지면 어떤 일이 일어나게 될까요? 3D 프린팅을 통해 주택 생산이 자동화된다면 이는 비용 측면에서 경제적일 뿐만 아니라 품질 측면에서도 균질함을 보장할 수 있게 될 것입니다. 여기에 더해 친환경이라는 훈장까지 덧붙여질 것입니다. 이처럼 자재의 낭비는 줄이고, 건축 과정에서의 효율성을 극대화한다면 전세계의 주택난을 해결하는 데 적지 않게 기여할 수 있게 되겠죠.

적은 시간과 비용으로 지어진 3D 프린팅 주택이 어쩌면, 미래 세대에게 플라스틱 없는 바다(Plastic-free Sea)를 선물해줄 수 있을지도 모릅니다.

제조업계의 생태계를 함께 혁신해 나갑니다.

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금형을 이용해 제품을 만들어내는 사출성형은 주형에 쇳물을 부어 제품을 만드는 주조에 그 기원을 두고 있다고 할 수 있습니다. 어찌 보면 기원전 3200년 경 메소포타미아 지역에서 발견된 청동개구리를 금형 사출의 원조로 볼 수도 있을 거 같습니다. 무엇보다 사출 성형(Injection molding)은 현재 제품 제조에 사용할 수 있는 가장 보편적이고 접근성이 높은 제조 공정으로 꼽힙니다.

청동개구리. 출처 셔터스톡.

텔레비전, 완구, 자동차, 스마트폰, 미니어처, 헬스케어 등의 다양한 현대 제조 분야에 적용되는 사출 성형(Injection molding)은 일단 금형을 제작하면 동일한 제품을 빠르게 양산할 수 있기 때문에 공산품 생산을 위한 가장 대표적인 가공방식으로 널리 사랑받고 있습니다. 하지만 막상 사출성형을 통해 제품을 생산하려면 복잡다단한 공정이 뒤따릅니다. 이러한 공정을 이해해야만 비용을 절감하고 제품의 품질을 향상시킬 수 있으며, 생산 효율성을 높일 수 있습니다.

오늘은 사출성형 프로세스 가운데 가장 기본이면서도 중요하다 할 수 있는 사출 성형 설계(Injection Molding Design)에서의 주요 팁에 대해 알아보고자 합니다. 사출 성형 과정에서 설계란 단순히 ‘잘 팔릴 법한 멋진 디자인’을 의미하지 않습니다. 그 이상이죠. 몇 분만 투자하셔서 다음의 5가지 팁을 숙지하신다면, 생산 과정에서 발생할 수 있는 막대한 비용 출혈(Massive Cost Bleeding)을 막고 고품질의 제품을 효율적으로 생산할 수 있을 겁니다.

① 단계별 절차를 고려해 설계하라 

사출성형 공정은 재료의 주입부터 추출까지 정해진 순서에 따라 이뤄집니다. 제품을 설계할 때는 이러한 절차를 고려해야 합니다. 그렇다면 먼저 사출성형의 절차를 간단히 정리해 보겠습니다.

사출 과정을 잘 설명해주는 이미지. 출처 CDN.

사출 성형(Injection Molding)이란, 열을 가해 액체 상태로 만든(유동화) 재료를 속이 비어있는 금형에 주입해 제품을 얻어내는 가공 방식입니다. 붕어빵 틀에 재료를 부어 붕어빵을 만들어내는 것을 연상하면 이해가 쉽습니다. 플라스틱 제품을 양산할 때 가장 많이 사용되는 방식입니다. 

사출 성형 단계(Injection Molding Process)

하나의 사출물을 생산해내기 위해서는 보통 한 쌍(혹은 한 벌)의 사출금형이 필요합니다. 쌍을 이루는 AB 혹은 상하 금형의 내부는 생산하고자하는 사출물의 모양대로 비어 있습니다. 닫혀있는 금형의 빈 공간에 고온 액체 상태의 플라스틱을 주입하면 플라스틱이 금형틀에 맞게 모양을 형성하게 됩니다. 잠시 냉각 시간을 가진 뒤 금형을 열어 사출물을 꺼내면 됩니다.

두 개의 금형과 사출물. 출처 CDN.

사출성형으로 만들 제품을 설계할 때는 단계별로 아래와 같은 점들에 유의해야 합니다.

A. 주입시

사출성형의 재료인 플라스틱 등을 금형에 주입하기 위해선 입구, 즉 게이트(gate)가 있어야 합니다. 주입 단계에서는 게이트를 어떻게 설계하느냐가 중요한 고려 요소입니다. 게이트를 설계할 때는 ① (완성된 사출물의) 구조적 결합에 영향을 주지 않으면서도 ② 쉽게 제거될 수 있어야 합니다. 또한 ③ 게이트를 제거하는 과정에서 제품에 ‘흔적’을 남길 수도 있다는 점도 고려해야 합니다.  이처럼 사출 성형 설계에서 게이트의 위치는 아주 중요합니다. 게이트는 일반적으로 사출물의 가장 두꺼운 교차부(intersectional area)에 위치하게 됩니다.

B. 냉각시

고온의 액체 상태였던 플라스틱이나 고무는 냉각을 통해 고체로 변하는 과정에서 수축하게 됩니다. 설계시에는 반드시 이 점을 염두에 둬야 합니다. 즉, 사출물뿐만 아니라 사출물의 세세한 요소, 즉 코너의 반경이나 벽의 두께 등을 설계할 때도 냉각 단계를 기억해야 합니다.

C. 취출시

사출성형으로 완성된 제품은 냉각 후 금형을 열어 꺼내야 합니다. 즉, 금형을 분리하는 과정이 필요한데, 금형과 금형이 맞닿는 부분에 소위 ‘파팅 라인’이 생기게 됩니다. 설계 시에는 이와 같은 파팅 라인의 위치를 사전에 감안해 반영하는 것이 좋습니다.

② 벽의 두께를 고려하라 

‘금형은 균일한 벽 두께를 가져야만 한다’는 말을 들어보신 적이 있을 겁니다. 100% 맞다고 할 수는 없지만, 금형을 설계할 때 균일한 벽 두께를 가지도록 하는 것이 생산에 도움이 되는 것은 자명합니다.

벽 두께가 균일하지 않으면, 냉각 단계에서 어려움을 겪게 됩니다. 두꺼운 영역은 필연적으로 얇은 영역보다 느리게 냉각됩니다. 이는 일부 영역의 응고가 늦어진다는 얘기로 품질에 영향을 미칠 수 있습니다. 최악의 경우엔 아직 굳지 않은 상태의 플라스틱 재료가 엉뚱한 곳으로 흘러 들어가는 상황을 초래할 수도 있습니다. 따라서 금형을 설계할 때는 이러한 특성 또한 고려해야 합니다.

균일한 벽 두께의 중요성. 출처 Texasinjectionmolding.

만약 제품의 특성상 두꺼운 영역을 포기할 수 없다면, 두꺼운 영역을 어디에 위치시키면 좋을까요? 답은 간단합니다. 금형에서 되도록 낮은 위치에 위치시키면 됩니다. 이 경우 냉각이 비교적 느리게 진행되는 ‘두꺼운’ 영역의 액화 수지가 ‘이미 냉각이 완료된 다른 영역’에 흘러들어가는 일을 막을 수 있습니다.

③ 구배를 설계에 포함하라

얼음 트레이에서 얼음을 꺼내보면 정사각형인 듯 보이는 얼음도 실제로는 살짝 각이 진 사다리꼴 모양이라는 것을 알 수있습니다. 이는 얼음통에서 얼음을 꺼내는 것을 쉽게 해주기 위해 테이퍼링(tapering, 각도를 가해 좁아지거나 넓어지도록 설계하는 것을 뜻합니다) 작업이 되어 있기 때문입니다. 트레이로부터 각얼음을 억지로 꺼내기 위해 애쓸 필요가 없게 도와주는 것이죠.

금형사출 제품을 디자인할 때도 제품을 쉽게 꺼낼 수 있도록 구배(기울기)를 넣어줍니다. 몇 도의 경사를 더하면 사출물이 금형으로부터 훨씬 쉽게 취출될 것입니다. 이처럼 설계 단계에서부터 각도를 설정해주면 최종 사출물의 표면이 손상되지 않고, 제작 과정이 더뎌지지 않아 전체 공정이 효율적으로 진행됩니다.

가장 이상적인 구배 각도는 우측에 있는 모델입니다. 출처 rapiddirect.com

④ 패턴 혹은 텍스처를 함께 설계하라

제품에 따라서는 밋밋한 표면보다 특정한 패턴이나 텍스처(질감)를 가미해 독특한 멋을 살리고자 합니다. 이러한 작업은 제품을 1차적으로 완성한 뒤 후가공을 통해 진행할 수도 있지만, 사출 성형을 고려한다면 애초 설계 단계에서 원하는 텍스처를 설정하는 편이 낫습니다. (붕어빵 금형을 설계하는 단계에서 붕어빵의 울룩불룩한 비늘 패턴을 함께 디자인하는 것과 같은 원리입니다.)

구체적으로 금형을 설계할 때 원하는 텍스처나 패턴을 함께 설계하고, 실제 금형에 에칭이나 몰딩 작업을 하게 되면 표면 마감에 추가적인 비용이나 시간을 들이지 않아도 됩니다. 이럴 경우 표면 텍스처의 일관성을 유지하기도 훨씬 쉬워집니다.

⑤ 어떤 재료를 사용할지 숙지하라

재료에 대한 이해는 재차 강조해도 지나치지 않습니다.

재료는 사출성형 공정의 여러 측면― 수축률, 냉각 시간, 유연성 등 ―에 큰 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 재료마다 요구되는 벽 두께의 최소 수치와 최대 수치, 구배 각도 등도 다릅니다. 아래 표는 각 재료별 특성을 정리해놓은 것입니다. 이러한 재료의 특성에 맞게 제품을 설계하는 것 또한 잊지 말아야 할 것입니다.

성형 재료(Moulding Materials)	최고 온도(Max Temp)	화학적 내성(Chemical resistance)	인장 강도(Tensile strength)	굴곡 강도(Flexural strength)	충격 강도(Impact strength)
Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS)	60 – 93℃	Poor to fair	6,600 psi	270,000 – 380,000 psi	3.0 – 7.5 ft-lb/in
Nylon	93 – 177℃	Good to excellent	6,000 – 24,000 psi	390,000 – 1,100,000 psi	2 – 8 ft-lb/in
High density Polyethylene (HDPE)	120℃	Good to excellent	3,200 – 4,500 psi	145,000 – 225,000 psi	0.4 – 4 ft-lb/in
Low density Polyethylene (LDPE)	65 – 90℃	Good to excellent	1,200 – 4,000 psi	35,000 – 48,000 psi	Not breakable ft-lb/ in
Polycarbonate (PC)	288 – 316℃	Poor to fail	8,500 psi	13,500 psi	2 – 18 ft-lb/in
Polyoxymethylene (POM)	180 – 230℃	Excellent	6,000 – 22,000 psi	120,000 – 170,000 psi	0.8 – 2 ft-lb/in
Acrylic (PMMA)	130℃	Excellent	2,800 – 10,900 psi	13,000 psi	0.22 – 1.1 ft-lb/in
Thermoplastic Polyurethane (TPU)	71-121℃	Fair to good	6,960 – 12,000 psi		0.8 – 10.1 ft-lb/in
Thermoplastic Rubber (TPR)	170℃	Fair to good	1,000 – 7,000 psi	5,000 – 800,000 psi	2.5 – no break ft-lb/in
Polypropylene (PP)	65 – 148℃	Excellent	4,500 – 18,500 psi	210,000 – 1,500,000 psi	1.4 – 5.5 ft-lb/in

사출 성형 재료의 특성. 출처 adrecoplastics.co.uk

이상으로 사출성형 제품을 설계할 때 각각의 단계별로 잊지 말아야 할 5가지 사항들을 정리해 보았습니다.

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