절삭가공 반대 3D 프린팅 제조…부품수 줄고 비용절감도



3D 프린터의 등장과 함께 ‘적층제조(Additive Manufacturing)’ 방식이 주목받고 있다. 이는 3차원 데이터를 기반으로 분말 형태의 재료를 층(Layer)으로 쌓아 올려 부품이나 제품을 제작하는 기술이다.

22일 산업계에 따르면, 적층제조 기술이 기업들의 제품 생산방식을 바꾸고 있다. 

가상제조를 바탕으로 시도되는 자동차 엔진 적층제조.

금속 적층제조를 위한 고성능의 시뮬레이션 소프트웨어도 잇따라 개발됐다. 제조업체나 디자이너, 엔지니어가 시제품을 제작해 시험해보는 과정을 거치지 않고도 가상작업(시뮬레이션)을 통해 원하는 제품을 만들 수 있게 한다.

적층제조로 전통 제조방식의 한계를 극복할 수 있다는 게 전문가들 설명이다. 고도의 설계 자유를 보장, 복잡한 구조의 부품을 한번에 만들어 낼 수 있게 해준다.

따라서 생산설비의 경량화, 고객맞춤형 생산, 생산의 경제성 등을 실현할 수 있다는 것이다.

적층제조는 종전 절삭가공(Subtractive Manufacturing)의 반대 개념. 드릴·선반·밀링머신 등 절삭공구로 재료를 깎아 가공하는 방법을 생략할 수 있게 한다.

한국엠에스씨소프트웨어 황인혁 부장은 최근 열린 ‘CAE 컨퍼런스’에서 “적층제조는 3D 프린팅의 등장으로 활성화되기 시작한 분야다. 3차원 형상 데이터를 기반으로 2차원 단면 데이터를 생성, 소재를 얇은 막으로 형성시켜 쌓아 올리는 방식으로 제조한다”고 설명했다.

적층제조 땐 시행착오를 줄이기 위한 시뮬레이션이란 선행 절차가 요구된다. 일례로, 금속 적층제조에 사용되는 레이저는 금속밀도를 최적화해주지만 동시에 금속을 녹여 오류를 일으킬 수 있으로 가상작업이 필요하다.

앞의 황 부장은 “적층제조 작업 전 시뮬레이션 기법으로 가상제조(Virtual Manufacturing)를 해보면 제조공정 및 생산된 제품에서 발생할 수 있는 문제를 사전에 예측할 수 있다. 예측된 결과를 바탕으로 최적화된 설계를 수행할 수 있어 생산성을 극대화할 수 있다”고 말했다.

종전 적층제조는 시제품 제작에 주로 사용됐지만 최근에는 제품 양산에도 활용되고 있다.

따라서 제조과정이 복잡한 기계나 항공부품 뿐 아니라 금형 등 뿌리산업의 경쟁력을 높여줄 것으로 기대된다. 또 단종된 자동차모델의 부품, 개인 맞춤형 의수족 등도 생산할 수 있게 해준다.

이밖에 바이오소재를 활용한 의료분야 적층제조도 시도되고 있다. 현재 뼈, 혈관, 신체부위, 인공장기를 생체세포와 고분자재료로 융합해 만들어내는 연구가 한창이다.

미국 앤시스의 셰인 엠스윌러 부사장은 “적층제조 기술은 기업의 제품 생산방식을 바꾸고 있다. 제품 시장 출시 기간을 단축하고 산업 전반에 걸친 제조비용을 크게 줄여준다”고 말했다.

조문술 기자/freiheit@heraldcorp.com