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		3D 프린팅, 플라스틱 제조의 미래를 바꾼다
		[플라스틱사이언스] 기사입력 2023-03-08 06:25:40

미국의 반응형 사출성형 전문 기업인 Exothermic Molding Inc의 대표인 폴 스텍(Paul K. Steck)은 3D 프린팅이 기존의 생산 방식을 완전히 대체하지는 못하겠지만, 사출 성형 업체가 이를 무시하는 것은 어리석은 일이라는 의견을 내놓았다.

지난 몇 년 동안 3D 프린팅의 발전은 역동적이었으며, 수많은 산업에 상당한 영향력을 행사했다. 의료 보철에서부터 주거 건축, 도시와 마을의 물리적 인프라에 이르기까지 모든 것이 3D 프린팅 기술의 적용으로 달성 가능하다는 것이 입증되었다. 전부는 아니더라도 대부분의 업계는 3D 프린팅의 이점을 적용하고 있다. 아우디 자동차는 이미 몇 가지 특정 부품을 만들기 위해 사용하고 있으며, 군함의 부품에도 존재하며 수많은 군사 시나리오에서 전술적으로 사용되고 있다. 3D 프린팅은 더 이상 미래가 아니라 현재 충분히 활용 가능한 기술이다. 그리고 우주 공간에까지 그 영향력이 미치고 있다.

국제 우주 정거장에는 2019년부터 인체조직을 인쇄할 수 있도록 설계된 바이오 프린터가 설치됐다. 멀지 않은 미래에 이뤄질 추가적인 우주 탐사 시에도 3D 프린팅 기술이 필요할 것으로 보인다. 만약 우리가 다른 행성을 또 다른 개발지로 만들 계획이라면, 3D 프린팅을 통해 우리의 토착 재료로 주거지와 다른 구조물을 신속하고 더 비용 효율적으로 건설할 수도 있을 것이다. 이러한 현실은 이제 우리 코앞에 다가왔다.

무중력 상태의 3D 프린팅

나사(NASA)는 3D 프린팅 사용에 몰두하고 있다. 2019년 12월, 나사는 3D 프린팅 프로그램에 대한 문서인 "3D 프린팅으로 장시간 우주 비행의 과제 해결"을 출판했다. NASA Marshall Space Flight Center(MSFC)의 In-Space Manufacturing (ISM) 프로젝트는 긴 항해 동안 일상적인 필요에 대한 수요에 따라 예비 부품, 도구 및 재료를 생산하고 예상치 못한 사건에 신속하게 대응할 준비를 하는 데 초점을 맞추고 있다. 무중력 상태에서의 3D 프린팅은 이미 수십 개의 부품을 성공적으로 생산하여 중력의 부족이 제품의 신뢰성이나 품질에 거의 영향을 미치지 않음을 보여주었다.

제조 시 3D 프린팅과 적층 기술의 장점

기존의 제조 기술보다 3D 프린팅 기술의 장점은 더 효과적이고 효율적으로 제작하고 인쇄할 수 있는 유연한 디자인과 격자 작업과 같은 더 복잡한 디자인이다.

신속한 시제품 제작 역시 매우 용이하다. 3D 프린팅의 속도는 승인된 도면에서 완성된 프로토 타입, 나아가 최종 생산까지 걸리는 시간을 크게 줄여준다. 또한 3D 프린팅된 부품은 비교적 가볍고 내구성이 뛰어나다. 게다가 비용 효율성이 뛰어나다. 3D 프린팅을 이용하면 금형을 만드는 것보다 훨씬 비용이 적게 들고, 일반적으로 사출 성형으로 만드는 제품의 초기 200~20,000개에 달하는 고가의 하드 툴링이 필요하지 않기 때문에 경제적이다. 그리고 디자인이 승인되면 주문형 프린팅으로 제작되기 때문에 매우 편리하다.

뿐만 아니라 대형 인쇄를 사용하면 부품을 함께 용접할 필요가 없어지므로 인건비와 시간이 절감되고 결과적으로 부품 강도가 전반적으로 향상된다. 시제품 제작을 넘어 빠르고 저렴한 짧은 생산 공정의 실현이 3D 프린팅을 통해 현실이 되었다.

3D 프린팅 vs. 사출 성형

이렇게 강점이 뛰어난 3D 프린팅 기술이 점점 진화한다면 다른 전통적인 플라스틱 성형 공정은 불필요하게 될 것인가?

이러한 의문 제기에, Exothermic Molding사의 폴 스텍 대표는 “3D 프린팅은 많은 이점을 제공하지만, 기존의 생산 방법을 완전히 대체하지는 못할 것”이라고 보았다. 그는 “3D 프린팅 기술은 여전히 개발 중인 기술로, 제품 개발 접근 방식을 선택해야 할 때 그 장애물을 고려해야 한다. 따라서 제조업체와 제품 설계자는 3D 프린팅 기술을 기존 생산을 대체가 아닌, 보완하는 과정으로 봐야 한다”며 “제품 디자인을 향상시키고 다른 방법으로 만드는 것이 불가능한 부품을 만들 때 3D 프린팅만의 특별한 특성을 사용할 수 있다”고 말했다.

그러나 이 또한 가까운 미래에는 3D 프린팅과 적층 기술이 특정 플라스틱 성형 공정을 대체할 수 있다고도 덧붙였다. 왜냐면 앞서 언급한 다양한 이점들은 물론 고가의 실리콘이나 고무 몰드를 사용할 필요가 없어지기 때문이라고 보았다. 그는 “당사는 2022년에 17.5%의 성장률을 보였는데 그 중 일부는 적층 제조에 기인한다. 우리는 심지어 3D 프린터를 제조하는 회사를 위해 하우징을 생산한다”고 말했다. Exothermic Molding사는 최근 대형 3D 프린팅에 대한 투자로 인해 A급 도장 마감의 대규모 신속한 시제품 제작이 가능해졌다고 밝힌 바 있다.

Industry Today에 기고한 "3D 프린팅은 제조의 미래인가?"라는 사설을 통해 미국의 이론 천체물리학자인 David Spergel 또한 그 미래가 다가오고 있다고 말한 바 있다. 미래를 앞당기기 위해선 3D 프린팅을 활용한 대량 제조는 더 빠르고 더 저렴해져야 한다고 보았다. 현재 적층 제조는 소규모 실행에는 유용하지만 전체적으로 대규모 제조에는 너무 느리다. 그럼에도 이 기술은 발자취를 확장하고 이미 시행 중인 프로세스와 계속 결합할 것이다. 3D 프린팅 기술이 성숙해짐에 따라 생산자들은 3D 프린팅 기술의 이점을 누리기 위한 그들만의 계획을 세우게 될 것이다.

현재 대규모 효율성을 위해 대부분의 제품에 대한 후처리 주기는 힘든 편이다. 그러나 플라스틱 부품의 고품질 마감에 스페셜티를 갖고 있는 Exothermic Molding사는 3D 부품이 OEM이 요구하는 수준의 품질을 제공할 수 있다고 자신했다. 나란히 비교한 두 개의 부품들 중 어떤 것이 3D 프린팅으로 만들어졌고 어떤 것이 사출 성형되었는지 알 수 있을까? 전문가의 마감 기술을 적용함으로써, 이를 구별하는 것은 거의 불가능하다고 말했다.

3D 프린팅, 경쟁력을 높이기 위한 투자

3D 프린팅의 단점으로는 직원에 대한 학습 곡선을 꼽을 수 있을 뿐 아니라 3D 프린팅 기술은 다소 거친 질감의 출력을 생성하기 때문에 전문가의 마무리가 필요한 프로세스를 요한다. 모든 회사가 이를 위한 장비를 갖추고 있는 것은 아니다. 앞서 언급한 바와 같이, Exothermic Molding사는 3D 공간에 진입하기 전에 이미 사내 자동차 품질의 마감 작업을 수행했다. 올바르게 수행되면 덧붙인 사진에서 볼 수 있듯이 나란히 비교했을 때 성형된 부분과 첨가제 부분을 구별하는 것이 거의 불가능하다고 말하고 있다.

3D 프린팅 기술의 발전 속도는 놀랍다. 폴 스텍 대표는 “당사의 대형 3D 프린터를 구입해 설치한 제조업체는 얼마 되지 않아 기계의 속도를 3배 높일 수 있었다”고 말했다.

그는 빠르게 변화하는 기술에 발맞추기 위해 회사를 위한 투자를 아끼지 말아야 한다고 보았다. 이러한 투자는 해당 서비스를 요하는 수요의 증가를 기반으로 빠른 투자 수익을 창출할 수 있다고 설명했다.

또한 많은 투자는 R&D 세액 공제를 받을 자격이 있을 수 있다. 그리고 기업은 그들의 사람들에게도 투자할 필요가 있다. 적층 제조에 대한 고객의 증가하는 요구를 처리하기 위해 회사 내에 전용 운영 부서를 만드는 일이 필요하며 이를 위해 신입 사원들이 일련의 역량 수준을 높이는 데 기꺼이 투자하고 서포트해야 한다고 말했다. 결국 제조업의 새로운 차원이 도래했다는 사실은 의심의 여지가 없다.