적층가공 기술의 장단점

장점 #1 프로토타입(시제품) 개발시간 단축

먼저 기존 제조산업의 프로세스를 간략히 살펴보면,

스마트폰, 가구, 볼펜, 일회용 컵 등 우리가 사용하는 수많은 제품은 아이디어에서부터 기획, 설계, 개발, 검증, 생산, 서비스 등 일련의 과정을 거쳐 완성된다.

이 과정에서 하드웨어 파트로 좁혀보면, 대량생산을 위한 금형(metallic mold)을 제작하고, 사출 공정을 통해 수십만 개의 제품이 쏟아지는데, 전체 비용을 개당 비용으로 환산하면 매우 저렴한 가격에 접할 수 있다.

하지만 금형 제작 및 사출 공정을 위한 초기 비용에 수천~수억 원이 소요된다.

일단 금형 생산에만 (난이도에 따라 다르지만) 수백~수천만 원이 소요되고, 고가의 금형을 수정하는 것은 현실적으로 한계가 있기에, 기업에서는 짧게는 수개월, 길게는 몇 년에 걸친 연구개발을 통해 제품을 출시한다.

이 부분에서 3D프린팅은 아이디어를 즉각적으로 구현하고 검증할 수 있는, 즉 빠른 프로토타입 제작 및 수정으로 개발공정의 효율성을 높일 수 있다는 점에서 많은 주목을 받았다.

3D프린팅이 등장하기 전에는 프로토타입(시제품) 제작 전문업체에 수백만 원 이상 고가의 비용으로 의뢰하는 것이 일반적이었다.

하지만 3D프린터가 있으면, 설계도면을 즉각적으로 구현할 수 있고 빠른 수정 및 반영으로 보다 효율적인 진행이 가능하다.

실제로 조사기관의 3D프린팅 적용 분야를 보면, 50% 이상이 프로토타입 제작에 사용되는 것을 확인할 수 있다.

*편집자 사설 - 2010년대 초반, 3D프린팅이 처음 언론에 소개되었을 때는 ‘도깨비방망이’에 비유되며 무엇이든 만들 수 있다는 기대감을 조성했지만, 당시 기술적인 한계로 많은 유저들이 회의적인 시선을 던졌다.

뜨거운 감자로 치부되며 ‘결국, 그 정도만 가능할 것’이라는 전망도 있었지만, 매년 두 자릿수 성장을 기록하며 현재는 과거의 못다한 가능성을 실현하고 있다.

장점 #2 비용 절감과 경량화

3D프린팅, 공식적인 용어는 적층가공이고, 반대되는 개념은 절삭가공이다.

절삭가공은 소재를 깎아내며 제조하는 방식으로 CNC 등 밀링머신이 대표적이며, 제조과정에서 버려지는 소재가 필수적으로 발생한다는 단점이 있다.

반면, 적층가공은 쌓아 올리는 특징으로 소재를 필요한 만큼만 사용하기에 낭비를 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 단, 기술원리에 따라 또는 처리 과정에서 버려지는 소재가 전혀 없는 것은 아니다. (ex, 서포터 및 바닥보조물, 후가공 등)

또한, 적층가공은 다공성 구조를 설계과정에서 제어할 수 있으며, 구조에 따라 필요한 특성을 보유하면서도 가볍게 만드는 것이 가능하다.

나아가 기존 금형산업에서 구현하기 힘든 기하학적 구조를 설계할 수 있으며, 알고리즘을 통한 설계 최적화로 기계적인 특성은 유지하면서 경량화와 소재 절감을 동시에 달성할 수 있다.

장점 #3 공급사슬망 혁신

3D프린팅은 3D모델링 데이터를 기반으로 제어되기에, 온라인으로 3D모델링 파일을 유통함으로써 기존 공급사슬망을 혁신할 수 있다는 장점이 있다.

예로 중국에서 생산되는 A제품을 받기 위해서는 생산공장에서 생산되고 > 중국 현지 물류센터에 배송 > 선박이나 항공 > 한국 물류센터 도착 > 한국 현지 물류시스템으로 최종배송 등 간략히 요약해도 많은 단계를 거치게 되며, 이 과정에서 비용상승과 파손위험, 관세 및 관련 절차 등이 수반된다.

하지만 온라인으로 3D모델링 파일을 유통하면 이러한 유통과정을 생략하고 즉각적인 생산을 할 수 있는 장점이 있으며, 더하여 3D모델링 파일만 있으면 언제 어디서든 무한대로 재생산할 수 있기에 유지보수와 관리 측면에서도 유리한 장점이 있다.

장점 #4 제조의 민주화

현재 제조산업에서는 맞춤형 서비스, 대표적으로 핸드메이드 서비스가 프리미엄으로 분류되는데, 3D프린팅으로 최종제품을 보편적으로 생산할 수 있는 환경에서는 더욱 세분화된 마이크로 맞춤형 수요에 대응하고 비용을 절감하는 것이 가능할 것이다.

나아가, 3D프린터를 통해 개인별 생산 능력을 갖추는 것은 수익 창출로 연계될 수 있으며, 규모의 경제에서 자본가들의 전유물인 제조산업에 대한 진입장벽을 낮출 수 있을 것이다.

단점 #1 3D모델링

3D프린터는 3D모델링 데이터를 기반으로 제어되기에, 3D모델링 할 수 있어야 한다. 하지만 3D모델링을 수준급으로 하기 위해서는 제법 많은 공부와 경험이 필요하다. 이는 3D프린팅 산업이 언론의 기대만큼 확산되지 못하는 주요 진입장벽 중 하나로 꼽힌다.

단점 #2 시간과 비용, 그리고 품질

(소비자 개인의 수요를 기준으로) 다각적인 기회비용을(예로 생활용품이 필요해 다O소에서 구매하는 방법과 3D프린팅으로 제작하는 방법) 현실적으로 고려해보면, 3D프린팅은 비교할 수 없을 만큼 느리고 비싸다.

우선 3D프린터가 있어야 하고, 소재 비용과 출력 시간은 가성비 소비와는 거리가 멀다. 또한, 물품의 표면품질과 내구성도 좋지 않다.

단점 #3 유지보수

3D프린터를 익숙하게 사용하기 위해서는 한차례의 성장통을 겪어야 한다는 것이 정설이다. 3D프린터를 사용하다 보면 구글링과 영어가 익숙해진다는 장점이 있다.

세계 최고 수준의 서비스를 제공하는 삼O전자와 엘O전자에 익숙한 소비자에게 3D프린터는 유지보수가 다소 어려울 수 있다. 브랜드에서 출시한 제품의 경우 이러한 사용자 편의성을 높인 제품들이 있지만, 하루 만에 달려와 해결해주는 AS는 기대하기 힘들다.

가장 대중적인 FDM 3D프린터를 기준으로 나열한 단점이며, 이 외에도 고려해야 할 부분이 많이 있다. 그리고 다른 기술방식의 3D프린터는 전문적인 지식이 필요하기에 산업적인 활용이 대부분이다.

한편, 상기 언급된 단점들은 아직 성장기를 지나고 있는 3D프린팅 시장임을 잊지 말아야 한다. 전체적인 흐름으로 살펴보면 3D프린팅 시장은 연평균 2자리 수 성장을 기록하며 빠르게 발전하고 있다.

3D프린팅 시장과 흔히 비유되는 PC 시장의 사례를 보면,

초기에는 전문가만 사용하는 장비로 전망했지만, 한국의 경우 현재 가구당 PC 보급률이 70%를 상회하고 있는 것처럼, 상기 언급한 단점들을 개선하여 3D프린팅 산업이 더욱 활성화될 수 있을 것으로 기대한다.

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