다아라 매거진 _ 2017.04

매거진뉴스

[인터몰드 2017] 3D프린팅, 금형산업 패러다임 변화

산업기계부문 활용도 19.9%, 항공부문 16.6%

지난 3월 7일부터 11일까지 일산 킨텍스에서 개최된 국제금형 및 관련기기전(이하 INTERMOLD)에 3D프린터 관련 업체가 대거 참가해 참관객들의 이목을 끌었다. 참가 업체들 중 3D프린터 토탈 솔루션 공급 업체인 PROTOTECH(이하 프로토텍)은 전시참가 기업이면서, 세미나를 함께 개최했다. 특히 KINTEX 1전시장에서는 INTERMOLD와 국제플라스틱·고무산업전(이하 Koplas)이 동시 열린 이점을 활용, 금형관련 분야와 소재분야 두 가지 컨셉으로 ‘3D프린팅 최신기술동향 및 산업별 적용사례 세미나’와 ‘금형산업의 패러다임을 변화시키는 3D프린팅 기술의 적용사례 및 발전전망’이라는 주제의 세미나가 각각 열리는 등 최신 정보의 장이 마련됐다.


3차원 도면 데이터를 이용해 입체적인 물품을 생성하는 3D프린터는 최근 2~3년 사이에 본격 보급 되고 있으나 시대를 거슬러 올라가면 1984년으로 회귀한다. 당시 미국에서 처음 개발된 이후 40여년의 역사를 갖고 있다. 국내에도 3D프린터 관련 기업들이 생겨나며 주목을 받고 있다. 글로벌 3D프린터 기업 Stratasys와 협력해 3D프린터 토탈 솔루션을 공급하고 있는 프로토텍은 9일 ‘3D프린팅 최신기술동향 및 산업별 적용사례’ 세미나를 킨텍스 2층 컨퍼런스 룸에서 진행했다.

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프로토텍 노두숙 부장이 세미나 참석자들에게 3D 프린팅의 기본 기술부터 산업 활용사례까지 다양하게 소개했다.

프로토텍 노두숙 부장의 발제를 시작으로 이번 세미나는 3D프린팅의 기본 기술부터 산업 활용사례까지 전반적인 면을 아우르며 3D프린터 입문자들도 이해하기 쉬운 흐름으로 꾸며졌다.

노두숙 부장은 “3D프린팅은 소프트웨어를 이용한 3차원 설계 후 시제품을 출력하고 서포트(지지대)를 제거하는 과정으로 이뤄진다. 일반적으로 3D프린팅 소재는 플라스틱이 주로 사용되지만 액상수지, 모래, 금속, 세라믹, 음식까지 재료로 활용되면서 소재의 범위가 확대됐다”고 포문을 열었다.

3D프린팅은 대표적으로 열가소성 수지를 사용한 적층제조방식 FDM과 광경화성 재료를 사용해 매우 얇은 레이어로 조형 트레이에 분사하는 액상방식의 POLYJET 두 가지 방식을 취한다. FDM 방식의 큰 특징은 플라스틱을 이용해 강성이 좋고 변형이 거의 없다. 이에 자동차 부품, 완구류 등에 주로 활용된다. 반면 POLYJET 방식은 고무질감의 재료를 사용하기 때문에, 재료 간 믹스가 가능하며 동시분사, 혼합분사 된다.

노 부장은 “3D프린터를 사용해서 시제작을 할 경우 CNC 가공에 비해 비용 절감 및 시간을 단축할 수 있기에 새로운 제품개발에 대한 부담감을 줄일 수 있다. 뿐만 아니라 자사 내 3D프린터를 구축하면 디자인 유출도 막을 수 있다”며 3D프린팅의 필요성에 대해 언급했다.

시장조사기관 Wohlers report 2016에 따르면 현재 3D프린팅의 주 사용용도는 산업기계부문이 19.9%로 전 세계 적으로 가장 높았고, 항공부문이 16.6%로 2순위를 차지했다. 이외에 자동차 분야가 13.8%로 뒤를 이었고, 가전제품 등 다양한 분야에 3D프린팅이 도입되고 있다. 국내는 KAI 항공을 필두로 항공 산업에도 조금씩 적용하고 있는 단계다.

노 부장은 “깎아내는 절삭 가공방식과 달리 무에서 유를 창출하는 부가적 가공방식의 3D프린팅 최종 목표는 생산대체에 있지만 3D프린팅 기술이 아직까지 대량생산체계와는 거리가 있어 제한적일 수밖에 없다”고 밝혔다.

실제 사례로 소개된 미국의 무인기 개발업체 Aurora는 세계최초로 동체부분에 엔지니어링 플라스틱 ‘Ultem’을 이용해 3D프린터로 항공기를 제작했다. 플라스틱은 열에 약하기에 엔진부분은 메탈 금속프린터를 이용해 ‘Inconel’이라는 금속재질로 출력했다. Aurora는 이렇게 3D프린터로 제작한 부품들을 완벽하게 조립해 실제 시속 150mi/h까지 비행에 성공할 수 있었다는 사례를 공유했다.

국내 사례로는 서울아산병원 의학 용품에 3D프린팅이 활용 되고 있다. 수술 전 플랜을 짜는데 있어 이미지만 이용해서는 쉽지 않다. 이에 실제 환자의 CT 사진을 기반으로 3D프린팅으로 제작한 장기 모형이 수술 계획에 도움을 주고 있다. 모형덕분에 수술시간이 절반이하로 줄어들었고, 세균감염의 확률까지 낮아지는 효과가 있어 의학 분야에 활발히 사용되고 있다.

노 부장은 “그러나 아직까지 의학 제품을 만드는데 의료보험수가가 들지 않고 있어 아산병원 같은 경우 자체개발비용으로 쓰고 있다. 앞으로 의료지원비가 지원된다면 발전 폭은 상당할 것”이라고 전망했다.

미래 제조업 분야 초첨 맞춘 3D 프린팅
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프로토텍 조성근 이사

10일에는 ‘금형산업의 패러다임을 변화시키는 3D프린팅 기술의 적용사례 및 발전전망’을 주제로 한 프로토텍의 조성근 이사의 세미나 발표가 이어졌다.

조성근 이사는 “지금까지는 시제품 제작과 디자인 검증에 쓰인 3D프린팅이 향후에는 제조업 분야에 적용할 수 있는 기회가 앞으로 계속 생겨날 것으로 본다”며 Wohlers report 2016의 결과를 근거로 3D프린팅의 미래를 제조업 분야에 초점을 맞춰 분석한 내용을 전했다.

조 이사는 금형인들의 작업 영상과 함께 금형 사출분야 3D 프린팅 활용사례를 보여줬다. 동영상 속 작업자들은 “3D프린터로 제작한 공구를 사용하게 되면서 개발에 소요되는 시간을 크게 단축할 수 있었다”, “시안을 불과 며칠이면 완성할 수 있기 때문에 공구개발시간이 크게 절약됐다”고 했다. 영상 속에 등장한 제품은 3D프린팅 금형을 활용해 약 1천 유로의 비용으로 단 하루 만에 제작하는 모습을 담은 것으로, 만약 기존의 절삭 방식으로 가공했다면 4만 유로의 비용에 최대 8주 정도가 소요됐을 것이라는 게 영상의 주요 요지다.

조 이사는 많은 사람들이 궁금해 하는 부분이라며 플라스틱에 플라스틱을 넣었음에도 녹지 않고 사출이 되는 원리에 대해서도 설명을 이어갔다. “3D프린팅 사출의 원재료는 광경화성이고 일반 플라스틱 사출은 열경화성이다. 이처럼 원재료가 서로 다르기 때문에 금형코어에서 늘러 붙지 않고 추출이 가능한 것”이라고 덧붙였다.

조 이사는 “3D프린팅 코어(CORE)는 일반 메탈 프린터와 차이가 있다”며 “금형설계를 할 때 메탈과 동일한 잣대를 적용해선 안 된다. 실제로 코어는 플라스틱이라 강성적인 면이 약하기 때문에 일반 메탈 코어보다 게이트 지수를 높여야 하고, 2~3배로 두께를 키울 필요가 있다”고 말했다.

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