3D 프린팅, 온디맨드 생산·클라우드 협업..."디지털 제조 혁명이 시작됐다"

3D 프린터로 인한 제조 분야가 급변하고 있다. 온라인 데이터에 대한 사이버 위험성이 커지고 있는 것도 변화 가운데 하나다.


일반적인 3D 프린터에서는 수 시간이 걸리지만 카본(Carbon)의 CLIP(Continuous Liquid Interface Production) 3D 프린터로는 수 분 내로 출력할 수 있다. 이미지 출처 : Carbon

제조업이 디지털화되면서 예전에는 계획에 따라 생산되던 제품들이 이제는 전세계 어디로든 수출될 수 있는 디지털 파일로 만들어지고 있다. 3D 프린팅을 사용하기 시작하면 제품들은 더는 주문 예상에 맞춰 생산되는 것이 아니라 필요한 만큼 온디맨드로 생산된다. 하지만 전통적인 제조 방법에 매몰된 엔지니어와 디자이너들의 생각이 3D 프린팅의 채택을 제한시켜 가능성을 막는 현상도 나타나고 있다.

NASA 우주 기술 임무 부서의 수석 기술자인 존 비커스는 “디자인 조직에 필요한 인력은 문화적 편견이 없고 우주선이나 로켓 엔진의 새 부품을 설계하러 갈 때 ‘이 신기술로 우리가 어떻게 구축할까요?라고 말하는 사람이다”라고 말했다.

비커스는 RAPID 프린팅 앤 애디티브 매뉴팩쳐링 컨퍼런스(RAPID Printing and Additive Manufacturing Conference)에서 17일 디지털 제조 패널로 나섰다. 그는 NASA에서 제작한 액체 로켓 엔진이 전통적 제조 방식을 사용했다면 수천만 달러의 비용이 들었을 수 있다고 설명했다. 단일 요소에 300개 이상 부품이 들어가고 만드는데 6개월 이상의 시간이 걸릴 수 있었던 일이었다고 한다.

비커스는 3D 프린팅으로 몇 가지 사례에서 로켓 엔진 구성요소가 5~6개 부분으로 줄어들고 만드는데 단 3개월이면 충분해졌다고 설명했다.

비커스는 “우주항공과 우주 제품들은 비용과 시간이 너무 많이 들어간다”며 “가격과 성능에 큰 관심이 있다. 우리는 무게를 반으로, 비용도 반으로, 속도는 2배로라고 이야기하고 싶다”고 강조했다.

JIT(Just-In-Time) 제조
2014년 NASA는 국제 우주 정거장에 3D 프린터를 연구 개발 목적으로 올려보냈다. 한달 뒤 NASA는 우주 정거장 대체 부품을 만들 두 번째 프린터를 올려보냈다.


Credit: NASA

“NASA에서 우리는 화성으로 가는 장기 여정을 진행 중이다. 그래서 우주 내 제조에서 목표는 모든 공급품을 가지고 떠나는 게 아니다”고 비커스는 말했다. 이어서 “우주 내 제작과 수리가 우리가 사용하는 용어다”고 언급했다. 부품제작 계획이 우주선으로 옮겨간 것처럼 디지털 제조는 광조형 디자인(stl) 파일을 전세계 어디로든 전송할 수 있게 해준다.

3D 프린팅이 계속해서 제조업으로 들어옴에 따라 부품이 JIT 생산으로 변형될 뿐 아니라 그런 부품들에 내장된 센서들도 구축 프로세스의 품질 향상을 위해 실제 사용 기간 피드백을 제공할 수 있게 될 것이다.

DMDII(Digital manufacturing & Design Innovation Institute)의 최고 제조 책임자인 딘 바틀레스는 3D 프린팅 채택이 직면한 문제로 엔지니어와 디자이너들에 대한 교육 부족을 꼽았다. DMDII는 연방 자금을 지원받는 UI LABS의 연구 개발 조직으로, 제조사들이 프로세스 향상을 위해 디지털 기술 접목을 돕는 데 초점을 맞추고 있다. DMDII는 2014년 RAMI(Revitalize American Manufacturing Innovation) 법률을 통해 만들어진 첫 조직이다.


Credit: HP

바틀레스는 제품이나 부품이 3D 프린팅이나 전통적 방식으로 더 효율적으로 생산될 수 있는지 판단하기 위한 고급 애널리틱스의 활용을 포함한 디지털 제조와 연결된 몇 가지 새로운 트렌드를 관찰하고 있다.

“얼마나 강해야 하나? 얼마나 가벼워야 하나? 당신이 제품을 만들기 위한 최선의 방식을 결정할 때 가격대비 성능비를 얼마로 가져가야 하나? 등을 결정할 수 있다”고 바틀레스는 이야기했다. 이어서 “이는 떠오르는 분야다. 현재 누구도 이를 어떻게 제대로 하는지에 대한 확답을 줄 수 없다고 생각한다”고 전했다.

추가로 모든 기계 도구가 인터넷을 통해 연결되는 인텔리전트 머시닝도 언젠가 데이터를 클라우드 내 애널리틱스 엔진으로 전송해 더 효율적으로 제품 제작 방식을 결정할 수 있을 것이다.

예를 들어 GE는 제품 생산 설비에서뿐 아니라 고객이 사용하고 있을 때도 계속해서 성능 측정을 추적한다. 바틀레스는 이런 데이터가 품질을 높이는 데 활용될 수 있다고 강조했다.

HP 3D 프린팅 회장 스테판 나이그로는 어떤 회사도 모든 해답을 내놓을 수 없다면서도, 클라우드가 3D 프린팅 기술 발전에 핵심이 될 것으로 전망했다. 업계 간 협업도 필수가 될 것이다.

미국 현지 시각 17일부터 HP는 신형 HP 제트 퓨전(Jet Fusion) 프린터 라인의 예약을 받고 있는데 HP는 이 프린터가 다른 3D 프린팅 방법보다 5만 개 이상 부품 생산을 절반의 비용과 10배 빠른 속도로 할 수 있게 해줌으로써 전통적인 제조를 위협할 것이라고 이야기했다.

나이그로는 “HP의 제트 퓨전 프린터들은 기기 자체의 성능에 관한 데이터 이외에 부품을 추적할 수 있는 고유 식별 데이터를 전송하게 될 전자제품들도 프린트할 것이다”고 내다봤다.


Credit: HP

자체 3D 프린터 라인을 개방형 플랫폼으로 간주하는 HP는 아케마(Arkema), BASF, 에보닉 인더스트리(Evonic Industries), 리만 & 보스 & Co(Lehmann & Voss & Co), 제트 퓨전 프린터가 차후 사용할 수 있게 될 재료들에 대해 협업 중이다. 또 HP는 제트 퓨전 라인의 3D 프린터 소프트웨어 개발에서 제품 주기 관리(Product Lifecycle Management) 소프트웨어를 오토데스크와 매터리얼라이즈(Materialise)와 통합하도록 지멘스와 공조하고 있다.

나이그로는 “이 클라우드가 디지털 제조뿐 아니라 3D 프린팅에도 첨가적 제조의 발전을 주도할 수 있는 저렴한 컴퓨팅과 데이터 스토리지 서비스를 제공하는데 핵심이 될 것”이라고 이야기했다. 나이그로는 “우리 기기들은 클라우드에 연결될 것”이라며 “사람들이 무엇을 프린트하는지는 볼 수 없지만 우리 시스템을 정비하기 위한 정보는 전송받을 수 있을 것이다”고 말했다.

비커스는 “연결이 미비하고 정보 처리 상호 운용도 좋지 못하다”고 밝혔다. 이어서 “모두가 디지털 정보를 생산하고 있지만 그들은 서로 연결되어 있지도 정보 처리가 상호 운용되지도 않는다. 우리는 디지털 기기와 아날로그 사고를 가지고 있다”고 덧붙였다.

클라우드의 사이버보안 우려 속에서
바틀레스는 클라우드가 사이버보안 문제를 일으킬 수 있다고 경고했다. 클라우드가 분산된 3D 프린팅과 전통적 제조 시스템을 연결해 더 큰 애널리틱스를 가능케 하지만 동시에 악성 공격이나 지적 재산권 도난의 가능성을 열어주기 때문이다.


Credit: LUCAS MEARIAN

바틀레스는 미국 정부가 제조에서 사이버보안을 RAMI 법안 하에서 차기 최우선순위로 만들어야 한다는 의견을 내놨다.

NASA의 비커스도 제조 계획이 ‘비밀’ 도장이 찍힌 채 금고에 처박히던 시대는 갔다고 이야기하면서 바틀레스에 동의했다. 동시에 그는 너무 많은 보안에 대한 민감성이 발전을 저해할 것을 걱정했다. 비커스는 “2주 전 협력사들에게 디지털 제조에서 우리가 하는 것을 설명하면서 이들에게 너무 많은 규제로 일을 늦추지 말라고 요청했다”고 이야기했다. ciokr@idg.co.kr