도깨비 방망이 같은 ‘3D프린팅’ 3가지 중대한 착각을 버려야

Article at a Glance

질문
적층가공이 당면한 도전에는 어떤 것들이 있는가?

연구를 통해 얻은 해답
- 적층가공에서 생산의 일관성을 보장하기 위해서는 상당한 노력이 필요하다.
- 적층가공으로 절감 가능한 비용이 추가 실험으로 사라질 수 있다.
- 적층가공의 이점을 활용하도록 엔지니어들을 교육하는 데 시간이 걸릴 것이다.



편집자주

이 글은 2017년 봄 호에 실린 ‘Getting Past the Hype About 3-D Printing’을 번역한 것입니다.

3D 프린팅으로도 알려진 적층가공(additive manufacturing)에 거는 우리의 희망은 이 기술이 제조의 혁명을 가져올 수 있다는 것이다.1 1R.A. D′Aveni, “3-D Printing Will Change the World,” Harvard Business Review 91, no. 3 (March 2013): 34. 닫기 적층가공이 처음 개발된 시기는 1980년대로 거슬러 올라가지만 관리자들이 생산 효율 및 비용 절감을 개선하는 방법을 다방면으로 모색하면서 최근 이 기술에 대한 관심이 급격히 증가했다. GE가 3D프린터로 제작한 새로운 제트엔진 노즐로 고가 재료 및 에너지 사용량을 줄였듯이2 2T. Kellner, “World′s First Plant to Print Jet Engine Nozzles in Mass Production,” GE Reports, July 15, 2014, www.gereports.com; and M. LaMonica, “GE, the World’s Largest Manufacturer, Is on the Verge of Using 3-D Printing to Make Jet Parts,” n.d., www.technologyreview.com. 닫기 업계 관리자들은 다른 부품들도 3D프린팅 기법을 활용해 광범위한 환경에서 리드타임을 단축하고 공급망 효율을 더 높일 것으로 희망한다.3 3K. Marchese, J. Crane, and C. Haley, “3D Opportunity for the Supply Chain: Additive Manufacturing Delivers,” Sept. 2, 2015, http://dupress.deloitte.com. 닫기

적층가공의 이런 잠재력에도 불구하고 필자들은 이 기술의 단기적 성과에 대한 기대감이 잔뜩 부풀려져 있다고 믿는다. 이런 판단은 관계자들과 80건의 인터뷰를 진행하고, 재료 기술과 공정 기술 역사에 대한 논문과 업계 회의 및 공장 시찰 자료들을 방대하게 검토한 연구를 기반으로 내린 결론이다.4 4J. Bonnín Roca, E.R.H. Fuchs, P. Vaishnav, M. Granger Morgan, and J. Mendonça, “When Risks Cannot Be Seen: Regulating Uncertainty in Emerging Technologies,” July 2016, http://papers.ssrn.com. 닫기 (‘연구내용’ 참고.)

DBR mini box I

연구 내용

필자들은 적층가공에 대한 견해를 발전시키기 위해 업계 관계자와의 인터뷰에 크게 의존했다. 이 과정을 통해 필자들은 연구의 핵심 주제를 파악할 수 있었다. 총 80건의 인터뷰는 적층가공 기술을 가장 먼저 채택한 분야에 속하는 항공, 의생물 공학, 자동차, 금속가공 산업에 종사하는 사람들과 진행됐다. 그중에서도 필자들은 항공우주 산업에 초점을 맞췄다. 또한 미국 연방항공청(FAA·Federal Aviation Administration) 관료들과 대화를 하면서 얻은 세부 정보를 통해 인증 절차를 개발하는 작업에 대해 더 깊이 이해할 수 있었으며 복합소재나 분말야금(powder metallurgy, 금속 분말로 금속체 및 금속 제품을 제조하는 기술-역주)에 대한 과거의 경험들이 적층가공에 대한 FAA의 태도에 어떤 영향을 미치는지 알 수 있었다. 인터뷰를 통해 얻은 통찰은 언론 기사와 업계 보고, 또 항공우주 산업에 속한 기관들이 발표한 공개 문서 및 프레젠테이션 자료들을 통해 더 보강됐다. 이와 더불어 필자들은 연방 적층가공 혁식기관인 아메리카메이크스(America Makes)가 주관하는 여러 회의와 프로젝트 리뷰에도 참석했다.

필자들은 카네기멜런대에 있는 적층가공 연구소와 협력함으로써 적층가공 장비를 사용하는 전문가들과 만나 그들이 작업하는 모습을 직접 관찰할 수 있었다. 이런 과정은 서로 다른 공정에 따르는 미묘한 기술적 차이를 이해하고 관련 지식을 얻는 데 도움이 됐다. 이들은 2015년 6월19일에 워싱턴 D.C.에서 정부와 산업계, 학계의 관련 리더 25명과 비공개회의를 개최했다. 참가자들은 회의에서 기술 도입과 재료 공정 조건, 기타 기술적이며 규제적인 문제들이 야기하는 도전들을 어떻게 극복할 수 있을지를 서로 논의했다. 필자들은 이런 정성조사와 더불어 기존 기술 대비 적층가공 기술의 경쟁력을 평가하기 위해 공정과 비용의 상관관계를 파악하는 정량적 모델링을 수행했다. 이 밖에 생산 비용 측면에서의 품질관리 같은 영역에서 각기 다른 정책을 선택했을 때 효과에 대한 모델링 작업도 수행했다.

3가지 근거 없는 믿음 검토하기

필자들은 적층가공에 대한 3가지 중대한 착각부터 사라져야 한다고 여긴다. 첫 번째 착각은 적층가공을 사용하면 생산자가 어떤 복잡한 부품도 전통적 방식으로 제조된 부품만큼 쉽고 경제적으로 만들 수 있다는(다른 말로 표현하자면 복잡성에서 근본적으로 ‘자유로워진다’는) 믿음이다. 두 번째 착각은 적층가공으로 제품 생산을 현지화할 수 있다는 믿음이다. 마지막으로 세 번째 착각은 적층가공으로 대량 생산을 대량 맞춤 생산으로 바꿀 수 있다는 믿음이다. 이 세 가지 기대 중 그 어떤 것도 향후 몇십 년 안에는 현실화되기 어려워 보인다. 특히 금속을 활용한 3D프린팅의 경우에는 말이다.

착각1 적층가공은 생산자로 하여금 복잡한 부품들도 전통적 생산 방식으로 제조된 부품만큼 쉽고 효율적으로 만들 수 있게 한다. 적층가공을 사용하면 복잡한 기하학적 구조나 내부에 구멍이 있는 부품을 더 쉽게 디자인할 수 있다. 예를 들어 생산자는 적층가공으로 냉각 채널이 있는 제트 엔진 터빈 팬을 만들 수 있을 것이다. 냉각 채널은 상당한 고온(냉각 채널이 없다면 팬이 녹아버릴 정도의 고온)에서도 제트 엔진을 작동할 수 있게 해준다. 생산자는 적층가공을 통해 현재 가공법으로는 구현하기 어려운 복잡한 구조의 부품들을 생산할 수 있고, 이렇게 하면 더 낮은 비용으로 더 깨끗하게 운영할 수 있는 엔진 생산의 길을 열 수 있다. 즉 고품질 부품들을 더 빨리 생산할 수 있다.