제조 역사에서 세라믹 사용은 기원전 28,000년으로 거슬러 올라가는 가장 오래된 유물에서 시작됩니다. 그러나 오늘 이 소재는 새로운 시대를 맞이하고 있습니다. 3D 프린팅 소재로 쓰이면서 새로운 텍스처와 구조적 가능성이 열리고 있기 때문입니다. 세라믹 적층 제조에 특화된 최초의 센터인 노바디티브(NOVADDITIVE)가 이 소재 혁명의 선봉에 서 있습니다. 뱅상 푸아리에 노바디티브 CEO를 만나 세라믹 부품의 독특한 특성과 AM 세라믹 시장의 앞날을 들어봤습니다.
이미지 출처: Novadditive
클래식 세라믹과 테크니컬 세라믹을 아우르며 예술, 위생 도기, 연구부터 항공, 원자력까지 30년 넘게 다양한 세라믹 산업에 몸담았습니다.
세라믹 3D 프린팅에는 12년 전부터 관여했습니다. 3D 프린팅 환경에서 플라스틱 부품과 금속 부품은 쉽게 찾을 수 있지만, 세라믹 부품을 3D 프린팅으로 제공하는 서비스 뷰로는 찾기 어렵거나 불가능하다는 걸 알았습니다. 수년간 고민하다 2020년 이 서비스 공백을 메우기 위해 노바디티브를 설립했습니다.
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우리는 팹랩도, 프린터 제조사도 아닌 산업체, 즉 공장입니다. 세라믹에 접근하기 어렵거나 3D 프린팅 소재로 고려하지 않던 고객에게 맞춤형 부품을 생산해 제공하는 것, 즉 그들의 접근 경로를 단순화하는 게 우리의 핵심입니다.
시장에 존재하는 세라믹 3D 프린팅 4대 기술군 중 3가지(SLA, FFF, LDM)를 보유하고, 네 번째도 곧 도입 예정입니다. 덕분에 거의 모든 AM 프로젝트를 검토할 수 있습니다. 또 존재하는 거의 모든 AM 호환 세라믹 소재로 프린팅 가능합니다. 알루미나, 지르코니아, ATZ, 실리콘 및 알루미늄 나이트라이드, 실리콘 카바이드 같은 기술용 세라믹부터 생체 적합 세라믹, 자기, 코디에라이트-뮬라이트, 테라코타 같은 클래식 용도까지 다양합니다. 각 기술에 적합한 소재를 매칭해 거의 모든 고객의 세라믹 부품 니즈를 충족합니다. 특정 기술 공급사나 프린터 공급사에 얽매이지 않아 고객과 시장에 가장 적합한 프린팅 방식을 자유롭게 선택합니다. 각 기술마다 정밀도, 치수, 형상, 프린트 속도 등 처리 능력이 다른데, 우리는 이 역량들의 균형을 맞췄습니다. 고객과 상담해 요구사항을 파악한 뒤, 지정한 정밀도와 용도에 따라 최적의 기술과 소재를 결정합니다. 이런 상담이 우리 일상의 핵심입니다.
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설립 2년 만에 매우 광범위한 시장에서 문의가 들어왔습니다.
특히 흥미로운 예로, 미슐랭 스타 레스토랑을 위한 맞춤형 식기 제작이 있습니다. 유명 디자이너와 협업해 셰프 전용 맞춤 접시, 플레이트 등 요리 도구를 만듭니다. 반면 우주 기술 분야 고객도 있습니다. 우리가 생산한 세라믹 부품 중 일부는 우주선 구조 부품으로 쓰여 전체 성능을 높입니다. 온도 변화에 따른 팽창이 극히 낮은 특정 세라믹은 우주 환경의 변덕스러운 조건에 완벽히 부합합니다.
3D 프린팅 공정은 복잡한 형상과 더 작은 크기를 구현해 세라믹의 특성을 실제로 향상시킵니다. 이 둘의 결합이 연구 분야에서 매우 유용한 이유입니다. 우리 세라믹 프린팅으로 연구자들이 '비현실적'이라던 형상과 새로운 지오메트리를 더 빠르게 구현할 수 있습니다.
예술품 제작, 럭셔리 아이템에도 적용됩니다. 극한의 정밀도를 요구하는 까다로운 시장인데, 우리가 요구 공차를 충족합니다. 동시에 방위와 원자력 산업은 전혀 다른 이유로 까다롭습니다. 세라믹 특성과 적층 제조가 풀어주는 복잡한 형상을 결합해 이 시장들에 중요한 가치를 전달합니다.
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프린팅 가능한 소재는 크게 플라스틱, 금속, 세라믹 세 가지입니다. 플라스틱 시장이 가장 크고, 금속이 그다음, 세라믹이 가장 작습니다. 하지만 여러 연구에서 세라믹이 이 분야에서 인기를 얻기 시작함을 보여줍니다. 제조사들이 새 부품 설계·생산 시 더 높은 성능을 내기 위한 혁신적 방법을 찾고 있습니다. 세라믹은 오래전부터 알려지고 쓰였지만, 오늘날 기업, 연구자, 엔지니어링 부서들은 세라믹으로 새로운 특성에 도달할 수 있음을 발견하고 있습니다. 이 트렌드의 동력은 유행이 아닌 성능(performance)입니다. 이제 프린팅이 가능해지면서 AM 세라믹이 이전엔 해결 못 하던 여러 이슈에 답을 주고 있습니다. 저도 그 트렌드와 연구를 믿습니다. 이 소재들로 성능을 더 발전시킬 방법을 찾아낼 수 있을 테니까요.
여전히 어려움도 있습니다. 세라믹은 세라믹에 익숙한 사람들이 가장 잘 이해합니다. 낯선 사람들에겐 늘 '세라믹은 부서지기 쉽지 않나?'라는 질문이 옵니다. 문화적 선입견입니다. 도자기 유물을 생각하면 늘 깨지기 쉽다고 여깁니다. 하지만 미세 구조를 보면 유리보다 훨씬 덜 부서집니다! 게다가 세라믹 내구성은 발전해 왔습니다. 테크니컬 분야에서 지르코니아 같은 세라믹은 내구성이 크게 향상돼 까다로운 기계적 용도, 수천 개의 놀라운 시계를 만드는 하이엔드 럭셔리 브랜드에도 쓰입니다.
노바디티브가 블랙 지르코니아로 만든 시계 부품. 이미지 출처: Novadditive
과제는 세라믹을 잘 모르는 엔지니어링 부서들을 세라믹의 세계로 데려오는 겁니다. 이들은 소재가 제조하기 어렵고 쉽게 깨진다는 뿌리 깊은 선입견을 가집니다. 매일 매주 그런 질문을 받습니다. 해결책이자 산업적 세라믹 활용을 더 밀어붙일 동력은, 세라믹이 AM 호환 소재라는 지식을 기술자뿐 아니라 3D 프린팅 관심층에게도 더 쉽게 접하게 하는 것입니다. 첫째, 세라믹 응용 범위가 엄청 넓습니다. 우주 로켓, 전자, 원자력, 엔지니어링, 의료 등 어디든 쓸 수 있습니다. 둘째, AM으로 작은 시제품뿐 아니라 중량 생산, 대량 배치 생산도 가능합니다. 다 됩니다.
이게 넘어야 할 가장 중요한 간극입니다. 아직 이해하지 못하는 사람들에게 '세라믹 3D 프린팅이 가능하며, 이 기술 활용이 광활한 가능성의 지평을 연다'는 걸 보여줘야 합니다.
두 가지 큰 이니셔티브가 준비 중입니다. 3D 프린팅은 대량 부품 제작에 쓰이는데, 현재 플라스틱이 가장 많이 쓰입니다. 세라믹도 똑같이 갈 겁니다. 어느 날 엔지니어링 부서 누군가가 3D 프린팅으로만 가능한 세라믹 부품 50만 개 배치를 원할 겁니다. 그날 노바디티브는 준비돼 있을 겁니다. 대량 시리즈 부품 생산을 처리할 산업용 장비를 설치 중입니다. 물론 시제품과 소량 생산 서비스도 계속 제공하지만, 고객이 수십만 개를 주문할 수 있도록 생산량 범위를 확대할 겁니다. 두 번째는 R&D 가속화입니다. 3D 프린팅 전문가로서 새로운 기술과 산업 동향을 좇는 건 필수입니다. 동시에 우리는 AM 제조사인 만큼 세라미스트(ceramicist)이기도 하므로, 새로 나온 세라믹 소재 소식을 듣고 생산용 새 레시피를 개발해야 합니다. 고객 수요를 더 정밀하게 맞출 소재 공급사도 찾아야 합니다. 우리 R&D 진전이 고객과 더 긴밀히 협업하고 요청을 더 세심하게 따르게 할 핵심 동력이 될 겁니다.
–노바디티브(Novadditive) 자세히 알아보기.
AMFG 자세히 알아보기.
3D 프린팅
워싱턴 DC 출장에서 돌아오는 비행편에서 답답한 지연을 겪었습니다. 탑승 후 게이트에서 거의 1시간을 기다린 후, 기장이 착륙 장치의 핵심 부품 고장으로 교체 부품이 배송되어야 하니 최소 2시간 더 지연될 것이라고 발표했습니다. 동료 승객들과 앉아 있으면서 예지 보전이 어떻게 이 비용이 많이 드는 중단을 예방할 수 있을지 깨달았습니다. 항공기 착륙장치 예지 보전 유스케이스는 자산 효율성 테스트베드의 첫 번째 라이브 시연입니다. 이는 산업 인터넷 컨소시엄(IIC)이 주도하는 사물인터넷 이니셔티브입니다. 인포시스가 개발을 주도하며, 전
적층 제조는 설계, 생산, 후처리라는 세 기둥에 달려 있습니다. 각 영역의 진화하는 트렌드를 이해하는 것이 3D 프린팅을 주류 제조로 확장하는 데 필수적입니다. 적층 제조 설계 자동화 적층 제조 설계(DfAM)는 여전히 크게 수동입니다. 숙련된 엔지니어조차 새 부품의 최적 방향, 기술, 소재를 결정하는 데 30분에서 수시간을 씁니다. 수백 개 부품을 3D 프린팅하려는 제조업체라면, 이는 단일 연도에 수만 달러의 엔지니어링 시간으로 환산됩니다. 소프트웨어 벤더들은 재사용 가능한 워크플로, 자동 격자 생성, 일련번호 삽입 혼합으로 이
