메탈 파우더 웍스 존 반스 CEO 인터뷰: 적층 제조 소재 혁신 주도

2022년 허브스(Hubs)의 엔지니어링 및 3D 프린팅 커뮤니티 설문조사('3D 프린팅 트렌드 리포트 2022')에서 참여자의 44%가 '신소재 및 복합재'를 올해 최대 발전으로 꼽았습니다. 그런데 금속 AM 분야엔 여전히 16개의 AMS 금속 파우더 규격만 공개돼 있습니다. 적층 제조의 영향력이 산업 전반으로 퍼지고 더 많은 기업이 이점을 검토하는 지금, 그들에게 혁신을 더 밀어붙일 지식과 도구를 제공하는 게 필수적입니다.

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반스 글로벌 어드바이저스(The Barnes Global Advisors)와 메탈 파우더 웍스(Metal Powder Works) CEO 존 반스를 만나 두 비즈니스가 이 분야에 필수적 변화를 어떻게 이끄는지 들었습니다.

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메탈 파우더 웍스부터 시작하죠. '다이렉트파우더 프로세스(DirectPowder Process)'가 금속 AM 시장의 어떤 공백을 메우나요?

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우리의 '다이렉트파우더 프로세스'는 20년간 제조 경험을 파우더 생산에 집약한 결과라 봅니다.

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파우더 생산은 분무(atomization) 기반인데, 이는 수세기 된 기술입니다. 하지만 파우더 일관성이 극심하게 들쑥날쑥합니다. 에어버스용 부품 인증 시도할 때 프린터 설정을 배치마다 바꿔야 했습니다.

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우리의 공정은 믿을 수 없을 만큼 일관됩니다. 한 연구에서 12개월 간격으로 두 대 다른 기계에서 생산한 두 배치 파우더의 평균 입자 크기 차이가 단 3미크론에 불과했습니다. 원료 원료(feedstock) 변동성을 이렇게 줄이면 본질적으로 이후 모든 공정의 변동성도 줄어듭니다. 그렇지 않으면 나중에 가서 망치로 두들겨 펴는 수밖에 없습니다.

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메탈 파우더 웍스는 고객이 원하는 입자 크기만 만듭니다. 매우 고효율 공정이죠. 예컨대 20~63미크론 파우더를 원하면, 우리가 생산한 것의 95% 이상이 그 크기라 공정 손실이 거의 없습니다. 그래서 저렴한데, 기존 파우더 생산에선 드문 일입니다.

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'분무를 쓰지 마라'가 우리 메시지가 아닙니다. 분무는 규모의 경제가 있을 때(스테인리스, 인코넬 718 등) 효과적입니다. 하지만 AM용 소재를 더 늘리려면 분무 공정으로는 경제성이 없습니다. 그래서 오늘날 파우더로 구할 수 있는 소재가 고작 10여 종에 불과한 겁니다.

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알루미늄 합금만 100종 넘습니다. 현대 항공기만 해도 알루미늄 합금 10여 종, 티타늄 합금 여러 종, 강철 10여 종을 쓰는데, 소재가 용도에 최적화돼 있기 때문입니다. 적층 제조도 비슷한 체제로 가야 합니다.

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2023년 소재 개발의 중요성은?

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수십 년간 설계자가 '중요하지 않다'는 평가를 받다가, 갑자기 설계가 중요해졌습니다. 제조가 설계 가능 수준을 따라잡았으니 설계를 다시 밀어붙여야 했죠. 지금은 제조가 따라가기 버거운 상황입니다. 하지만 AM 같은 첨단 제조 기술 덕분에 설계자에게 새로운 도구 세트가 주어졌습니다.

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자동차 내부를 어떻게 다시 설계할지 등 설계자가 재고할 수 있게 돕습니다. 여기에 소재 개발이 병행돼야 새로운 설계가 가능해집니다.

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자동차 산업은 10년 넘게 소재 대체(steel→알루미늄→플라스틱)를 해왔습니다. 대체할 게 다 떨어지자 재설계로 돌아섰죠. 첨단 기술과 적층 제조로 경량화하면서 성능은 같거나 더 좋은 설계를 낼 수 있습니다.

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미래는 팀워크입니다. AI, 자동화, 로봇, 3D 프린팅 등 첨단 제조 기술은 한 분야만으론 안 됩니다. 팀이 필요합니다.

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적층 제조는 팀 스포츠입니다. 설계자, 구조 전문가, 소재 전문가가 필요합니다. 프린터 박스 안에서 형상과 소재가 동시에 생성됩니다. 원료, 산업용 가스, 레이저 등 온갖 일이 동시에 벌어집니다. 팀 없인 불가능합니다.

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3D 프린팅을 생산의 여러 측면을 계속 재고하는 렌즈로 본다는 발상이 좋네요.

맞습니다. 3D 프린팅은 단일 기술이 아니라 기술군입니다. 거의 하나의 사고방식에 가깝습니다.

목표하는 최종 효과에 따라 그 목표에 도달하는 프린터를 선택합니다. 피부 세포를 프린팅하려면 그에 맞는 답이 있고, 콘크리트로 집을 프린팅하려면 또 다른 답이 있고, 플라스틱 부품을 만들려면 또 다른 답이 있습니다.

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하지만 모두 '층층이 쌓기(layer by layer)'라는 같은 전제 위에 있습니다. 이게 어려운 게, 인류는 태초부터 바위와 나무를 깎아냈습니다. 이제 그 역(逆)을 생각해야 하는데, 그게 오래 걸립니다.

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맡고 계신 또 다른 비즈니스인 반스 글로벌 어드바이저스와 기업에 주는 가치에 대해 말씀해 주세요.

적층 제조를 소화하도록 돕는 것으로 시작했습니다. 항공우주, 방위, 의료, 중장비 등 고강도 시장에서 잔뼈가 굵은 엔지니어 팀이 있습니다. 우리가 처음 시도했을 때 잘 안 됐던 것들을 경험삼아 남들의 시행착오를 줄여줍니다.

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요구사항과 인증에 혼란스러워하는 기업이 많은데, 우리에게 프로세스는 언제나 같습니다. 기관차든 항공기든 프로세스는 동일하고, 강도와 테스트 수준만 다를 뿐입니다. 요구사항 이해란 '성공이 어떤 모습인지' 정의하고 거기서 거꾸로 가는 겁니다. 기업들이 그렇게 역설계하도록 돕습니다.

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프린터 회사, 소재 회사 모두에게 같은 조언을 합니다. 고객이 뭘 필요로 하는지 알면, 우리가 어떤 문제를 풀고, 거기서 가치가 무엇인지 정하고, 거꾸로 가서 어떻게 구현할지 찾습니다.

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그 과정에서 인력·기술 개발 교육을 도입했습니다. 'AM을 위한 설계(Designing for AM)' 코스로 시작해 적층 제조가 무엇인지, 어디에 쓰이는지, 장단점, 각 공정을 가르칩니다. TBGA의 독특함은 팀이 모든 AM 공정군(파우더, 직접 에너지 증착, 재료 압출 등)을 실무 수준으로 경험했다는 점입니다. 중요하게도 독립적 시각을 유지합니다. 특정 회사에 얽매이지 않아 엔지니어처럼 봅니다.

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최근 몇 년간 '미디어' 그룹을 통합해 기술 지식을 시장에 전달하는 데 주력합니다. 제조업 시장은 매우 흥미롭고(시끄럽기도 한)데, 상업·소비재 시장과 다릅니다.

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인력 개발, 미디어, 컨설팅 세 축이 조화를 이뤄 전략 프로젝트부터 제품 시장 진입까지 유연하게 대응합니다. 공급망 교란이 잇따르면서 미국 정부 등이 어떻게 조정할지, 적층 제조가 해결책이 될 수 있는지 이해하도록 돕는 역할도 커졌습니다.

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적층 제조처럼 고도로 자동화된 기술이 이런 인력난 같은 '인간적 문제'를 풀 수 있을까요? 지금 우리가 보는 질문입니다. 적층 제조, 자동화, 로봇 솔루션을 결합해 최종 요구사항에 맞는 솔루션을 만들 수 있을지.

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결국 고객이 부품을 못 받으면 더 나은 해법이 필요합니다. 이건 글로벌 문제입니다. 사회가 파편화돼 보여도 우리는 같은 고통을 겪고 있습니다.

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메탈 파우더 웍스와 반스 글로벌 어드바이저스는 꽤 다른 비즈니스인데, 두 회사가 AM 분야에 기여하는 공통점을 하나 꼽는다면?

자신의 조언을 스스로 실천하기가 가장 어렵다는 걸 배웠습니다. 메탈 파우더 웍스 모자를 쓰면 저는 TBGA가 보통 상대하는 고객이 됩니다. 가끔 '내 조언대로 구조적으로 이걸 해야지'라고 스스로 다짐합니다.

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또 균형의 중요성입니다. TBGA가 성별 다양성을 꽤 갖춘 그룹인 게 기쁩니다. 다른 사고방식 덕분에 고객에게 더 나은 답을 줍니다. 이게 미래의 모습이길 바랍니다.

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우리는 산업의 일부가 되고, 그 직조에 참여하려 의식적으로 노력합니다. 제조를 직업으로 삼도록 장려하는 것도 우리가 해야 할 일입니다. 기술자든 마케팅이든 상관없습니다.

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현재 AM 트렌드 중 가장 기대되는 건?

전반적으로 산업화(industrialisation) 트렌드인데, 이게 디지털 워크플로 같은 문제를 풀어야 할 필요를 만듭니다. 오늘날 디지털 워크플로는 매우 파편화돼 있습니다. 우리는 프로세스를 전체적으로 봐야 함을 깨닫고 있습니다. 적층 제조는 단순히 형상 프린팅만 아니니까요.

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소재도 산업화 덕분에 더 중요해집니다. 기술적 이슈뿐 아니라 비즈니스 이슈도 오는데, 프린팅 부품 비용이 더 들면 그만큼 더 잘해야 합니다. 이게 가치 제안(value proposition) 측면입니다.

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우리의 지식 체계가 늘고 있습니다. 한때 완벽한 구형 입자가 홀 플로우(Hall Flow)에서 매우 중요하다 봤습니다. 이제 홀 플로우가 더 나은 표준이 없어 쓰는 대리 변수(proxy)일 뿐임을 압니다. 그걸 인정하면 '완벽한 구형'이 정답이 아닐 수 있고, '덜 구형'이 필요할 수 있고, '구형'이 이진법이 아니라 연속체임을 인정할 수 있습니다. 위치를 잡는 데 에너지가 적게 들면 빠져나가는 데도 적게 듭니다. 최적점이 있고, 우린 그걸 유지하려 합니다.

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그래서 산업화 조각이 중요한 겁니다. 생산성과 비용 이슈든, 더 넓은 글로벌 이슈든, 다양한 성격의 문제들을 풀어야 하니까요.

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언젠가 에너지 소비를 줄이고 CO2 배출을 줄이는 게 비용만큼 중요한 지표가 되길 바랍니다. 기존 공정과 비용은 같은데 CO2를 훨씬 적게 배출하는 공정이야말로 정답 아닐까요?

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