리토즈(Lithoz) CEO 요하네스 호마 박사 인터뷰: 세라믹 3D 프린팅의 미래

세라믹 3D 프린팅은 아직 비교적 새로운 적층 제조 기술입니다. 하지만 그 신선함에도 불구하고 의료·치과, 항공우주, 럭셔리 상품 등 많은 산업으로 파고들고 있습니다.

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리토즈 CEO 요하네스 호마 박사

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현재 세라믹 3D 프린팅 기술을 개발하는 회사는 소수입니다. 그중 하나가 오스트리아 제조사 리토즈(Lithoz)입니다. 리토즈 창업자이자 CEO인 요하네스 호마 박사를 만나 세라믹 3D 프린팅 현황, 흥미로운 응용, 디지털 제조 기술로서 3D 프린팅의 이점을 들었습니다.

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‍리토즈와 회사 미션을 소개해 주세요.

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‍리토즈는 고성능 세라믹 3D 프린팅 기술 공급사입니다. 즉, 세라믹 3D 프린팅용 기계, 소프트웨어, 소재를 개발·판매합니다. 이 분야에서 명백한 세계 시장·기술 선도자입니다. 기술 개발 외에도 응용 개발 측면에서 고객을 최대한 지원합니다. AM 커뮤니티도 세라믹 산업도 세라믹 3D 프린팅에 익숙하지 않았습니다. 양쪽을 최대한 돕고 있습니다.

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‍리토즈를 창업하게 된 계기는?

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‍기술은 2006년 빈 공과대학에서 치과 회사 이보클라 비바덴트(Ivoclar Vivadent AG)와 협력해 개발됐습니다. 2010년 돌파구를 마련했습니다: 기존 성형 기술과 동등한 소재 물성으로 세라믹 3D 프린팅에 성공했습니다. 이 이정표가 고성능 세라믹 3D 프린팅 회사 리토즈 스핀아웃을 용기 있게 했습니다.

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‍리토즈가 개발한 기술을 좀 더 설명해 주세요.

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리토즈 세라팹(CeraFab) S65 머신 [이미지 출처: Lithoz]

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우리 기술은 광중합(photopolymerisation) 공정 기반으로, 기존 스테레오리소그래피(SLA)와 매우 유사합니다. 차이는 우리 기술에선 세라믹 입자가 감광성 레진에 분산돼 있다는 점입니다. 프린팅 중 이 복합 소재가 빛으로 층층이 고체화됩니다. 프린터에서 나온 부품을 '그린 바디(green body)'라 부르는데, 아직 완제품이 아닙니다. 그린 바디는 전용 오븐에서 열처리(디바인딩 및 소결)를 거쳐야 세라믹 부품의 원하는 물성을 얻습니다. 디바인딩 과정에서 바인더를 태워 없애고, 소결로 세라믹을 완전 밀도로 만듭니다. 부품은 수축하지만 이는 세라믹 성형 공정에서 정상적 현상입니다.

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‍기술로 달성한 응용 사례를 공유해 주세요.

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리토즈 세라믹 3D 프린팅 기술로 제작된 의료 제품 [이미지 출처: Lithoz]

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세 산업에서 활약 중입니다. 첫째 의료 분야로, 흡수성/비흡수성 임플란트와 의료 기기입니다. 예컨대 흡수성 임플란트는 2017년부터 쓰이고 있습니다. 비흡수성 임플란트는 생체 불활성(bio-inert)이라 인체와 반응하지 않습니다. 또 세라믹 열전도율이 낮아 금속 임플란트와 달리 직사광선이나 뜨거운 샤워 시 통증을 느끼지 않습니다. 세 번째 의료 응용은 의료 기기로, 세라믹의 절연·비자성 특성이 필요할 때 이상적입니다. 세라믹은 생체 불활성이라 금속이나 플라스틱처럼 알레르기 반응을 유발하지 않아 의료 산업에 이상적입니다. 다른 집중 분야는 터빈 블레이드용 주조 코어(casting cores)입니다. 터빈 블레이드엔 작동 중 블레이드를 식히는 내부 냉각 시스템이 있습니다. 효율 향상을 위해 온도를 높이는 추세라 냉각 시스템 설계가 점점 정교해져 사출 성형으론 불가능해졌고, 새 제조 접근이 필요해졌습니다. 적층 제조가 이 코어에 이상적 솔루션임이 입증됐습니다. 또 다른 분야는 테크니컬 세라믹입니다. 위성 부품(거울 홀더, 무선주파수 부품)부터 섬유 기계, 반도체 장비용 기계 엔지니어링 부품까지 폭넓게 쓰입니다. 즉, 우리 기술의 응용 범위가 럭셔리 상품을 포함해 매우 넓습니다.

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‍이 기술이 금속에도 적용될 수 있나요?

‍좋은 질문입니다. 우리 철학은 파우더에 기술을 맞추는 거고, 그 반대는 아닙니다. 그래서 금속에도 기술을 적용할 수 있었습니다. 매우 성공적이어서 별도 회사로 스핀아웃시켰습니다. 지금 인커스(Incus)라는 회사가 광중합 방식 금속 3D 프린팅을 합니다. 이 기술로 고해상도, 우수한 기계적 물성, 고정밀도를 달성해 금속 사출 성형(MIM) 부품과 비교 가능한 부품을 만듭니다.

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세라믹 3D 프린팅의 현재 이해도 수준은 어떤가요?

‍세라믹 3D 프린팅은 3D 프린팅 중 가장 젊은 기술 중 하나라 지식 기반이 아직 충분히 발달하지 않았습니다. 하지만 오늘 C레벨 임원과 미팅한 고객으로부터 이메일을 받았는데, 그 임원이 자사에서 세라믹 부품 3D 프린팅 잠재력이 금속 부품보다 더 크단 사실에 놀랐다고 합니다.

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많은 응용이 있지만 세라믹 AM은 아직 3D 프린팅 업계에서 잘 알려지지 않았습니다. 이건 변하기 시작했습니다. 플라스틱과 금속의 한계를 세라믹이 극복할 수 있음을 사람들이 보기 시작했으니까요.

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‍세라믹 3D 프린팅이나 3D 프린팅 전반의 잠재력을 검토하지만 어디서 시작할지 모르는 기업에 조언하신다면?

‍매우 어려운 질문입니다. 비즈니스 케이스가 책상 위에 놓여 있는 경우는 드뭅니다. 가장 쉬운 시작은 시제품용으로 3D 프린팅을 탐색하는 겁니다. 이렇게 기술 학습을 시작합니다. 그럼 고객과 대화하고 포트폴리오를 보며 어떤 부품을 3D 프린팅하는 게 합리적인지 찾게 됩니다. 최대 과제는 적층 생산에 적합한 부품을 찾는 겁니다. 설계 관점에서 이 부품은 매우 정교해야 하고, 이상적으로는 다른 기술로 생산 불가능한 것이어야 합니다. 그런 부품을 찾으면 경쟁 우위를 갖게 됩니다. 요약하면, 손쉬운 과일(low hanging fruit)만 찾는 게 아니라 회사 차원의 프로젝트를 세워야 합니다. 톱다운(top-down) 접근이어야지 보텀업(bottom-up)이어선 안 됩니다. 처음엔 AM의 전체 잠재력을 보기 어렵습니다. 3D 프린팅을 도입하려는 회사는 이 잠재력을 파내려 노력해야 합니다. 하지만 일단 적합한 유스케이스를 찾으면 많은 문이 열립니다.

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‍세라믹 3D 프린팅의 과제는 무엇인가요?

‍우리가 자주 직면하는 이슈는, 기존 성형 기술로 이미 잘 정립된 부품을 3D 프린팅하려 한다는 점입니다. 그 결과 적층 제조가 기존 기술보다 비싸다는 사실에 놀라죠. 이해해야 할 건, 전통적으로 제조된 부품을 3D 프린팅으로 재생산해도 대부분 싸지지 않는다는 겁니다. 또 다른 과제는 소재 과학 이슈를 적층 제조로 극복할 수 없다는 점입니다. AM은 단지 성형 기술일 뿐입니다. 세라믹 가공에 필수적인 소결(sintering) 이슈를 해결해주지 않습니다. 예컨대 다중 소재 세라믹 부품 3D 프린팅은 쉽습니다. 하지만 이 소재들을 공동 소결(co-sinter)하는 건 어렵습니다. 이런 고려가 때로 과소평가됩니다.

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‍스마트테크 애널리시스(SmarTech Analysis) 최근 보고서에 따르면 세라믹 3D 프린팅 성장은 주로 최종 부품 생산(end-part production)이 견인할 거라고 합니다. 동의하시나요?

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[이미지 출처: Lithoz]

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완전히 동의합니다. 10년 전 시작할 땐 고성능 세라믹 3D 프린팅 개념이 없었습니다. 이제 우리도 몰랐던 수많은 응용이 보입니다. 세라믹이 미래의 소재란 확신이 강하며, 우리는 이 여정의 아주 초입에 있습니다. 지난 10년간 세라믹으로도 3D 프린팅이 가능함을 보여주고 증명해야 했는데, 이제 사람들이 이 기술을 활용하기 시작합니다.

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또 사람들이 이제 깨닫기 시작한 건, AM 같은 디지털 기술이 디지털 인벤토리를 가능케 해 락다운(lockdown) 같은 사태에 해결책이 될 수 있다는 점입니다.

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‍디지털 기술과 3D 프린팅이 기업을 어떻게 지원할 수 있는지 조금 더 설명해 주세요.

‍코로나19 위기 때 특정 공급업체가 봉쇄됐습니다. 예컨대 사출 성형에서 공급업체가 금형을 갖고 있고, 정상 환경이면 다시 부품 생산을 요청하면 됩니다. 하지만 코로나19로 글로벌 공급망이 훨씬 취약해지고 교란됐습니다. 많은 기업이 공급업체에 닿을 수 없거나 공급업체가 생산 못 합니다. 반면 적층 제조에선 쓰는 도구가 기계 하나뿐입니다. 기계는 유럽, 미국, 아시아 어디든 있을 수 있고, 데이터만 기계로 전송하면 금형 없이 즉시 프린팅 가능합니다. 물론 부품을 AM용으로 인증해야 하지만, 전반적으로 기술이 훨씬 더 유연성을 줍니다. 또 AM의 디지털 특성 덕분에 설계 파일을 물리적 재고가 아닌 가상 저장소에 보관하고 주문형으로 프린팅할 수 있습니다.

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‍앞으로 몇 년간 세라믹 3D 프린팅이 어떻게 진화할 거라고 보시나요?

‍큰 잠재력이 앞섭니다. 하지만 다른 AM 기술과 달리 세라믹 AM은 처음부터 고품질 부품 요건을 충족해야 합니다. 세라믹 부품이 필요하면 시제품이라도 기존 제조와 같은 물성을 가져야 하니까요. 고온, 부식 환경 같은 가혹한 환경에 쓰이거든요. 시각적 시제품이라면 플라스틱으로 만들지 세라믹으로 안 만듭니다. 세라믹 AM은 항상 기능적 프로토타이핑이므로, 처음부터 로트 사이즈 1(lot size one) 생산을 해왔습니다.

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‍내년 리토즈 계획은?

‍팬데믹이 우리 사업에 두 가지 다른 결과를 낳았습니다. 첫째, 고객 소그룹이 AM을 멈추고 다른 것에 집중했습니다. 둘째, 디지털 생산 기술의 이점(디지털 웨어하우징, 공급망 안정화) 때문에 AM을 훨씬 더 진지하게 보는 기업들이 늘었습니다. 현재 상황이 세계 경제엔 나쁘지만, 기업들이 다르게 생각하며 디지털 생산 기술을 이슈 극복 수단으로 고려하기 시작해 AM 잠재력을 깨닫고 있습니다. 리토즈 입장에선 이 위기가 매출과 판매에 큰 영향을 주진 않을 거라 봅니다. 미래는 매우 밝습니다. 현재 공개할 수 없는 많은 프로젝트가 진행 중입니다. 앞으로 나올 텐데, 세라믹 3D 프린팅으로 이미 가능한 것들에 사람들이 매우 놀랄 겁니다.