적층 제조(AM), 즉 3D 프린팅은 최근 수년간 급속히 발전했습니다. 새로운 산업들이 이 기술을 수용하면서 자사 비즈니스가 이 기술로 어떻게 영향을 받는지 다양한 방식으로 발견하고 있습니다. 적층 제조 기술은 빠른 속도로 계속 진화하며 새로운 적층 응용이 개발되고 있습니다. 이러한 신공정과 티타늄, 강철, 다양한 플라스틱 등 늘어나는 생산용 소재군이 광범위한 역량을 가능하게 합니다.
이러한 적층 제조 응용으로 수많은 산업이 개발·제조 비용을 절감하면서 생산량, 속도, 혁신, 시장 출시 시간을 늘릴 수 있습니다. 또한 폐기물을 줄이면서 새로운 구조와 형상을 생산할 수 있습니다. 적층 제조의 혜택을 누리는 8대 산업과 이 기술의 미래에 대해 알아보세요.
적층 제조, 또는 3D 프린팅은 디지털 3D 또는 CAD 모델로부터 3차원 객체를 생성하는 공정입니다. 이름에서 알 수 있듯 적층 제조는 객체를 층층이 쌓아 올리며 소재를 추가해 만듭니다. 이 소재에는 금속 분말, 플라스틱, 세라믹이 포함될 수 있습니다. 적층 제조는 절삭, 선삭, 성형, 밀링 등 '절삭 제조(Subtractive Manufacturing)' 공정을 보완하거나 경우에 따라 완전히 대체할 수 있습니다.
적층 제조 공정 중 객체는 CAD(컴퓨터 지원 설계) 소프트웨어로 설계하거나 프린트할 객체를 스캔해 만듭니다. 소프트웨어는 스캔을 3D 프린팅 기계가 층별로 따라갈 정밀한 프레임워크로 변환합니다.
적층 제조 기술 발전으로 이 공정이 그 어느 때보다 접근하기 쉬워지면서 점점 더 많은 산업이 3D 프린팅을 운영에 도입하고 있습니다. 현재 적층 제조 기술은 전 세계 제조 산업 전반에 매우 파괴적인 힘이 될 것으로 보입니다. 글로벌 적층 제조 시장 규모는 2028년 306억 달러에 달할 것으로 전망됩니다. 다른 보고서는 연 14.4%의 높은 성장률을 예상합니다. 2027년까지 제조 부문이 전체 시장 점유율의 거의 33%를 차지할 것으로 예상됩니다.
이 급속한 성장의 원동력은 기업이 시제품 제작 애플리케이션에서 부품, 컴포넌트, 액세서리의 효율적 대량 생산으로 전환할 수 있게 하는 적층 제조 기술의 능력입니다. AM 기술 발전과 다양한 산업 전반의 적층 도입 증가로 시장은 지속적으로 확대될 것입니다.
새로운 적층 제조 응용이 지속적으로 제공됨에 따라 더 많은 산업이 AM 기술을 수용하고 있습니다. 불과 몇 년 전만 해도 달성 불가능했던 적층 제조 응용을 현재 개발·생산하고 있는 주요 산업들은 다음과 같습니다.
항상 최첨단을 달리는 항공우주 산업은 적층 제조의 초기 도입자였습니다. 항공우주 기업은 제조업에서 가장 엄격한 표준을 충족해야 하며, 부품과 컴포넌트는 최고 성능 소재로 만들어야 합니다. AM을 활용하면 엔지니어는 복잡하고 고강도 부품을 설계하면서 더 효율적인 형상 프린팅과 불필요한 소재 대폭 제거로 항공우주 컴포넌트 중량을 줄일 수 있습니다. 이는 연료 소비 감소, CO2 배출 저감, 비용 절감(더 나은 항공 운임)으로 이어집니다.
항공우주와 마찬가지로 자동차 산업도 항상 최신 설계로 혁신을 추구하며, 제품은 고속과 가혹한 조건에 노출됩니다. AM으로 이러한 조건을 견디는 복잡하고 고품질 부품을 개발해 안전성을 높일 수 있습니다. 급속 시제품 제작으로 차량 품질도 향상되어 수분 저항, 고온 테스트 등이 가능해집니다. 또한 3D 프린팅으로 부품 통합이 가능해 재고 감축과 단일 부품으로 수리·정비 실현이 가능합니다. 항공우주와 마찬가지로 AM 기술로 격자 구조를 프린트해 자동차 부품을 최대한 가볍고 공기역학적으로 만들 수 있습니다.
자동차 산업의 3D 프린팅 실제 사례로 포르쉐가 희귀 클래식카 부품을 3D 프린터로 공급하는 것을 들 수 있습니다. 수집가들은 구하기 힘든 구형 차량 부품을 3D 프린팅으로 제작할 수 있게 되었습니다.
컨셉에서 완제품까지 제품을 이끄는 마케팅 팀에게 가장 많은 시간이 소요되는 단계는 종종 설계입니다. 제품이 완벽한지 확인하기 위해 이해관계자에게 컨셉을 입증하고 궁극적으로 소비자 만족 제품을 전달하기 위해 시제품 제작에 많은 시간을 씁니다.
AM을 도입하면 마케팅 팀은 제품 반복 개발을 훨씬 빠르게 할 수 있고, 필요에 따라 설계를 신속히 피벗할 수 있습니다. 적층 제조가 빌드 볼륨과 속도 면에서 계속 발전함에 따라 더 많은 소비재가 빠르고 효율적인 대량 생산 수요를 위해 AM 기술로 생산될 수 있을 것입니다.
정전, 서지, 스파이크는 노동 다운타임과 생산성·데이터 손실로 미국 경제에 연간 1,500억 달러 이상의 손실을 입히는 것으로 추산됩니다. 적층 제조로 에너지 부문은 극한 환경을 견디는 경량, 고효율, 친환경 컴포넌트를 만들 수 있습니다. 또한 AM 기술로 수중이나 기타 가혹 환경에 노출될 맞춤형 부품용 내식성 금속 소재 개발이 가능합니다.
우수한 제품 개발 가능성 외에도, 에너지 산업의 적층 제조 도입은 더 새롭고 가벼운 소재 사용을 수반합니다. AM 기술로 생산 비용 40%, 시장 출시 시간 1/3 절감이 가능해 에너지 산업은 향후 적층 제조에 상당한 투자를 할 것으로 예상됩니다.
3D 프린팅으로 완전히 만들어진 다리를 걷는 상상을 해보세요. 곧 현실이 될 수 있습니다. 사실 네덜란드에서는 2018년 세계 최초 3D 프린팅 보행자 다리가 공개되었습니다. 이 구조물은 적층 로봇이 용융 강철을 층층이 쌓아 만들었으며 길이가 약 12미터(40피트)에 달합니다.
건설 시장의 적층 제조가 확대되며 산업에 새로운 시대를 열고 있습니다. Transparency Market Research 연구에 따르면 인프라 부문 3D 프린팅은 2027년까지 연평균 33% 성장할 것으로 예측됩니다. 프린팅 소재가 인프라 건설이나 빌딩 건축 시 층별로 정밀하게 적용되므로 AM은 재료 낭비를 줄이고 건설을 최대한 비용 효율적으로 만듭니다.
또한 3D 프린팅 기술은 소재가 정밀하게 프린트되므로 복잡한 설계 구조가 가능해 건설 실수와 불량 설계로 인한 인프라 사고 가능성을 줄입니다. 3D 프린팅이 일상적 교량 건설에 쓰이지는 않지만, 산업 확대에 따라 미래 잠재력은 충분합니다. 최근 보고서에 따르면 미국 교량 3분의 1 이상이 대대적 수리나 교체가 필요해 조만간 산업이 급속히 확대될 수 있습니다.
적층 제조는 의료 산업에 혁명을 일으켜 공상과학을 새로운 현실로 만들었습니다. 이 기술은 의사, 환자, 연구 기관에 획기적 돌파구를 제공합니다. 내구성 있는 보철기와 실물 같은 해부학 모델부터 수술용 등급 컴포넌트까지, 의료 분야에서 이미 성공적으로 프린트된 방대한 객체들은 이 기술이 가까운 미래 헬스케어에 가질 잠재력을 엿보게 합니다.
예를 들어 적층 제조로 다양한 기판에서 프린트되고 개인별로 맞춤화된 3D 프린팅 치과 기구와 맞춤형 장치(의치, 크라운, 인비절라인 등)를 제작할 수 있습니다. 현재 디지털 덴티스트리 3D 프린팅 시장은 25억 달러 규모로, 계속 성장할 전망입니다. 또한 더 나은 착용감으로 최고 수준의 편안함을 주는 보청기 등 대량 생산 장치 제작도 가능합니다.
최신 진행 중인 프로젝트 중 하나는 연구자들이 적층 기술로 인간 배아 줄기세포를 프린팅하는 것입니다. 이를 통해 약물 테스트용 조직 생성이나 대체 장기 성장, 화상이나 손상된 피부 대체용 피부 프린팅, 암세포 프린팅으로 신약 연구·테스트가 가능해집니다. 웨이크 포레스트 재생의학 연구소 소장 앤서니 아탈라(Anthony Atala) 교수는 장기 프린팅 연구를 진행 중이며, 장기 프린팅이 곧 이식을 대체할 수 있다고 믿습니다.
적층 제조는 식품 산업을 뒤흔들 잠재력을 가집니다. 현재 식품 산업에서 AM이 게임 체인저는 아니지만, 식용 AM 프린팅은 풍부한 기회를 품고 있습니다. 현재 초콜릿과 피자도 3D 프린팅이 가능합니다.
바인더 제팅은 3D 프린트 식품 생산의 일반적인 방법 중 하나입니다. 금속 분말과 폴리머 대신 결정 설탕을 사용해 레스토랑, 베이커리, 호텔을 위한 복잡하고 정교한 설탕 조각을 설계·제작합니다. 식용 적층 프린팅은 3D 프린팅으로 로고와 사진을 정밀하게 그릴 수 있어 사탕·과자 생산자의 브랜딩 기회를 제공합니다.
또한 식용 식품 적층 제조가 특수 식이 니즈를 위한 독창적 식품 제형, 접근 어려운 지역으로 간소화된 유통, 맞춤형 의료/영양 보충제 창출로 이어질 가능성도 있습니다.
스포츠·게임 제조 세계는 패션, 장비, 액세서리 제작에 3D 프린팅의 영향을 받고 있습니다. 미국 내 스포츠 용품 산업만 연간 약 450억 달러 규모이며, 적층 제조는 수많은 이점을 제공합니다. 3D 프린팅으로 맞춤화와 개인화가 가능해 스포츠 용품 제조사들은 이제 선수의 정확한 치수에 맞춘 개인화 장비를 개발합니다. 스포츠 장비도 더 가볍지만 동등하거나 더 강하게 제조할 수 있습니다.
적층 제조는 더 강한 소재와 복잡한 기하학적 설계로 더 나은 안전 장비 기회도 제공합니다. 축구 헬멧 제조사들은 항상 두부 외상 예방을 위해 헬멧 설계를 개선하려 합니다. 3D 프린팅의 격자 구조 생성 능력으로 최종 제품은 가볍기만 한 게 아니라 물리적 헬멧의 더 안전한 압력 분산을 가능하게 합니다. 선수의 정확한 머리 형상에 맞춘 헬멧 맞춤화와 함께 3D 프린팅으로 우수한 헬멧을 생산할 수 있습니다.
아디다스부터 나이키까지 신발 기업들은 적층 제조를 활용해 더 나은 그립과 핏, 더 나은 안창과 외피를 갖춘 맞춤형 신발을 만듭니다. 완전히 3D 프린팅된 신발은 아직 시장에 없지만, 3D 프린팅은 오늘날 많은 운동화 제작에 관여하며 이 산업에서 계속 성장할 것입니다.
적층 제조는 모든 규모 제조업체의 게임 체인저입니다. 생산 폐기물은 줄이고 정밀도는 높이면서 더 빠르고 저렴하게 제품을 만들 수 있게 합니다. 큰 그림에서 보면 AM은 의료 혁신부터 더 안전한 운송과 도로까지 평범한 미국인들의 삶도 바꾸고 있습니다.
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산업기술
산업 혁명 이후 제조 기술은 끊임없이 발전해 왔습니다. 기업은 항상 더 빠르고, 저렴하거나, 더 나은 생산 방법을 찾고 있습니다. 지난 몇 십 년 동안 맞춤형 부품 제조에 가장 신뢰할 수 있는 공정 중 일부는 두 가지 측면으로 나뉘었습니다: 적층 제조(Additive Manufacturing) 또는 감산 제조(Subtractive Manufacturing). 재료에는 플라스틱, 열가소성 수지, 철, 강철, 탄소 등이 포함될 수 있습니다. 적층 제조와 감산 제조 공정 모두 재료로부터 객체를 만드는 데 사용되지만, 둘은 동일하지 않습니
산업용 3D 프린팅의 정밀도와 반복성은 적층 제조를 기능성 프로토타이핑을 위한 효과적이고 정확한 공정으로 자리매김하게 했습니다. 동시에 플라스틱 사출 성형은 수만 개 이상의 대량 생산에 신뢰할 수 있고 비용·시간 면에서 효율적인 방식입니다. 그 결과 엔지니어, 디자이너, 제품 개발자들은 이 두 공정이 제품 수명 주기에서 잘 조화된다는 것을 발견했습니다. 3D 프린팅 프로토타이핑으로 설계 리스크를 완화한 후, 사출 성형으로 전환해 대량 생산으로 확대하는 방식입니다. 수년간 수백만 개의 부품 설계에 이 조합이 표준으로 활용되어 왔습니
