적층 제조(3D 프린팅)는 미래적 신기술에서 널리 보급된 기술로 진화했습니다. 1980년대 중반부터 존재해왔지만, 지난 5년간 사용 증가와 상용화가 폭발적으로 늘었습니다. 프린터는 더 빨라지고, 저렴해지고, 소형화되었을 뿐만 아니라 플라스틱과 금속 소재 선택지도 끊임없이 확대되고 있습니다.
적층 제조는 생산 부품의 생성과 지원 방식을 바꿈으로써 전통적 방식의 한계를 돌파합니다. 적절한 상황에 적용하면 더 높은 효율성과 향상된 성능으로 제품을 제공할 수 있습니다. 이뿐 아니라 3D 프린팅에는 제품 폐기물 감소, 복잡한 부품 비용 절감, 소량 생산 수익 창출 등 수많은 재무적 이점이 있습니다.
이 포괄적 가이드는 적층 제조의 정의, 이점, 시작 시 고려사항 등 깊이 있는 정보를 다룹니다!
적층 제조, 즉 3D 프린팅은 디지털 설계에서 유형의 물체를 만드는 공정입니다. 기존 2D 프린터가 컴퓨터로 파일을 읽어 천이나 종이에 평평한 2차원 복제본을 출력하는 반면, 3D 프린팅은 디지털 파일에서 재료를 층층이 쌓아 올려 완성된 3차원 물체를 만듭니다.
적층 제조 기술은 3차원 물체를 한 번에 한 미세한 층씩 만듭니다. 각 후속 층은 앞선 부분적으로 녹은 층에 결합됩니다. 즉, 생산 공정에서 재료를 깎아 구멍 같은 부품 특징을 만드는 대신, 적층 제조 방식으로는 구멍이 완성된 부품에 이미 형성된 채로 제작됩니다.
층을 이루는 재료는 금속 분말, 세라믹, 열가소성 수지, 유리, 심지어 초콜릿까지 거의 모든 물질이 될 수 있습니다. 따라서 3D 프린터는 만능이 아니며, 다양한 3D 프린팅 옵션이 존재하므로 용도에 따라 프린터 종류가 달라집니다.
적층 제조는 금속, 플라스틱, 복합 소재 등 다양한 매체로 물리적 모델, 시제품, 툴링 부품, 생산 부품을 만드는 데 사용되어 왔습니다. 거의 모든 형상을 3D 프린터로 복제할 수 있으며, 부품을 다양한 색상으로, 심지어 둘 이상의 소재로 제조할 수 있습니다.
3D 프린팅은 혁신적인 산업 제조 능력으로 찬사를 받아왔습니다. 전 세계 기업들이 지지하는 이 제조 기술의 가치 있는 자산이 되는 몇 가지 이점은 다음과 같습니다.
이 첨단 제조 기술은 초기 비용 때문에 다소 비싸다는 인식이 있습니다. 그러나 장기적으로 개발 비용이 절감되어 비용 절감 효과를 가져옵니다.
기계 운영 비용 측면에서는 3D 프린터 크기에 따라 다릅니다. 대부분의 데스크톱 3D 프린터는 노트북만큼 전력을 소모하지만, 일부 대형 산업용 3D 프린터는 훨씬 더 많은 전력을 사용합니다. 그래도 복잡한 물체를 한 단계로 생산할 수 있어 효율성과 생산성이 높아집니다.
3D 프린팅의 주요 이점 중 하나는 인건비 절감입니다. 후가공을 제외하면 대부분의 프린터는 자급자족하며 운영자의 도움이 거의 필요 없습니다. 3D 프린터의 인건비는 사실상 제로에 가깝습니다. 반면 기존 제조에서는 고숙련 운영자가 필수인 경우가 많습니다.
또한 저량 생산 시 적층 제조는 기존 제조 대비 비용 경쟁력이 있습니다. 시제품을 사출 성형, 전통적 금형, 밀링, 가공 등 다른 제조 방식으로 만드는 것보다 3D 프린팅이 훨씬 저렴합니다.
컴퓨터 프로그램으로 초안을 설계해 출력하면, 기존 시제품 제작의 중간 단계를 없애는 이 디지털-투-디지털 프로세스로 신규 설계 생성·생산 시간이 획기적으로 단축되고 폐기물이 줄어듭니다.
또한 3D 프린팅은 처리 시간을 단축합니다. 빠른 반복 제작이 가능해 기존 제조라면 수주, 아니 수개월 걸렸을 엔지니어링·설계 문제를 조기에 발견할 수 있습니다.
적층 제조는 기존 방식으로는 너무 어렵거나 비싸서 만들 수 없는 복잡한 설계를 구현할 수 있습니다. 공정 개발을 기존 방식(금형, 다이)의 시제품 설계·제작보다 적은 시간과 비용으로 달성할 수 있습니다. 시제품 반복 과정에서 부품과 특징이 변경되어 금형을 폐기해야 하는 폐기물도 줄어듭니다.
효과적 설계와 제작에 필요한 시간이 단축되어 최종 부품 설계 결정을 더 빠르게 내릴 수 있습니다. 전반적으로 적층 제조는 폐기물 감소와 지출 축소로 더 효과적이고 효율적인 설계 프로세스를 제공합니다.
3D 프린팅의 이점은 더 나은 품질의 제품 설계와 공정 개발로 확장됩니다. 적층 제조는 인체공학적 불량 같은 설계 문제를 조기에 식별하고 신속히 해결할 수 있게 해 제조업체가 더 우수한 제품을 만들 수 있게 합니다. 결과적으로 3D 프린팅으로 더 나은 최종 설계로 부품 품질을 개선할 수 있습니다.
또한 이 기술 발전으로 엔지니어는 기존 제조 방식으로는 비용 효율적이지 않거나 불가능한 복잡하고 정교한 부품을 제작할 수 있습니다. 엔지니어는 더 이상 기존 장비의 제약에 얽매이지 않습니다. 조립, 체결, 용접이 필요하던 어셈블리로 설계되던 부품을 단일 부품으로 프린트할 수 있습니다. 이는 폐기물을 줄이면서 종종 제품에 더 높은 강도와 내구성을 부여하고 잠재적 고장 지점을 줄여줍니다.
3D 프린팅은 열가소성 수지 등 다양한 물질로 부품을 만들 수도 있습니다. 이러한 소재 중 일부는 강도와 무결성을 유지하면서 무게를 대폭 줄일 수 있습니다. 엔지니어가 강도는 유지하면서 무게를 줄이고자 할 때 매우 유용합니다.
적층 제조는 향상된 품질로 지속 사용에 견디는 내구성 있는 제품을 만드는 데 가치 있는 기술이 될 수 있습니다.
"신속" 시제품 제작이 설계와 제조에 수주에서 수개월 걸리던 시절을 기억하시나요? 이는 주로 시제품 툴이나 지그를 제조해야 하고, 많은 제조업체가 생산에 집중하느라 단일 시제품 부품을 만드는 데 귀중한 시간을 쓰고 싶지 않아 이 일부를 아웃소싱했기 때문이었습니다.
적층 제조를 사용하면 3D 프린터로 시제품을 설계·제작하는 데 수주가 아닌 단 몇 시간이 걸립니다! 제조를 위한 설계(Design for Manufacturing) 대신 설계를 위한 제조(Manufacturing for Design)가 가능해졌습니다. 또한 복잡한 고객 사양을 정확히 충족하는 부품을 생산할 수 있습니다. 이는 시제품 제작의 판도를 바꾸는 혁신입니다.
귀사에 어떤 의미일까요? 3D 프린터와 전문성에 비교적 적은 투자로 신제품 모형를 빠르게 제작해 며칠 만에 고객 손에 쥐여줄 수 있습니다. 게다가 매우 구체적인 시장 니치를 충족하는 부품을 생산할 수 있어 고마진 제품 생산으로 이어질 수 있습니다.
밀레니얼 세대 유치 시리즈 두 번째 글 "밀레니얼 세대 유치와 제조업의 미래 보존"에서 적층 제조 등 신기술을 직장에 도입해 이 인구층의 숙련 인력을 유치하는 방법을 논의했습니다. 그 글에서 언급했듯, 적층 제조 장비를 활용해 젊고 숙련된 인력을 귀사 시설로 끌어들일 수 있습니다.
제조 공정의 실질적 변화를 구현할 때와 마찬가지로, 새 기술을 회사에 도입하기 전 고려하고 탐구해야 할 여러 요소가 있습니다.
적층 제조는 제조업체에 강력한 도구지만, 효과적 활용을 위해서는 설계 엔지니어와 회사 관리자의 마인드셋 변화가 필요합니다. 적층 제조는 대부분의 설계, 기계, 산업 엔지니어가 학교에서 배우는 많은 원칙과 상충합니다.
예를 들어, 전통적으로 금속 시트가 금속 가공 공정의 원재료로 사용되어 왔습니다. 이 시트를 레이저 커팅해 형상을 만듭니다. 설계 엔지니어의 임무는 적절한 크기의 강판을 주문하고, 그 시트 안에 부품을 최적으로 네스팅해 스크랩을 최소화하는 프로그램을 설계하는 것이었습니다. 강철을 덜 깎아낼수록 스크랩 비용이 낮아지고 이익이 높아집니다.
적층 제조의 경우, 공정에서 제거되는 재료 양을 줄이는 데 초점을 맞추는 대신, 필요한 곳에 재료를 추가하거나 설계 단계에서 깎아내며 부품을 쌓아 올립니다. 즉, 강판에서 형상을 잘라내는 대신 3D 프린터로 같은 부품을 쌓아 올립니다. 형상이나 특징이 마음에 들지 않으면 단순히 모델을 수정하고 다시 프린트하면 됩니다! 마음에 드는 설계를 얻으면 필요한 만큼 복사본을 프린트할 수 있습니다.
보시다시피, 적층 제조가 개입되면 설계 마인드셋이 완전히 뒤집힙니다. 고려사항이 공정에서 제거되는 재료 양 최소화에서 부품 설계 최적화와 한 번에 하나씩 부품 제작으로 이동합니다.
설계 엔지니어를 3D 프린팅 기술로 재교육하기 위한 간단하고 비교적 저렴한 방법은 다음과 같습니다:
많은 대학과 커뮤니티 칼리지가 적층 제조 프로그램을 개발했습니다. 학위 전공과 인증 프로그램부터 워크숍과 세미나까지 다양합니다. 적층 제조 행사도 엔지니어와 관리자가 기술에 대해 더 배울 기회를 제공하는데, 이는 중요한 공정 변화에 필수적입니다.
Make Magazine 같은 잡지는 3D 소재 사례를 소개하고 프린터 모델 간 비교를 제공해 귀사에 적합한 모델을 선택할 수 있게 합니다. 인터넷에도 적층 제조와 3D 프린팅에 대한 풍부한 데이터가 있습니다. 저희 웹사이트에도 적층 제조 정보와 리소스 전용 섹션이 있습니다.
주변에 물어보고 3D 프린팅을 사용하는 지역 제조업체와 연결하세요. 그들이 기능을 어떻게 활용하고 역량을 최적화하는지 배우세요. 제조업체 네트워크, 지역 상공회의소, 행사 등에서 기술 사용자를 찾을 수 있습니다.
더 많은 모델이 출시되고 이 시장에서 경쟁이 치열해지면서 개인용·데스크톱 3D 프린터 비용이 극적으로 낮아졌습니다. 데스크톱 미니 프린터는 500달러 정도에 구입할 수 있습니다. 적층 제조 운영 도입을 고려 중이라면, 하나 또는 몇 대를 구매해 엔지니어에게 제공하세요. 포드 자동차도 그렇게 합니다. 기술로 직접 놀아보는 것보다 기술을 배우고 마인드셋을 바꾸는 더 좋은 방법은 없습니다. 설계자와 엔지니어가 적층 제조의 역량을 더 잘 이해하면, 귀사 니즈에 맞는 적절한 산업용 적층 기술을 식별하는 일이 훨씬 쉬워질 것입니다.
신기술은 두렵지만 동시에 설레기도 합니다! 향후 5년간 적층 제조의 약속은 스릴 넘칩니다. 맞춤형 기능성 보철 생산부터 초등학교 교실과 대다수 가정에 3D 프린팅 보급까지.
3D 프린터 사용법을 모른다면 어떨까요? 적층 제조가 처음 시장에 나왔을 때는 제조업체의 기술 활용을 돕는 리소스가 몇 개 없었고, 있던 것들도 매우 비쌌습니다. 귀사가 적층 기술과 귀사 상황에 대한 가능한 적용을 익히는 다른 무료 또는 저렴한 방법도 있습니다. CMTC는 전문가 프레젠테이션과 현장 리소스를 포함한 적층 제조 웨비나를 후원합니다.
맞춤형 부품 수요가 지속적으로 증가함에 따라, 적층 제조 공정은 미래에 점점 더 관련성이 높아질 것입니다. AM 장비 제조사들은 더 많은 기업이 이 기술을 채택함에 따라, 제조의 미래가 완전히 변모하는 것은 시간문제라고 예측합니다.
CMTC는 이 전진 경로의 중요성을 인식하고 적층 제조로 귀사 제조 회사의 변혁을 돕기 위해 여기 있습니다. 더 알아보시려면 연락 주세요!
산업기술
전기차(EV)의 인기는 내연기관과 니켈-금속 수소 배터리의 조합으로 구동되는 하이브리드 차량인 토요타 프리우스에서 시작되었습니다. 프리우스 출시 이후 많은 하이브리드 및 배터리 전기차(BEV)가 시장에 진입했고, 전기차 채택은 해마다 증가하고 있습니다. 2020년에는 310만 대의 EV가 판매되었고, 2021년 11월만 해도 72만 대 이상의 플러그인 차량이 판매되어 월간 판매 기록을 세우며 EV에 대한 관심이 커지고 있음을 보여주었습니다. 이 추세가 둔화될 조짐은 보이지 않습니다. 제너럴 모터스는 가솔린 자동차(내연기관/ICE
적층 제조(additive manufacturing)와 3D 프린팅(3D printing)이라는 용어가 무엇을 의미하는지에 대해 많은 혼란이 있습니다. 그것도 당연합니다. 결국 두 용어 모두 매우 유사한 공정과 관련되어 있기 때문입니다. 적층 제조와 3D 프린팅 모두 얇은 재료 층을 점차적으로 쌓아 객체를 만드는 공정을 설명합니다. 이 글에서는 적층 제조와 3D 프린팅이 정확히 무엇인지, 어떻게 관련되어 있는지, 무엇에 사용되는지 설명합니다. 3D 프린팅에서 적층 제조는 무엇에 사용되는가? 기존 제조에서는 부품이 더
