3D프린팅, 특수부품 제조의 강자 : UNIST 3D프린팅 융합기술 센터장 김남훈

​KAIST 기계공학과 학사, 석사 

Penn State University, 산업공학 박사

현 UNIST 기계공학과 교수, 3D프린팅융합기술센터장

​2024년 3월, 미국의 ‘웨스팅하우스(Westinghouse Electric Company LLC)’라는 기업에서 원자력 발전소에 사용되는 핵심 부품인 Fuel Flow Plate를 3D 프린팅으로 1000번째 생산했다는 소식이 전해졌다. 신뢰성과 안전이 최우선시되는 원자력 발전소에서, 부품을 3D 프린팅으로 제작하여 사용하고 있다는 것은, 3D 프린팅 기술이 이미 특수 부품 제조에도 널리 활용될 정도로 성숙했다는 사실을 의미한다.

 

[그림. ‘웨스팅하우스’에서 제작한 원자력 발전기용 Fuel Flow Plate] 

3D 프린팅 기술이 세상에 등장한 지 40여 년이 되었다. 길지 않은 역사임에도 3D 프린팅은 우리 주변의 제조업 형태를 바꾸고 있는 것이 현실이다. 주변에서 기념품이나 피규어 제작을 위해 소형 3D 프린터를 사용하는 사례가 흔하다. 자동차 제조 현장에 가면, 자동차 부품을 만들고 조립하기 위해 사용하는 지그(Jig)나 픽스쳐(Fixture)와 같은 도구를 3D 프린팅으로 제작하는 경우는 일반적이다. 3D 프린팅으로 제작할 수 있는 것이 더욱 다양해지면서, 미래 제조업의 판도가 바뀌고 있다. 작년 2023년 5월, 미국의 ‘렐러티비티 스페이스(Relativity Space)’ 사는 부품의 80% 이상을 3D 프린팅으로 만든 로켓을 제작하여 발사하였다. 3D 프린팅으로 만든 에어리스 농구공이 NBA 올스타전에 등장하였고, 3D 프린팅으로 제작된 헬멧, 신발, 자전거 안장 등과 같은 맞춤형 스포츠용품들이 이미 수년 전부터 판매되고 있다. 

 

이 모든 것이 해외 사례일 뿐이라고 생각하면 오산이다. 우리나라에서는 ‘현대건설과 3D팩토리’에서 3D 프린팅으로 제작된 야외용 벤치, 놀이터 등을 아파트 단지 정원에 수년 전부터 설치해 오고 있다. UNIST에서도 탄소 복합 소재 3D 프린팅으로 제작한 무인 자율주행 버스를 캠퍼스 내에 운행하고자 계획 중이니(현재는 자율주행 테스트 중) 언제 울산을 방문할 기회가 되면 꼭 UNIST 캠퍼스를 들러 주시기를 바란다. 이렇게 책상 위에서 작은 플라스틱 부품만 만들 수 있는 것이 아닌가 생각했던 3D 프린팅 기술은 어쩌면 이미 우리 삶의 일부가 되어버렸는지도 모르겠다.

   

   

[그림. ‘Bauer’의 3D 프린팅 맞춤형 헬멧(좌), ‘Fizik’의 3D 프린팅 자전거 안장(우)]

   

[그림. ‘현대건설-3D팩토리’의 3D 프린팅 놀이터(좌), UNIST 3D 프린팅 자율주행 셔틀(우)]



2022년 5월 6일, 미국의 바이든 대통령은 AM 포워드(AM Forward) 정책을 발표했다. AM 포워드는 미국 내의 제조업체들이 적층 제조(AM, Additive Manufacturing), 즉 3D 프린팅을 적극 채용하도록 지원하는 프로그램이다. 3D 프린팅을 제조업에 활용함으로써 자국 내 제조기업들의 경쟁력 향상, 고임금 고부가 일자리 제공, 제조 공급망 재편화 등이 목표로 제시되었다. 미국의 대기업들이 자국 내의 중소 중견 기업들과 3D 프린팅 기반의 첨단 제조 부품 표준과 인증을 구축하려는 시도는 매우 중요한 의미를 지닌다. 이는 3D 프린팅이 더 이상 단순한 모델이나 시제품을 제작이 아닌, 최종 생산 제품 생산의 핵심 수단으로 부상하고 있다는 것을 시사한다. 또한, 이러한 움직임은 세계적으로 제조 공급망을 3D 프린팅과 인공지능을 통해 혁신하고자 하는 다른 국가들과 기업들의 노력이 얼마나 절실한지를 보여주고 있다.

 

한편 한국 제조업의 심장, 울산에서 새로운 소식이 있었다. 올해 2월 5일, 3D 프린팅 양산 공정 개발을 위한 ‘3D 프린팅 융합기술 센터’ 개소식이 열렸다. 울산은 한국 제조업의 중심지로서 오랜 세월 동안 자동차, 기계, 조선 산업을 선도해 왔다. 최근 몇 년간 경기침체와 코로나19로 인한 어려움으로 부침이 있기도 했으나, 이번에 과학기술정보통신부와 울산광역시가 추진한 'UNIST 3D 프린팅 융합기술 센터’는 울산을 4차 산업혁명의 핵심으로 만들어갈 한국판 ‘AM 포워드’의 중요한 계기가 될 것으로 기대된다. 

 

   

[그림. UNIST 3D 프린팅 융합기술 센터 전경(좌), 금속 3D 프린터 등 내부 시설(우)]

최신 3D 프린팅 기술은 급격한 발전을 이루고 있다. 전 세계적으로 산업계에서는 다양한 크기(수 마이크로미터~수십 미터)와 소재(세라믹, 폴리머, 복합 소재, 금속 등)에서 혁신적인 3D 프린팅 기술이 등장하고 있고, 이러한 기술의 도입으로 제조업은 더 효율적이고 유연한 생산이 가능하다. 대형화된 특수 금속 부품의 양산을 위한 3D 프린팅 기술은, 기존의 금속 주조 및 가공 산업을 조금씩 대체하고 있으며, 탄소 복합 소재 폴리머 3D 프린팅 기술은 기존의 사출 성형 방식을 바꾸고 있다. 불과 5년 전에 불가능하다고 생각했던 일들이 우리 주변에서 쉽게 찾아볼 수 있는 사례가 되는 것을 볼 때, 정말 기술의 발전과 사회의 변화 속도가 상상할 수 없을 정도로 빠르다는 생각이 든다.

앞으로 한국의 제품들이 4차 산업혁명의 문턱을 넘어 세계 시장에서 혁신의 아이콘으로 떠오를지, 아니면 3차 산업혁명 시대의 막을 내리며 수평선 너머로 사라질 지는 우리가 얼마나 제조업의 디지털 전환을 성공적으로 이루어 낼 지에 달렸다. 대한민국 경제와 고용 시장의 혁신을 이루어 낼 열쇠는 바로 최신 3D 프린팅 기술에 있으며, 이렇게 미래에 3D 프린팅 전문가가 되어 K-AM 포워드에 동참할 여러분들을 응원한다.