2030 3D프린팅 혁명의 잠재력

2016년 01월호 지면기사  /  글│비루프 날라(Viroop Narla) 선임연구원 비쉬바스 샨카르(Vishwas Shankar) 프로그램 매니저, Frost & Sullivan

3D프린팅 기술의 대량보급 단계는 제작시간의 제약으로 경계 단계에 머물고 있다. 그러나 더욱 심리스하고 강력한 소프트웨어의 통합은 소재와 설비의 최적화에 대한 깊은 분석을 가능케 할 것이고, 장비는 품질과 제조 프로세스 향상과 함께 현재의 속도와 비교해 두 배 이상의 프린트를 가능하게 할 것이다. 또 사후처리 공정의 요구 없는 디테일한 표면처리, 향상된 내성으로 더 나은 제품 품질을 기대할 수 있게 할 것이다.

자동차 산업에서 3D프린팅은 2030년까지 서플라이 체인 프로세스의 간소화를 통해 연간 100억 달러 이상의 비용 저감을 가능하게 할 전망이다.
일반적으로 3D프린팅이라 불리는 적층제조(additive manufacturing)는 1980년대 후반 상용화 이후 그 어느 때보다도 자동차 산업의 높은 관심을 받고 있다. 적층제조는 OEM이나 서플라이어 같은 자동차 기업들이 제품 디자인 및 기술력을 향상시키는 동안 제품 개발 시간과 비용을 줄일 수 있도록 한다. 지속적인 3D프린팅 기술의 향상은 미래의 자동차 산업에서 대량생산을 포함한 전체 밸류체인과 서비스 측면의 활용성에서 더욱 강력한 비즈니스 케이스를 만들 전망이다.




3D프린팅의 현재
 
3D프린팅은 자동차 산업에서 주로 래피드 프로토타이핑(rapid prototyping)을 위해 적용돼 왔다. 심리스한 소프트웨어 통합과 인하우스 설비는 기업들의 개발 시간을 전통적 프로세스 대비 거의 96%까지 단축시킬수 있게 만들었다. 개발 비용 또한 줄어든 툴 작업의 요구, 소재 낭비의 최소화, 적은 노동력 투입 등의 이점으로 99%까지 줄였다.
포드와 같은 OEM은 퓨전, 머스탱, F-150과 같은 일반적인 차량 모델의 래피드 프로토타이핑에 이 기술을 적용해왔다. 데이나 코퍼레이션(Dana)과 같은 서플라이어들도 값비싼 기계가공 프로세스의 요구 없이 시뮬레이션하기 위해 복잡한 클러치 어셈블리 프로토타입 등을 프린트하고 있다.
개발 지원에 더해 심지어 어떤 기업들은 차량 제작 자체를 3D프린팅으로 하고 있다. 예를 들어 오픈소스 디자인 활용에 포커스하는 로컬모터스(Local Motors)는 스트래티(Strati)란 차를 제작했다. 이 전기차는 전체 익스테리어, 인테리어 바디 파트를 212개 레이어의 탄소섬유강화 ABS 플라스틱 1개 피스로 프린트했다. 회사는 올해 스트래티를 일반에 판매할 계획이다.
산업의 플레이어들은 3D프린팅 프로토타이핑 비용을 더욱 줄이고 생산성과 서플라이 체인 효율성을 향상시키기 위해 관련 기업들과 협업을 하고 있다. 최근 카본3D(Carbon3D)와 파트너십을 맺은 포드는 전통적인 3D프린팅 기술인 폴리젯(Polyjet), FDM, SLS, SLA보다 최대 100배 빠르면서 최종 소재 특성에 가까운 카본 3D의 ‘CLIP(Continuous Liquid Interface Production)’ 기술을 활용하고 있다. 포드는 10년 전 4,000개의 시제품을 3D프린팅으로 제작한 이후 총 5곳의 3D 시제품 프린팅 센터를 보유하고 있다. 미시건 주 디어본 3D 센터의 경우 14종의 산업용 3D프린터들이 연간 2만 개의 부품을 생산 중이다.


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자동차 산업에서 기업들의 3D프린팅 기술 적용은 미국, 중국과 같은 국가에서 매우 강력히 나타나고 있다. 이런 지역에는 다수의 소재 서플라이어, 기술혁신 기업, 장비업체들이 시장을 형성하고 있다.
중장기적으로 3D프린팅은 멕시코, 브라질, 호주, 인도, 러시아와 같은 국가의 장비 보급과 원자재 증가로 자동차 서비스 센터 내 비기능적 부품에 적용될 수 있을 전망이다. 또 마이크로팩토리(microfactory)와 같은 혁신적 제조 비즈니스 모델이 부품의 가용성과 리드타임이 중요한, 중고차가 압도적으로 우세한 케냐, 나이지리아와 같은 지역에서 대중화될 수 있을 전망이다.

자동차 서플라이 체인과 생산성
 
자동차 산업의 전통적 서플라이 체인시스템은 밸류체인 내에서 플레이어 간 차량, 부품 수송 프로세스, 복잡한 시스템과 관련되면서 결과적으로 긴 리드타임, 높은 비용이란 문제를 안고 있다. 그러나 3D프린팅 기술은 생산성 향상 등의 이점으로 이들 스테이크홀더 간 수송과 유통의 필요성을 제거하거나 저감함으로써 관련 비용의 축소를 실현시킬 수 있을 전망이다.
3D프린팅은 리드타임의 단축과 서플라이 체인 프로세스의 간소화 모두를 성취할 수 있다. 이론적으로 전용 3D프린팅 시스템(centralized 3D printing system)에서 재고/입고의 물류 컴포넌트는 인하우스 3D프린팅으로 줄어들 수 있다. 이에따라 전반적인 물류비용은 차량 당 2%까지 낮아지고 최종 사용자 역시 낮아진 차값의 혜택을 누릴 수 있다. 예를 들어 대략 연 1,600만 대의 차량이 팔리는 미국시장에서 평균적인 차값이 3만 3,000달러임을 가정하면 소비자에 대한 105억 달러 이상의 비용 절감이 실현될 수 있다.
3D프린팅의 생산성(economic viability of production)은 현재 3D프린팅의 광범위한 보급을 어렵게 하고 있다. 이를 설명하면, A) 높은 소재와 장비 비용, 느린 프린팅 속도는 대규모 제조를 불가능하게 한다. B) 고비용으로 매우 독특하고 소량 생산의 단품 아이템이 프린팅 가능할 뿐이다. C) 전통적인 제조 프로세스에서 부품가격은 부품과 장비의 대량화에 따라 기하급수적으로 줄어든다. D) 그러나 미래의 시장은 새로운 장비와 저비용 소재를 기대하게 하고 3D프린팅 제품 비용은 낮아질 것이다. E) 비록 큰 가격 하락이 있을지라도, 프린팅 시간과 고 사양 소재의 가용성의 도전은 광범위한 도입을 어렵게 하고 가격 하락을 막을 것이다.
3D프린팅은 자동차 산업의 밸류체인에서 다수의 스테이크홀더의 협업을 가능하게 한다. 클라우드에 저장된 부품 파일들은 호출되고 프린팅될 수 있으며, 이 부품들의 생산은 물류비용처럼 서플라이 체인에서 복잡성 제로에 의한 재고자산 원가와 제조비용을 낮출 것이다. 심지어 자동차 리콜도 온디멘드 부품의 가능으로 보다 효율적으로 처리될 수 있다.

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미래 애플리케이션과 도전
 
고객이 여러 지역에서 전체 차량의 프린트가 가능함에도 불구, 단지 일부분의 대량판매만 가능함에 따라 리드타임은 길게 나타날 것이다. 더욱이 스테이크홀더들은 기술이 저렴해지고 보편화되면서 결국엔 경쟁자들이 될 것이다. 생산설비와 원재료의 비용은 대규모 적용을 어렵게 할 것이다. 특히, 제조물 책임과 같은 법적 이슈는 새로운 플레이어들이 다른 파티들로 디자인, 제조, 부품 피팅이 가능함을 고려하면서 복잡성이 증대될 것이다.
증대된 제품결함이 나타날 수 있고 OEM과 서플라이어들은 소유 디자인 침해에 대한 법적 싸움을 전개할 것이다. 전통적인 제조산업의 플레이어들은 3D프린팅 기술 제조사와 장비로부터 그들의 비즈니스를 보호하기 위해 복잡한 규제를 만들도록 할 것이다. 비싼 데이터와 통신장비는 작업 효율, 데이터 손실, 손상 및 도난 방지를 위해 상당한 리소스 투자를 요구할 것이다.
소재의 진보와 기계, 화학, 열적 특성의 향상은 전반적으로 새로운 수준의 경량화 가능성을 가져올 수 있지만, 3D프린팅 기술의 대량보급 단계는 제작시간의 제약으로 경계 단계에 머물고 있다. 그러나 더욱 심리스하고 강력한 소프트웨어의 통합은 소재와 설비의 최적화에 대한 깊은 분석을 가능케 할 것이고, 장비는 품질과 제조 프로세스 향상과 함께 현재의 속도와 비교해 두배 이상의 프린트를 가능하게 할 것이다. 또 사후처리 공정의 요구 없는 디테일한 표면처리, 향상된 내성으로 더 나은 제품 품질을 기대할 수 있을 것이다.
미래에 3D프린팅은 생산 비용과 서플라이어를 줄이는, OEM의 마이크로팩토리 비즈니스 모델을 가능케 하는 새로운 전략의 플레이어들의 지속적인 진입을 기대케 하고 있다.

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