오브젯의 위니 추(Winnie Chu) 아시아ㆍ태평양 세일즈 디렉터가 보여준 것은 프린터라기보다는 ‘복제기’였다. 마치 ‘아인슈타인의 질량 에너지 동등성’을 모티브로 해 물질과 형상 정보를 빛 에너지로 바꿔 대원을 순간 이동시키는 스타트렉(Star Trak)의 트랜스퍼(Transfer)처럼.
추 이사가 데모한 것은 의미심장하게도 아바타 캐릭터의 두상이었다. 캐드 데이터가 전송되고 3D프린터에는 헤드가 잉크젯처럼 왔다 갔다 했다. 거푸집과 실제 제작물을 생성하기 위해 액상의 소재(material)가 분사됐고 동시에 UV광선이 쬐어지며 이를 경화시켰다. 그리고 제작물은 항공모함의 엘리베이터가 내려가듯 위상이 서서히 내려가면서 레이어가 적층돼 완성돼 갔다. 수 분만에 작업이 완료되고 귤껍질을 까듯 거푸집을 제거하니 아바타가 등장했다.

3D가 주는 혜택

3D 프린팅의 역사는 꽤 깊지만 기술은 걸음마 수준이고 한 가지 재료로 이루어진 프린팅만 가능하다고 알고 있었지만 추 이사를 만난 이후 이 지식이 너무 낡았다는 것을 알게 됐다.
오브젯은 3D프린터 시장에서 시제품 및 복합재료 제조 기술의 리더다. 오브젯의 시스템들은 이미 포춘지가 선정한 100대 기업을 포함한 교육, 의학, 전자, 자동차, 장난감, 소비재 등 산업 내 다양한 기업, 개인들을 통해 이용되며 제품 개발비용을 줄이고, 신상품 출시 기간을 혁신적으로 단축시켜 주고 있다. 고해상도의 3D프린팅 시스템은 폴리젯(Polyjet) 폴리머 분사 기술을 통해 16마이크론의 고해상도 레이어로 프린트할 수 있다. 또 모든 오브젯 시스템은 섬세하고 초정밀한 3D프린팅을 위해 풀큐어(FullCure) 기술을 사용한다. 코넥스(Connex) 3D프린터는 폴리젯 매트릭스(Matrix)란 기술을 통해 물성이 다른 두 가지의 소재를 동시 분사하고 혼합한다. 액상의 소재들은 혼합 배율을 다양하게 가져감으로써 수 배수의 물성을 지닌 디지털 소재(DM)를 만들어 낸다. 
추 이사는 “쾌속조형(Rapid Prototyping, RP)은 컴퓨터로 만들어진 3D의 CAD·CAM 데이터로부터 그 물리적인 모형, 형상을 신속하게 조형하는 것을 말하는데 제품 형상을 단 시간에 만들 수 있는 장점 때문에 금형이나 시제품 제작에 주로 쓰인다”며 “그러나 RP의 개념은 최근에 들어 오브젯과 같은 기업의 시스템, 소재 기술 발전으로 실제 사용 가능한 제품을 바로 제조하는 첨삭가공(Additive Manufacturing, AM)으로 확장됐다”고 말했다.



RP, 3D프린팅은 자동차 기업들에게 어떤 이점을 줄 수 있을까?
추 이사는 4가지를 제시했다. 첫째, 아웃소싱 절차를 제거하고 제작 시간을 크게 단축하게 한다. 둘째, 내부 제작이 가능해짐에 따라 아웃소싱 과정에서 수반되던 보안에 대한 걱정을 덜게 한다. 셋째, 제작 사이클 내에서 에러를 조기에 발견할 수 있어 검증 시간을 줄이고 관련 비용을 대폭 삭감할 수 있다. 넷째, 제작 시스템을 직접 보유하기 때문에 무한한 창조 가능성을 확보할 수 있다.
추 이사는 “RP는 컨셉 모델의 적합성과 기능성 테스트에 매우 유용하다. 다양한 비즈니스 그룹으로부터 디자인의 검토, 변경 사항을 원활히 수집할 수 있고 만들어진 모델을 최종 제품과 비슷하게 코팅, 페인팅, 염색할 수도 있다”며 “또한 하나의 트레이에서 재작업과 복합 소재에 대한 디자인이 가능하다”고 말했다.

필수가 될 시스템

3D프린터의 시장 잠재력은 얼마나 될까. 추 이사는 이를 3D CAD 인구를 기반으로 해 설명했다. 총 CAD 인구가 2,000만 명에 이르고 이중 25%인 500만 명이 3D CAD 인구다. 500만 명의 1/10이 3D프린터를 구매할 것이라는 오브젯의 전망을 대입하면 약 50만 대의 시장이 형성되는 셈이다. 현재 전 세계적으로 3D 프린터는 3만 2,000대가 보급됐다.
추 이사는 “20년 전만 해도 CAD 시트는 10만 달러에 달했지만 현재는 5,000달러도 되지 않는다. CAD는 더욱 대중화될 것이고 3D프린터의 보급도 크게 늘 것”이라고 말했다.
프로스트앤설리번의 조사에 따르면 전 세계 RP시스템 시장의 매출액은 2006년에 3억 달러 수준이었지만 2013년이면 8억 5,940만 달러 규모가 될 전망이다. 또 월러앤어소시에이츠(Wohlers & Associates)는 2012년 AM 시스템의 연간 판매량이 2010년의 2배인 1만 2,000대가 될 것으로 내다봤다. 가트너는 올해 가정, 비즈니스용 3D프린터의 보급수가 2006년의 100배가 될 것으로 예상했다.
오브젯은 이미 2,000대 이상의 제품을 보급했다. 주요 시장은 서비스, 교육, 메디칼, 소비재, 소비가전, 산업용 등 다양하다.
자동차 역시 매우 중요한 시장이다. BMW, 다임러, 폭스바겐, 아우디, PSA, 재규어, 토요타, 히노, 현대ㆍ기아자동차, 포드, 볼보 등 OEM을 비롯해, 보쉬, 덴소, 발레오, 파이오니어, JBL, 가민 등 수많은 서플라이어들이 오브젯의 제품을 도입했다.

다양한 애플리케이션

추 이사는 “거의 모든 자동차 메이커들이 오브젯의 시스템을 도입해 이용하고 있고 현대ㆍ기아자동차 역시 우리 제품을 쓰고 있다. 그렇지만 이는 미국이나 유럽의 경우다. 이것이 한국을 찾은 이유”라고 말했다.
일반적으로 프린터 산업을 잉크 장사, 토너 장사라고 말하기도 한다. 3D프린팅에서도 잉크와 같은 역할을 하는 소재가 핵심 요소다. 추 이사는 “잉크 장사라는 뉘앙스는 3D프린팅에서도 어느정도 통용된다. 이는 소재가 지닌 기술의 중요성에서 그렇다는 말”이라며 “물론 소재 구입 등 3D프린팅으로 소요되는 비용은 아웃소싱과 비교하면 대단히 낮다”고 말했다.



오브젯의 내열성 소재의 경우 열 변형 온도(HDT)가 프린터 출력 직후 65도, 오븐에서 열경화 처리 후엔 80도다. 일부 소재는 엔지니어링 플라스틱도 모사할 수 있다. 고내열성, 고인성 성분으로 만들어진 ABS 유사 소재는 70 J/m의 높은 충격 강도를 갖췄고, HDT는 출력 직후 65도, 오븐 열경화 처리 후 90도다. 최신의 투명 소재 경우엔 뛰어난 치수 안정성은 물론 완전한 투명성을 제공한다.

 

폴리젯과 폴리젯 매트릭스 기술

다양한 소재와 3D프린터는 RP, 쾌속제조(Rapid Manufacturing, RM)를 가능케 한다. 폰이나 리모컨, 볼펜 손잡이와 같은 소프트 터치한 애플리케이션, 바이오 스네이크(Bio Snake)와 같은 운동마찰 계수(Dynamic Friction Coefficient)가 요구되는 부문, 고무 느낌의 코팅 부품, 충격흡수(Shock Absorption), 충격저항(impact resistance), 라벨링과 색인, 개스킷 플러그 앤 실(plug & seal) 등의 애플리케이션에 이용된다. 오버 몰딩은 예를 들어 고무 실을 포함한 커버와 같이 두 가지 소재를 이용하지만 섞지 않고 분리해 시제품을 만들 수도 있다.




자동차에서

자동차 회사인 재규어는 노브, 스위치, 키팝 등의 HMI 스타일링 등 매우 다양한 영역에서 3D프린팅을 이용했다. 추 이사는 “자동차에서 예를 들면 재규어와 랜드로버는 2008년에 코넥스500을 도입해 한 번의 공정으로 페시아의 에어 벤트(air vent)를 프린트해 블레이드 위의 경첩(hinge)과 노브(knob)가 잘 작동하는지, 또 디자인은 만족스러운지를 테스트하며 시간과 비용을 대폭 삭감했다”고 말했다. 재규어는 폴리젯 매트릭스 기술과 코넥스 프린터를 이용해 총 5,000시간 동안 600 kg의 소재를 사용해 2,500개가 넘는 부품을 프린트했다.



중국에서 매년 에어컨 시스템과 부품 100만 세트 이상을 생산하는 발레오 새시 A/C는 유럽의 까다로운 품질 규격에 대응하는 동시에 혁신적 제품을 보다 빠른 시일 내에 비용 효율적으로 생산하고, 또 그 과정에서 R&D와 디자인 보안 유지를 위해 오브젯의 솔루션을 활용했다. 최근까지 발레오는 시제품 개발을 아웃소싱해 CNC 밀링과 SLS(Selective Laser Sintering)로 프로토타입을 만들었다. 그러나 이같은 방식, 특히 SLS는 발레오의 디테일한 디자인과 프로세스 사이클 축소란 요구에 대응하지 못했다. 또 어마어마한 양의 기술 데이터가 전송되고 이야기되는 과정에서 보안이 문제가 됐다. 이런 문제를 해결하기 위해 발레오는 내부에서의 프로토타이핑을 위해 오브젯의 이든350V 3D프린터를 도입했다. 추 이사는 “오브젯 프린터를 이용하면 즉각적인 테스트와 아이디어 수정, 재수정과 재테스트가 가능하다. 시간과 비용을 절약하면서 민감한 보안 걱정을 덜 수 있다”고 말했다.