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이양창 대림대학교 기계공학과 교수. (사진 = 김종식 기자)

(경기=NSP통신) 김종식 기자 = 3D프린팅 기술로 못 만드는 것이 없고 현재의 금형기술로 구현하기 어려운 부분을 이미 대체하고 있으며 인체의 일부분도 3D프린팅 기술로 제작이 가능한 시대로 돌입했다 해도 과언이 아닐 것 같다.

이런 시기에 대한민국의 3D프린팅 기술은 어디까지 발달했으며 세계적 경쟁력은 있는지, 우리의 미래 먹거리 산업으로 육성하기 위한 방향과 기술 육성, 후학 양성 등에 대해 이 분야 전문가인 이양창 대림대학교 기계공학과 교수를 통해 들어보자. <편집자 주>

- 3D프린팅 기술이란

▲3D프린팅 기술은 3차원 모델링 소프트웨어를 사용해 디자인한 3D모델을 실제 제품으로 만들어내는 기술이다. 3D프린팅 기술은 디지털 제조 중 하나의 혁신적인 기술로 이제는 전 세계적으로 크게 발전하고 있다.

초기 기술은 시제품을 만들기 위한 기술 수준이었지만 현재는 양산공정으로 확산되고 있으며 일반 산업제조업은 물론 첨단산업분야와 의료분야, 예술분야, 푸드테크분야, 개인제조업 등에 널리 사용되고 있는 혁신적인 기술이다.

기존 제품 제작 방법은 절삭가공(깍아내는 방식), 주물과 사출(금형틀에 쇳물이나, 폴리머 재료를 주입해 성형하는 방식), 소성가공(프레스, 밴딩과 같은 재료를 변형시켜서 형상을 만드는 방식), 용접(두개의 재료를 서로 녹여서 접합하는 방식) 등이 융합된 형태의 제작 방식들이였으나 이러한 방식으로는 고차원의 형상과 제품의 기능성을 갖는 제품과 초 경량화, 맞춤형 제품을 만들어내기에는 불가능한 부분들이 많았다.

3D프린팅 기술은 차원이 다른 형상과 제품에 기능성을 추가한 제품을 바로 제작할 수 있다는 것이 혁신적인 기술이다. 예를 들면 부품들이 서로 조립된 상태로 제작해 바로 사용할 수 있는 제품 제작이 가능하고 제품 기능 중 센서(변위, 압력 등) 역할을 할 수 있는 형상들을 동시에 제작할 수 있고 구조물의 내부 공간을 격자형태로 제작해 구조물의 경량화로 제품의 무게를 혁신적으로 줄이고 내부 공간을 또 다른 기능으로 활용할 수 있는 기술들을 접목할 수 있다.

- 대한민국 3D프린팅 기술은 어디까지 왔는지

▲현재 3D프린팅 기술과 시장은 선진국의 업체들이 주도하고 있는 실정이다. 특히 미국의 디지털 제조 전문업체 스트라타시스(Stratasys)와 3D시스템즈(3DSystems)는 전 세계 3D프린팅 시장의 70% 이상을 차지하고 있다.

물론 글로벌 기업과의 기술 우위는 매우 많은 차이가 있다. 그러나 국내 기술도 2014년 이후 관련분야의 기술 개발을 위해 중소기업은 물론 대기업과 스타트 기업들이 다양한 3D프린터를 연구개발하고 제작해 보급하기 시작했다. 3D프린팅 기술은 장비는 물론 소재(금속분말, 폴리머, 의료용 소재 등), 제어용 소프트웨어와 디자인 소프트웨어(연세대 의대 의료용 3D프린팅 모델링 국제표준 개발 등)에서는 세계적인 수준의 기술력을 확보하고 있다.

또 산업용으로는 기존 제조공정(절삭가공)과의 연계공정(적층공정)으로 활용할 수 있도록 하는 CNC머신과 3D프린팅 복합장비(대기업→DS솔루션)을 개발해 보급하고 있다.

또한 스타트기업들은 3D프린팅 공정을 활용하는 기술들을 개발해 다양한 제품생산들을 하고 있다. 예를 들면 소비자들을 얼굴 빅데이터를 이용한 개별 맞춤형 안경을 제작하는 브리즘(breezm)이라는 회사는 폴리머 재료로 제작하는 안경과 금속소재를 이용한 메탈 안경을 3D프린팅 기술로 제작할 수 있는 디자인과 공정을 개발해 생산하고 있다.

3D프린팅 공정으로만 생산 가능한 안경 힌지 구조물은 고부가가치의 제품으로 미국 CES 박람회에서도 우수한 평가를 받았다.

이미 산업으로 금형분야에 3D프린팅 공정기술 접목이 빠르게 이루어지고 있다. 금형에서는 형상은 물론 금형 냉각구조물이 매우 복잡한 형상을 갖게 되는데 기존 냉각구조물 가공은 대부분은 직선의 드릴작업으로 이루어진다.

제품은 매우 복잡한 곡선의 형태를 가지고 있는데 직선의 냉각구조로는 한계가 있었지만 3D프린팅 공정기술은 제품형상에 근접한 냉각라인을 형성할 수 있어 냉각의 효과를 극대화할 수 있어 성형제품의 품질 향상은 물론 생산량을 획기적으로 개선할 수 있다.

이제는 국내 3D프린팅 공정기술이 초기제품(시제품) 개념의 기술이 아닌 최종 제품을 직접생산(양산)을 할 수 있는 공정기술로 확산되고 있다. 생산품질은 물론 생산속도 또한 50~100배이상 빨라졌기 때문이며 고객의 요구에 맞는 재료개발과 생산속도의 변화로 다양한 분야에서 실용적인 제품생산 기술들이 발전하고 있다.

다만 선진국과 중국에 비해 우리나라에서 3D프린팅에 의한 최종제품 생산접목이 다소 느린 것은 3D프린팅 공정기술을 단순히 기존 제품들을 3D프린팅으로 생산하는 정도로 인식하는 경우가 많고 3D프린팅 공정기술의 혁신적인 기술을 응용 개발하지 못하는 가장 큰 문제점들이 있다.

다시 말해 3D프린팅 공정기술을 활용한 제품을 개발할 수 있는 능력을 길러야 한다. 3D프린팅 만으로 생산할 수 있는 제품 디자인(DfAM)기술, 적층제조(AM), 후공정(열처리 및 정밀도 처리), 맞춤형 빅데이터 처리(디지털 데이터), 소프트웨어 등과 같은 기술들을 기존 공정기술을 대체하는 것이 아닌 3D프린팅 공정기술의 특화된 새로운 기술을 바르게 접목해야 한다.

중국은 오히려 3D프린팅 공정기술을 우리나라 뿌리산업이라 하는 산업기반 기술에 매우 도전적으로 접목해 뿌리산업분야의 공정기술을 급속도록 발전시키고 있다. 우리나라에서도 뿌리산업에 더더욱 3D프린팅 공정기술을 접목해 기존 노하우를 하루빨리 디지털 데이터화로 3D프린팅 공정으로의 전환이 시급한 시기이다.

- 3D프린팅 기술이 대한민국 미래 먹거리 산업으로 성장할 수 있는지

▲우리나라는 제조업 기반 산업이 매우 발전된 구조다. 따라서 다양한 분야의 기능 인력은 물론 기술 인력들이 있다. 특히 현재 정년퇴직을 하고 있는 세대들의 노하우는 매우 귀중한 자산이라 할 수 있다.

제조업 부분의 노하우를 첨단기술의 공정기술로 활용할 수 있는 새로운 교육이 체계적으로 이루어진다면 그 발전의 속도는 배가될 것으로 생각된다. 다시 말해 신중장년층의 노하우를 기존 제조업의 대체기술이 아닌 디지털 제조로의 전환교육에 의해 새로운 개념의 제조기술을 체계화 시키는 교육이 절실히 필요한 시기다.

또 디지털 세대의 빠른 디지털 활용능력을 신중장년층의 노하우를 새로운 개념의 제조 산업으로 변화시키기 위한 혁신적인 조직으로 구조화할 수 있도록 교육체계를 구성해야 한다. 현재 급속도로 변화하고 있는 AI(인공지능)기반의 디지털 데이터 활용과 기존 제조 노하우를 협업할 수 있는 인력양성이 매우 중요한 시기라 할 수 있다.

따라서 교육계와 산업계의 적극적인 협업체계를 구성해 실질적인 제조업이 동시에 일어날 수 있는 스마트펙토리 또는 마이크로펙토리 형태의 제조산업을 혁신화 할 수 있는 메이커 산업의 지원이 매우 중요하다고 생각한다.

이를 위해 교육계에서는 교육과정을 실질적인 제조가 가능한 직업교육의 기술교육 시스템을 구축해야 하고 산업계에는 첨단화된 기술들을 접목해 더욱더 첨단화된 고부가가치의 제품으로 발전시켜 공동의 산업으로 성장할 수 있는 시장구조의 변화가 필요하다.

현재 3D프린팅 기술은 인체의 골격과 구조가 같은 물질을 생산하기도 하며 오히려 추가 필요기능을 첨부한 개발도 진행 중이다. 또 인체의 일부 장기(직장)를 생산해 대체용으로 사용하기도 해 3D프린팅 기술은 무한대의 미래 먹거리 산업으로 지속 성장할 것으로 보이며 국가차원의 지속적인 지원과 기술의 고도화를 위해 대한민국 미래 발전 산업으로 지목하고 정책과 관계없이 성장시킬 수만 있다면 3D프린팅 기술은 우리 미래의 후손들에게 세계일류국가 반열의 번영과 영광을 안겨주게 될 산업으로 자신한다.

또한 대한민국은 이미 손기술과 응용기술은 세계 최고임을 세계대회에서 여실히 보여줬던 사례가 있고 머리가 우수한 국민성으로 이미 첨단산업이 우리의 주력 산업으로 자리하고 있는 것처럼 장기적인 지원과 산업화 육성에 국가가 집중한다면 3D프린팅 기술로 인한 부강한 나라, 세계를 선도하는 나라 육성에 기여할 것으로 보인다.

- 3D프린팅 분야 국내 자격제도와 후학 양성에 대해

▲3D프린팅 관련 교육은 매우 다양한 방법으로 확산 되어 왔다. 교육으로 보급된 3D프린터는 약 2만개 이상으로 되는 것으로 알려지고 있으며 관련 민간자격증은 물론 국가기능자격증 제도가 마련돼 현재는 3D프린팅운용기능사, 3D프린터개발산업기사 자격증제도가 운용되고 있다.

2017년부터는 3D프린팅 특화직종으로 경기도지방기능경기대회가 열리고 있으며 이렇듯 디지털 제조의 변화로 인해 직종의 변화가 크게 변화하고 있다. 따라서 관련분야의 전문적인 교육체계가 이루어져야 한다.

특히 3D프린팅으로 제조할 수 있는 디자인 기술(ASTM기준 DfAM기술)과 3D프린팅 공정기술의 전문화, 기능화를 체계화 시켜야 한다. 클라우드 기반의 AI(인공지능) 3D 디자인 설계 기술을 접목한 디지털 제조기술 분야의 교육을 체계화해야 한다.

관련 기술들은 선진국의 소프트웨어에 이미 기능들이 개발돼 활용되고 있는 상황이다. 따라서 대학에서는 적층제조(AM:Additive Manufacturing)분야의 관련기술 전문적인 교육과정이 필요하다.

이에 대림대학교 기계공학과에서는 관련 교육과정과 교육 컨텐츠 개발에 많은 노력을 해 왔으며 현재는 ASTM 국제규격의 적층설계(DfAM, Design for Additive Manufacturing)과정에서 제너레이트브 디자인(Generative Design)과 같은 AI기반 설계기법과 실제 제품을 생산하는 3D프린팅 과정으로 적층제조공정기술(AM:Additive Manufacturing)에 대한 실질적인 교육을 체계적으로 운영하고 있다.

더욱이 2024년 제47회 프랑스 리옹 국제기능올림픽대회 에서는 새로운 직종으로 적층제조(Additive Manufacturing)가 신규 참가 직종으로 공지됐다. 이처럼 국제 중요 직종으로 선정되고 있는 상황에서 더욱더 전문화 교육이 절실한 시기다.

다만 아쉬운 점은 우리나라에서는 현재까지 지방기능대회에서 특화직종으로 경기가 이루어지고 있고 전국기능대회는 물론 정식직종으로 확대되지 못하고 있는 실정이다.

이는 산업현장의 변화는 매우 빠르게 고도화되고 있는데 비해 관련분야의 전문인력 양성에 기관의 정책들이 미온적인 영향들이 있다. 이를 해결하기 위해서는 전국기능대회를 국가가 나서서 개최해 국가 기술발전을 만들어야 한다고 본다.

대학에서도 관련과를 개설하고 후학 양성을 통해 기술의 습득과 개발을 도와 3D프린팅 기술이 성장 발전할 수 있는 길을 열어줘야 한다고 생각한다.

NSP통신 김종식 기자(jsbio1@nspna.com)

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