146 J Korean Soc Qual Manag Vol. 42, No. 2: , June 2014 Ⅰ. 서론 Paul Markillie 는 제조과정이디지털방식으로바뀜에따라전산업계에큰영향을미치게되며, 제조산업은개도국에서부유국을중심으로다시부활하게될것이다. 라고

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리나 목
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1 ISSN (Print) ISSN (Online) J Korean Soc Qual Manag Vol. 42, No.2: , June D 프린터를이용한제조환경에서의품질경영 손은일 * 송해근 ** 임성욱 *** * 한국국제대학교경영학부 ** 동국대학교경영학부 *** 대진대학교산업경영공학과 Quality Management in a Manufacturing Environment using a 3D Printer Eun-Il Son * Hae-Keun Song ** Sung-Uk Lim *** * Dept. of Business Administration, International University of Korea ** College of Business Administration, Dongguk University *** Dept. of Industrial & Management Engineering, Daejin University ABSTRACT Purpose: As the number of people directly employed in making things declines, the cost of labour as a proportion of the cost of production and delivery will diminish too. This will make to move the focus of quality management because new manufacturing techniques make it cheaper and faster to respond to changing local tastes Methods: This discussion is induced by understanding that change the point of view of quality. Results: Mark-processing method using a mold of 3D-printer is different from traditional manufacturing methods. Design, rapid prototyping of products produced by the right way, many changes in many industries will be created. Therefore, the design will be more emphasis on the importance of quality. Conclusion: As manufacturing goes digital, a Quality great change is now gathering pace. It will allow things to be made economically in much smaller numbers, more flexibly and with a much lower input of labour, thanks to new materials, completely new processes such as 3D printing. So we must change the vantage point of quality, from process to Design, R&D, and Delivery. Key Words: 3D Printer, Quality Management, Strategy of Quality Received 12 May 2014, revised 9 June 2014, accepted 10 June 2014 Corresponding Author(sulim@daejin.ac.kr) c 2014, The Korean Society for Quality Management This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial Licens ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. * This work was supported by the Daejin University Research Grants in 2014.

146 J Korean Soc Qual Manag Vol. 42, No. 2:145-152, June 2014 Ⅰ. 서론 Paul Markillie 는 제조과정이디지털방식으로바뀜에따라전산업계에큰영향을미치게되며, 제조산업은개도국에서부유국을중심으로다시부활하게될것이다.

2 146 J Korean Soc Qual Manag Vol. 42, No. 2: , June 2014 Ⅰ. 서론 Paul Markillie 는 제조과정이디지털방식으로바뀜에따라전산업계에큰영향을미치게되며, 제조산업은개도국에서부유국을중심으로다시부활하게될것이다. 라고주장하며 디지털방식은더낮은비용으로고객의요구사항을신속히해결할수있는핵심을제공하며, 가장큰수혜자는중소기업이될것이다 라고주장하였다. 또한 IT 컨설팅업체가트너는 2007년부터 Hyper Cycle for Emerging Technologies 를통해 3D 프린터를미래유망기술로선정하였으며, MIT는 2013년에발표한 10 Breakthrough Technologies 의하나로 3D 프린터기술을선정하였다. 매킨지는 2013 년혁신기술 12개가운데 3D 프린터기술을고부가가치산업으로선정하였다. 이와같은시대적변화에따라서품질경영의중심도단순제조중심에서점차 R&D로변화하고있다. 이에따라단순히 R&D의성과를높이기위한품질경영도중요하지만제조환경의변화에따른품질도관리되어야한다. 3D 프린팅기술발전은설계가바로생산으로이루어지기때문에설계품질의중요성이더욱확대될것이며, 3D 프린터의확산은생산된제품을물류창고에서관리하는배송시스템에서생산과배송이같은장소에서시행되는시스템으로의변화가이루어짐으로써물류품질의중심도변화하게될것이다. 이에따라기업에서품질경영의관점이변화되어야할것이다. Ⅱ. 본론 2.1 3D-Printer 발전 디지털생산방식의핵심인 3D 프린터는 2011년 11월 EuroMold 박람회에서처음소개되었다. 이프린터는타이테니엄파우더 / 시트혹은잉크형태의재료를적층하여 3차원실물을제작하는기계로첨삭가공 (Additive Manufacturing; 절삭가공과반대개념을가지고실물을직접제작하는프린터또는직접디지털가공 ) 방식이라고한다. Figure 1. Traditional manufacturing vs. 3D-Printing

3 Son et al. : Quality Management in a Manufacturing Environment using a 3D Printer 147 3D 프린터에사용되는물질은 acrylonitrile( 에크럴로우나이트릴 ; 합성고무 / 섬유의원료 ), butadiene( 부타디엔 ; 탄화수소로합성고무원료 ), styrene( 스티렌 ; 방향이나는무색액체로합성수지고무원료 ), polylactic acid( 폴리유산 : 재생가능한원료에서추출한 ABS), polycarbonate( 폴리탄산에스텔 ; 합성수지의일종 ), metallic powders, clays, 또는 living cells 와같은 thermoplastic( 열가소물질 ) 이다. 3D 프린터는 CAD(Computer Aided Design) 로설계한 3차원입체를필요한원재료를투입하고출력하면제품으로만들어주는것으로기존의금형을이용한제조방식과는다른획기적인생산방식인것이다. 금형을이용한생산방식은금형설계부터제조까지금형자체생산의어려움이매우크고제조시간도많이걸려설계에서생산까지많은비용과시간이필요하지만 3D 프린터는이러한어려움을일거에해결해준다. 3D 프린터의장점은무엇이든원하는제품을쾌속조형 (Rapid Prototyping) 방식으로제조할수있고, 셋팅비용이들지않는매우유용한제조방식이다. 따라서다양한고객의요구사항을바로적용할수있으며, 3D 프린터로고객에맞는개별제품을대량으로제조할경우규모의경제에따라시간적측면과비용적측면에서큰혜택을보게된다. 이와같은새로운제조시스템은노동력감축에따른저생산비용이실현되고고객요구에신속히대응할수있으므로, 요구사항이다양하고급변하는부흥국들을중심으로다시부활하게될것이다. 미래의공장은보다스마트한소프트웨어에의해운영되며, 제조과정의디지털화는이미디지털화된제품들즉, 사무장비, 전화장비, 사진제작, 음악, 영화산업등에지대한영향을미치게될것이다 D-Printer 산업동향 Figure 2. Hype Cycle for Emerging Technologies (2013)

148 J Korean Soc Qual Manag Vol. 42, No. 2:145-152, June 2014 IT 컨설팅업체인가트너는 2013년 Hype Cycle for Emerging Technologies 를통해 5-10년사이에 3D 프린터의발전을 3D Bioprinting 이혁신트리거시기를갖고, 3D 프린팅산업은안정기를가게되는것으로예측하고있다.

4 148 J Korean Soc Qual Manag Vol. 42, No. 2: , June 2014 IT 컨설팅업체인가트너는 2013년 Hype Cycle for Emerging Technologies 를통해 5-10년사이에 3D 프린터의발전을 3D Bioprinting 이혁신트리거시기를갖고, 3D 프린팅산업은안정기를가게되는것으로예측하고있다. 이러한산업의발전은 3D 프린터만이가지고있는제품제작비용및시간이매우단축되며, 다품종소량생산에서더발전되어개인맞춤형제작이가능하며제작의요구와함께설계, 생산이동시에이루어지는제조공정의간소화가이루어지게될것이다. 이에따라인건비, 조립비용의절감의관점에서기업은많은관심을가질수밖에없다. 또한제품의디자인의변경이용이해짐에따라서금형을만들어제작하던시기에는불가능했던제품들도생산이가능해지며, 전체적인제품수명도매우짧아지게될것이다. 따라서이러한개인맞춤형제작이필요한바이오산업에서먼저많은변화를가져오게될것이며향후모든산업에도영향을미치게될것이다. 개인용 3D 프린터시장규모는 2013년 1억 2,000만달러규모이지만 2018년에는 5억 9,000만달러까지성장할것으로기대하고있다. 특히재료, 서비스분야를포함한산업규모는 2018년에약 14억 6,000만달러에이를것으로예상된다. 개인용 3D 프린터도장비가격, 사용자편의성, 적층속도및장비신뢰성재료가격, A/S 및소프트웨어의발전으로점차보급속도가급속히빨라지고있다. Figure 3. Revenues for AM products and services worldwide in millions of dollars lower Blue segments is products and upper segment is services * 출처 : Wohlers Associates, Inc. 2.3 국가별 R&D 동향 3D 프린터 R&D에많은관심을가지고있는나라는미국, 유럽, 일본이있는데미국은정부차원의 R&D를추진하고있다. 미국은 NAMⅡ(National Additive Mfg.) 를미국제조업고도화 (Advanced Mfg.) 프로그램산하에두고 Additive Mfg. Innovation Institute를만들어작업을본격화하고있다. 또한국립연구소 Oak Ridge National Lab. 은 2012년초부터산업계의 3D 프린터응용생산기술을개발하기위하여적극적인지원을실시하고있다. 미국의응용연구소는차세대우주선부품과하드웨어를 3D프린팅기술을적용하고있으며지속적인지원이이루어지고있다. 유럽에서영국은 2010 년노팅엄대학교와셰필드대학교등의 3D 프린터연구조직을이용하여 R&D 자금을지원

5 Son et al. : Quality Management in a Manufacturing Environment using a 3D Printer 149 하고있다. 영국은정부가설립한기술전략위원회와혁신대학기술부산하연구위원회가공동으로 3D 프린터의 R&D 자금을지원하고있으며신차나비행기제작에집중투입하고있다. 독일은바이오중심의산업에직접투자하여인공혈관을만드는데성공하기도하였다. 또한티타늄으로항공기의부품을제조하고있기도하다. 일본의경우는경제산업성에서 AIST와자동차업계와연계하여 3D 프린터의활용방법에대하여연구하고있으며, 특허경쟁도치열하게준비하고있다 D 프린터산업발전의시사점 3D 프린터산업의발전은기존의금형과사출중심의제조업이파괴되어설계가끝남과동시에생산이가능해지는진정한다품종소량생산이가능해지는시점으로변화하고있다. 물론아직까지설계가끝나고조형이완성될때까지는 50분-1시간의시간이걸리는것으로실제사출과정으로만들어질때보다느리지만재료의발전속도를감안하였을때향후 5-10년이내에산업전반에영향을미칠것이다. 따라서이러한산업의변화는생산프로세스중심품질에서설계, R&D 품질의향상이매우필요하여기존의물류품질에서도많은변화가필요하게될것이다. Date Main Content 1984 Charles Hull developed the technology for printing physical 3D objects from digital data Charles Hull founded 3D Systems and developed the first commercial 3D Printing machine, it was called as Stereolithography Apparatus Charles Hull named the technique as Stereolithography and obtained a patent Scott Crump invented Fused Deposition Modeling (FDM) D Systems developed model SLA-250, which was the first version to the general public Scott Crump founded Stratasys Helisys sold its first laminated object manufacturing (LOM) system DTM sold its first selective laser sintering (SLS) system Stratasys sold its first FDM-based machine "3D Modeler" Table 1. History of 3D Printing Massachusetts Institute of Technology (MIT) patented "3 Dimensional Printing techniques". It is similar to the inkjet technology used in 2D Printers Solidscape was founded to produces an inkjet-based machine that can build small parts with excellent surface finish at a relatively slow rate. Z Corporation obtained an exclusive license from MIT to use the technology and started developing 3D Printers based on 3DP technology D Systems introduced "Actua 2100". The term "3D Printer" was first used to refer rapid prototyping machines Z Corporation introduced "Z402" Stratasys introduced "Genisys" EOS sold its stereolithography business to 3-D Systems but remains the largest European producer Z Corp. launched Spectrum Z510. It was the first high definition color 3D Printer in the market.

7 Son et al. : Quality Management in a Manufacturing Environment using a 3D Printer 151 직까지산업디자이너의생각에는디자인에대한품질개념을적용하기에는 R&D자체를예술적분야로생각하고있는것이현실이다. 따라서제품컨셉의개발단계의품질을높일수있는방법을강구할필요가있다. 과거 QFD를이용한제품설계가생산공정에서설계변경을줄이는품질향상방법으로적용되었지만이제는설계에서생산까지의공정이매우줄어들게되기때문에 QFD보다더강화된동시공학적접근방식의품질이더욱중요하게될것이다. 설계품질이외에중요한품질변화가유통 / 물류분야일것이다. 현재의물류발전은자기물류에서자회사물류로이후제 3자물류인아웃소싱중심으로변화되었다. 이러한제 3자물류는생산중심기업의아웃소싱전략으로단기비용절감에치우쳐고객서비스향상의기대에미치지못하고생산자주문에의한물류관리로단순외주물류를벗어나지못하고있었다. 이러한문제점을극복한제 4자물류시스템의도입이시행되었다. 제 4자물류는물류업체의생산자에대한수동적인물류관리에서벗어나특정기업또는다수유사제품의기업들로하여금통합관리가이루어지도록운영하는물류시스템을의미한다. 즉통합된유통물류센터의운영방식이이루어지게되는것이다. 하지만 3D 프린터의발전은이제물류창고에서생산이바로이루어질수있도록운영되는일명, 생산과유통이동시에운영되는 3.0 세대생산물류시스템이필요하게될것이다. 3.0세대생산품류시스템이란생산공장을개별적으로운영하는기존의제조업시대에서벗어나디자인중심의기업이최종적으로제품의디자인을완성하면생산 / 유통을실시하는물류회사에전달하여생산함과동시에바로물류 / 유통을실시하게되는시대를의미하는것이다. 이러한시대에서는과거의품질에서중요하게이야기하는공정능력지수등의지표로는설계중심의품질관리가이루어지어려워진다. 따라서이러한시대에맞는결함과시간을동시에측정할수있는품질지표가필요하다. Ⅲ. 결론 Paul Markillie는산업혁명의단계를다음과같이나누고있다. 첫번째산업변화는 18세기후반영국에서발생한것으로증기기계를활용한섬유산업의기계의사용으로시작되었고, 두번째산업변화는 20세기초미국에서발생한조립라인을통한대량생산으로시작되었다고정의하였다. 이제세번째산업변화는생산방식의디지털방식 (digitization of manufacturing) 으로속도에의하여산업의주도권이결정되며, 더유연한생산시스템, 더적은노동력, 새로운재료의개발에의하여디자인이가능하면바로생산할수있는 3D 프린터가새로운시장을열것이라고이야기한다. CAD(Computer Aided Design) 와 3D 프린터의만남은분명새로운산업방식의시작을의미하게될것이다. 이에따라서품질관리도제조프로세스의중심에서설계품질을향상시키기위한노력으로더욱발전될것이다. 미래의공장은소프트웨어에의하여생산된다해도과언이아니다. 따라서대형제조업체의생산방식보다빠르고, 간편하고, CAD를이용한설계와프린터를이용할수있는어느곳이나쉽게생산이가능해지므로대기업보다는신제품창출이보다용이하고저렴하게제조할수있는중소기업또는개인기업이큰힘을얻을것이다. 페이스북과같이 3D 프린팅혹은유사생산시스템을제공하는단체들이모여 social manufacturing 이라는새로운현상도나타나게될것이다. 이러한시대에맞추어기업은생산 / 물류를동시에시행할수있는기업과강력한제품디자인능력을갖춘기업만이살아남을수있게될것이다. 이는전통적인제조업체는디자인능력을강화하거나아니면생산에물류능력을키워야살아남을수있다는것을의미한다. 하지만전통적인제조업은점차물류를제 4자물류처럼자사의관리에서벗어나계약회사에게넘기고있다. 그렇다고설계능력이뛰어난것도아니다. 따라서 21세기후반의산업은기존의생산중심에서설계, 물류의중심으로변화하게될것이다. 이러한시대에맞는품질관리방법과품질지표의관리가이루어질수있도록설계, 생산 / 물류동시관리의품질지표의개발이필요하다.

8 152 J Korean Soc Qual Manag Vol. 42, No. 2: , June 2014 REFERENCES Alex Castle Warhammer at War: How Home 3D Printers Are Disrupting Miniature Gaming. TESTED, January 14. Bourell, David, L., Ming, C. Leu, and David, W. Rosen Road-map for Additive Manufacturing Identifying the future of freeform processing. 3D Printing and Additive Manufacturing 1(1):6-9. doi: /3dp Jung, Hyuk Bi, and Lee, Myung Ki Designers in 3D Printing Revolution-Extracting the meaningful design factors from the industrial designers enlightened by William Morris Arts and Crafts Movement. Korea Digital Design, Council 14(1): Markillie, Paul A third industrial revolution. The Economist, April 21. N.V Difference Engine: The PC all over again. The Economist, September 9. STAMFORD, Conn Gartner's 2013 Hype Cycle for Emerging Technologies Maps Out Evolving Relationship Between Humans and Machines. Gartner, August 19. The Economist A third industrial revolution. Last modified April The Economist Technology is driving a revolution in manufacturing. Last modified September The Economist The latest chapter: Technology is driving a revolution in manufacturing. Review of The New Industrial Revolution: Consumers, Globalisation and the End of Mass Production, by Marsh, Peter. Yale University Press, July 17.

<4D6963726F736F667420576F7264202D204954B1E2C8B9BDC3B8AEC1EE2DB0ADB9CEC8A3>

<4D6963726F736F667420576F7264202D204954B1E2C8B9BDC3B8AEC1EE2DB0ADB9CEC8A3> IT 기획시리즈 3D 프린팅 산업 동향 1) 강민호 한국과학기술정보연구원 ReSEAT 프로그램 전문연구위원 gcwang@kisti.re.kr 박종규, 박세환 한국과학기술정보연구원 1. 서언 2. 3D 프린팅 기술개발 동향 3. 3D 프린팅 특허성 관련 이슈 4. 3D 프린팅 글로벌 시장 동향 5. 결언 1. 서언 3D 프린팅 기법을 이용한 제품제조 기술의 기본