4 차산업혁명의이해와기업의대응 제조업기반흔드는 3D 프린팅다품종소량생산시대대비하라 길태민티플러스 (T-Plus) 컨설팅매니징파트너 윤석찬티플러스 (T-Plus) 컨설팅상무 Article at a Glance 3

Size: px

Start display at page:

Download "4 차산업혁명의이해와기업의대응 제조업기반흔드는 3D 프린팅다품종소량생산시대대비하라 길태민티플러스 (T-Plus) 컨설팅매니징파트너 윤석찬티플러스 (T-Plus) 컨설팅상무 Article at a Glance 3"

영훈 피
5 years ago
Views:

1 PDF Edition 비즈니스리더의프리미엄솔루션 November 2017 Issue 2, No 차산업혁명의이해와기업의대응 제조업기반흔드는 3D 프린팅다품종소량생산시대대비하라 저작권공지본 PDF 문서에실린글, 그림, 사진등저작권자가표시되어있지않은모든자료는발행사인 ( 주 ) 동아일보사에저작권이있으며, 사전동의없이는어떠한경우에도사용할수없습니다. 무단전재재배포금지본 PDF 문서는 DBR 독자및 회원에게 ( 주 ) 동아일보사가제공하는것으로저작권법의보호를받습니다. 동아일보사의허락없이 PDF문서를온라인사이트등에무단게재, 전재하거나유포할수없습니다. 본파일중일부기능은제한될수있습니다. 구독문의 개인구독문의 : 은행계좌 : 우리은행 디유넷 단체구독문의 : 은행계좌 : 우리은행 동아일보사

2 4 차산업혁명의이해와기업의대응 제조업기반흔드는 3D 프린팅다품종소량생산시대대비하라 길태민티플러스 (T-Plus) 컨설팅매니징파트너 윤석찬티플러스 (T-Plus) 컨설팅상무 Article at a Glance 3D프린팅기술은적층가공방식으로물건을생산한다. 적층가공은절삭가공대비조형속도가빠르고, 나노스케일수준의정밀도로복잡한형태의제품생산이가능해다방면에서쓰임이많은혁신기술이다. 그러나 3D프린팅은윤리적문제나지적재산권침해및보안이슈등풀어야할숙제도많다. 가령, 3D 설계도면및프린팅기술을이용해개인이총기등무기류를제작하거나인체조직을제조하는등사회적으로논란의여지가있는문제들이쟁점화될수있는만큼사회구성원간충분한논의와협의가이뤄져야한다. 인류는상상하는것을실제로구현하는생산방식을통해문명을발전시켜왔다. 역사수업시간에너무나자주들었던빗살무늬토기부터오늘날최첨단우주선까지, 인간은원하는것은무엇이든만들어냈다. 이렇게무엇인가를만드는산업을우리는제조업이라고부른다. 지금까지제조업에서는금속이나플라스틱등다양한소재를밖에서안으로깎아서제품을생산하는절삭가공방식을핵심기술로사용해왔다. 절삭가공은성형하고자하는소재보다경도가큰절삭공구를사용하는데, 이방식은가공후매끄러운표면을유지하는장점이있는반면복잡한형태의제품구현이상대적으로힘들며가공가능한소재의한계가있다는단점이있다. 그래서복잡한형태의제품은금형을이용해주조등의방식으로부품을생산하고이를조립해완성품을만들게된다. 이경우금형제작에고정적투자가발생하며금형에기초해생산하기때문에디자인자유도역시떨어지는현상이있다. 완제품생산을위한다양한후처리및조립과정이필요하기때문에장기간의리드타임도수반된다. 그러나최근지금까지당연하게생각했던제조방식에변화가발생했다. 3D프린팅이라는혁신적생산방식이등장한것. 3D프린팅은기존 절삭가공이아닌적층가공이라는방식으로우리가원하는것을생산한다. 적층가공이란플라스틱, 스테인리스, 티타늄, 섬유세라믹등다양한재료를분사하거나녹이면서쌓아서완성된형태를만드는가공기술이다. 이는절삭가공대비조형속도가빠르고, 나노스케일수준의정밀도로복잡한형태의제품생산이가능하다. 특히디지털데이터로설계된모델을출력해제품을생산하기때문에신속한프로토타입개발과피드백반영으로시장요구에즉각적대응이가능하며고정비절감, 재고감축, 실시간생산에따른원가절감까지그야말로다양한효과를누릴수있는혁신기술이다. 3D프린팅은 1981년일본나고야공업연구소히데오코다마에의해처음으로구현됐고, 이후미국, 독일등연구소에서플라스틱을활용한 3D프린팅기술을특허로출원하며모형, 시제품등단순제품을만드는데활용하기시작했다. SLA(Stereo Lithography Apparatus, 광경화수지조형 ), SLS(Selective Laser Sintering, 선택적레이저소결조형 ) 같은기술관련특허가만료됨에따라 3D프린팅에대한기업, 소비자의접근성이향상됐다. 금속소재활용도증가와정밀도증대에따라산업현장에서 3D프린팅을적용하는사례가증가하고있다. 앞 90 November 2017 Issue 2 DBR No.237

그림1 3D프린팅 발전단계 현재단계 기술 소재 Stage 1 Stage 2 Stage 3 Rapid Prototyping 3D Printing Manufacturing Direct Digital Manufacturing 소형 모형 및 단색제품 대형 부품 및 제품 표면색 다양화 고속 출력을 통한 대량 생산 단순 프로토타입 생산 정밀화 및 고강도화된 완제품

3 그림1 3D프린팅 발전단계 현재단계 기술 소재 Stage 1 Stage 2 Stage 3 Rapid Prototyping 3D Printing Manufacturing Direct Digital Manufacturing 소형 모형 및 단색제품 대형 부품 및 제품 표면색 다양화 고속 출력을 통한 대량 생산 단순 프로토타입 생산 정밀화 및 고강도화된 완제품 나노 스케일 수준 초정밀화 플라스틱, 고무, 종이 등 세라믹, 유리, 금속 (티타늄, 스테인리스 등) 생체 조직 (바이오 소재) 출처: T-Plus Database, T-Plus 분석 으로 나노 스케일 수준의 초정밀 기술발전과 함 용되며 주로 의료 및 기계부품 분야에 적용되고 께 의료, 반도체 등 3D프린팅 활용산업은 더욱 있다. 반면 수지는 플라스틱 위주로 시제품, 완 증가할 것이며, 동시에 한계점으로 지적됐던 출 구 등에 적용되며 기술적으로는 거의 완성단계 력속도 향상으로 대량 생산이 가능한 환경이 구 에 도달해 있다. 축될 것으로 예상된다. 3D프린팅 관련 특허 출원은 점점 증가하는 추 세이며 다양한 원료물질이 개발되면서 적용 분 야가 점점 확대되고 있다. 3D프린팅 대중화는 3D프린팅 기술 유형 주요 기술의 특허가 만료됨에 따라 가속화되고 3D프린팅 기술은 활용하는 소재와 적층방식 있으며, 특히 2009년 FDM(Fused Deposition 에 따라 분류할 수 있다. 3D프린팅에 활용되는 Modeling) 특허가 만료되면서 저가 3D프린팅 소재는 수지, 금속, 종이, 식재료 등 매우 다양 장비가 급속도로 확산됐다. 현재에는 제조시간 하나 이 중에서 수지와 금속이 가장 상용화돼 있 단축, 가격경쟁력 강화, 정밀성 향상, 금속소재 다. 금속 소재는 알루미늄, 티타늄 등이 많이 사 개발 등의 관점에서 기술 개발이 진행 중에 있다. 91

4 그림 2 적층방식 / 소재별 3D 프린팅기술구분 적층방식압출형 (Extrusion) 분사형 I (Material) 소재 폴리머 ( 수지 ) Polyjet 폴리머 / 금속 FDM Photopolymer Jetting Technology Paper (Film) Fused Deposition Modeling 금속 분사형 II (Binder) 3DP 3 Dimensional Printing 광조형 (Light Polymerized) SLA / DLP Stereo Lithography Apparatus Digital Light Processing 소결형 (Sintering) Selective Laser Sintering SLS Selective Laser Melting SLM 고에너지형 (DED) (1) Direct Metal Tooling DMT 층층형 (Laminated) LOM Laminated Object Manufacturing 기술별주요특징 FDM: 대부분의프린터들이채택하는방식으로, 플라스틱계열중재료강도가가장높음 Polyjet: 매끄러운표면의출력이가능하며, FDM 방식처럼부재료소모비율이높음 3DP: 액체상태의경화물질을분말원료에분사하는방식으로적층하는기술 SLA: 레이저를사용하여매우정확하며, 대체로고가의대형장비에채택됨 DLP: 정교한조형이가능하며, 유일한면단위 (cross sectional) 조형방식으로작업속도가균일 SLS / SLM: 강한레이저조사로금속계분말재료까지소결가능 DMT: 금속분말을녹여붙이는방식으로, 고가의특수금속제품을제작하는데적합 LOM: 다양한재료를연속적으로접착하는방식으로, 조형이단단하지않은단점이있음 출처 : KID, T-Plus Database, T-Plus 분석 3D프린팅의산업적용시나리오 3D프린팅은 5가지관점에서기존제조업의문제점을극복할수있을것이다. 첫째, 다양한형상의제품을동시에제공해시장고객의니즈에신속한대응이가능하다. 전통적제조업방식은단일공정기반에서한가지형상의제품만이가능한구조였으나 3D프린팅은단일형상이더라도다양한소재로생산이가능하며미세한부분의변화는설계의일부변경으로즉각적으로대응할수있다. 둘째, 제품생산시부품조립최소화로공정비용이절감된다. 수많은부품을조립해완성하는전통적제조업방식과달리 3D프린팅은부품조립을최소화하는제품설계도면을바탕으로생산이가능하다. 일례로로켓제작업체 ULA는 140개부품으로구성됐던기존제품을 3D프린팅을활용해 16개부품으로줄일수 있었다. 셋째, 대형설비최소화에따른투자자본축소가가능하다. 제조공장설립에필요한대규모부지, 대형가공기기대비 3D프린팅은제품크기에맞는 3D프린터운용만으로제작이가능하다. 사업초기뿐만아니라추가생산설비증설에따른투하자본비용을급격히절감할수있다. 넷째, 다품종소량생산체계가용이하다. 과거에는고가의제품만이고객맞춤화로제작됐다면 3D프린팅은일반소비재제품의고객맞춤화식대응도가능하게해준다. 다섯째, 분산화된공급 / 유통 / 재고관리체계구축이가능하다. 전통적제조업은중앙집중화된공장에서제품을생산해세계각지로제품을유통해판매했다. 3D프린팅은수요지역에서직접생산하고, 주문후생산대응이가능해물류및재고비용의절감을유도할뿐만아니라고객니즈대응의적시성 92 November 2017 Issue 2 DBR No.237

5 도높아질것으로전망된다. 3D프린팅기술은현재다양한산업중에서도크게산업장비, 항공, 자동차, 전자 / 소비재, 의료부문에서적극적으로활용하고있다. 3D프린팅이가장많이활용되는분야는산업장비영역으로, 금속소재 3D프린팅기술발전과함께절삭가공과적층가공을동시진행할수있는하이브리드산업용설비가지속개발중이다. 특히일본선도정밀기계 / 공작기계업체들이 3D프린팅으로제품을출력하고, 절삭가공을활용해표면을매끄럽게다듬는하이브리드형산업장비를시장에선보이며시장을선도하고있다. 국내현대위아는금속 3D프린팅전문업체인인스텍과의협업으로하이브리드산업장비를출시하고있다. 금형을디지털모델링으로대체하며점차산업장비의생산자유도가높아지는방향으로기술이발전하면서동시에출력속도가개선되면장기적으로산업장비전체부품을 3D프린팅이대체할수있는생산인프라가구축될것이다. 항공분야역시 3D프린팅이적극활용되고있다. 미국 GE는항공기부품을 3D프린팅으로대량생산하겠다고천명하면서스웨덴아르켐과독일의 SLM솔루션등 2개의유럽 3D프린팅업체를 1조5000억원에인수했다. GE는해당기업인수를통해 2020년까지약 4만개부품을 3D프린팅으로생산할예정이며이에따른비용절감효과를 30억 50억달러로예측했다. 미국 NASA 또한핵심부품인로켓엔진연료분사장치를 3D프린팅생산을통해 4개월만에프로토타입구현에성공했다. 우주항공산업은미래성장가능성이높은영역이다. 현재는수많은부품을조립하는과정에서많은비용과리스크가존재한다. 3D프린팅은신소재활용가능성을높이고복잡한형태의우주항공부품을단일구조로제작해조립기간과유지보수비용을절감할것이다. 장기적으로우주공간에서필요한부품을 현지생산하는것이 NASA의목표이기도하다. 자동차분야에서는주요완성차생산기업중심으로생산라인의 3D프린팅도입이가속화되고있다. 람보르기니는 아벤타도르 시제품을만들때 3D프린팅을활용해개발기간을 3개월 10일단축할수있었다. 포드는자체개발한 마커봇 (Marker Bot) 이라는 3D프린터를통해일부부품을생산하고있으며 BMW그룹은롤스로이스팬텀제품군에들어가는부품 1만점이상을 3D 프린팅을활용해생산할예정이다. 3D프린팅은소량의프로토타입을생산할경우전통적제조방식대비리드타임관점에서효율적이나대량생산의경우차량 1대당출력에필요한시간이길어효율성이떨어지는한계가있다. 이를극복하기위해단위생산당출력시간을절감하는데각업체가더욱노력을기울일것이다. 소비재영역은 3D프린팅기술이가장쉽게피부로와닿는영역이아닐까한다. 아디다스는 퓨처크래프트 (Futurecraft) 신발라인을출시하며개인별신체구조를디지털설계에반영한후 3D프린팅기술을활용해제품을생산했으며, 샤넬은아이코닉아이템인트위드재킷을 3D프린팅을통해제작했다. 미국가전업체월풀 (Whirlpool) 은오브젯 3D프린팅기술을활용해가죽으로디자인된냉장고를최초로생산했다. 미국 NASA의연구비지원을받고있는 SMRC 는상온에서보관가능한복합탄수화물, 당류, 단백질등을필요할때마다생산할수있는 3D 프린터개발에성공했고, 축산물을 3D프린터로생산하는기술을개발중이다. 소비재시장은산업재시장대비맞춤화 (Customization) 니즈가더큰시장이다. 향후 3D프린팅기술은이러한개별소비자의맞춤화니즈에개별적으로대응가능한역량확보에초점을맞춰진화, 발전할것이다. 또한프로토타입및제품개발기간이단축됨으로써소비재트렌드는현재보다더욱 93

6 빠르게변화할것이다. 이러한진화가지속되며개인용 3D프린팅보급이가속화되는시기가도래할경우, 소비재산업은제품을판매하는시장이아닌디자인과디지털화된설계도면을판매하는시장으로변화할것이다. 즉, 공급자가완제품을소비자에게제공하는것이아닌소비자가요구하는설계및디자인을제공하고, 생산은소비자가직접진행하는구조로변화할것이다. 의료영역은 3D프린팅잠재활용가능성이매우크다. 현재의료산업에서 3D프린팅을활용한의족, 의수등보조기기, 임플란트등치과용의료기기는이미높은수준의상용화단계에있다. 이외인공뼈, 인공귀등다양한인공신체부위생산을위해 3D프린팅을사용하는사례가지속적으로증가하고있다. 의료산업에서 3D프린팅수요가높은이유는개별의료서비스소비자가다른신체구조를보유하고있어, 그어떤산업보다도맞춤화에대한수요가크기때문이다. 의료산업에서사용되는 3D프린팅기술은정밀화될것이다. 지금까지는비교적단순한구조를가진뼈, 연골등의신체기관중심으로 3D프린팅기술이적용됐다면향후에는내부장기, 세포조직등보다정밀한기술이요구되는복잡한구조 를가진인체부위로대상이확대될것이다. 다만인체에사용되는 3D프린팅제품이별도의허가심사기준을거치지않기때문에안정성에대한고민이필요하며, 이에따라인체에무해하고인체친화적인소재개발이지속돼야할것이다. 3D프린팅분야의향후과제 3D프린팅기술의발전과함께생각해야할몇가지문제점도존재한다. 첫째, 사회적윤리및가치판단의문제다. 3D 설계도면및프린팅기술을이용해개인이총기등무기류를제작하거나인체조직을제조하는등사회적으로논란의여지가있는가치판단문제들이쟁점화될수있다. 따라서사회윤리적측면에서의충분한고민과사회구성원간의협의를통한제도구축이선행돼야한다. 둘째, 지적재산권침해및보안이슈다. 3D프린팅기술은제품설계도면의소지만으로제품제작이용이하기때문에제조기업의제품설계역량이더욱중요해질것이다. 현재까지는주로기존제품의디자인및방송콘텐츠분야등에서지적재산권침해사례가다수발생했으나향후에는의약품복제등해당이슈가 그림 3 산업별 3D 프린팅적용시나리오 현재발전단계 개발진행단계 미래개발예정 3D프린팅적용분야 주요산업 100% 1. 산업장비 경량화필요부품및일부비핵심부품에엔진등핵심부품생산및본체, 3D프린팅활용, 전체부품생산및대해서는 3D프린팅대체생산날개부분등대형부품생산준비단계대량생산체계구축하여효율성극대화 산업장비 19.9% 2. 항공 3. 자동차 4. 전자 / 소비재 / 유통 5. 의료 기계장비일부부품및 Volume 이적은공작기계등을생산진행 일부부품디자인, 프로토타입생산, After-market 제품중심도입시작 노벨티상품 i), DIY 소품및신발, 의류등섬유소재관련소비재제품생산 의족등의료보조기기및임플란트등치과용의료기기등각종의료용품 i) 광고를위해소비자에게무상으로제공하는상품 정밀기계생산프로토타입개발및공작기계경량화생산위한연구개발진행 티타늄경량소재부품및특수부품등을 3D 프린팅활용하여생산준비 전자기기핵심부품프로토타입생산및일부식품류 3D 프린팅생산준비 알약, 세포조직및이식을위한단순장기기관등에대한프로토타입개발진행 전통제조방식으로구현불가능한나노스케일초정밀가공기계생산 자동차엔진, 플랫폼까지모든부품을 3D 프린팅활용생산 제조사는 3D 프린팅모델판매, 고객스스로모델을활용하여제품생산 이식수술을위한복잡한장기기관, 나노스케일알약등생산 항공 16.6% 자동차 13.8% 전자 / 소비재 / 유통 13.1% 의료부문 12.2% 교육자재 10.5% 정부 / 군대 5.9% 기타 8.0% 2016년 출처 : Wohlers, T-Plus Database, T-Plus 분석 94 November 2017 Issue 2 DBR No.237

3D프린팅이활용되는전영역으로확산될가능성이있어지적재산권관련대응방안마련이중요한과제다. 셋째, 환경오염문제다.

이외에도 3D프린터사용에따른전력소비증가, 생산과정에서발생하는유해성물질배출등에대한우려도존재한다. 넷째, 제조업리쇼어링 (Reshoring) 가속화현상이다. 3D프린팅방식은저임금에기반한제조중심국가의경쟁력을약화시킬가능성이존재한다.

3D프린팅은금형, 공작기계, 의료용보형물제작등기존제조산업의상당부분을대체할수있으며이에따라해당산업의일자리감소에대한우려가점차현실화되고있다.

기업의대응전략해결해야할많은과제가있음에도불구하고기업입장에서는 3D프린팅을사업운영에적극적으로활용해생산성제고를도모해야할것이다. 3D프린팅기술발전에효과적으로대응할수있는 7가지팁은다음과같다.

NASA 3D프린팅로켓엔진연료분사장치자동차산업 3D프린팅적용사례람보르기니아벤타도르 3D프린팅시제품포드의 3D프린팅로봇 Maker Bot 전자 / 소비재산업 3D프린팅적용사례아디다스 3D프린팅 Futurecraft 신발 Whirlpool

7 3D프린팅이활용되는전영역으로확산될가능성이있어지적재산권관련대응방안마련이중요한과제다. 셋째, 환경오염문제다. 개인용 3D 프린터에적용되는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식의경우주로필라멘트형태의플라스틱소재를사용하며, 이에따라플라스틱사용확대로인한환경오염문제가대두될수있다. 이외에도 3D프린터사용에따른전력소비증가, 생산과정에서발생하는유해성물질배출등에대한우려도존재한다. 넷째, 제조업리쇼어링 (Reshoring) 가속화현상이다. 3D프린팅방식은저임금에기반한제조중심국가의경쟁력을약화시킬가능성이존재한다. 제조업의리쇼어링가속화는선진국과개발도상국간의경제력격차를더욱확대해글로벌경제구조의악화를가져올수있으며, 마찬가지논리가대기업과중소기업에도적용될수있다. 이는장기적으로중소기업의경쟁력약화로연결될수있다. 마지막으로일자리감소문제가있다. 3D프린팅은금형, 공작기계, 의료용보형물제작등기존제조산업의상당부분을대체할수있으며이에따라해당산업의일자리감소에대한우려가점차현실화되고있다. 3D프린팅공정관련고기능노동력에대한수요가발생하는반면, 저임금일자리는가장큰타격을받을것으로예상되며, 이로인해숙련노동력시장도축소될가능성이높아지고있다. 기업의대응전략해결해야할많은과제가있음에도불구하고기업입장에서는 3D프린팅을사업운영에적극적으로활용해생산성제고를도모해야할것이다. 3D프린팅기술발전에효과적으로대응할수있는 7가지팁은다음과같다. 1) 품질경영을통해다품종소량생산시대에대응하라 2) 제품설계중심으로생산프로세스를단순화하라 3) 그림4 산업별 3D프린팅사례산업장비 3D프린팅적용사례 DMG MORI 하이브리드정밀기계야마자키마작 3D프린팅공작기계항공 3D프린팅적용사례 GE 3D프린팅엔진부품 NASA 3D프린팅로켓엔진연료분사장치자동차산업 3D프린팅적용사례람보르기니아벤타도르 3D프린팅시제품포드의 3D프린팅로봇 Maker Bot 전자 / 소비재산업 3D프린팅적용사례아디다스 3D프린팅 Futurecraft 신발 Whirlpool 3D프린팅가죽냉장고의료산업 3D프린팅적용사례 3D프린팅으로생산한플라스틱두개골 3D프린팅으로생산한플라스틱임플란트출처 : T-Plus Database, T-Plus 분석 서비스확장을통해고객만족도를극대화하라 4) 개방형플랫폼사업모델을설계하라 5) 현지화 (Localization) 기반으로분산된물류체계를구축하라 6) 고객 DB 구축을통해다각적니즈를파악하라 7) R&D 조직체계강화로기술적역량을확보하라. 길태민티플러스컨설팅매니징파트너는대기업, 사모펀드, 벤처등의전략및 M&A 에주력하고있다. 현대비앤지스틸사외이사및벤처액셀러레이터 (Accelerator) 의어드바이저역할도수행중이다. 티플러스창립이전에보스턴컨설팅그룹 (BCG) 서울사무소를거쳤고서울대경제학과를졸업했다. 윤석찬티플러스컨설팅상무는소비재, 유통, 건설, 정보통신등다양한산업군에걸친국내외기업과 PEF, 정부등을대상으로전략수립및실행지원프로젝트의프로젝트매니저를담당하고있다. 티플러스창립초기멤버로이전에는 SK 그룹 SK Teletech 에서근무했다. 95

<C1B6BBE7BFF9BAB85F395F28C3D6C1BE292E687770>

<C1B6BBE7BFF9BAB85F395F28C3D6C1BE292E687770> 기 술 이 슈 3D프린팅 기술 현황 - 소재산업을 중심으로 Ⅰ. 제품개요 Ⅱ. 업계동향 Ⅲ. 기술경쟁력 Ⅳ. 당행 대응전략 Ⅰ 제품개요 1. 3D프린팅 개요 3D프린팅은 분말, 액체, 고체(실, 와이어, 펠릿) 형태의 특정 물질을 한 층씩 쌓아올려 3차원 형태의 입체물을 제조하는 것임 - 구현하고자 하는 물체를 3차원 그래픽 설계를 통해 가상의 물체로