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데스크탑 엔지니어링(Desktop Engineering) 잡지와 메이커봇(MakerBot) 공동 제공 경제학 101: 데스크탑 3D 프린팅 데스크탑 3D 프린터를 엔지니어링 워크플로우에 통합, 실시간 프로토타이핑과 협업을 개선해 디자인 사이클을 간소화하고 비용을 줄일 수 있습니다. 지원: 메이커봇 글: 데스크탑 엔지니어링 잡지 에디터 1

수십 년 전 데스크탑 프린터와 워드 프로세싱 소프트웨어 덕분에 직원들은 출력 작업에서 벗어나 각자 맡은 바 업무에 집중할 수 있게 된 바 있습니다. 수십 년이 지난 지금 같은 일이 벌어지고 있습니다: 데스크탑 3D 프린터를 이용해 엔지니어들이 직접 신속조형(RP)을 할 수 있게 되었고 그 결과 창조성은 강화되고 디자인 사이클은 간소화된 새로운 워크플로우가 가능해졌습니다. 수년 전부터 고사양 산업용 3D 프린터가 등장했지만 높은 비용과 전문기술이 필요한 이유로 회사 내부나 아웃소싱 업체의 전문 서비스팀에서만 사용할 수 있었습니다. 이렇게 접근이 쉽지 않고 추가 비용을 요하는 이유로 엔지니어들은 디자인 프로세스 막바지에서만 물리적 프로토타입의 검증과 테스트, 단기 부품의 생산을 위해 3D 프린팅 기술을 적용할 수 있었습니다. 기존 3D 프린팅 사용 방법으로도 시간과 비용을 아낄 수 있음이 이미 입증되었지만 전문가급 기능과 합리적 가격까지 갖춘 새로운 세대의 3D 프린터로 더 큰 혜택을 볼 수 있습니다. 3D 프린팅의 역량을 디자인 후반 단계 몇 군데에서만 적용하는 대신 데스크탑 프린터로 분산 3D 프린팅 모델을 구성, 실시간 프로토타이핑과 디자인 협업을 촉진할 수 있습니다. 또한 3D 프린팅 역량으로 멀리 떨어진 데스크탑이나 부서에서 모델 턴어라운드 다운타임을 최소화하거나 아예 없앨 수 있습니다. 이렇게 3D 프린팅을 좀 더 폭넓게 사용하고 디자인 사이클을 간소화시켜 결국 제품개발과 출시시간이 줄고 3D 프린팅의 경제적 효용이 개선됩니다. 신생기업에서 선두기업에 이르기까지 산업 전방위에서 3D 프린팅을 도입, 가시적인 성과를 보고 있습니다. 차량 디자인, 인포트로닉스(Infotronics) 그룹과 기타 부서에서 데스크탑 3D 프린터를 도입한 결과 포드 자동차(Ford Motor Co.)는 R&D의 일환으로 디자인 이터레이션을 강화하고 초기 단계에서 프로토타입을 제작하게 되었습니다. 미국항공우주국 나사(NASA)에서도 프로토타입 제작을 위해 훨씬 폭넓은 범위로 데스크탑 3D 프린팅을 활용하고 있습니다. 큐리오시티 화성 표면탐사선(Curiosity Mars Rover)에 사용된 열 차폐물의 초기 모델 제작이 그 예입니다. 엔지니어링 부서에서 직원 개개인이 쓸 수 있는 3D 프린터를 배치해 얻을 수 있는 장점 중 하나로 제품출시시간 단축을 꼽을 수 있습니다. 새로운 컨셉이나 완성된 디자인을 바로 3D 모델로 제작해 프로젝트 관계자들간 즉각적인 협업이 가능합니다. 사내 서비스팀이나 아웃소싱 업체에서 프로토타입을 완성해 보내주기를 마냥 기다리는 대신, 이제는 자체적으로 잠재적 문제를 파악하고 수정 디자인을 이터레이션 해볼 수 있습니다. 3D 프린팅 ROI (투자자본수익률) 리드 타임 단축 40-90% Stratasys에서 1,000명 이상의 3D 프린터 사용자를 대상으로 설문 조사를 실시, 그 혜택을 수치화해 봤습 니다. 조사 대상자 중 절반 이상이 사내 3D 프린터를 70-90% 이용해서 최소 10% 이상 제품출시시간을 개선했고, 3 분의 1이 3D 서비스 팀에 의뢰하는 경우와 대비 25% 이상의 개선을 보았다고 합니다.1 비용 절감 1. 사내 또는 아웃소싱? 사내 3D 프린터를 갖출 여섯 가지 메이커봇과 Stratasys의 예측에 따르면 3D 프린터로 치공구를 제작해 비즈니스 이유 (Six Business Advantages of Owning an 리드타임과 비용을 각각 40-90%, 70-90%씩 감축할 수 있다고 합니다. in-house 3D printer), Stratasys; http://goo.gl/thfnrw 2

단지 후반부가 아닌 전체 디자인 단계에서 3D 프린트 역량을 이용해 디자인 사이클 반복과 제작 오류를 줄여서도 이와 같은 이득을 볼 수 있습니다. 디자인 컨셉을 눈으로 확인할 수 있고 디자인 리뷰의 기반이 되는 현실적인 3D 모델은 스케치나 3D 가상모델로 디자인 파트너나 고객들과 회의 하는 것보다 훨씬 강력하고 효과적인 시각적 혜택을 제공합니다. 또한 초기 단계에서 3D 프린터로 부품이나 컴포넌트를 출력해 실제 현장에 적용될 경우를 보다 사실적으로 예상해 볼 수 있고, 초기에 손쉽게 잠재적 문제를 파악하고 수정해서 비용도 크게 절감할 수 있습니다. 이와 같은 혜택은 Stratasys 설문 조사에서도 메이커봇 레플리케이터(Replicatr) 데스크탑 3D 프린터. 사진제공 : 메이커봇. 확인되었습니다. 응답자의 거의 3분의 1이 사내 3D 프린터를 사용한 덕분에 디자인 사이클에서 이터레이션 수를 25% 이상 줄일 수 있었다고 합니다. 응답자 중 절반 이상은 디자인 사이클 동안 앞뒤 단계를 반복해야 하는 비효율성을 최대 10%까지 줄일 수 있었다고 밝혔습니다. 3D 프린팅은 또한 제조 프로세스를 간소화해서 비용을 줄일 수 있습니다. 메이커봇과 Stratasys의 예측에 따르면 3D 프린터로 치공구를 제작해 리드타임과 비용을 각각 40-90%, 70-90%씩 감축할 수 있다고 합니다. 개인용, 전문가급 프린터 이러한 잠재적 가치를 실현하기 위해 새로운 세대의 데스크탑 3D 프린터가 등장했습니다. 다수의 전문가급 기능을 포함하면서도 여전히 저사양 3D 프린터처럼 사용이 쉽고 비용도 합리적입니다. 산업용 3D 프린터는 대형의 빌드 용량, 고해상도 출력, 다양한 재료 등 장점이 많지만 출력작업을 다룰 숙련기술자와 효율성 지속을 위한 상당한 유지비를 요합니다. 또한 산업용 프린터 다수가 소규모 기계 공장에서 도입하기에는 가격이 높고, 유지, 인력지원 및 특수재료 때문에 지속적인 비용이 발생합니다. 이러한 제약을 해결하기 위해 데스크탑 3D 프린터에서 비약적인 발전이 이루어졌습니다. 최신 모델들은 진정한 의미의 대용량 3D 프린터로 메이커봇의 레플리케이터(Replicator) Z18가 좋은 예입니다. 세로 30cm, 가로 30.5cm, 높이 45.7cm(11.8 L x 12 W x 18 H in.) 또는 2,549 입방인치의 빌드 용량으로 웬만한 상업용 3D 프린터 못지 않습니다. FDM(Fused Deposition Modeling) 출력 기술과 100 미크론 해상도를 갖춘 Z18 등 개인용 3D 프린터들은 곡선과 모서리 등이 들어간 복잡한 디자인을 거뜬히 출력해 냅니다. 디자인 아이디어를 잘 다듬어진 컨셉으로 발전시키는 실시간 프로토타입 툴로서 제격입니다. 3

데스크탑 3D 프린터에서 성능 역량뿐 아니라 재료 선택의 폭도 크게 늘어났습니다. 메이커봇의 5세대 데스크탑 3D 프린터 라인업에서 금속, 석재와 목재로 만들어진 PLA 합성 필라멘트를 개발 하고 있는데 이는 완제품의 외관에 보다 가까운 3D 프린팅을 가능하게 하면서 동시에 PLA (polylactic acid)의 사용이 용이하고 무독성의 성질을 그대로 유지합니다. 이처럼 기능과 재료 옵션은 늘어났지만 데스크탑 3D 프린터의 가격과 접근성은 변함이 없습니다. 데스크탑 3D 프린터 중 다수가 전문가급, 사무실용 프린터 대비, 사용이 용이한 기능을 자랑합니다. 메이커봇의 전문가급 3D 프린터 라인업은 교체 가능한 스마트 압출기(Smart Extruder) 덕분에 앞으로 발생할 3D 프린팅 혁신에도 쉽게 적응할 수 있습니다. 또한 경고를 발생시키고 작동정지를 탐지하는 스마트 기술이 탑재되어 미완성 출력 작업에 시간과 비용을 허비하지 않게 해줍니다. 사무실용 프린터처럼 최신 데스크탑 전문가급 3D 프린터도 모바일이라는 시대의 흐름에 발맞추고 있습니다. 예를 들어 메이커봇 모바일을 이용해 현장이나 자택에서 일하는 엔지니어들도 스마트폰으로 3D 프린터에 액세스할 수 있습니다. 일부 프린터 모델은 온보드 카메라 등의 엑스트라 기능도 갖추고 있습니다. 온보드 카메라로 출력물을 기록해 협업 과정에 도움이 될 수 있습니다. 시작가격이 $3,000도 안 되는 메이커봇 리플리케이터(MakerBot Replicator)로 전체 디자인 프로세스에 걸쳐 분산 데스크탑 3D 프린터 모델을 사용하는 새로운 워크플로우를 구축할 수 있습니다. 별도로 갖추어 놓은 대용량 3D 프린터는 후반 단계 프로토타입과 제한된 생산 작업에 쓰십시오. 아래에서 실제 기업들이 3D 프린터에 기반한 새로운 워크플로우로 어떤 혜택을 보는지 생생한 현장의 예를 볼 수 있습니다. 더욱 빨라진 제품출시 가전제품을 전문으로 하는 GE 어플라이언스(GE Appliances)의 인큐베이터 역할을 하는 GE 퍼스트빌드(FirstBuild)는 한계를 초월하는 혁신을 달성하고 제품출시시간을 단축한다는 명확한 목표를 갖고 있습니다. 이러한 목표 달성을 위해 퍼스트빌드는 매우 혁신적인 제품디자인 방법을 도입했고 이에는 데스크탑 3D 프린팅의 역할이 중요합니다. GE 퍼스트빌드의 릭 디보스(Rick DeVos) 상임 컨설팅 엔지니어는 퍼스트 회사 : GE의 퍼스트빌드(FirstBuild) 빌드의 신속개발방법을 설명하면서 관건은 속도 라고 합니다. 컨셉 을 개발, 테스트하고 시험적으로 사용해보고 수정하는 과정에서 언제 이용 사례 : 신설회사가 아닌, 이미 정립된 회사의 제품 인큐베이터로서 GE의 퍼스트빌드는 아이디어의 가능성을 테스트해보고 제품의 출시를 앞당길 수 있는 프로세스가 필요했습니다. 메이커봇 리플리케이터 데스크탑 3D 프린터로 디자인 이터레이션과 수정이 용이해져 협업을 강화하고 턴어라운드 시간을 줄일 수 있게 되었습니다. 나 그 시간을 단축하려고 한다 며 가능한 이른 단계에서 3D 프린팅을 적용한다 고 합니다. GE 퍼스트빌드에서는 엔지니어들과 디자이너들이 3D 프린터를 직접 액세스할 수 있어 이터레이션 작업을 신속히 수행하고 필요할 때 바로 디자인을 수정할 수 있습니다. 디보스 상임 엔지니어는 바로 책상 위에 3D 프린터가 있기 때문에 빠르게 부품을 수정할 수 있다 며 신기술 덕분에 개발 사이클이 대폭 단축되었다. 아이디어를 쉽고 빠르게 테스트할 수 있어 이전에는 감히 시도 못했던 일들을 할 수 있게 되었다 고 말합니다. 4

제품 혁신 허브 스마트 토이를 제조하는 오보틱스(Orbotix)에서 도전과 실험은 당연한 일입니다. 소프트웨어 팀에는 코드실험을 권장하고 하드웨어팀에서는 메이커봇 리플리케이터 데스 크탑 3D 프린터를 이용해 이미 초기 컨셉 단계에서 부터 아이디어를 시각적으로 확인해보고 있습니다. 회의에서 탁상공론으로 아이디어를 논하거나 디자인 검토에 오래 시간을 소모하는 대신에 오보틱스 엔지니어 오보틱스는 3D 프린터로 첨단 부품을 디자인해 스마트 토이의. 프로토타입을 만들고 있습니다. 사진제공 : 오보틱스. 들은 디자인 컨셉 의도를 시각적으로 보여주기 위해 3D 출력물을 신속히 제작합니다. 오보틱스의 이안 번스타인 공동설립자이자 CTO에 따르면 이제 회의에서 오랜 시간에 걸쳐 토의하는 대신에 눈으로 보고 그냥 그 자리에서 오케이 사인을 줄 수 있다 며 각자의 생각과 아이디어를 신속히 구현하는 역량이 중요하고 이는 우리 회사의 핵심 가치 중 하나 라고 설명합니다. 스페로(Sphero) 로봇공 등의 장난감 프로토타입을 회사 : 오보틱스, 링브링즈 이용 사례 : 메이커봇 데스크탑 3D 프린터로 새로운 디자인을 실험해 볼 수 있는 창조적 유연성이 생겼습니다. 페이퍼 클립 등 각종 잡동사니로 만드는 대신 오보틱스 팀은 첨단 부품을 3D 프린팅으로 출력해 보다 발전된 디자인을 내놓을 수 있습니다. 우리는 보다 큰 규모와 보다 나은 방식으로 작업하고 있다 고 번스타인 CTO는 말합니다. 십대들 대상으로 웨어러블형 디바이스를 만드는 신생 기업인 링브링즈(Ringblingz)에서도 메이커봇 3D 프린터 를 이용해 초기 컨셉을 보다 비용 효율적으로 제작하고 있습니다. RP 서비스 업체에 $10,000 - $20,000을 지불하고 2, 3개의 프로토타입을 주문하는 대신에 그 돈의 일부만을 써서 매일같이 자체적으로 3D 출력물을 만들고 있습니다. 프린터 도입 후 2주 만에 투자금액 이상의 비용절감 효과를 달성했다고 링브링즈의 빌 펠프스(Bill Phelps) 공동설립자가 밝혔습니다. 3D 프린팅으로 또한 디자인 프로세스를 둘러싼 논쟁이 줄었다고 합니다. 이전에는 특정 부분을 곡선으로 할지 각을 넣을지를 두고 격론이 벌어지고 결국 프로토타입 업체에 두 개의 모형을 주문했어야 했다 며 이제는 불과 몇 시간 안에 둥그런 부품과 납작한 부품을 둘 다 만들어 다시 모이면 된다. 덕분에 회의 성격이 바뀌었고 생산성이 전 과정에서 개선되었다 합니다. 지속적인 신속조형(RP) 회사 : 록히드 마틴 첨단기술센터 Stratasys에서 1,000명 이상의 3D 프린터 사용자를 대상으 로 설문 조사를 실시, 그 혜택을 수치화해 봤습니다. 조사 대상자 중 절반 이상이 사내 3D 프린터를 이용해서 최소 10% 이상 제품출시 시간을 개선했고, 3분의 1이 3D 서비스 팀에 의뢰하는 경우와 대비 이용 사례 : 메이커봇 리플리케이터 데스크탑 3D 프린터를 전체 디자인 사이클에 걸쳐 사용해서 최적의 망원경 디자인을 개발하고 있습니다. 25% 이상의 개선을 보았다고 합니다. 5

디자인 프로세스 전반에 걸쳐 3D 프린팅 역량을 추가함으로써 제임스 웹 망원경 팀은 또한 모든 프로세스를 테스트하고 모든 작업이 제대로 이루어졌는지 처음부터 확인할 수 있게 되었습니다. 이는 지구에서부터 150 만 킬로미터 떨어진 우주공간에 보내질 망원경인만큼 매우 중요합니다. 록히드 마틴 첨단기술센터의 넬슨 페드레이로(Nelson Pedreiro) 과학기술 디렉터는 3D 프린팅 덕분에 부품을 초기부터 개발하고 잠재적인 문제점을 밝힐 수 있다 며 디자인 프로세스 초기부터 최적화가 가능하다 고 밝혔습니다. 병행 디자인 트랙 키시(Kisi)에서 모바일 앱 개선은 원래 쉬운 일이었지만 이제는 데스크탑 3D 프린터가 통합된 새로운 디자인 워크플로우 덕분에 벽에 고정된 디바이스 개선까지도 용이해졌습니다. 메이커봇 프린터를 이용해 키시는 전자장치케이스(electronics case)를 표준형 직사각형 박스에서 비고정 형태로 진화시킬 수 있었습니다. 회사 : 키시, 테크노틸 실시간으로 디자인을 개선하면서도 비싼 재작업이나 툴 교체도 필요 이용 사례 : 데스크탑 3D 프린터로 두 회사는 하드웨어 디자인을 최적화하고 테스트용 프로토타입을 만들 수 있습니다. 없었습니다. 메이커봇 3D 프린터를 쉽게 액세스할 수 있어 키시 디자인 팀은 하드웨어를 소프트웨어와 함께 빠르게 프로토타입 제작해서 매달 새로운 디자인을 내놓을 수 있었습니다. 더욱이 데스크탑 프린터의 첨단출력기능 덕분에 키시에서는 실제 컴포넌트 일부까지 3D 프린팅으로 제작하고 있습니다. 키시의 버나드 멜(Bernhard Mehl) 공동설립자에 따르면 아웃소싱 파트너 업체에 의뢰하는 것보다 경제적이고, 사내 서비스팀에 의뢰해 오래 기다리는 것보다 훨씬 효율적인 방법이라고 합니다. 멜 공동설립자는 작업자 데스크에 3D 프린터를 설치한 덕분에 시리얼 프로덕션을 즉각 최적화할 수 있는데 다른 곳에서 출력 작업을 했다면 너무 비싸 엄두도 못 냈을 일 이라며 바꾸느니 차라리 불충분한 디자인을 그냥 수용했을 터이다. 이제는 우리가 만들 수 있는 최고의 디자인을 사용자들에게 제공할 수 있다 고 말합니다. 캐나다의 메이커봇 재판매업체인 프레임워크 애니메이션 (framework Animation Ltd.)에서도 농업 부문 고객을 위해 유사한 작업을 하고 있습니다. 테크노틸(Technotill) 파종기 에 들어가는 패 커(packer) 컴포넌트를 3D 프린터로 출력한 일입니다. 테스트를 위해 일회성 금속 부품으로 제작했다면 수천 불의 비용과 수주 간의 턴어라운드 시간이 소요 되었을 것입 니다. 프레임워크 애니메이션의 제이슨 놋 (Jason Knott)씨에 따르면 저렴한 플라스틱 재료를 사용한 3D 프린터 덕분에 비용은 불과 수백 불로 줄었고 턴어라운드 시간도 키시의 스마트폰 연동 키 관련 새로운 디자인 워크플로우는 수일로 단축되었다고 합니다. 3D 프린팅에 기반하고 있습니다. 사진제공 : 키시 6

고객 협업 개선 기계 엔지니어링과 제품 개발 회사인 프린지(Fringe)에서는 고객과의 협업 디자인 프로세스를 매우 중요히 여깁니다. 2D 테크니컬 드로잉과 스케치 같은 기존 방법으로는 디자인 의도를 고객에게 제대로 전달하기 어렵고 특히 생산부문이나 엔지니어링 비전문가인 경우 그 어려움은 배가됩니다. 컨셉 스케칭 모드에서 현재 배치 중인 데스크탑 3D 프린터로 제품개발방향을 고객에게 설명하고 관계자들간의 이해를 도모합니다. 기존 디자인 리뷰 회사 : 프린지 이용 사례 : 3D 모델을 신속히 출력, 보다 효과적으로 디자인 의도를 고객에게 설명할 수 있습니다. 회의에서는 3D 모델 이미지를 프로젝터로 설명 했는데 이는 전문가조차 1시간 회의 동안 이해하기 어려운 일이었다 고 프린지의 존 칼 보이스(John-Karl Boyce) 제너럴 매니저는 회상합니다. 맡은 업무나 경력과는 상관없이 최대 인풋을 제공할 기회를 고객에게 부여하길 원했고 이를 위한 가장 쉬운 방법은 [3D 프린터로 출력한] 모델의 제시였다 고 합니다. 디자인 방향의 설명뿐 아니라 3D 프린팅은 CNC(computer numerically controlled) 머신 등 기존 기술에 기반한 프로토타입 제작 대비 훨씬 적은 비용과 시간을 소요하는 것으로 드러났습니다. 테스트용 금속 부품 하나를 만들겠다고 전체 프로세스를 가동했지만 맞지 않는 결과물이 나올 수 있다 고 보이스 제너럴 매니저는 경고합니다. 그 제작에만 2-8주간의 시간이 소요되어 최악의 경우 전체 개발 프로젝트에 악영향을 끼칠 수 있다. 수일 만에 엔지니어링 공수 수시간만 들여 더미 버전을 만들면 고객을 위한 가치를 더할 수 있다. 지금까지 이용 사례에서 살펴 본 바와 같이 대기업과 중소기업 모두 데스크탑 3D 프린터 투자에 만족하는 것으로 나타났습니다. 훨씬 적은 비용으로 실시간에 프로토타입을 제작할 수 있는 역량 덕분에 데스크탑 3D 프린터 투자비용을 빠르게 회수할 수 있습니다. 기존 방법으로 발생하는 지연까지 고려한다면 ROI(투자자본수익률)은 더욱 커집니다. 분산 데스크탑 3D 프린터 모델로 쉽게 따라올 수 없는 제품개발 효율개선과 사이클시간 단축이 가능해집니다. 메이커봇 제품과 서비스에 대한 보다 상세한 정보는 메이커봇 리플리케이터 Z18 3D 프린터. 메이커봇 사이트(makerbot.com)를 참조해 주십시오. 사진제공 : 메이커봇 7