3D 인쇄: 자원 고갈에 대비한 해결책

(짧은 여름휴가를 마치고 이제 나는 다시 제 자리로 돌아와서 갈수록 우려가 되는 주제에 대해 깊이 고민하고 있습니다. 그 주제란 바로 환경 자원의 미래와 3D 프린팅 기술이 기여할 수 있는 방법입니다. 이 글에 관심을 가지고 읽어 주셔서 감사합니다.)

최근 발행한 백서 에서 저는 자원 고갈 문제와 자원 고갈이 단지 경제뿐만 아니라 기본적인 제품 설계 및 제조 방식에까지 미칠 영향에 대해 문제를 제기한 바 있습니다.

또한 우리가 어떤 제품이 존재하는 사실을 항상 당연시 여기는 경향이 있다고 언급하기도 했습니다. 그러나 모든 재료가 영원히 존재하는 것은 아니기에 제품을 제조하고 설계하는 방식을 혁신할 필요가 있다는 점은 우리 모두 잘 알고 있습니다.

가상 분석: 피크오일(Peak Oil)

예를 들어, 일각의 주장처럼 만약 2008년에 피크오일(석유 생산량이 기하급수적으로 증가했다가 특정 시점을 정점으로 급격히 줄어드는 현상)이 발생하여 향후 30년간 현재 알려진 유전의 오일 생산량이 50%까지 감소한다고 가정한다면 우리가 삶을 영위하는 방식에 대단히 심각한 문제가 발생할 수 있습니다. 실제로 IMF 경제학자들은 오일 생산량이 매년 3.8%씩 감소하는 상황을 염두에 두고 있습니다. 이런 시나리오의 가장 무서운 부분은 단 3.8%의 공급 감소만으로도 오일 가격이 단기간 내에 200% 그리고 20년 후에는 800%나 치솟게 될 것이란 사실입니다.

만일 이렇게 된다면, 식료품 가격과 일반 소비재 생산 분야를 중심으로 사실상 거의 모든 생활 측면에 파급 효과가 발생할 것은 불을 보듯 뻔한 일입니다.

선진국에서도 식료품 비용이 가계 지출 중에서 많은 부분을 차지하지만, 아프리카, 아시아 및 남미 지역 국가 중 다수에서는 식료품 비용이 가장 큰 비중을 차지합니다. 예를 들어, 이집트의 하루 평균 임금은 2달러 정도인데, 밀가루 가격이 그 두 배라면 어떻게 될까요?

소비가 늘수록 성장을 촉진한다는 논리를 적용할 수 있을까요? 

정곡을 찌르는 예를 들자면, 오늘날 경기가 불황에 허덕이자 케인스 경제학 지지자들은 더 많은 '자극'과 '소비자의 소비'가 필요하다고 주장합니다. 하지만, 소비재와 포장에 사용되는 플라스틱 가격이 두 배나 세 배로 오른다면 어떻게 될까요?

3D 프린터 제조업체 입장에서 봤을 때, 3D 프린팅 기술이 대량 제품 생산에 도움이 될만한 분야는 대단히 많습니다. 일반적으로 생산 라인은 기계에 거액의 자본을 투자해야 하기 때문에 보수적일 수 밖에 없습니다. 심지어 자전거 체인 제조 와 같은 비교적 간단한 공정에도 여러 가지 기계가 동원되며 단순히 지켜보기만 하는 지루한 공정인 경우도 있습니다. 전통적인 제조 방식을 사용할 때는 변화나 혁신을 조장하거나 생산 라인의 '틀'을 깨는 사고방식을 유도할 자극제나 수단이 거의 없습니다. 그리고 지금까지는 그래도 괜찮았습니다.



Objet Connex 복합 재료 3D 프린터를 이용해서 한 번의 생산 공정으로 인쇄한 자전거 체인

3D 프린터로 제작한 생산 라인용 맞춤형 지그와 고정 장치

3D 프린팅을 이용하면 제조업체와 소비자가 모두 자전거 체인이 자전거에 설치되는 방법에 대해 다르게 생각할 수 있습니다. 예를 들어, 제조업체는 3D 프린팅을 이용해서 생산 라인의 여러 단계에 사용되며 전체 공정을 능률화할 수 있는 맞춤형 지그와 고정 장치를 제작할 수 있습니다. 이를 통해 제품 개발 시간을 줄이고 최종 소비자 가격까지 낮출 수 있습니다. 실제로 3D 프린터로 제작된 지그와 고정 장치가 이미 자동차 생산 라인, 의료 장비 생산 산업, 항공우주 산업 및 기타 중공업에서 널리 사용되고 있습니다.



Objet Connex 프린터에서 ABS와 같은 디지털 재료를 가지고 3D로 인쇄한 의료 장비 지그

3D 프린터로 인쇄한 대량 생산용 맞춤형 사출 성형기



Objet ABS와 같은 디지털 재료를 가지고 3D로 인쇄하여 사용 중인 사출 성형기

장난감 제조업체는 3D 프린팅을 이용해서 부분 주형을 제작할 수 있습니다. 주형은 일반적으로 특수 공구강으로 제작되며 수십만 회 혹은 심지어 수백만 회의 주형을 견딜 수 있어야 합니다. 그래서 주형을 도입하려면 큰 비용을 감당해야 하며 부품의 복잡성 때문에 성형 시 수반되는 비용 역시 크게 늘어납니다. 하지만, 3D 프린터 공구를 인쇄한 후 플라스틱 재료로 이 공구를 사출 성형하면 다음과 같은 여러 가지 장점이 있습니다.

  • 설계 공정 초기에 실제 원형을 확보할 수 있습니다.
  • 소규모 반복 생산에 굳이 알루미늄 혹은 강철 공구를 사용할 필요가 없습니다.
  • 초기 주형 검증을 마친 후 본격적으로 강철로 주형을 제작할 수 있어서 최종 주형 제작까지 걸리는 대기 시간이 줄어듭니다.
  • 결과적으로, 플라스틱 부품 출시 시간이 단축되고 제반 비용이 절감됩니다.

전통적인 생산 라인을 혁신할 수 있는 개인 제조 방식

물론 생산 라인 공정의 효율성을 개선하는 일과는 별도로, 자전거 체인을 개인이 사무실, 전문점 혹은 심지어 가정에서 인쇄할 수 있게 되어 대다수의 공급망에서 소요되는 비용이 완전히 없어진다고 해도 개인 제조 방식에는 많은 논란거리가 남아있습니다. 자전거 체인의 경우에는 개인 제조 방식이 도입될 가능성이 그리 크지 않은데다 마모될 수 있는 부품을 교체하는 데는 어차피 숙련된 기술이 필요하기 때문입니다. 그래도 개인 3D 프린팅이 과도한 비효율성을 덜어내어 전통적인 공급망의 비용을 줄이는 효과적인 지렛대 역할을 할 수 있을지 모른다는 가능성은 고려해 볼만합니다.

3D 프린팅 재료에 대한 새로운 사고방식

3D 프린팅으로 오늘날의 제조 공정과 공급망 시스템을 더욱 효율적으로 만드는 것도 중요하지만 3D 프린팅은 미래에 소비재 비용을 낮추는 데 일조할 수 있습니다. 그리나 초반에 언급했던 문제, 즉 자원 고갈 문제로 다시 돌아가자면, 우리에게는 훨씬 더 급진적인 사고가 필요하다는 것이 개인적인 생각입니다. 그래서 3D 프린팅 재료가 더 더욱 중요한 것입니다.

Material ConneXion 는 세계에서 7개밖에 없는 재료 컨설팅 회사입니다. 오늘날 사용할 수 있는 최신 재료나 가장 혁신적인 재료를 수집해서 범주화한 도서관을 운영하고 있습니다. 이 도서관은 설계사, 엔지니어 그리고 제조업체가 더 적은 에너지나 다른 자원이 사용되는 기계를 개발하는 새로운 방식에 대해 고민하기 좋은 장소입니다. 가령, 이곳에는 알루미늄 발포제, 전도성 유리, 반투명 콘크리트, 전도성 잉크와 같은 재료뿐만 아니라 심지어 오브젯의 광중합체 아크릴이 주재료인 3D 프린팅 재료도 진열되어 있습니다.



Objet Connex 복합 재료 3D 프린터로 인쇄한 손

만약 정말로 피크오일이 이미 발생했고 향후 20년 내에 소비재에 사용되는 플라스틱 비용이 치솟게 된다면 플라스틱과 유사한 광중합체를 이용한 고속 3D 프린팅이 새로운 비용 절감 방법으로 부상하여 제조산업에서 보편화될 지도 모릅니다.

마지막으로 이코노미스트(Economist) 웹사이트에 게시된 Material ConneXion 동영상 를 감상해보십시오. 그리고 3D 프린터에서 복합 재료로 인쇄한 사실적인 사람의 손도 반드시 확인해보십시오.

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