30년 전, 저는 3D 프린팅을 시제품 제작 단계에서 제조 단계로 발전시키기 위한 여정을 시작했습니다. 1999년 3D 프린팅과 사출 성형을 비교한 초기 경제성 분석을 바탕으로, 저는 2003년에 “인쇄 및 융합(print and fuse)” 방식의 폴리머 파우더 베드 퓨전(PPBF)에 대한 최초 특허를 출원했습니다. 제 비전은 분명했습니다. 바로 PPBF에서 레이저를 제거하여 확장 가능한 제조를 실현하는 것이었습니다.
지난 30년 동안, 폴리머 파우더 베드 퓨전(PPBF)은 제가 구상했던 대로 흥미로운 시제품 제작 기술에서 진정한 제조 공정으로 진화했습니다. 오늘날 우리는 자동차에서 소비재에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 생산 적용 사례를 볼 수 있으며, 이는 점점 더 다양해지는 장비 제조업체 및 소재 공급업체 생태계에 의해 뒷받침되고 있습니다.
이것이 바로 제가 프린트헤드 기반 파우더 베드 융합 기술을 처음 개발했을 때 기대했던 바로 그 모습입니다. 업계는 성숙해졌고, 혁신은 가속화되고 있으며, 고객들은 이제 그 어느 때보다 더 많은 선택권을 갖게 되었습니다.
PPBF의 발전 과정은 정말 흥미로웠습니다.
레이저 기반 시스템은 이 산업의 토대를 마련했으며, 여전히 첨단 소재를 활용한 전문 응용 분야에 프로토타이핑 솔루션과 이점을 제공하고 있습니다. 한편, 프린트헤드 기반 PBF는 부품당 비용을 낮추고 확장 가능한 제조 공정을 통해 대량 생산을 실현하겠다는 저의 초기 의도를 실현해 나가고 있습니다.
현재 SAF®, HP Multi Jet Fusion(MJF), voxeljet High Speed Sintering(HSS) 등 다양한 프린트헤드 기반 PPBF 버전을 개발하는 여러 공급업체를 보는 것은 보람 있는 일이며, 2003년에 최초의 프린트 및 용융 특허를 출원했을 때 제가 기대했던 바로 그 모습입니다. 이러한 기술들이 결합되어 매출 10억 달러를 훌쩍 넘는 시장을 형성했으며, 이는 프린트헤드 기반 PPBF가 가져온 지속적인 영향력을 입증하고 있습니다.
PPBF가 본격적으로 양산 단계로 접어들면서 한 가지 교훈이 점점 더 분명해지고 있습니다. 바로 제조는 언제나 상충 관계의 균형을 맞추는 과정이라는 점입니다.
PPBF의 경우, 네스팅 밀도, 분말 재생 비율, 적층 속도, 부품 품질과 같은 요소들은 모두 서로 밀접하게 연관되어 있습니다. 네스팅 밀도를 높이면 부품당 비용을 절감할 수 있습니다. 재활용 분말 함량을 높이면 재료비를 낮출 수 있습니다. 하지만 공정을 세심하게 제어하지 않으면 이 두 가지 모두 치수 정확도, 기계적 성능, 표면 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.
모든 성능 지표를 동시에 극대화하는 단일 설정은 존재하지 않습니다. 이러한 상충 관계를 이해하는 것이야말로 성공적인 제조와 인상적인 시연을 구분 짓는 핵심입니다.
이는 SAF가 대량 생산에 점점 더 많이 채택되고 있는 이유를 설명해 줍니다. SAF는 고속 스캐닝 레이저나 베드 위의 냉각 유체 사용을 피하기 때문에 앞서 설명한 상충 관계를 유발할 수는 있지만, 그 발생 가능성이 상대적으로 낮습니다. 이 두 요소는 모두 “오렌지 껍질”이나 “코끼리 피부”와 같은 표면 결함을 유발하기 때문입니다.
이것이 바로 마케팅 주장을 항상 맥락 속에서 바라보아야 하는 이유입니다.
낮은 네스팅 밀도와 높은 순수 분말 함량으로 제작된 외관이 뛰어난 시연용 부품을 선보이는 동시에, 네스팅 밀도가 매우 높은 생산 빌드에 대한 프레젠테이션을 보여주면서도 해당 빌드에서 나온 실제 부품은 보여주지 않는 것이 전적으로 가능합니다. 이러한 결과들이 함께 달성되지 않는 한, 고객은 전체적인 상황을 파악할 수 없습니다.
중요한 질문은 기계가 뛰어난 품질의 부품을 생산할 수 있는지 여부가 아닙니다.
중요한 질문은 그 기계가 실제 생산 네스팅 밀도에서, 현실적인 분말 재활용 전략을 사용하여 매일 반복적으로 동일한 품질을 생산할 수 있는지 여부입니다.
그것이 바로 제조입니다.
경제성 측면에서도 같은 논리가 적용됩니다. 구매 가격은 방정식의 한 부분에 불과합니다. 총 소유 비용은 네스팅 밀도, 분말 교체 비율, 인건비, 수율, 그리고 무엇보다도 부품 품질에 따라 달라집니다. 폐기하거나 재가공해야 하는 저품질 부품을 생산하는 것은 부품당 비용을 증가시키는 가장 빠른 방법 중 하나입니다.
이것이 바로 마케팅 주장을 항상 맥락 속에서 바라봐야 하는 이유입니다.
낮은 네스팅 밀도와 높은 순수 분말 함량으로 제작된 외관이 뛰어난 시연용 부품을 선보이는 동시에, 네스팅 밀도가 매우 높은 생산 빌드에 대한 프레젠테이션을 제시할 수는 있지만, 해당 빌드에서 실제로 생산된 부품은 보여주지 않을 수 있습니다. 이러한 결과가 동시에 달성되지 않는 한, 고객은 전체적인 상황을 파악할 수 없습니다.
중요한 질문은 기계가 뛰어난 품질의 부품을 생산할 수 있는지 여부가 아닙니다.
중요한 질문은 그 기계가 실제 생산 네스팅 밀도에서, 현실적인 분말 재활용 전략을 적용하여 매일 반복적으로 동일한 품질의 부품을 생산할 수 있는지 여부입니다.
그것이 바로 제조입니다.
경제성 측면에서도 같은 논리가 적용됩니다. 구매 가격은 방정식의 한 부분에 불과합니다. 총 소유 비용은 네스팅 밀도, 분말 교체 비율, 인건비, 수율, 그리고 무엇보다도 부품 품질에 따라 달라집니다. 폐기하거나 재가공해야 하는 저품질 부품을 생산하는 것은 부품당 비용을 증가시키는 가장 빠른 방법 중 하나입니다.
SAF 기술을 개발할 때, 우리는 처음부터 이러한 상충 관계를 인지하고 있었습니다. 단순히 개별적인 성능 수치만을 공개하기보다는, 고객들이 실제 제조 환경에서 이 기술이 어떻게 작동하는지 이해하기를 원했습니다. 우리는 이러한 상충 관계를 숨기지 않았습니다.
바로 그 때문에 당사의 초기 소재 데이터 시트에는 여러 대의 장비와 다양한 제조 현장에서 전체 제작 영역에 걸쳐 제작된 30회 이상의 제작 결과와 1,000개 이상의 인장 시험편 데이터가 포함되었습니다.
더 중요한 점은, 동일한 빌드에서 생산된 부품을 사용하여 기계적 성능, 치수 정확도 및 외관 품질을 의도적으로 측정했다는 것입니다. 파우더 베드 융합(PBF) 방식에 익숙한 사용자라면, 부품 강도와 같은 한 가지 특성을 최적화하면 정확도와 같은 다른 특성이 종종 저하될 수 있다는 사실을 잘 알고 있습니다. 안타깝게도 장비 공급업체들이 한 빌드의 기계적 특성을 인용하고 다른 빌드의 정확도를 인용하는 경우가 흔히 있었습니다. 저희는 고객 여러분께 이상화된 단일 지점의 결과보다는, 이러한 실제 엔지니어링상의 절충점을 반영한 데이터를 제공해야 한다고 믿었습니다.
이러한 투명성 철학은 단발적인 최고 성능보다 일관성이 훨씬 더 중요한 까다로운 생산 환경에서 신뢰를 구축하는 데 기여했습니다.
오늘날 SAF는 제조 라인에 최종 사용 부품을 공급하기 위해 기계가 24시간 가동되는 자동차 분야를 비롯한 산업 생산 현장에서 활용되고 있습니다.
이러한 환경에서 성공은 시제품이나 표면적인 사양으로 평가되지 않습니다. 성공은 재현성, 예측 가능한 수율, 그리고 모든 생산 과정에서 요구되는 품질을 달성할 수 있다는 확신을 통해 평가됩니다.
우리 산업이 지속적으로 성장함에 따라, 우리 모두는 기술을 정직하고 투명하게 제시할 책임이 있다고 믿습니다. 다양한 공급업체들이 각기 다른 혁신 기술을 시장에 선보이고 있는 만큼, PPBF의 미래는 매우 밝습니다. 이러한 다양성은 기술 도입을 계속해서 가속화할 것입니다.
하지만 고객들은 과거보다 더 심도 있는 질문을 던져야 합니다.
이 부품들은 어떤 네스팅 밀도로 생산되었나요? 어떤 분말 재생 비율이 사용되었나요? 공개된 기계적 특성, 치수 정확도 및 표면 마감은 모두 동일한 생산 배치에서 측정된 것입니까? 이러한 결과는 시간이 지나도 얼마나 재현성이 높습니까? 공정이 수작업 마감에 얼마나 의존하며, 그에 소요되는 시간과 인건비는 얼마입니까?
이러한 상충 관계를 이해하는 것이 표면적인 사양을 비교하는 것보다 궁극적으로 훨씬 더 중요합니다.
제조업은 결코 단 하나의 인상적인 부품을 생산하는 것이 목적이 아니었기 때문입니다.
제조업은 언제나 수천 개의 동일한 부품을 경제적이고, 예측 가능하며, 확신을 가지고 생산하는 것이었습니다. 지난 30년 동안 이 산업이 오늘날의 위치에 이르도록 제 역할을 다해 온 것을 자랑스럽게 생각하며, 업계로서 투명성과 실증적 근거를 바탕으로 기술을 지속적으로 발전시켜 나가야 할 책임감을 느낍니다. 무엇보다도, 저는 PPBF의 미래에 큰 기대를 걸고 있습니다.
