Customer
Subaru
Headquarters
Camden, New Jersey
Industry
Automotive
Employees
37,000+
“속도가 생명이다”는 말은 여러 산업 분야에서 통용되는 좌우명입니다. 제트기를 조종하든, 스타트업을 창업하든, 제품을 제조하든, 신속하게 움직이고 효율성을 높이는 데는 확실한 이점이 있습니다. 제조업에서 속도(정확성과 결합될 때)는 경쟁 우위를 확보하고 기업이 시장 수요에 더 민첩하게 대응할 수 있게 해주기 때문에 매우 중요합니다.
스바루 오브 아메리카(Subaru of America, Inc., 이하 스바루)의 프로젝트 엔지니어링 매니저인 맷 다로프(Matt Daroff)는 이러한 현실을 잘 알고 있었습니다. 다로프와 스바루 액세서리 제품 개발(APD) 팀의 동료들은 미국에서 판매되는 모든 스바루 차량에 적용 가능한 방대한 정품 스바루 액세서리 카탈로그를 개발하는 일을 담당하고 있습니다. 이러한 액세서리를 정밀하게 장착하는 데 필요한 공구와 고정 장치는 전통적으로 금속 및 플라스틱 부품을 가공하고 볼트로 조립하는 등 기존의 방식으로 개발 및 제작되어 왔습니다. 이는 특히 시제품 검증 및 반복 작업 단계에서 느리고 비용이 많이 드는 과정이었습니다. 스바루는 적층 제조(AM)가 공구 제작 과정을 간소화할 잠재력을 확인했고, 이러한 아이디어를 바탕으로 팀의 3D 프린팅 여정이 시작되었습니다.
다른 주요 장비 투자와 마찬가지로, 이 자동차 제조사의 3D 프린터 구매 역시 확실한 사업 타당성을 입증해야 했습니다. 하지만 기존 방식대로 외주 제작하던 금형의 높은 비용을 고려할 때, 이를 입증하는 것은 그리 어렵지 않았습니다. 3D 프린팅으로 전환함으로써 스바루 APD 팀은 대형 스트라타시스 F770™ 3D 프린터 구매를 승인할 수 있었으며, 프린터 비용 외에는 최소한의 자본 투자만으로 금형 제작을 사내에서 직접 수행할 수 있게 되었습니다. “우리는 다양한 제품을 정밀하게 장착하기 위한 특수 금형과 지그를 개발합니다. 이러한 개발품 중 단 하나만 제작하는 데 드는 비용이 너무나도 높았기 때문에, 구체적인 계획을 세우자 F770 구매에 대한 사업 타당성을 입증하는 것은 어렵지 않았습니다. “해당 프로그램의 금형 시제품 제작 및 양산에 F770을 활용하면 비용을 약 70% 절감하고 약 2년 만에 투자 회수(ROI)를 달성할 수 있을 것으로 예상되었습니다.”라고 다로프는 말하며, 이후 F770이 개발 중인 다양한 차량을 포함한 여러 제품 라인의 시제품 제작 및 금형 제작에 활용되고 있다고 덧붙였습니다.
더 중요한 것은 AM이 금형 개발 프로세스에 미친 영향이었습니다. 스바루에 따르면, AM으로의 전환은 팀의 워크플로우를 완전히 변화시켰으며, 특히 금형 설계 시제품 제작 및 개발에 큰 이점을 가져다주었습니다. “기존 제조 방식에서는 금형 시제품의 반복 주기가 새로운 시제품이 나올 때마다 몇 주 정도 걸렸습니다. 적층 제조는 이 주기를 며칠 단위로 단축시켰습니다. 이를 통해 해당 제품 라인의 금형 개발 시간을 50% 이상 단축할 수 있었습니다,"라고 다로프(Daroff)는 말합니다. 또한 이를 통해 외주 대량 금형 생산에서 사내 단품, 적기 생산(JIT) 방식으로 전환할 수 있었으며, 이는 린(Lean), 유연성, 신속한 대응을 갖춘 제조의 이점을 제공하는 전략입니다.
워크플로우 측면에서 상당한 개선이 있었지만, 기존 적층 제조(AM) 기술로 대형 부품을 출력해야 하는 현실적인 제약은 여전히 존재했습니다. F770 프린터는 FDM® 필라멘트 기술을 사용하며, 차량 액세서리 장착에 필요한 대형 고정 장치를 수용할 수 있을 만큼 넉넉한 크기의 빌드 챔버를 갖추고 있습니다. 일부 고정 장치가 프린터의 100cm(39.4인치) 인쇄 베드 길이를 초과할 경우, 스바루의 공구 설계자들은 공구를 분할하여 여러 조각으로 인쇄한 후 이를 결합합니다. 하지만 대형 부품과 압출 방식 프린터의 일반적인 속도를 결합하면 인쇄 시간이 길어질 수 있습니다.
스바루 APD 팀에 따르면 이는 예상 밖의 일은 아니었습니다. 하지만 이러한 점을 인지하고 있었음에도 불구하고, 생산 일정은 여전히 공구를 프린팅할 수 있는 속도에 맞춰 조정되어야 했습니다. 또한 AM이 기존 제조 방식에 비해 비용 절감을 달성했음에도 불구하고, 다음 과제는 AM이 제공할 수 있는 차원 높은 이점, 즉 신속한 프린팅 작업을 통한 시간 절약을 어떻게 실현할 것인가였습니다.
그 해답은 F770 프린터의 속도를 최소 1.5배 이상 높이기 위해 설계된 새로운 프린트 헤드의 베타 테스트 형태로 제시되었습니다. 새로운 T25 프린트 헤드는 더 빠른 소재 압출 속도를 구현하고 더 큰 노즐 구멍을 채택하여 출력 소요 시간을 단축합니다. 또한 T25 프린트 헤드는 표준 T14 프린트 헤드와 동일한 33mm(0.013인치) 레이어 높이로 출력하여, 대부분의 형상에서 유사한 표면 마감을 구현합니다.
다양한 부품을 대상으로 한 Stratasys의 내부 테스트 결과, 표준 F770 T14 프린트 헤드에 비해 인쇄 속도가 1.86배에서 2.27배까지 향상된 것으로 나타났습니다. 스바루 팀이 36인치 길이의 공구를 출력한 결과, 속도가 1.96배 향상되었으며, 이는 T14 헤드를 사용할 때보다 출력 시간이 약 절반으로 단축된 것입니다. 새로운 T25 프린트 헤드를 도입하기 전, APD 팀은 생산 수요를 충족하기 위해 F770과 또 다른 대형 압출 프린터, 총 두 대의 프린터를 사용했습니다. 더 빠른 T25 프린트 헤드의 도입으로 스바루는 처리량을 늘리고 F770 프린터 한 대로 수요를 충족할 수 있게 되었으며, 다른 시스템은 다른 긴급 작업에 활용할 수 있게 되었습니다.
다로프는 “F770의 인쇄 속도를 높일 기회를 얻었을 때, 우리 모두는 이를 적극 지지했습니다. 지금까지는 부족한 부분을 메우기 위해 다른 기계를 사용해야 했습니다. 이제 단일 [F770] 장비 하나로 그 모든 처리량을 감당할 수 있게 되었습니다. 이는 즉시 운영의 안정성과 유연성을 높여주었으며, 다른 작업을 위해 장비 한 대를 완전히 확보할 수 있게 해주었습니다.”
T25 프린트 헤드는 시간과 비용 측면에서 스바루의 액세서리 개발 업무 효율을 높여주었을 뿐만 아니라, 이 솔루션이 가져온 이점은 더 광범위합니다. 간단히 말해, 이 솔루션은 팀이 일상 업무 과정에서 겪어왔던 몇 가지 고충을 해소하여, 과거보다 훨씬 신속하게 대응할 수 있게 해주었습니다. 이러한 신속한 대응 덕분에 운영 과정에서 지연으로 인한 결과와 비용을 더 이상 감수하지 않게 되어, 손실과 낭비를 줄일 수 있게 되었습니다.
스바루는 긴급한 공구 요청을 대표적인 사례로 꼽습니다. 이러한 상황에서 처리 속도를 높이면 설치 팀의 지연을 방지하고, 낭비를 줄이며, 그렇지 않으면 놓칠 수 있는 비즈니스 기회를 지킬 수 있습니다. 다로프는 “우리의 낭비 대부분은 시간과 직결됩니다”라고 말합니다. “시간 손실의 비용은 기회 비용입니다. 우리 팀이 제품을 자신감 있고 정밀하게 설치하는 데 필요한 도구를 갖추지 못하면, 아예 설치하지 않을 것입니다. 따라서 팀이 업무를 수행하는 데 필요한 도구를 더 빨리 확보할수록, 고객에게 가치를 창출하는 시기도 앞당길 수 있습니다. 반대로 현장에서 파손되거나 분실된 도구를 교체하거나 새로운 도구 요청에 신속하게 대응하지 못한다면, 이는 제품을 공급할 기회를 놓치는 것을 의미합니다”라고 그는 덧붙입니다.
비용 절감 효과는 차치하고서라도, 이는 폐기물을 줄이고 자원을 절약하며 자연 환경을 보존하겠다는 자동차 제조사의 환경적 약속을 뒷받침하며, 모든 스바루 제품이 매립 폐기물 제로 생산 공장에서 제조된다는 사실과 직접적으로 연결됩니다.
스바루가 사내에서 적층 제조를 도입할 것을 검토했을 때, 초점은 다양한 적층 제조 장비 제조사들을 포함할 수 있는 가능성에 맞춰져 있었습니다. 내부 고객들과의 논의를 바탕으로, 개발팀은 대형 압출 방식의 프린팅 기술로 범위를 좁혔습니다. 다로프는 “전 세계 제조사들의 장비 중 평가할 기종을 7~8종 정도 선정했던 것으로 기억합니다”라고 말합니다. “당시에는 스트라타시스(Stratasys) 제품은 하나도 없었습니다. 당시 파악된 예산 범위 내에서 볼 때, 스트라타시스는 현실적으로 고려할 수 있는 범위를 벗어난다고 생각했습니다. 우리는 비용, 품질, 효율성 사이의 균형을 찾고 있었습니다.”
스바루는 검토 대상인 여러 제조사로부터 평가를 위한 샘플 부품을 요청했습니다. 하지만 이전에 스트라타시스 기술로 얻은 긍정적인 경험을 바탕으로, 벤치마크용으로 사용할 샘플을 스트라타시스에도 요청했습니다. 제출된 샘플을 비교한 결과, 스바루 팀은 스트라타시스 산업용 프린터의 출력물에서 뚜렷한 차이를 확인했습니다. “그 평가 과정에서 [스트라타시스] 장비의 품질과 출력물에서 나타나는 차이를 확인하자마자, 우리는 경영진에게 ‘이것이 더 큰 투자가 될 수 있다는 점을 이해하지만, 그만한 가치가 있다’고 설득할 수 있는 강력한 근거를 확보하게 되었습니다,”라고 다로프는 말합니다.
자동차 제조사가 단순한 장비 업그레이드만으로 공정 효율을 거의 100%나 향상시키는 일은 흔치 않습니다. 하지만 스바루는 F770 프린터에 T25 프린트 헤드를 적용함으로써 이를 실현해냈습니다. 그 결과, 상당한 후속 이점을 얻을 수 있는 길이 열렸으며, 금형 개발 주기를 며칠에서 하루로, 경우에 따라서는 몇 시간으로 더욱 단축할 수 있게 되었습니다. 이러한 효율성과 적시 생산(JIT) 워크플로우로의 전환이 결합되어 APD 팀은 고객과 훨씬 더 신속하게 소통하고 협력할 수 있게 되었습니다.
다로프(Daroff)는 이를 다음과 같이 설명합니다. “부품을 고객에게 더 빨리 전달하면, 개발 단계에서 우리가 놓쳤을 수 있는 부분을 테스트하거나 이미 훌륭한 설계에 대한 합리적인 개선 기회를 파악할 수 있는 기회가 고객에게 주어집니다. 이를 통해 우리는 수정 및 개선을 더 빨리 수행할 수 있으며, 결함 있는 제품이 생산되기 전에 발생하는 시간과 자재 낭비를 최소화하고 지속적인 개선의 기회를 극대화할 수 있습니다.”
스바루에게 속도는 단순히 더 빠르게 출력하는 것을 넘어, 문제를 더 빨리 포착하고 낭비를 줄이며, 더 큰 확신을 가지고 부품을 시장에 출시하는 것을 의미합니다. T25 프린트 헤드가 장착된 F770은 이를 가능하게 하는 데 기여했습니다.
