3D 프린터! 전통적인 제조·물류에 불어오는 새로운 바람

안녕하세룡! 특파룡 11기 꿈청년 원종한 기자입니다:) 혹시 근로자 단 10명이 연간 50만 켤레의 신발을 만드는 공장에 대해서 들어보셨나요? 심지어 한 켤레의 신발을 만드는데 걸리는 시간은 단 5시간입니다. 참고로 기존 신발 공장에서 연간 신발 50만 켤레를 만들기 위해서는 600명의 근로자가 필요하고 한 켤레의 신발을 만드는데 걸리는 시간은 3주입니다. 이 공장은 10년 뒤 미래의 공장이 아닙니다. 바로 독일의 아디다스 사의 ‘스피드 팩토리’입니다. 이 공장은 3D 프린터 도입으로 기존의 유통 프로세스를 변화시키고 생산의 효율성을 높이고 있습니다. 오늘은 이러한 혁신을 가능하게 한 3D 프린터에 대해 알아보고 이 신기술이 일으키는 새로운 바람에서 물류기업이 해야 할 일에 대해 같이 이야기 해볼까요?

#1. 3D 프린터란?

<그림 1. 큐브테크의 산업 3D 프린터> - 출처 : 본인 촬영

<그림 2. 큐브테크의 산업용 프린터  내부 모습> - 출처 : 본인 촬영

3D 프린터란 2D 프린터가 활자나 그림을 인쇄하듯이 입력한 도면을 바탕으로 3차원의 입체 물품을 만들어내는 기계입니다. 3D 프린터가 최근 5년 사이에 본격적으로 보급되고 있지만, 사실 1980년대에 3D 시스템즈라는 미국의 회사에서 시제품을 만들기 위해 개발되었습니다. 하지만 지적재산권 행사 기간이 종료되고 3D 프린터를 제작하는 비용이 급격히 감소함에 따라 3D 프린터 산업이 최근에 본격적으로 개발되어 보급되고 있다고 하네요! 3D 프린터는 입체 형태의 인쇄물을 만드는 방식에 따라 2차원의 면을 층층이 쌓아 올리는 적층형과 커다란 덩어리를 조각하듯 깎는 절삭형으로 구분됩니다. 절삭형의 경우 재료의 손실이 발생하기 때문에 최근 보급되는 3D 프린터는 대부분 적층형 프린터입니다. 그리고 3D 프린터의 크기는 개인용인지 산업용인지에 따라 책상 위에 올릴 수 있는 작은 크기부터 위의 산업용 프린터처럼 큰 크기까지 다양합니다.

#2. 3D 프린터는 왜 쓰는 것이에요?

국내외 기업들은 3D프린터 기술 자체의 발전뿐만 아니라 활용에도 많은 관심을 갖고 있습니다. 그렇다면 왜 3D프린터를 활용하려고 하는 걸까요? 그 도입 효과에 대해 알아보겠습니다!

첫 번째로 3D 프린터는 시제품 제작에 드는 비용과 시간을 절감하기 위해서 사용할 수 있습니다. 3D 프린터는 3D 설계 데이터만 있으면 별도의 다른 작업이 필요 없이 장비 스스로 조형을 합니다. 현재는 자동차, 의료, 패션, 항공, 건축 등의 분야에서 대부분의 시제품 생산이 가능합니다.

두 번째로 3D 프린터는 고객의 수요가 발생하는 지점에서 생산할 수 있기 때문에 운송에 대한 리드타임과 비용을 감소시키고 고객 수요에 대한 신속한 대응이 가능합니다.

세 번째로 3D 프린터가 도입될 시, PLC(Product Life Cycle)의 도입기와 쇠퇴기에 활용하기에 효율적입니다. 도입기와 쇠퇴기에는 생산하고자 하는 상품에 대한 수요가 확실하지 않고 위험요소가 많이 존재합니다. 따라서 이 시기에 대량생산 방식은 적합하지 않고 그 대안으로 3D 프린팅을 사용한다면 오히려 대량생산 방식보다 효율적입니다.

#3. 3D 프린터 기술, 대량생산이 어렵다는데? 국내 업체 현황은!

3D 프린터의 도입이 갖는 장점에도 불구하고, 기술의 전면적인 채택이 어려운 점은 3D 프린터의 소재와 속도에 대한 제약 때문에 대량생산에는 적합하지 않다는 것입니다. 해당 문제에 대해서 국내 업체의 현황은 어떠한지를 알아보기 위해 2016년 10월에 킨텍스에서 열린 2016 로보월드에 참여하여 국내의 두 3D 프린터 업체들을 만나보았습니다.

첫 번째는 프로토텍입니다. 프로토텍은 3D 프린터 시장에서 세계 시장 점유율 1위에 있는 Stratasys사의 물건을 판매하는 한국의 파트너사입니다. 프로토텍의 마케팅부서 최지윤 과장님과의 인터뷰 내용을 함께 들어볼까요?

Q. 안녕하세요. 인천항만공사 기자단 특파룡 11기 원종한입니다. 우선 본 인터뷰에 응해주셔서 감사합니다. 본격적인 인터뷰에 앞서 프로토텍이 판매하고 있는 Stratasys사의 3D 프린터에 대한 소개 부탁드립니다.

A. 안녕하세요. 프로토텍 최지윤입니다. Stratasys사는 세계 점유율 1위 3D 프린터를 제조하는 회사이며, FDM 기술과 Polyjet 기술의 3D 프린터를 공급하고 있습니다. FDM(Fused Deposition Modeling)기술은 엔지니어링 플라스틱(ABS, PC, Nylon12, Nylon6, Ultem 등)을 사용하여 적층하는 방식으로 시제품 제작뿐만 아니라 제주 툴링 및 다품종 소량생산의 최종제품에도 확용이 되고 있습니다. Polyjet 기술은 광경화성액상수지를 사용하며 마이크로미터 단위의 얇은 레이어로 분사되기 때문에 표면 퀄리티가 좋고, 미세 형상 구현이 가능합니다. 이 기술은 액상수지를 최대 6개 까지 혼합하여 사용할 수 있기 때문에 36만가지 컬러 구현 및 투명, 고무 등 다양한 물성의 제품을 제작할 수 있습니다.

Q. 감사합니다. 먼저 드리고 싶은 질문은 본사의 3D 프린터의 생산 속도와 비용을 알고 싶습니다.

A. 해당 시제품은 LG 자동차 전기차 개발에 활용된 맞춤형 계기판입니다. ABS 소재를 활용하여 제작하였으며, 제작 시간은 약 40시간, 재료비용은 1kg에 약 50만원 정도입니다. 실제적으로 전기차 개발에 적용하여 사용되고 있으며, 사상처리 및 도장작업을 통해 실제 사용가능한 제품으로 제작하여 사용하고 있습니다. ABS의 경우 일반 사출품의 80%정도 인장강도가 나오기 때문에 위 사례와 같이 최종 제품 및 제조 툴링의 어플리케이션이 가능합니다.

<그림 3. LG 자동차 맞춤형 계기판> - 출처 : 프로토텍 제공

두 번째 업체는 큐브테크입니다. 이 업체는 일반적인 3D 프린터 업체들과 달리 메탈을 주 소재로 다루는 산업용 3D 프린터를 개발, 제작, 판매하고 있었습니다. 인터뷰는 큐브테크의 천중원 대표님과 진행하였습니다.

Q. 안녕하세요. 인천항만공사 기자단 특파룡 11기 원종한입니다. 우선 본 인터뷰에 응해주셔서 감사합니다. 본격적인 인터뷰에 앞서 큐브테크의 3D 프린터에 대한 소개 부탁드립니다.

A. 안녕하세요. 큐브테크 대표 천중원입니다. 먼저 본사의 3D 프린터는 메탈을 주 소재로 다루는 산업용 3D 프린터입니다. 기존 시제품과 동일한 강도의 시제품을 제작할 수 있고, 3D 프린터로 제조업에서 사용하는 대량생산을 위한 금형을 만들고 있습니다. 그 외에도 PC용 부품과 자동차에 사용되는 메탈부품을 제조하고 있습니다.

Q. 감사합니다. 먼저 드리고 싶은 질문은 본사의 3D 프린터의 생산 속도와 비용을 알고 싶습니다.

A. 3D 프린팅의 속도와 비용에서 시간의 경우 타이어 금형에 사용되는 작은 3D 사이프의 경우 13시간이 소요되고 재료는 361L을 사용하며 1kg 당 16만원 정도로 제공하고 있습니다.

<그림 4. 타이어 금형에 사용되는 3D 사이프> - 출처 : 본인 촬영

Q. 3D 프린터에 사용되는 원료 가격이 생각보다 높은 것 같습니다. 혹시 원료의 가격 하락이 추후에 가능할지 알고 싶습니다.

A. 재료 원가 자체가 하락할 수는 없지만, 앞으로 3D 프린터 시장이 확대된다면 규모의 경제를 통해서 단가가 하락할 것이라고 예상됩니다.

두 업체에 대한 취재의 결과, 제품 생산 시간도 생각보다 길지만 3D 프린팅에 소요되는 비용이 전통적인 공급망의 생산과 운송비용보다 크다고 생각했습니다. 따라서 아직은 3D 프린터 기술이 대량생산으로의 솔루션을 제공하기에는 다소 어려워 보였습니다.

#4. 초점을 바꾸어서 온디맨드 서비스로, 아디다스와 UPS

국내 현황 파악을 통해서 3D프린터 재료 비용과 생산 속도의 제한으로 인해 대량생산이 어렵다는 것을 확인할 수 있었습니다. 현재는 기술 자체의 한계로 인해 대량생산이 불가하지만, 초점을 바꾸어서 3D 프린터가 갖는 이점-(1)시제품 생산 완성단계 (2)수요지와 근접 생산 (3)제품수명주기의 도입기와 쇠퇴기에 활용-을 활용한다면 어떨까요? 여기, 3D 프린터 기술을 통해서 온디맨드 서비스 구축에 성공한 두 가지 해외사례가 있습니다. 이를 통해 아직은 기술적인 한계로 대량생산을 어렵지만 3D 프린터를 이용한 비즈니스 모델의 가능성을 확인할 수 있습니다.

#4-1. 아디다스의 스피드 팩토리, ‘고객과 더 가까운 곳에서 고객이 원하는 것을 판다’

서론에서 언급한 아디디스사의 ‘스피드 팩토리’는 3D 프린터의 도입으로 생산성 크게 높였습니다. 하지만 스피드 팩토리는 사실 3D 프린터 도입으로 ‘고객과 더 가까운 곳에서 고객이 원하는 것을 판다’라는 모토에 집중합니다.

첫 번째로, 스피드 팩토리는 고객과 더 가깝습니다. 과거 아시아 지역에서 상품을 만들고 주요 수요지인 유럽과 미국으로 운송했던 것과 달리, 스피드 팩토리는 고객과 더 가까운 곳인 독일과 미국에 위치합니다. 고임금 지역이지만 로봇과 3D 프린터가 공정의 대부분을 수행하기 때문에 가능해진 일입니다.

두 번째로, 스피드 팩토리는 고객이 원하는 것을 팝니다. 고객은 깔창부터 신발 끈까지 자신이 원하는 디자인을 선택하여 주문합니다. 고객의 주문이 마치면 3D 프린터와 로봇으로 구성된 생산라인이 가동되고 ‘스피드’라는 이름에 맞게 24시간 내에 제품을 생산하여 배송할 수 있습니다. 물론, 모든 생산은 고객의 주문에 의해서만 이루어지기 때문에 재고가 발생하지 않습니다.

스피드 팩토리의 고객 중심의 모토는 제품 사이클이 짧아지는 트렌드에 신속한 대응을 가능하게 합니다. 아디다스의 기존 공급프로세스는 디자인에서 매장 진열까지 보통 18개월이 걸립니다. 그러나 스피드 팩토리는 전체 과정을 단 10일 이내로 단축할 수 있습니다.  

#4-2. UPS의 3D 프린트 서비스, ‘물류회사가 제조를 한다’

글로벌 물류업체인 UPS는 2015년 7월부터 수배송 거점 및 사무서비스를 제공하고 있는 UPS Store에서 3D 프린트 서비스를 시작했습니다. 현재 미국 내 60여 개의 지점에서 3D 프린터를 구매하기 힘든 중소기업을 대상으로 서비스를 제공하고 있습니다. UPS Store에서는 운송뿐만 아니라 간단한 제조와 조립 서비스까지 제공하고 있습니다. 

한 예로, 고객사인 Hopkins Golf의 경우, UPS는 Hopkins Golf사에서 주문이 들어오는 순간 고객사에서 제공한 물건의 소스를 3D 프린터로 제조하여 바로 배송을 시작합니다. 화주사의 입장에서는 생산된 물건을 조립 및 포장할 필요가 없어지기 때문에 리드타임이 감소하고 화물을 포장하고 수송하는 인력소모가 감소하기 때문에 비용이 감소합니다. 반면에 UPS는 화주의 물건을 인계받고 허브나 서브터미널까지 운송할 필요가 없어지고 허브터미널에서 바로 생산되기 때문에 바로 배송을 시작할 수 있어 리드타임이 단축되고 인건비 및 운송비가 감소합니다. 이는 화주와 업체 모두에게 이익이 되는 서비스가 됩니다.

#5. 3D 프린터가 불어오는 새로운 혁신의 바람, 종합물류기업이 해야 할 일은?

3D 프린터를 통해서 온디맨드 서비스 구축에 성공한 두 해외기업의 사례를 통해서 우리는 3D 프린터 기술이 제조와 물류를 융합하여 혁신적인 비즈니스 모델을 만들 수 있다는 것을 확인할 수 있었습니다. 많은 물류기업이 3D 프린팅 기술이 널리 보급될수록 전통적인 물류가 설 자리를 잃을 것이라며 두려워합니다. 실제로 이 기술이 산업 전반에 채택된다면 물류 시장은 작아질 것입니다. 하지만 그 시장 내부에서 소비자의 요구 속도는 증가하고 이에 대응하기 위한 물류의 순환 속도 또한 한층 빨라질 것입니다. 만약에 물류 기업은 이런 변화를 오히려 리드하여 물류와 3D 프린터 기술을 융합해 선점적인 위치에 올라선다면, 기존 프로세스가 갖는 이익 구조보다 더 많은 이윤을 창출할 수 있을 것입니다.

그럼에도 불구하고 여전히 세계적인 물류기업들도 3D 프린터 물류는 걸음마 단계입니다. 선구적인 물류기업이 3D 프린터 기술을 물류에 발전시킨다면, 다품종 소량생산 산업에 적합한 PLC의 도입기, 쇠퇴기 제품의 과잉공급을 해결하고 배치사이즈 산업 시장을 선점할 수 있습니다. 그리고 미래에 3D 프린터 기술이 산업 전반을 지배하게 될 때, 준비된 기업은 시장을 선도할 수 있을 것이라 생각합니다. 감사합니다.