제트엔진부터 보석류까지 프린팅한다 - GE의 적층제조 기술

LAC-Laser Add Center에서 프린팅한 치아 임플란트 (이미지 제공: Concept Laser)

몇 해 전, GE항공의 엔지니어 8인으로 구성된 팀은 적층제조 기술을 활용하여 헬리콥터 엔진 1기를 제작하기로 했다. 레이저 빔으로 금속 분말 소재를 머리카락 하나 두께의 얇은 층(Layer)으로 만들어 적층했는데, 기존에 900여개 부품으로 제작했던 엔진을 단 14개의 부품으로만 완성했다. 특히 그 중 한 부분은 전통적인 생산 방식으로는 300여개의 부품으로 제작했던 것이니 3D 프린팅 기술의 장점을 잘 보여준다. 3D 프린팅된 부품은 기존 부품보다 40% 경량화되었을 뿐만 아니라 비용도 60% 저렴했다.

프로젝트 리더 모하마드 에테샤미(Mohammad Ehteshami)는 다음과 같이 설명한다. “이 부품들을 기존 방식으로 만들려면 적어도 10~15개 공급 업체가 필요하고, 공차(Tolerance)도 고려해야 하며, 너트, 볼트, 용접, 버팀대 등의 원부자재와 툴도 필요하다. 그런데 이제는 이 모든 것이 필요 없어졌다.” 현재, 에테샤미는 3D 프린터 및 소재 개발, 그리고 엔지니어링 컨설팅 서비스를 전담하는 GE애디티브(GE Additive)를 이끌고 있다.

GE애디티브는 부품을 아래에서부터 위로, 층을 쌓아 부품을 제작하는 적층제조 기술을 십분 활용하는데, 이 기술은 제품의 설계와 제조 방식을 빠르게 변화시키고 있다. 에테샤미 부사장에 따르면 매년 전 세계적으로 제조업에 들어가는 비용은 13조~17조 달러에 이르며, 적층제조 기술로 제조하는 사업이 전체 규모의 단 0.5%만 되어도 850억 달러 규모의 적층제조 시장이 열리는 것이다.

GE애디티브는 GE가 유럽의 3D 프린터 제조업체 2곳(컨셉레이저, 아르캄)의 지분 대다수를 인수한 2016년 가을에 발족되었다. 2016년 한 해 동안 200여 대의 프린터가 판매되었지만, 에테샤미 부사장의 예측에 따르면 2017년 프린터 판매 대수는 지난해의 2~3배로 증가할 것이다. 매그너스 르네(Magnus René) 아르캄(Arcam) CEO는 GE의 투자를 “적층제조 산업 전반에 대한 엄청난 지지”라고 밝히기도 했다.

판매되는 프린터의 상당량은 GE의 주요 사업과 직접적으로 연관되지 않은 기업들, 즉 자동차 부품, 치아 임플란트, 보석류 제작 기업 등에서 사용될 것이다. 그러나 GE의 역할은 여전히 중요하다. GE는 이미 제트 엔진, 가스 터빈, 석유와 가스 산업용 장비의 부품을 프린팅하고 있으며, 이를 통해 GE가 얻은 통찰은 아르캄(Arcam)과 컨셉레이저(Concept Laser)의 제품이 개선되는 것을 돕게 될 것이다. 에테샤미 부사장은 “우리는 3D 프린터가 어떻게 작동하고 제품이 어떻게 거동하는지를 정확히 이해합니다. 우리는 공정을 검토해보고 3D 프린터를 개선하여 더 나은 제품을 만들 수 있습니다.”고 설명하면서 그 어떤 기업도 GE를 따라올 수 없다고 덧붙였다.

왼쪽의 브래킷은 기존의 절삭가공 기법으로 제작된 것이다. 제일 왼쪽 금속 큐브를 절삭 가공한 것으로, 재료의 상당 부분이 버려졌다. 오른쪽의 브래킷은 컨셉레이저의 3D 프린터로 금속 분말을 눅여 제작한 것이다. 소재는 왼쪽에서
세 번째 큐브이며, 페기물은 가장 오른쪽 큐브에 땀긴 것으로 폐기물의 양 역시 미미했다. (이미지: Concept Laser)

또한 GE애디티브는 GE의 산업인터넷용 소프트웨어 플랫폼, 프레딕스(Predix)에 3D 프린터를 연동하여 성능 분석 및 개선에 활용할 것이다. “우리는 프린터의 정수(Soul)를 탐구하기 시작했습니다.” 에테샤미 부사장은 말한다.

GE리포트는 지난 5월 뮌헨에 설립된 고객경험센터(Customer Experience Center)에서 에테샤미 GE 부사장과 아르캄의 르네 사장, 그리고 컨셉레이저의 창립자이자 CEO인 프랭크 헤르조그 사장을 만났다. 고객경험센터는 향후 고객들을 대상으로 적층제조 관련 설계와 생산의 모든 내용을 교육할 계획이며, 올해 말까지 10대의 3D 프린터가 설치될 예정이다.

에테샤미 부사장은 이렇게 설명한다.“(적층제조 기술은) 완전히 다른 사고방식이라 할 수 있습니다. 새로운 사고방식과 완전히 다른 방식의 교육 그리고 완전히 새로운 기계가 필요합니다. 과거 우리가 겪은 것과는 완전히 다른 생태계가 기다리고 있습니다.” 고객경험센터 운영자인 롭 그리그스(Rob Griggs) 이사는 “미래를 대비한 적층제조 기술 도입에 대한 우리의 믿음은 확고하다.”고 덧붙였다.