불과 몇 년 전만해도 800여개의 부품으로 조립해서 제작하던 신형 터보프롭 엔진의 어셈블리는 이제 단 12개여의 부품으로 제작이 가능하다. 바로 이것이 3D 프린팅 기술의 위력이다. GE의 엔지니어들은 적층제조 기술을 활용하여 수백가지 금속 부품을 하나의 부품으로 만들 수 있었다. 복잡성을 장애물이 아닌 기회로 전환시켜, 제품의 성능과 개발 속도를 가속화할 수 있었다. 물론 다른 장점도 많이 있었다.
3D 프린팅 기술은 컴퓨터 설계 도면대로 부품의 요소를 한 레이어(layer)씩 쌓아 가기 때문에 복잡한 구조의 부품의 제조가 가능하다. 레이저나 전자빔으로 미세한 금속 분말을 용융하여 아주 얇은 레이어의 정확한 형상을 만들고 이를 적층하여 최종 형태로 만든다. 과거라면 이런 형상을 만드는 것은 불가능했거나, 난이도가 높아 비현실적이었다.
물론 지금도 항공기 부품과 같은 복잡한 부품을 3D 프린팅하는 것은 대단히 어렵다. 이런 문제를 해결하기 위해 GE항공은 오하이오 주에 대규모 적층제조 기술센터(ATC)를 설립하였고, 엔지니어들은 이곳에서 3D 프린팅 부품의 양산을 준비할 수 있다. 현재 GE리서치와 GE애디티브는 적층제조를 더욱 쉽게 만들기 위해 푸시-투-프린트(print-to-print)라는 방식으로 공정을 단순화하려고 한다.
GE리서치 임베디드 컴퓨팅 선임 엔지니어인 랜디 로쉬(Randy Rausch) “엣지 컴퓨팅(edge computing) 기술을 3D 프린터에 통합하여, 3D 프린터는 ‘디지털 눈’을 가질 수 있었고, 모든 제조 과정에서 각각의 레이어를 추적할 수 있게 되었습니다. 우리는 제조업체가 실시간으로 3D프린팅 제조 상태를 파악하여 부품의 품질을 확인하고, 계속 진행할 지 아니면 폐기해야 할 지를 확인할 수 있기를 바랍니다.”라고 설명한다.
엣지 컴퓨팅은 데이터 처리를 위해 데이터를 클라우드로 보내는 것과는 반대 컨셉이다. 이름에서 알 수 있듯이 엣지 컴퓨터는 기계(3D 프린터)에 직접 설치된다. 머신러닝(기계학습) 알고리즘이 탑재된 엣지 시스템은 즉각적으로 분석이 가능하여, 운영자와 궁극적으로 3D 프린터에 통찰을 제공한다.
왜 이 머신러닝 기능이 중요할까? 적층제조는 급속히 발전하는 분야로 소재, 레이저 강도, 레이어 두께 등 다양한 “제조 파라미터”의 최적의 조합을 확보하기 위해 수 많은 단계와 반복이 필요하다. 예를 들어, 부품을 인쇄하는 동안 부품의 지지 구조를 만드는 것은 까다롭고 시간이 많이 걸리며, 또 엔지니어는 외부로부터 설계 지식(노하우)을 보호하고 싶어한다. 이렇게 복잡한 문제의 해결에 머신러닝이 지원할 수 있다.
로쉬는 자신이 개발중인 소프트웨어가 동료와 고객에게 더 많은 부품을 보다 빠르고 저렴한 비용으로 설계, 프린팅(적층제조), 검사하는 데 도움이 될 것이라고 생각한다. 뉴욕 주의 니스카유나에 위치한 GE리서치 적층제조 연구실에서 일하는 로쉬와 그의 팀은, 프린팅 공정을 의도적으로 변경할 때, 프린터가 변경에 따른 문제를 발견할 수 있는지를 테스트하기 위해 레이저 출력을 낮춰 변칙적인 환경을 만들면서 다양한 사례를 확인한다.
로쉬는 부품의 제조 공정을 실시간으로 모니터링해야, 3D 프린팅 공정을 어떻게 최적화할 수 있을지에 관한 단서를 알 수 있다고 이야기한다. 로쉬는 이렇게 덧붙인다.
“신속하고 정밀하게 공정을 제어할 수 있어야, 미세한 결함을 예방하거나 결함을 고칠 수 있습니다. GE리서치는 이미 GE애디티브와 긴밀하게 협력해 왔습니다. 우리가 이렇게 신속하게 발전할 수 있었던 이유는, GE가 오랜 시간 축적한 디지털 분야와 산업 분야 양쪽의 전문지식을 적층제조 기술과 융합했기 때문입니다.”
