과거보다 제품의 품질이 높아지면서 제작 공정도 복잡하고 정교해졌는데요, 기업의 입장에선 이런 고급화된 기술을 실현하기 위해 숙련된 인력을 고용하는 것보다 사물인터넷, 빅데이터, 인공지능 로봇 등으로 인력을 대체하는 것이 더 많은 이점이 있기 때문에 많은 기업들이 스마트 팩토리 구축에 투자하고 있어요. 미국의 산업 자동화 전문 회사 Rockwell Automation의 CEO Blake Moret는 스마트 제조 기술을 사용한 2년 동안 20년의 진화를 경험했다고 말했어요. 최신 사내 보고서에 따르면 작년 보다 인공지능을 사용하는 제조업체가 50%이상 증가했고, 조사대상 중 97%가 스마트 제조기술을 사용할 계획이 있다고 응답했다고 해요. 

제조업에서 생산 자동화는 지난 10년 동안 지속적으로 발전해 왔지만 최근 AM 기술이 도입되면서 성장이 가속화되기 시작했어요. 특히 한국은 정부 차원에서 스마트팩토리 구축을 전폭적으로 지지해 주고 있어요. 산업통상자원부는 중소기업이 스마트팩토리 기술을 도입·확산할 수 있도록 정부 지원 계획을 강화하고 2030년까지 AI 기반 스마트 공장 2,000개를 신규로 구축하는 것을 목표로 하고 있어요. 

여기서 주목할 점은 2022년 기준 한국은 아시아 태평양 지역에서 세 번째로 많은 기계를 보유하고 있음과 동시에 전 세계에 설치된 모든 적층 제조 시스템의 약 4.1%를 가지고 있다는 점이에요.

스마트팩토리에서 3D 프린팅을 사용하는 가장 큰 이유는 금형이나 절삭 가공 장비가 없어도 부품을 제작할 수 있기 때문이에요. 그리고 삼차원 구독자 여러분이라면 모두 알고 계신 AM 제조만의 장점들이 있죠?

• 빠른 생산 시간
• 맞춤형 커스터마이징
• 합리적인 제작 비용
• 폐기물이 거의 발생하지 않는 제작 방식

파우더 적층 방식을 사용하는 AM 장비의 대표적인 브랜드 EOS는 부품 출력부터 후처리까지 제조의 전 단계를 디지털 공장화하는 솔루션을 개발하고 있어요. EOS가 스마트팩토리를 구성할 때 가장 중점적으로 둔 부분은 바로 프로세스의 자동화인데요, EOS Connect Control Center는 모든 하드웨어를 적층 제조에 최적화하고 통합/연결하는 기능을 지원해 주는 시스템이에요.

• 워크스테이션 간에 빌드 플랫폼 및 기타 물체를 운반하는 자동 유도 차량(AGV)
• 빌드 작업을 위한 빌드 플랫폼을 준비하기 위한 설정 스테이션
• 자동 자재 공급
• 후처리를 위한 부품 준비를 위한 언패킹 스테이션
• 보호 가스 분위기를 갖춘 프레임용 컨테이너 운송 메커니즘
• 요구사항과 필요에 따라 맞춤화된 후처리 및 품질 보증용 기계

EOS는 여기에 추가적으로 설계부터 통합 생산, 사물 재구성과 운용까지 디지털화하기 위해 다양한 연구를 진행하고 있답니다.

독일의 엔지니어링 회사 Grenzebach는 AM 기술을 활용한 부품 제작을 보다 안전하고 효율적으로 대량 생산하기 위해 자동화 기술을 개발했어요. AM 제조 방식은 생산 시간은 길지만 상대적으로 각 생산단계의 리드 타임은 짧아요. Grenzebach는 이 점을 좀 더 효율적으로 개선하기 위해 각 단계에서 리드를 사람 대신 기계가 할 수 있는 네트워크 솔루션을 개발한거에요. 이 솔루션은 부품 인쇄 전이나 후처리 과정에서 발생하는 시간을 단축해 주고, 개별 작업 단계별 지능형 네트워킹을 통해 단위당 비용을 절감해 줄 뿐만 아니라 후처리 과정에서 건강상 위험이 발생할 수 있는 요소를 최소화해준다고 해요.

Formlabs은 2023년 CES에서 자사의 SLA방식 AM 장비인 Form3+와 Form3B+를 자동화 대량생산 시스템으로 만든 'Automation Ecosystem'을 공개했어요. 이 시스템은 출력이 완료된 부품을 빌드 플레이트에서 자동으로 제거하고, 다음 출력을 진행하는 방식인데요, 인건비는 최대 80%, 부품당 생산 비용은 40%, 포장 폐기물 96%를 절약할 수 있다고 해요. 

미국의 3D Printing Farm 개발 및 운영사 Slant3D는 AM 시스템의 자동화를 위해 로봇을 활용한 다양한 스마트팩토리를 연구 개발하고 있어요. 영상을 통해 6가지의 3D 프린터 공장을 살펴보세요!

미국의 자동차 회사 Ford는 AMC(Advanced Manufacturing Center)에서 24시간 적층 제조가 가능한 자동화 시스템을 개발하고 있어요. 자동주행이 코딩된 로봇이 생산 현장을 돌아다니며 부품 작업이 완료될 때마다 3D 프린터로 이동시켜주는 방식인데요, 현재 성공적으로 자동화된 3D프린터는 카본 AM장비 2대와 Kuka사의 협동 로봇팔이에요. 자동화 시스템 덕분에 생산량은 늘어났지만, 아직 부분적인 서포트 제거 등의 문제가 남아있어 3D 프린팅 장비를 다루는 전문 배치 인력의 수는 크게 줄어들지 않았다고해요.

산업용 PBF장비의 분말 제거 시스템 개발사 Solukon은 자동화 솔루션 DFT(Digital-Factory-Tool)을 개발해서 사용하고 있습니다. 중앙제어 시스템을 통해 기계 운영 상태를 모니터링하고, 원격 제어를 하는 방식인데요, 출력물을 로봇이 자동으로 회수하여 디파우더링 장비에 넣고, 파우더 시빙까지 마무리하는 프로세스입니다. 더불어 Solukon은 시스템 사용 고객 전체의 85%에게 피드백을 받아 고객의 니즈를 반영하는 방식으로 운영방식을 개선해나아가고 있습니다. 

프로세스 모니터링을 통해 개별 기계의 구성요소의 상태를 확인할 수 있어 품질을 일정하게 유지하는 데 도움을 줍니다.

분말 제거 공정에서 탄소 배출량 및 소비전력을 확인할 수 있습니다.

영국의 여과 시스템 개발사 Russell은 자동화된 AM 분말 여과 장치를 연구개발했습니다. Russell AMPro는 AM 장비에서 사용한 분말을 회수해 여과시켜주는 자동화 장치입니다. 챔버에 남아있는 사용 분말을 교차 오염 없이 거두어내고, 재사용할 수 있는 분말만 회수하여 다시 AM 장비에 로딩하여 출력이 가능한 상태로 세팅하는 과정을 자동으로 진행해 주는 장비입니다.