3D 프린팅은 인더스트리 4.0의 전형적인 모델인가?

| The Essentium Team

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인더스트리 4.0 즉 스마트 제조는 현재 제조 업계에서 가장 활발히 논의되고 있는 트렌드입니다. 그것이 어떤 의미가 있으며, 3D 프린팅이 3차 산업 혁명 시대를 맞이할 준비가 되었다고 할 수 있는 이유는 무엇일까요? 그 답은 간단합니다. 인더스트리 4.0은 혁신적인 디지털 제조 방식이며 3D 프린팅은 본질적으로 디지털 공정입니다.

인더스트리 4.0은 성능, 반복 가능성, 추적 가능성, 경제성, 민첩성 측면에서 많은 이익을 주는 혁신적 변화입니다. 쉽게 말하자면, 이 개념을 실현하려면 제조 환경의 모든 면이 연결되고 소통되고 어느 정도는 지능형이 되어야 합니다. 다수 또는 배치 단위의 제품 제작을 전제로 제품 식별자가 전체 제작에 필요한 공정과 부품 속성을 결정합니다. 새로운 디지털 제조 시대에 데이터가 바로 화폐이며 데이터에서 가치를 도출합니다.

그러므로 4차 산업 혁명에 대한 통찰력을 가지고 그것이 3D 프린팅과 어떤 관련이 있는지 파악하도록 합시다.

인더스트리 4.0의 기본은 매우 단순합니다. 그 핵심에는 읽고, 기록하고, 릴레이하고, 반응(알파벳 4R)할 수 있도록 각각 필요한 기기를 배치해야 한다는 개념이 있습니다:

  • 이때 각각의 기기는 모든 입력 값을 읽을 수 있어야 하며, 입력 값은 제품 식별자, 부품, 작업자, 또는 재료일 수 있습니다.
  • 기기는 또한 일어나는 모든 현상을 기록하고, 어느 정도는 이를 기반으로 오븐 내 온도와 컨베이어 속도 등을 파악해야 합니다.
  • 그런 다음 장비는 해당 데이터를 다른 장비 및 MES, ERP 또는 PLM 소프트웨어와 같은 공장 전체 시스템과 릴레이하거나 공유할 수 있어야합니다.
  • 마지막으로, 기기는 외부 데이터 입력 값, 이를테면 시작 명령 중지 또는 매개변수 조정 등에 반응해야 합니다.

그 주된 목적은 전체 데이터를 확보하여 매번 달성해야 할 최상의 생산 설정을 유지하는 것, 매번 값이 다르더라도 그에 맞는 설정 값을 유지하는 것입니다. 전체 데이터를 갖추면 인더스트리 4.0 환경의 필수적인 제반 요소인 온전한 추적 가능성 또한 실현됩니다.

상호 연결 및 데이터 주도적 구동

인더스트리 4.0은 상호 연결된 데이터에 기반한 제조 시스템으로서 생산 과정 핵심에 데이터가 있고 데이터가 곧 자본이 됩니다. 이 데이터를 사용하여 제조 환경은 가장 효율적인 방식으로 제품을 제조하는 방법을 알 수 있습니다. 가장 빠르고 저렴하며 품질은 가장 높은 또는 독특한 개인 맞춤형 사양이 가능합니다.
3D 프린팅은 본질적으로 데이터 주도적인 상호 연결형 공정이며 복잡한 제조 과정을 프린터로 단순화합니다. 데이터 소스로 CAD 파일을 이용하여 특정 프린터에서 프린팅할 수 있고 특정 재료를 사용할 수 있습니다. 3D 프린팅을 디지털화해야 할 필요는 없는데 그 자체가 디지털 공정이기 때문입니다.

디지털 스레드(Digital Thread; 제품 수명주기 동안 지속되는 데이터의 흐름)

인더스트리 4.0 생산 공정은 모두 디지털 스레드를 통해 운영됩니다. 디지털 스레드는 사양 결정 단계에서 제작되며 제조 시점부터 수명이 끝난 이후까지도 이어집니다. 이상적으로는 소비자가 온라인으로 주문할 때 제품의 디지털 스레드가 시작되는데 이때 주문이 표준화된 것이든 맞춤형이든 마찬가지입니다. 이 디지털 스레드는 최종 수행 단계까지 그리고 수명이 다할 때까지 생산 과정 전반을 연결합니다. 제품의 디지털 지문 같은 것으로, 여기에 제품 수명 주기 내내 수집된 데이터가 모두 수록됩니다.
3D 프린팅 방식으로 만든 부품의 디지털 스레드는 종종 설계 단계에서 시작되며 제품 수명 주기 내내 존재합니다. 프린팅을 시작하여 이후 테스트나 조사 등 추가 과정을 거치는 내내 데이터가 누적됩니다.

단품의 로트 사이즈

인더스트리 4.0의 유연성을 보여주는 것이 “단품의 로트 사이즈(lot size)”인데, 각 부품이 다 독특하고 고유의 DNA 또는 디지털 지문이 있다는 사고입니다. 이를 통해 유연성이 향상되고 대규모로 개인화하는 것도 가능합니다. 이는 기존의 제조 공정으로는 구현하기 매우 힘든 일이며, 대개는 병렬로나 큰 로트 단위로 수행하는데 동일한 여러 부품을 동시에 제작하는 것입니다. 사실 이전의 산업 혁명이 성공한 것은 다분히 유연성이나 민첩성이 아니라 균일성과 반복 가능성의 결과였습니다.
3D 프린팅은 본질적으로 순차적 공정입니다. 성능은 로트나 배치 규모의 영향을 받지 않습니다. 하나의 제품을 수천 번 만들거나 수천 개의 제품을 한 번만 만들거나 생산 시간이나 비용이 같거나 적어도 비슷합니다.

대량 맞춤형 제작

대량 맞춤형 제작이 인더스트리 4.0의 가장 큰 혜택 중 하나라고 보는 사람들이 많습니다. 이로써 브랜드 기업들이 새로운 생산 라인, 심지어는 새로운 사업 모델을 만들 새로운 기회의 문이 열린 것입니다. 한 크기로 모두에 맞추기보다는 각각 꼭 맞게 제작한다는 아이디어는 개인화된 맞춤형 솔루션을 기대하는 브랜드 기업들과 고객들에게 특히 호소력이 있습니다.
3D 프린팅은 궁극의 대량 맞춤형 제작 도구입니다. 비용에 영향을 주는 일 없이 개개의 부품을 고유하게 만들 수 있습니다. 그뿐 아니라, 3D 프린팅을 사용하여 원활하게 주문 제작을 할 수 있으며, 기존 환경보다 생산량이 소비량에 매우 가깝게 유지 가능합니다. 제품을 온라인으로 주문하고 자신의 로컬 UPS나 FedEx 사무실로 가서 프린트에서 새로 꺼낸 제품을 받아 보는 모습을 상상해 보십시오.
상호 연계된 제조 환경

인더스트리 4.0의 목표는 상호 연계된 지능형 기기 또는 프로세스 이상으로 발전하는 것입니다.

인더스트리 4.0의 세계는 수천 개의 기기들이 전 세계 여러 지역들에 걸쳐 상호 연계되어 있을 때 구현됩니다. 궁극적으로 스마트 디지털 제조 환경에서는 민첩한 제조, 더 빠른 프로토타입 제조, 더 효율적인 산업화, 위험성 완화, 그 밖의 것들이 가능합니다. 제조업체와 고객들에게 있어서는 이 환경의 디지털 쌍을 사용해 “만약” 시나리오를 연구하고 장애 대응 계획을 세우는 것도 큰 가치가 있을 것입니다.
3D 프린팅에 있어서, 이는 여러 지역의 프린터들을 연결하고 하이브리드 환경에 이용하여 더 큰 제조 계획의 일부로 포함시키거나 디지털 스레드를 이용해 주문 시점에 최상의 제조 솔루션을 선정할 수 있게 합니다.

3D 프린팅은 인더스트리 4.0을 맞이할 준비가 되었다!

본질적으로, 3D 프린팅은 상호 연결된 디지털/스마트 제조 공정입니다. 이는 디지털 변형이 필요한 레거시 프로세스가 아닙니다.
오히려 혁신의 산물이 될 수 있습니다. 인더스트리 4.0의 전형적인 모델인 것입니다.

 

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