[전문가 기고] 3D프린팅이 석유·가스기업 IT담당자에 미치는 영향

모건 엘드레드 가트너 책임 연구원

지속적인 기술의 발전, 소재 범위 확장과 품질 향상으로 3D프린팅이 기하급수적으로 확산되고 있다. 전 세계의 수많은 신생기업들은 폭발적인 성장기회를 보장하는 초기단계의 소비자용 3D프린팅과 3D바이오프린팅 시스템, 그리고 소비자 3D프린팅 시장에서 기반을 구축하기 위해 노력하고 있다.

3D프린팅은 업스트림(Upstream) 석유 및 가스 기업과 유전 서비스 제공업체가 비용을 절감하거나 생산성을 향상시킬 수 있는 기회를 제공한다

석유기업의 최고정보담당자(CIO)는 지난 30년간 발전해온 3D프린팅을 기업에 활용할 수 있는 방법을 모색해야 한다.

치과도구 제작, 시제품 제작, 3D프린팅 서비스 제공에 이르기까지 그 활용범위가 넓다.

가트너에서는 적층제조(Additive Manufacturing) 기술로 일컫는 3D프린팅을 ‘디지털 모델에서 물리적 사물을 만들어내기 위해 디바이스를 사용하는 적층 가공 기법’으로 정의한다.

3D프린터는 하나의 소재 레이어(Layer)를 다른 레이어 위에 쌓아올리는 방식으로 작동한다. 이 프린터는 CAD 프로그램이나 모델링 소프트웨어, 3차원 스캔 작업으로 출력물을 제작한다.

전 세계적으로 약 40개의 대형3D프린터 제조업체가 존재한다. 수백 달러에서 200만 달러에 이르는 가격대의 대기업용 3D프린터는 점차 다양해지는 세라믹, 플라스틱 및 금속과 같은 소재로 시제품, 공구, 지그(jig), 고정구, 완제품을 제조한다.

어떤 제조업체든 상관없이 적층제조를 위해서 각각의 3D프린터는 7가지 기술 중 단 한 가지 기술만 사용이 가능하다는 것을 명심해야 한다. 소재에 따라 지원기술 중 한 가지 기술을 활용해 금속이나 플라스틱, 종이, 세라믹 소재로 시제품이나 부품을 출력할 수 있다

엔터프라이즈급 프린터 가격이 수십만 달러에 이르면서 잠재적인 3D프린터 소비자들은 지난 30년간 3D프린터에 투자하기 전에 ‘구매 전 체험’ 방식을 시도해왔다.

이를 통해 3D프린터의 실질적인 출력물 평가가 가능하고, 자사 광고제작자와 엔지니어들은 3D프린팅을 위해 어떻게 설계해야 하는지 배울 수 있다.
잠재적인 소비자들도 3D프린터로 출력물을 받기 전부터 향후 3D프린팅 활용방법에 부합하는 활용사례를 파악하고 있다.

■ 구체적인 활용사례 예시

[부품 생산]

● 사업목표
- GE오일앤가스(GE Oil & Gas)는 에너지산업 전반에서 다양한 용도로 사용할 수 있는 특수한 구성의 제어밸브 부품을 제조하길 원했다.

● 솔루션
- ­기계 가공 센터에서 금속 분말과 광섬유 레이저를 활용한 집적용착 방식과 밀링가공 방식을 통합한 마츠라기계(Matsuura Machinery)의 루멕스어드밴스-25(Lumex Avance-25) 메탈형 3D프린터를 활용했다.

- 중공 구조물, 곡선 형태나 망과 같이 기존 적층가공 방식으로는 제조하기 어려운 복잡한 형태의 제어밸브 부품 생산이 가능해졌다. 이에 따라 디자인에 대한 자율권 또한 크게 향상됐다.

- ­통합 몰딩(Integrated Molding)이 가능해지면서 금형(Mold Dies) 가공절차가 간소화되었고 전통적인 방식에 비해 제조시간과 비용이 줄었다.

[디스플레이 모델 개발]

● 사업목표
- 노르웨이의 선급협회인 Det Norske는 높이 138미터, 깊이 112미터에 달하는 이바르오센(Ivar Aasen) 원유 시추 플랫폼을 1:100의 비율로 모델링하는 작업에 착수했다. 이 모델은 스타방거에서 개최하는 연례행사인 ‘Offshore Northern Seas 2014’에서 가장 많은 주목을 받았다.

● 솔루션
- 비용과 시간이라는 2가지 측면에서 플라스틱 3D프린팅 솔루션을 채택했다. 기존의 모델 제조방식으로 정교하면서 복잡한 모델을 제작하려면 맞춤형 부품을 만드는데 1년 정도의 기간이 필요하다. 이와 더불어 3D프린팅의 몇 배에 달하는 비용도 부담스럽다.

나일론 분말의 선택적 레이저 소결 기술로 상부구조에서 문을 열고 화장실까지 볼 수 있는 매우 정교하면서 복잡한 모델을 제작했다. 양극(Anodes)이나 레일(Railings)과 같은 소형 출력물도 CAD 디자인과 똑같은 모습으로 재현됐다.

[조립 설계 강화]

● 사업목표
- 루마니아의 대표적인 가스 계량 및 제어 장비 제조업체인 엘스터에어로텍(Elster Aeroteh)의 엔지니어들은 특정 부품이 기존에 설계된 목적에 따라 작동하고 루마니아 공장에서 정확하게 생산될 수 있는지를 확인해야 했다.하지만 기하학적인 부품의 구조가 가진 복잡성 때문에 컴퓨터수치제어(Computer Numerically Controlled, CNC) 기계로는 실제성능을 파악하기 위해 요구되는 세밀한 수준의 시제품을 제작할 수 없었다.

● 솔루션
- ­3D프린트UV경화플라스틱(3D-Printed UV Curable Plastic) 기술을 적용한 3D시스템즈(3D Systems)의 ProJet3510CPX 3D프린터로 16마이크론 두께의 레이어로 정밀한 제작이 가능해졌으며 설계 소요시간도 단축됐다.

[제품 모형 제작]

● 사업목표
- ­석유 및 가스 산업용 유정표면 작업대(Surface Wellhead) 장비와 게이트밸브 제조업체인 WGPC(Wood Group Pressure Control)의 영업팀은 실제 환경에서 WGPC 제품의 구동방법을 알려줄 효과적인 방법이 필요했다. 제품 안에 들어가는 부품의 사이즈가 컸기 때문에 기존의 2D도면으로는 충분하지 않았다.ㅡ
● 솔루션
- 이 문제를 해결하기 위해 WGPC는 스트라타시스(Stratasys)의 디멘션BST 3D프린터를 도입했다. 이 제품은 ABS 플라스틱을 적용한 기능적인 3D모델을 생성하는 네트워크형 데스크톱 모델링 시스템이다.

3개월도 지나지 않아서 WGPC는 100개 이상의 컴포넌트에 대한 모델을 제작하게 되었고 기존 기술에 비해 수천 달러를 절감하고 개발 시간을 획기적으로 단축했다.

3D프린팅 기술이 변화하기 때문에 이에 맞는 관리가 필요하다. 예를 들어 3D프린팅이 광범위하게 활용되면서 비 기술적으로 승인된 설계 표준 적용에 대한 우려가 높아질 가능성이 있다.

이로 인해 특허나 특허 침해에 대해 새로운 우려가 제기될 수 있다.
석유 및 가스 기업의 CIO에게는 정보관리나 스토리지와 같은 기술의 활용을 제어하는 전문성이 필요하다. 또한 신규 소프트웨어와 IT엔터프라이즈 구성 관리에 대한 투자가 필요할 것이다.


■ 영향 및 권고사항

석유 및 가스 기업의 CIO가 3D프린팅을 활용하는 사례는 급증하고 있지만 실제 현장에서 3D프린팅 사용이 완전히 도입되지는 않았다.

아직은 3D프린팅 기술이 석유 및 가스 업계의 대규모 산업설비 제조방식을 대체할 수 없지만 장·단기적으로는 잠재적인 부가가치를 창출할 수 있다.

단기적인 측면에서 3D프린팅은 부품의 시제품화(Prototyping), 생산, 재정비 및 재설계에 소요되는 시간을 대폭 단축시킨다.

장기적인 측면에서 3D프린팅은 다양한 장비에 들어가는 부품의 새로운 생산방식으로 업스트림 석유 및 가스 업계 공급망 내에서 중요한 역할을 수행하게 될 것이다. 특히 일반부품의 공급이 제한적이거나 부품의 선적이나 통관 시간이 지연될 가능성이 높은 지역에서 3D프린팅을 활용해 막대한 가치를 창출하게 될 것이다.

3D프린팅의 석유 및 가스 업계 활용사례는 다양한 분야로 빠르게 확산되고 있다. 활용사례로는 개념정립(Conceptualization), 시제품화, 제조, 증강제조(Augmented Manufacturing), 주문식 제작(On-demand Manufacturing)과 대체설계(Alternative Design)가 포함된다.
석유 및 가스 업계가 가장 큰 관심을 가지고 있는 3가지 영역은 다음과 같다.

● 시제품화 - 초기 제품개발을 위한 시제품 제작으로 모양이나 크기, 기능 및 용도의 적합성 파악
● 대체 설계 - 전통적인 제조공정으로 생산이 불가능한 부품의 구상 및 출력
● 주문식 제작 - 신규나 대체 부품의 맞춤형 제조와 낡은 부품의 수리 지원
3D프린팅은 단기적인 사용 목적의 부품 제조나 시추용 부품 생산과 같은 영역에서 활용될 수 있는 가능성이 크다. 점점 더 많은 업스트림 석유 및 가스 기업들이 3D프린팅의 가치에 대해 인지하기 시작했고 각각의 연구개발 업무에 3D프린팅 활용을 확대하고 있다.

석유 및 가스, 유전 서비스, OEM 기업은 아래와 같은 방식으로 3D프린팅 투자를 확대하고 있다.

● 지질학자가 저수지로 흘러가는 물줄기의 원리를 더 잘 이해하도록 3D암반모델을 출력해 미세하면서 복잡하게 연결된 암반구조 재현
● 3D프린팅과 레이저스캐닝을 결합해 드릴비트노즐(Drill Bit Nozzle)과 같은 시추용 부품을 제작하기 위해 필요한 파일 생성. 드릴비트노즐은 드릴절삭과 암반구조 사이 접점에서 효과적인 윤활성을 제공해 보다 깨끗하고 차가운 상태에서 작동하도록 맞춤 설계된 장비
● 장비 오작동 수리를 위해 석유 굴착장치나 유조선에 탑재된 3D프린팅의 기능 테스트
● 주문식 부품을 테스트하거나 출력하기 위한 방법으로 기술과 인력에 대한 추가적인 투자 없이 3D프린팅 아웃소싱 서비스를 업무에 통합
● 재고가 한정되고 배송시간이 오래 소요되는 곳에서 주변장치 예비부품의 3D프린팅 제공
업스트림 석유 및 가스 업체들이 해당 산업의 특정 문제를 3D프린팅으로 해결할 수 있게 됨에 따라 CIO와 IT담당자는 혁신적인 아이디어를 사업기회로 발전시키는 가능성과 방법을 파악하는데 핵심적인 역할을 해야 한다.

엔지니어링과 운영부서에서 3D프린팅 기술에 대한 결정을 내리면 IT담당자와 그 팀은 강력하고 안전한 IT인프라로 이와 같은 결정을 지원하는 역할을 담당하게 될 것이다.

권고사항

석유 및 가스와 유전 서비스 업계의 CIO는 조직 전반에 걸쳐 3D프린팅을 도입할 시기와 방법에 대한 결정을 내려야 한다.

● 3D프린팅 도입을 고려할 때 혁신 리더(Innovation Leader)인지 빠른 추격자(Fast Follower)인지를 판단해야 한다. 혁신 리더는 3D프린팅 기술과 효용성을 확인하는 프로그램을 지원하고 빠른 추격자는 하드웨어나 소프트웨어, 소재 개발현황을 신속하게 파악해야 한다.

● 석유 및 가스 업계 내의 경쟁사와 공급업체의 3D프린팅 활용방식을 파악하고 유사업계의 잠재적인 활용사례에 주목하라.

● 혁신적인 부품 설계의 시제품 제작과 운영 대체 부품 생산과 같이 직접적인 이익을 제공하는 평범한 시나리오부터 시작하라. 작은 성공사례를 통해 향후 3D프린팅에 대한 대규모 투자를 위한 지원체계를 구축하라.

● 지속적이면서 점진적인 3D엔지니어링 모델링 아키텍처 개선을 강조하는 동시에 빠르고 혁신적이면서 도전을 권장하고 가능하게 하는 이원적IT(Bimodal IT) 전략을 채택하라.

석유 및 가스 기업의 IT담당자에게 적절한 수준의 권리를 보장할 수 없으면 3D프린팅의 지적재산권 기밀성과 보안에 대한 우려가 3D프린팅의 발전을 저해할 것이다.

3D프린팅 도입이 증가하고 있지만 특히 엔지니어링 분야에서 지적재산권의 기밀성과 보안에 대한 우려로 인해 발전이 지연되고 있다.
다른 3D설계 사용자와 마찬가지로 석유 및 가스 기업은 3D프린팅의 지적재산권 문제를 매우 신중하게 다뤄야 한다. 석유 및 가스 기업은 지금까지 경험해보지 못했던 지적재산권과 설계위험과 마주하게 될 것이다.

3D프린팅으로 합법적이면서 안전하게 부품을 재현하기 위한 라이선스와 제조규정은 아직 초기단계에 머물러 있다. 고위임원과 기업의 법률담당사무소가 이러한 문제를 다루기 시작한 것은 오래 되지 않았다. 앞으로 지적재산권 이슈는 매우 심각한 문제로 대두될 전망이다.

예를 들어 멀리 떨어진 석유 및 가스 시추현장에서 3D프린팅을 활용해 대체부품을 제작한다면 매우 유용할 것이다. 하지만 허가나 대금 지불 없이 부품을 복제한 것에 대한 특허권 침해와 같은 법적인 문제가 발생할 수 있다.

또한, 석유 및 가스 기업은 3D프린터로 제작된 부품들이 제조업체의 품질과 성능요건을 충족하는지 확인해봐야 한다. 멀리 떨어진 시추현장에서 주요부품을 제작하거나 수리해야 하는 경우에는 해당 기업에게 큰 걱정거리가 될 것이다. 이런 경우에는 부품의 사양에 대한 문제가 단순히 특허의 문제를 넘어 안전성과 법적인 문제로 확대된다.

3D로 출력된 부품의 오류로 비용은 물론 사람의 생명에까지 영향을 미칠 수 있다. 다른 측면에서 본다면 산업용도로 특수부품을 생산하는 기업이 3D프린팅 공정으로 제작된 제품설계를 보호해야 한다.

석유 및 가스와 유전 서비스 기업의 3D프린팅 도입이 증가하면서 엔지니어링 분야의 지적 재산권을 보호해야 한다. 기업의 CIO와 IT담당자는 아래 문제에 대한 해결방안을 제시해야 한다.

● 지적재산권 도용과 불법복제 방지. 이를 위해서 법무팀에 3D프린팅을 업무운영에 도입할 경우 발생할 잠재적인 결과에 대한 평가를 요청해야 한다.

● 3D프린팅으로 출력된 부품의 내구성과 뛰어난 성능 보장. 이를 위해서는 소재와 공정의 취약점을 파악하기 위해 광범위하면서 공격적인 테스팅 전략이 필요하다.

● 보안 관련 성공사례를 도입할 수 있도록 기업설계자(Enterpirse Architect)와 기술팀 및 운영팀 간의 협업을 활성화해야 한다.

권고사항

● 3D프린팅이 회사와 부품을 수리해야 하는 공급업체의 지적재산권에 미치는 영향을 법무팀과 협력해 파악하고 이를 지원하는 거버넌스 모델을 구축하라.

● 지적재산권의 손실 및 도난을 방지하기 위해 법무팀과 함께 3D프린팅 기술 사용방법을 안내하는 원칙을 고안하라.

● 핵심적인 3D프린팅 설계의 보안과 관리를 위한 대안을 검토하라.

3D프린팅은 IT아키텍처에 상당한 영향을 미치게 될 것이다. 그렇기 때문에 석유 및 가스 기업의 CIO는 혁신과 협업을 촉진하기 위한 유연성을 제공하고 접근관리와 보안을 활성화해야 한다.

3D프린팅은 기존 비즈니스 프로세스와 제품을 개선시킬 뿐 아니라 혁신을 주도하고 신제품, 신규 사업모델과 새로운 경쟁방식을 창출할 것이다. 자사나 타사의 특허를 보호해야 하는 우려를 넘어서 회사의 엔지니어링 부문에서 3D설계와 출력파일을 안전하게 관리할 수 있는 방법을 강구해야 한다.

갈수록 복잡해지는 소프트웨어 라이브러리 구성과 관리에 대비하고, 3D프린팅을 활용해 사업 기회를 모색하기 위해서 CIO와 기업 설계자들은 직원과 업체, 고객이 활용할 3D파일에 대한 안전한 분산형 접근을 보장해야 한다.

석유 및 가스 기업의 CIO는 전략적이면서 전술적인 보안 아키텍처의 성공 사례를 이행해 내/외부적인 네트워크 전반에서 나타나는 위협을 감지하고 경감시킬 것이다.

설계자와 엔지니어들은 신제품과 개정제품, 시추선과 다른 부문에서도 함께 협업해야 한다. 업체들은 석유 및 가스 기업의 IT인력과 협력해 제조할 수 있고 합리적인 비용이 드는 설계를 해야 한다.

지역적으로 넓게 분산돼 있는 업스트림 석유 및 가스 업계는 3D프린팅 데이터를 포함한 데이터를 저장하는 위치와 방법, 그리고 데이터의 전송 및 공유에 대한 업계와 정부의 규범적인 측면에서 문제를 발생시킬 수 있다.

여러 국가와 지역에 설비를 보유하고 있는 3D출력서비스 사무소를 이용하면 이런 문제를 경감시킬 뿐 아니라 다양한 3D프린팅 기술을 신속하게 제공받을 수 있다. 또한 많은 수의 장비를 여러 지역에 설치해야 할 필요도 없어진다.

권고사항

3D프린팅은 IT아키텍처에 상당한 영향을 미치게 될 것이다. 그렇기 때문에 석유 및 가스 기업의 CIO는 혁신과 협업을 촉진하기 위한 유연성을 제공하고 접근관리와 보안을 활성화해야 한다.

● 단기 및 중장기적인 관점에서 3D프린팅을 도입하기 위한 적합한 IT아키텍처와 로드맵을 개발하라.

● 내부 조직, 공급업체, 고객과의 협업, 손쉬운 파일 저장과 검색, 네트워크를 통해 공급업체와 구매자에게 안전한 파일전송을 지원하는 강력한 보안 아키텍처를 구축하라.

● 서비스 제공업체들에게 단기 및 중장기적으로 적합한 활용사례와 제공모델을 파악하도록 요청하라.

모건 엘드레드 @


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