SLA 3D프린팅, 로봇 제조의 ‘맞춤형 대량생산’ 시대를 열다

Open Bionics Hero Arm

최근 전 세계적으로 로봇 산업이 빠르게 성장함에 따라, 이를 뒷받침할 제조 기술에 대한 관심도 뜨겁습니다. 그중에서도 특히 폴리머 SLA(광경화 수지 조형) 3D 프린팅 기술이 주목받고 있는데, 이는 단순히 시제품 제작 단계를 넘어 로봇의 최종 부품 생산에까지 적용 범위를 넓혀가고 있기 때문입니다.

산업 현장의 협동 로봇부터 물류 창고의 자율주행 로봇(AMR), 그리고 우리 일상을 돕는 서비스 로봇과 웨어러블 로봇까지, 로봇 산업은 전례 없는 속도로 성장하고 있습니다. 이러한 성장의 이면에는 더 가볍고, 더 정교하며, 사용자에게 완벽하게 맞춰진 로봇을 빠르게 만들어내야 하는 제조의 과제가 놓여 있습니다.

한 시장 조사 보고서에 따르면, 전 세계 3D 프린팅 로봇 시장 규모는 2022년 약 22억 5천만 달러에서 2030년에는 약 70억 달러 규모로 성장할 것으로 전망됩니다. 이는 연평균 15% 이상의 높은 성장률로, 로봇 제조 현장에서 3D프린팅의 비중이 얼마나 빠르게 확대되고 있는지를 단적으로 보여줍니다.

글로벌 사례: 3D프린팅이 로봇을 어떻게 바꾸고 있는가?

SLA 3D프린팅은 매끄러운 표면 품질과 높은 정밀도를 바탕으로, 로봇의 외장 커버, 센서 하우징, 정밀 커넥터 등 다양한 부품에 적용되고 있습니다.

1. 오픈 바이오닉스(Open Bionics) - '히어로 암(Hero Arm)'

Open Bionics Hero Arm

3D프린팅으로 맞춤형 의료 로봇의 대중화를 이끌다

영국의 오픈 바이오닉스사는 사용자 맞춤형 바이오닉 의수 '히어로 암' 프로젝트를 통해 3D프린팅의 가치를 증명했습니다. 사람마다 다른 신체 절단 부위에 완벽하게 맞는 소켓과 외부 쉘(커버), 손가락 부품 등을 SLA 3D프린팅 기술로 제작했습니다.

1. 비용 혁신: 전통적인 제조 방식 대비 제작 비용을 1/10 수준으로 획기적으로 낮추었습니다.
2. 납기 단축: 수개월이 걸리던 제작 기간을 단 며칠로 단축하여, 고가의 의료용 로봇 보조장치를 저렴하고 빠르게 공급하는 길을 열었습니다.

2. MIT - '미니 치타(Mini Cheetah)

MIT Mini Cheetah

빠른 개발 사이클과 3D 프린팅 제조 설계로 경량화를 실현하다

MIT 연구팀이 개발한 소형 사족보행 로봇 '미니 치타'는 역동적인 움직임을 위해 가볍고 튼튼한 부품이 필수적이었습니다. 연구팀은 3D프린팅을 적극 활용하여 다관절 구조물과 외장 부품을 제작했습니다.

1. 경량화: 복잡한 내부 구조를 가진 부품을 3D프린팅으로 구현하여 로봇의 무게를 줄이고 운동 성능을 극대화했습니다.
2. 개발 가속화: 설계 수정 후 즉시 부품을 출력하여 테스트하는 방식을 통해 로봇의 개발 사이클을 획기적으로 단축했습니다.

3. Festo - '바이오닉 소프트 핸드(BionicSoftHand)'

Festo BionicSoftHand

복잡한 내부 구조의 한계를 넘다

산업 자동화 기업 Festo는 인간과 안전하게 상호작용할 수 있는 부드러운 로봇 그리퍼인 '바이오닉 소프트 핸드'를 개발했습니다. 이 로봇 손은 유연한 구조와 공기압 구동을 위한 복잡한 내부 채널이 특징입니다.

전통적인 가공 방식으로는 제작이 불가능에 가까운 유연한 공기압 손가락과 미세한 내부 공기 통로를 3D프린팅(FDM/TPU 등 활용)으로 완벽하게 구현해냈습니다.

4. INRIA - '포피(Poppy)'

INRIA Poppy

누구나 만들 수 있는 오픈소스 로봇

프랑스 INRIA의 휴머노이드 로봇 '포피'는 전체 구조에 33개의 3D 프린팅 부품을 사용했습니다. 이는 사용자가 필요에 따라 로봇의 설계를 쉽게 변경하고 커스터마이징할 수 있게 하여, 로봇 연구 및 교육의 접근성을 크게 높인 사례로 평가받습니다.

이처럼 첨단 로봇 스타트업부터 의공학 기업, 학술 연구팀에 이르기까지 SLA를 포함한 3D 프린팅을 활용하여 복잡한 부품을 적기에 생산하거나 맞춤형 설계를 실현하는 사례가 급증하고 있습니다.

왜 수많은 3D프린팅 방식 중에서도 SLA 기술이 로봇 부품 제조의 핵심으로 떠오르고 있을까요?

SLA 3D printed robot housing manufactured by GLUCK

압도적인 정밀도와 표면 품질

SLA 기술은 레이저를 이용해 액상 수지를 정밀하게 경화시키는 방식입니다. 이는 다른 3D프린팅 방식(FDM 등)에 비해 월등히 높은 해상도와 매끄러운 표면 품질을 자랑합니다. 로봇의 외장 커버나 센서 하우징처럼 미려한 외관이 중요하거나, 내부의 미세한 채널, 복잡한 기어 구조 등을 구현해야 하는 정밀 부품 제작에 있어 SLA는 타의 추종을 불허하는 강점을 가집니다.

복잡한 형상 구현과 부품 통합(DfAM)

SLA 3D printed robot housing manufactured by GLUCK

로봇은 관절, 프레임, 외장 등 복잡한 곡면과 유기적인 형상으로 이루어져 있습니다. 기존 절삭 가공 방식으로는 이러한 형상을 구현하기 어렵거나, 수많은 부품을 조립해야만 했습니다. 하지만 SLA 3D프린팅은 설계 데이터만 있다면 아무리 복잡한 형상이라도 한 번에 출력할 수 있습니다.

또한, DfAM(Design for Additive Manufacturing) 설계를 통해 여러 부품을 하나로 통합하거나, 내부를 비워 무게를 줄이는 등 혁신적인 설계가 가능합니다. 이는 로봇의 경량화를 실현하여 에너지 효율을 높이고 동작 성능을 향상시키는 데 결정적인 역할을 합니다.

다품종 소량생산에 최적화된 유연성

SLA 3D printed robot parts manufactured by GLUCK

로봇 시장은 다품종 소량생산의 특성을 가집니다. 서비스 로봇, 웨어러블 로봇 등 용도와 환경에 따라 맞춤형 제작이 필요한 경우가 많기 때문입니다. SLA 3D프린팅은 금형 제작 없이 디지털 파일만으로 즉시 생산이 가능하므로, 다양한 종류의 로봇 부품을 소량으로 빠르게 생산하는 데 최적화되어 있습니다. 이는 개발 기간을 단축하고 시장 반응에 빠르게 대응할 수 있는 유연성을 제공합니다.

향후 5~10년, 로봇 부품 생산의 판도가 바뀐다

로봇 분야에서 3D프린팅의 활용이 증가함에 따라 관련 시장도 가파르게 성장하고 있습니다.

글로벌 시장

세계 3D 프린팅 로봇 시장 규모는 2022년 약 22억 5천만 달러에서, 2030년에는 약 70억 달러 규모에 이를 것으로 전망됩니다 (연평균 성장률 15.27%). 이는 로봇 제조 및 운영에서 3D프린팅이 차지하는 비중이 지속적으로 확대될 것임을 시사합니다.

한국 시장의 잠재력

한국은 제조업 로봇 밀도 세계 1위 수준인 로봇 강국입니다. 정부 주도의 스마트 제조(Industry 4.0) 추진과 맞물려, 로봇 분야에서의 3D프린팅 보급이 가속화되고 있습니다. 한국의 3D프린팅 전체 시장 규모는 2033년 약 4조 원(31억 7,558만 달러)에 달할 것으로 보이며, 특히 의료 맞춤형 제작과 더불어 로봇·자동화 부품에서의 활용이 고부가가치 핵심 분야로 떠오르고 있습니다.

① 고기능성 소재의 진화

AI-generated visual (created via text prompt)

과거 SLA 레진의 약점이었던 취성(잘 깨지는 성질)을 극복한 재료들이 속속 등장하고 있습니다.

1. 고강도/복합 소재: 저광량에서도 고강도 경화를 구현한 Tough 레진이나 세라믹/섬유 충진 복합 레진은 기계적 강도가 요구되는 로봇 부품에도 SLA를 적용할 수 있게 합니다.
2. 특수 기능성 소재: 150~220℃를 버티는 내열 레진, 유연한 센서부에 쓰이는 탄성 레진, 전자부품 하우징을 위한 ESD(정전기 방지) 레진 등 특수 용도 소재들이 상용화되어 로봇의 다양한 환경에 대응할 수 있습니다.

② 최종 부품(End-use Parts)으로의 확대

AI-generated visual (created via text prompt)

현재는 로봇 제조사들이 3D프린팅을 주로 시제품 검증용으로 사용하지만, 향후 10년 내에는 최종 부품의 3D프린팅 비중이 상당히 늘어날 전망입니다. 실제 설문조사에서 로봇 분야 응답자의 30%가 3D프린팅을 최종 사용 부품 생산에 활용한다고 답했으며, 이는 자동차 산업(33%)에 버금가는 높은 수치입니다.

③ DfAM과 AI 설계의 결합

Mass-produced aircraft hand rest manufactured using an integrated 3D-printed design used by Polish Airlines

생성형 설계(Generative Design)와 AI 기반 위상 최적화 도구의 발전은 '3D프린팅을 전제로 한 로봇 설계(DfAM)'를 가속화할 것입니다. 사람의 손이나 기존 가공 방식으로는 만들 수 없는 유기적이고 복잡한 형상의 부품을 AI가 설계하고, SLA 프린터가 이를 정밀하게 구현함으로써 로봇의 경량화와 고효율화를 이끌 것입니다.

글룩(GLUCK), 3D프린팅 전문 솔루션으로 산업 연구개발의 속도를 바꾸다

GLUCK's 3D Printing Smart Factory

국내 최대 규모의 산업용 3D프린팅 제조 서비스 기업 글룩(GLUCK)은 이러한 흐름을 선도하고 있습니다. 글룩은 약 50기의 산업용 대형 SLA 3D프린터를 보유한 스마트 팩토리를 기반으로, 로봇 부품의 시제품 제작부터 최종 양산까지 원스톱 솔루션을 제공합니다.

대형 부품 및 대량생산의 유연한 대응

Mass production photos of Overwatch's 'mecha' large robots and robot parts produced by GLUCK.

글룩은 2미터 이상의 대형 부품 제작은 물론, 수천 개 단위의 양산까지 가능한 생산 능력을 갖추고 있으며, 최대 ±50μm 수준의 초고정밀 출력이 가능합니다. 정교한 센서 하우징, 복잡한 기어, 미세한 오차 관리가 필요한 조립 부품 등 연구용 로봇의 핵심 부품 제작에 필수적입니다. 사출 성형에 버금가는 매끄러운 표면 덕분에 별도의 복잡한 후가공 없이도 완성도 높은 시제품을 만들 수 있습니다.

최종 부품 수준의 기능성 프로토타입

Fender of a car manufactured by GLUCK

글룩에서 제작된 프로토타입은 단순한 모양만 갖춘 모델이 아닙니다. 실제 최종 부품(End-use Parts)과 동일한 수준의 정밀도와 높은 내구성을 갖추고 있어, 실제 환경과 유사한 조건에서 기능 및 성능 테스트가 가능합니다. 강한 공기 저항을 견뎌야 하는 자동차의 ‘휀더’를 산업용 3D프린팅으로 제작해 테스트하는 것처럼, 로봇 연구에서도 시제품 단계부터 양산품 수준의 신뢰성을 확인할 수 있습니다.

전문 엔지니어의 3D프린팅 설계(DFAM) 컨설팅

성공적인 3D프린팅 활용의 핵심은 기술에 최적화된 설계를 하는 것에 있습니다. 글룩은 국내 최대 규모의 산업용 SLA 3D프린팅 인프라와 함께, DfAM(적층 제조 특화 설계) 기반의 설계 최적화 컨설팅을 제공합니다. 부품의 경량화, 부품 통합, 기능성 향상 등 산업용 3D프린팅의 장점을 극대화할 수 있는 설계 솔루션을 함께 고민하고 제시합니다.