부품 비용에 대해 생각할 때 많은 엔지니어와 구매자들은 한 가지만 염두에 두는 경향이 있다. 바로 생산 비용이다. 이처럼 3D 프린팅/AM 같은 신기술은 종종 비용이 많이 발생하는 것으로 여겨진다. 그러나 총비용에서 차지하는 생산비용은 빙산의 일각에 불과하다.

다른 중요한 요소들이 숨겨져 있어 평가하기가 더 어렵다. 여기에는 품질, 신뢰성 및 유연성 같은 메트릭스를 기준으로 측정하는 비용도 포함되어있다. 부품의 실제 비용을 이해하려면 보이지 않는 부분을 파악하고 총 소유 비용(TCO) 관점에서 살펴봐야 한다. TCO는 설계, 구매, 배송, 생산, 물류, 재고, 반품 등 부품의 전체 수명 동안 직간접적으로 발생하는 총비용을 말한다. 따라서 정의하기 매우 복잡하지만 3D 프린팅 같은 특정 생산 기술의 비용 발생을 비교하는데 가장 정확한 측정 기준이 된다.

설계시의 난제

10배의 법칙(The rule of 10)에 따르면 부품조립의 각 단계에서 설계 결함이 감지되지 않아 시장에서 발견하였을 경우 그 원인을 찾고 해결하게 되면 10배 이상의 비용이 든다고 명시하고 있다. 따라서 부품 개발의 첫 번째 단계인 설계 프로세스에서 업무를 올바르게 수행해야 한다. 

사출성형의 경우 설계에서 실수가 발생하면 제작한 금형을 교체하거나 수정해야 하며 이미 생산하여 보관 중인 부품을 폐기하고 생산을 처음부터 다시 시작해야 한다. 이런 현상은 비효율의 극치이며 지속 가능성이 담보된 프로세스라할 수 없다.

3D 프린팅은 디자인과 프로토타이핑 프로세스에 있어서 혁명 같은 변화로 간주된다. 금형제작 비용발생 없이 설계 변경을 신속하게 준비할 수 있다. 또한 필요한 부품의 수만 생산하며 온디맨드 방식으로 운영할 수 있어 여러 단계에서 설계 실수가 발생해도 그로 인한 비용의 충격을 크게 완화할 수 있다.

The Rule of 10

제조비용 

생산비용을 정의하기 위해서는 고정비용과 변동비용에 대한 검토가 필요하다. 고정비는 금형 제작 같은 곳에 투자되는 비용이다. 반면에 에너지 비용과 급여 같은 비용은 부품당 변동비로 처리한다. 전체적으로 생산량에 따라 생산 변경 비용이 크게 달라진다.

아래 Fig 1은 생산량에 따른 사출 성형과 3D 프린팅의 단위당 비용을 개략적으로 비교한 것이다. 여기서 잘 알려진 사실을 예시하고 있다. 생산량이 적을수록 3D 프린팅의 비용 경쟁력이 유리하다는 것이다.

사출 성형은 금형과 설비 운영면에서 비교적으로 초기 투자 비용이 높게 발생한다. 초기 투자 비용이 상각되면 단위당 생산비용이 계속 감소하기 때문에 전통적인 제조 방법인 사출 성향이 일반적으로 경쟁력이 높아진다. 

반면에 3D 프린팅은 3D 파일만을 필요로 한다. 따라서 소규모 부품 생산량을 필요로 할 경우 단위당 비용이 사출 성형에 비해 절감된다.

공급망에서의 발생비용

사출 성형에 있어서 공급망과 관련된 비용은 대부분 눈에 직접 보이지 않는 간접 비용 구조 이다. 중앙 집중적 OEM 생산방식은 부품을 필요로 하는 곳으로 배송을 고려해야 한다. 급한 경우 비용이 많이 드는 급행 운송과 공급망 경로에 발생할 수 있는 각 종 장애 또한 잠재적 비용발생 요소이다. 더욱이, 세관을 통과해야 하는 경우 상당한 시간을 요한다. 

이 대체 방안 중 하나로 분산생산전략을 생각한다. OEM사 들은 전 세계적으로 몇 개의 소규모 제조 시설을 분산 배치하여 생산할 수 있다. 그러나 이렇게 하기 위해서는 기계와 노동력에 대한 추가 투자가 필요하다. 효율적으로 공장을 가동하려면 최소 주문 수량을 충족해야 생산이 가능하므로 재고정책으로 대응하게 되는데 저장 공간이 또 필요하다. 부품이 오래되면 폐기해야 되는 경우도 발생한다. 재고 비용은 일반적으로 총 비용의 12%~ 34%에 이르기 때문에 잠재적으로 절감 가능성은 충분하다.

이 대책으로 적층제조(3D 프린팅은) 디지털 재고와 분산 생산 방식을 결합하여 몇 가지 공급망 문제를 해결할 수 있다. 디지털 재고는 저장 비용과 위험을 완전히 제거한다. 부품은 필요할 때마다 사용할 수 있도록 주문형으로 생산한다. 분산 생산 네트워크를 사용하면 부품을 필요로 하는 위치에서 부품을 프린팅할 수 있다. 이처럼 3D 프린팅은 상당한 생산비용 절감 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 공급망 위험도 완화할 수 있다.

결과적 비용

고정 비용 대 변동 비용의 틀 안에 들어있지는 않지만, 프로세스의 수익성에 큰 영향을 미치는 한 가지 추가적인 비용이 있다. 즉, 결과적 비용을 말한다. 결과적 비용은 예산에서 원가를 책정할 때 예상하지 못한 비용으로 손익분기점 계산에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 특히, 결과적 비용은 종종 설비 고장으로 인한 생산 중단이나 기타 오류의 결과로 발생하며 리드 타임에 크게 영향을 미친다. 한 예로 Thomas에 따르면 자동차 산업에서 1분간의 다운타임은 22.000~50.000달러의 비용이 발생한다고 한다.

이러한 시간을 다투는 중요한 상황에서 3D 프린팅은 소비자와 가까운 지역에서쉽게 대응할 수 있기 때문에 공급망 중단으로 인한 납품 지연 위험을 완화하는 데 아주 중요한 역할을 한다. 

한편 사출 성형의 대량 생산 부품의 경우에도 3D 프린팅을 보조적 제조 방법으로 선택하면 비상 상황 시 신속하게 대응할 수 있어 경제적으로 매우 매력적이다. 물론 신뢰할 수 있는 공급업체 네트워크를 갖춘 적절한 파트너가 필요하다.

3D 프린팅 플랫폼을 통해 TCO 절감

OEM사를 대신하여 전체 프로세스를 수행할 수 있는 회사가 있다. 예를 들어, Replique사는 설계, 인증, 디지털 스토리지 및 주문형 분산 생산을 OEM사를 위한 엔드 투 엔드 솔루션으로 제공한다. OEM사들은 3D 프린팅을 사용하여 비용을 크게 절감할 수 있는 옵션에 대해 연구 해볼 가치가 있다. 부품 생산 및 취급의 복잡성은 파트너 업체에게 위탁하고 TCO를 가변화하여 비용을 절감하는 방법을 생각해 보자.

출처 : manufacturingtomorrow​