석유·가스 산업에서의 AM 확대: 시제품 제작에서 디지털 공급망까지

2026년 4월 7일 | 읽는 데 걸리는 시간: 5분

석유 및 가스 산업이라고 하면 흔히 거대한 철골 구조물, 무거운 주물, 그리고 수십 년간 가동되어 온 구형 설비를 떠올리기 마련입니다. 엑슨모빌(ExxonMobil)의 배턴루지 정유소에는 1938년부터 가동되어 온 압축기들도 있습니다. 하지만 이러한 전통적인 운영 방식의 이면에서는 디지털 혁명이 자리 잡고 있습니다. 배턴루지 공장의 특수 기계 실행 감독관이자 적층 제조(AM) 책임자인 크리스토퍼 비슨은 이러한 변화의 최전선에 서 있습니다. 수동 용접으로 시작해 30년 이상의 경력을 쌓아온 비슨은 금속의 물리적 특성을 잘 이해하고 있습니다. 그는 이제 예비 부품이 주로 클라우드상의 디지털 파일 형태로 존재하는 미래를 주도하며 하루하루를 보내고 있습니다.

엑슨모빌은 3D 프린팅의 실험 단계를 넘어섰습니다. 이 회사는 중앙 집중식 기업 연구소에서 벗어나, 개별 정유소가 직접 나서서 실행하는 분산형 현장 주도 모델로 전환하고 있습니다. 이러한 변화는 해당 산업에 있어 중요한 전환점이 되며, 적층 제조(AM)가 이제 글로벌 에너지 인프라를 유지하는 데 필수적인 도구임을 입증하고 있습니다.

기업 연구소에서 현장 실행으로의 전략적 전환

엑슨모빌은 텍사스주 휴스턴과 뉴저지주 클린턴에 중앙 집중식 적층 제조(AM) 연구소를 설립하며 첫 발을 내디뎠습니다. 이 시설들은 비금속 소재와 초기 시제품 제작에 중점을 두었습니다. 이러한 연구소들이 필수적인 기반을 마련해 주었지만, 적층 제조의 진정한 가치는 현장에서 발휘됩니다. 2021년 도입된 API 20S 표준은 변화를 이끌어낸 주요 촉매제 역할을 했습니다. 이 표준은 석유 및 가스 산업 분야에서 적층 제조된 금속 부품에 대한 최초의 주요 프레임워크를 제공했습니다.

API 20S가 검증 절차를 확립하자, 엑슨모빌은 레이저 파우더 베드 융합(LPBF) 기술이 기존 주조 방식의 밀도와 신뢰성을 뛰어넘었다는 사실을 깨달았습니다. 이 기술은 본사가 각 사업장에 운영 권한을 이양할 수 있을 만큼 성숙한 단계에 이르렀습니다. 비슨은 “적층 제조의 규모 확장이 바로 제 업무입니다”라고 말하며, 즉각적이고 고품질의 부품에 대한 수요가 가장 큰 북미와 싱가포르 사업장으로 초점이 옮겨졌다고 덧붙였습니다.

디지털 공급망을 통한 재고세 철폐

적층 제조(AM) 확장의 주된 경제적 동인은 “재고 비용”의 절감입니다. 석유 및 가스 대기업들은 향후 전혀 사용하지 않을 수도 있는 물리적 부품을 보관하는 데 매년 수십억 달러를 지출하고 있습니다. 펌프 임펠러에 대한 한 내부 연구에 따르면, 엔지니어들이 펌프의 사양을 재조정하거나 시스템 전체를 교체함에 따라 재고로 보관된 제품의 40%가 결국 폐기되거나 한 번도 가동되지 않은 채 남는 것으로 나타났습니다. 엑슨모빌은 디지털 공급망으로 전환함으로써 거대한 물리적 창고의 필요성을 없앨 수 있습니다.

이를 위해 엑슨모빌은 ‘필드 노드(Field Node)’로 알려진 업계 전반의 ‘디지털 클라우드’를 통해 쉘(Shell)이나 코노코필립스(ConocoPhillips)와 같은 경쟁사들과 협력하고 있습니다. 이 환경에서 기업들은 비독점적인 3D 파일을 공유합니다. 만약 일반적인 펌프 볼류트가 고장 나면, 엔지니어는 클라우드를 확인하여 다른 회사가 이미 해당 부품을 스캔하고 검증했는지 확인할 수 있습니다. 이러한 협력을 통해 엑슨모빌은 비용이 많이 드는 리버스 엔지니어링 단계를 건너뛰고 바로 생산 단계로 넘어갈 수 있습니다. 오를리콘(Oerlikon)과 퀸터스(Quintus)를 포함한 검증된 인쇄 업체들로 구성된 신뢰할 수 있는 네트워크가 이러한 부품을 주문 즉시 인쇄할 준비가 되어 있습니다.

성숙한 기술과 신흥 분야

LPBF가 임펠러와 같은 복잡하고 고밀도 부품에 대한 확립된 표준으로 자리 잡고 있지만, 다른 기술들도 빠르게 입지를 넓혀가고 있습니다. 와이어 아크 적층 제조(WAAM)와 직접 에너지 증착(DED)은 업계에서 성장세가 두드러지는 분야입니다. 이러한 공법은 높이가 4~5피트에 달하는 대형 기존 주철 부품을 대체하는 데 이상적입니다.

전통적으로 대형 주물 부품을 조달하는 데는 12~14개월이 소요될 수 있었습니다. 그러나 산업용 3D 프린팅을 활용하면 정유소는 불과 몇 주 만에 정상적으로 작동하는 교체 부품을 생산할 수 있습니다. 엑슨모빌은 또한 소재 분야의 한계를 계속해서 넓혀가고 있습니다. 샌드빅(Sandvik)과 같은 파트너사와의 협력을 통해, 이 회사는 열분해로와 같은 가혹한 정유소 환경에 특화되어 설계된 독자적인 분말 소재를 개발하고 있습니다.

비슨은 LPBF가 주조 방식보다 “월등히 우수하다”고 주장하며, 업계가 전통적인 방식을 고수하는 것은 성능 때문이 아니라 익숙함 때문일 뿐이라고 지적한다.

지역 파트너십을 통한 인력 문제 해결

적층 제조 기술을 확대 적용하려면 숙련된 인력이 필요하지만, 기존 현장의 기계 엔지니어 대부분은 적층 설계에 대한 경험이 거의 없습니다. 게다가 현재 업계에는 3D 프린터 기술자를 위한 공식적인 ‘노조 직종’이 마련되어 있지 않습니다. 이러한 격차를 해소하기 위해 엑슨모빌은 루이지애나 적층 제조 협회(LAMA)의 활동을 주도하고 있습니다. 이 파트너십은 배턴루지에 우수 센터(COE)를 설립하는 것을 목표로 하고 있습니다.

COE는 이 지역을 위한 ‘3가지 기능을 한 번에 수행하는’ 도구 역할을 합니다. 이곳은 엑슨모빌 엔지니어들에게 실습 교육을 제공하고, 현장에 산업용 프린터를 이용할 수 있는 기회를 주며, 지역 경제 발전을 촉진합니다. LSU와 같은 지역 대학의 학생들은 EOS 및 Velo3D와 같은 다양한 프린터 브랜드에 대한 자격증을 취득할 수 있습니다. 이를 통해 이들은 성장하는 제조업 분야에서 즉시 채용될 수 있는 인재로 거듭납니다.

이 파트너십의 경제적 이점 또한 매우 매력적입니다. LAMA의 상위 등급 회원에게는 5,000시간의 무료 인쇄 시간이 제공되는데, 이를 통해 16,000달러 상당의 임펠러 비용을 단순히 분말 가격 수준으로 낮출 수 있습니다.

디지털 준비도의 병목 현상 극복

이러한 진전에도 불구하고, 여전히 상당한 “워크플로우 격차”가 전면적인 도입을 가로막는 주요 걸림돌로 남아 있습니다. 원시 3D 스캔 데이터를 프린터 출력용 파일로 변환하려면 표면 마감, 테스트 절차, 후처리 등과 관련된 수많은 기술적 문제를 해결해야 합니다. 이를 해결하기 위해 국제 석유·가스 생산자 협회(IOGP)는 ‘공동 산업 스프린트(JIS O2)’를 출범시켰습니다.

이 계획은 디지털 준비도 등급(DRL)을 기반으로 부품용 “디지털 패스포트”를 생성합니다. DRL 1 등급 부품에는 기본적인 스캔 데이터와 재료 시험 결과가 포함되며, DRL 3 등급 부품은 검사 계획 및 표면 거칠기 사양까지 포함된 완전한 디지털 패키지입니다.

궁극적인 목표는 “원클릭” 견적 요청(RFQ) 시스템을 구축하는 것입니다. 디지털 패키지가 완성되면, 현장 책임자는 버튼 하나만 누르면 자격을 갖춘 공급업체에 사양서를 전송할 수 있어, 수 주간 이어지던 행정적 소통 과정을 생략할 수 있습니다.