Update2024.04.30 (화)
글 싣는 순서
▷3D 프린터 들어가는 글
▷3D 프린터 기술동향 및 시장현황
▷3D 프린터를 활용한 플라스틱제품 개발현황
▷3D 프린터를 활용한 금속제품 개발현황
▷3D 프린터 국내현황 및 해외 3D프린터 육성현황
3D 프린터, ‘3차 산업혁명’ 일으킨다
누구나 도면만 있으면 제품을 생산할 수 있는 3D프린터가 ‘3차 산업혁명’, ‘제조업의 인터넷 혁명’으로 불리우며 전세계의 관심을 한몸에 받고 있다. 2013년 2월 미국 버락 오바마 대통령이 신년 국정연설을 통해 제조업을 살릴 3D프린터에 대한 투자를 천명한 이래 권총제작 논란으로 매스컴에서 뜨거운 관심을 받기도 했다. 알려진대로 24살의 코디 윌슨(Cody Wilson)이라는 학생이 총의 부품을 3D 프린터로 출력해 조립한 다음, 여섯 발을 발사하는 장면이 공개되면서 대중을 충격에 빠트렸다.
또한 아직은 장비 및 재료가격이 비싸고 대량생산이 힘들다는 한계로 회의적인 시각도 존재하고 있다. 그러나 소비자가 직접 제품을 만든다는 제조업의 패러다임의 변화와 기존의 제조공정을 파괴하는 능력을 가고 있다.
삼성경제연구소는 최근 ‘미래 산업을 바꿀 7대 파괴적 혁신기술’이라는 보고서를 통해 3D프린터가 △웨어러블 컴퓨터 △상황인식 기술 △자동주행차 △초경량 소재 △유전자 치료제 △포스트 배터리와 함께 향후 10년 내에 구현될 가능성이 큰 혁신기술로 선정한 바 있다. 이들 기술은 새로운 시장과 사업모델을 만들어내는 기술들로 특히 장기화되는 저성장 국면을 타개할 것으로 기대를 모으면서 3D프린터가 신산업으로 각광받고 있음을 알 수 있다. 이에 본지는 강민철 한국마그네슘기술연구조합 상임이사의 특별연재기고를 통해 향후 ‘1인 제조업 시대’를 열 3D 프린터의 기술과 시장을 살펴보고 미래 산업을 전망하는 자리를 마련해 봤다.
■ 3D프린터란
일반적인 프린터가 입력된 사진이나 문서에 따라 잉크를 분사하듯이 3D 프린터는 디지털화된 3차원 제품 디자인을 2차원 단면으로 연속적으로 재구성해 소재를 한 층씩 인쇄하면서 쌓는 방식으로 제품을 생산한다.
이 기술은 이미 20여년전에 활용된 기술이나 최근 플라스틱 수지의 다양화, 색체 도입뿐만 아니라 금속, 세라믹 등 소재의 다양화가 진행되고 산업체의 활용도가 확장되고 있다.
3D프린터는 소재에 따라 크게 △액체 기반형 △분말 기반형 △고체기반형으로 나눌 수 있다.
액체 기반형은 레이저나 강한 자외선을 이용해 재료를 순간적으로 경화시켜 형상을 제작하는 방식이다. 분말 기반형은 미세한 플라스틱 분말(파우더), 모래, 금속성분의 가루 등을 가열·결합해 만드는 방식이다. 재료형태에 따라 접착제를 사용하는 시스템과 레이저를 사용하는 시스템이 있다. 고체 기반형은 와이어(wire) 또는 필라멘트 등 열가소성 재료를 열을 가해 녹인 후 노즐을 거쳐 압출되는 재료를 적층해 제작하는 방식이다. 이외에 얇은 플라스틱 시트나 필름형태의 재료가 사용되기도 한다.
기존 3D프린팅에 들어가는 주요소재는 합성수지였으나 최근에는 나일론, 금속분말, 콘크리트 등으로 다양화되면서 활용할 수 있는 산업분야도 확대되고 있는 추세다. 그러나 kg당 100~300달러에 달하는 소재가격은 확대의 큰 걸림돌이다.
■ 왜 3D프린팅에 주목하는가 차별화 및 시제품 생산 용이, 2019년 65억불 시장
지금까지 기업들은 소비자가 좋아할 만한 상품을 개발해 대량생산해서 최대한 많이 판매하는 것을 목표로 삼았다. 그러나 3D 프린팅을 이용하면 다양한 소비자의 욕구를 충족시킬 수 있는 맞춤형 다품종 소량 생산이 가능하다. 갈수록 소비자들의 입맛이 까다로워지고 있는 추세임을 감안할 때 이는 기업의 차별화된 무기가 될 가능성이 높기 때문에 제조업계가 3D프린터를 주목하고 있는 것이다.
특히 3D프린팅을 통해 소규모 기업은 물론 소비자가 직접 제품을 생산할 수 있기 때문에 1인 기업이 급증할 가능성도 크다. 또한 스마트폰을 기반으로 많은 개인과 소기업들이 어플리케이션을 만들고 거래한 것처럼 개인이 디자이너에게 3D 모델링을 의뢰하고 아이디어나 3D모델링의 설계도를 사고 파는 시장이 형성될 수 있다. 3D 프린터와 3D 프린팅 시스템으로 인해 제조, 유통, 구매, 사용 단계에 이르기까지 근본적인 변화가 시작되고 있는 것이다.
또한 기업들이 샘플이나 시제품 생산시 필요한 금형비용을 대폭 줄일 수 있어 도전적인 제품개발이 가능한 것도 큰 매력이다. 실제로 이탈리아의 유명 스포츠카 제조회사 람보르기니는 3D프린터를 이용해 시제품을 제작, 4만달러에 달하던 제작비용과 4개월에 달하던 제작기간을 3,000달러와 20일로 축소시켰다. 보잉은 항공기 소형부품 300여 종을 3D프린터로 제작 중이다.
‘1人 제조업시대’ 개막, 정부 산업육성책 마련 시급
■ 시제품 및 맞춤형 제품 제작용 ‘주목’
3D프린터는 설계도만 있으면 얼마든지 제품제작이 가능하고 수정도 용이하기 때문에 현재는 기업들의 제품개발과 맞춤형 제조에 주로 사용되고 있다.
현재 3D프린터를 가장 많이 활용하고 있는 분야는 컨슈머(20%)와 자동차(20%) 분야다. 뒤를 이어 의료·치과(15%), 항공·우주(12%), 산업(11%), 학교(8%), 정부(6%), 건축(3%)에서 사용되고 있다.
3D프린터는 나노, 의학, 우주항공 등 분야와 융합을 통해 더욱 발전할 가능성이 높다. 고분자화합물에 금속, 탄소, 세라믹 등 나노입자를 주입해 새로운 특성을 갖는 제품을 생산할 수 있고 인공 귀, 코, 치아의 주물틀을 제작할 수 있는 것이다.
■ 세계시장 2019년 65억불
3D프린터의 시장전망은 밝다. 시장조사전문기관인 Wohlers가 2012년에 발표한 보고서에 따르면 2011년 17억 달러를 기록한 3D프린터 시장은 2019년 65억 달러로 연평균 18% 성장할 것으로 예측됐다.
보급의 관건은 역시 가격이며 개인용 3D프린터 시장이 유망할 것으로 전망되고 있다. 2011년 기준으로 1,000만~10억원 수준의 고가의 전문·산업용 3D프린터는 6,500대 수준인데 반해 저가인 개인용은 2만3천대나 팔렸다.
미국 시장조사기관 가트너에 따르면 2016년경 산업용 저가모델 가격은 2천달러(200만원)으로 떨어질 것으로 예측했다. 또한 지난 2012년 5월 미국 Solidoodle은 499달러에 불과한 가정용 3D 프린터를 출시하는 등 보급은 시간문제라는 전망이 나오고 있다.
이러한 3D프린터 시장을 선점하기 위한 각국의 움직임도 활발하다. 미국은 제조업 쇠퇴로 ‘녹슨 지대(Rust Belt)’로 추락한 미국 중서부 지역을 3D프린터를 통해 부흥시키겠다는 전략을 갖고 있다.
이에 기술개발과 교육훈련을 위해 미국은 민관공동으로 7,000만달러를 투자, 오하이오주 영스타운에 3D프린팅 관련 연구소인 NAMII를 2012년 8월에 설립했다.
유럽의 경우 영국 노팅엄대와 세필드대 등이 3D프린터 연구센터를 마련했고 독일 프라운호퍼 레이저연구소는 20여대 전용 3D프린터를 설치해 각종 금속을 소재로 기술연구를 진행 중이다.
중국은 2012년 10월 3D프린터 기술의 산업화와 시장화를 추진하고 국제교류를 가속화하기 위해 베이징에 ‘3D프린터 기술 산업 연맹’을 설립했다.
일본 정부는 기업 및 대학과 손잡고 차세대 3D프린터 개발에 나서 속도는 10배 빠르고 가격은 5분의 1 수준을 목표로 잡고 주조산업의 부활을 위한 시동을 걸었다.
■ 제언
3D프린터가 제조업에 혁명을 일으키기 위해 넘어야할 난관은 많다. 일부 개인용이나 SOHO 용 장비는 일부 국산화가 진행되었으나 산업용 프린터와 소재는 수입에 의존하고 있다. 앞서 말한대로 개인이 권총과 탄창을 만드는 상황에서 이러한 역기능을 막는 장치와 디자인과 관련해 지적재산권 보호를 위한 법적장치 등이 마련돼야 한다. 또한 사출성형 속도에 못미치는 생산속도로 인한 대량생산이 어렵다는 점과 단층 방향의 충격에 취약한 특성도 보완이 필요한 부분이다.
3D 프린터는 기업현장, 교육현장에서 보다 많은 창조적인 아이디어를 공유할 수 있고 아이디어 기반의 창업이 확대되어 다양한 산업분야에서 새로운 일자리를 창출이 가능하다. 개인의 기발한 아이디어가 제품으로 출시되어 창의성 중심의 1인 제조업이 가능하다. 이 같은 창의력을 원동력으로 하는 1인 기업이 많아질수록 경제 성장에도 긍정적인 영향을 줄 것이다.
3D 프린터는 복잡한 내부구조를 가지거나 속이 빈 제품은 제작하기 어려운 기존 생산 방식의 한계점을 보완하여 생산 공정을 단순화하고 소규모 제조기업들의 생산비를 절감시킨다.
3D 프린팅은 제 3차 산업혁명을 불러올 제조업의 혁신적 신기술로 주목을 받고있다. 하지만 일부에서는 찻잔속의 태풍이라는 우려도 하고있다. 3D 프린팅 산업이 성장 모멘텀을 갖기 위해서는 주도권 확보를 위해 정부 차원의 3D 프린팅 산업육성책과 산업계의 기술 및 제품 개발이 필요하다.
3D 프린팅기술과 관련해 선진국과 비교하면 우리나라는 걸음마도 못 뗀 수준이다. 3D 프린팅 관련 기술을 가진 업체 기반도 미약하고, 정부의 지원정책도 기술적인 로드맵도 전무한 실정이다.
미국, 유럽, 중국 등 각국 정부는 3D 프린팅 기술이 제조업을 혁신할 것으로 기대되자 지난해부터 정부 차원의 연구개발(R&D) 투자를 시작했다. 정부 지원 정책이 전무한 상황에서 중소기업은 제품 다양화나 신소재 개발을 위한 기술개발에는 엄두도 내지 못했다. 대기업은 글로벌 기업의 3D프린터 제품을 선호하고 있으며 향후 대형 제품을 개발하기 위해서는 투자가 절실하다.
정부 산하기관에서 산발적으로 부분 기술을 연구하는 경우는 있으나 제대로 된 보고서나 일원화된 연구체계조차 없어 3D 프린터 세미나 등을 통해 다양한 의견을 청취해 지원 정책을 세워야 할 것으로 보인다.
