▲ 강민철 한국마그네슘기술연구조합 이사.

지난 6월 산업교육연구소가 주최한 3D 프린터 세미나에 300여명의 산학연 관계자들이 참가한 것을 보고 신기술에 대한 뜨거운 열기를 느낄 수 있었다. 이날 발표한 7명의 연사가 공통적으로 언급한 것은 오바마의 의회 연설 내용이었다. 역시 미국 대통령이 이 기술을 언급한 것은 국제적으로 파급효과가 크다는 것을 증명한 것이다. 의회 연설의 내용을 요약하면 “3D 프린팅은 모든 생산 방식을 바꿀 혁신 기술이며 중국을 비롯해 아시아로 넘어간 제조업을 미국으로 불러들이는 동시에 첨단 산업 위주로 국가 체질을 바꾸어놓겠다”는 것이다.

미국뿐만 아니라 유럽, 중국 등 각국 정부는 3D 프린팅 기술이 제조업을 혁신할 것이라는 기대를 가지고 2012년부터 정부 차원의 연구개발 투자를 시작했다. 세계경제포럼(WEF)도 2013년 10대 유망기술 중 하나로 3D 프린팅을 꼽았다.

■ 美, ‘제조업 부활’ 기대

3D 프린터는 1984년 미국에서 개발되었으며 그동안 주로 모형제작과 보청기, 보석 등 소형 제품을 생산하는데 사용되었으나 최근 자동차나 항공기 부품 등 대형 제품을 제조하는 경우가 늘어나고 있다.

미국 시장은 2011년 기준 세계 3D 프린터 시장의 38% 이상을 차지하고 있다. 2012년에 글로벌 1위 업체인 미국의 Stratasys가 이스라엘의 Objet를 합병하고 3D systems가 독일의 Z Corp를 인수함으로써 미국 기업의 시장 점유율이 전체 시장의 절반 이상을 차지할 것으로 전망한다. 또한 Apple, HP, Amazon과 같은 대형 IT기업들이 3D 프린터 시장 진출을 고려하고 있어 미국 기업들의 우세는 한동안 지속될 것이다.
2012년 3월에는 최대 15개 국방부 직할 부대 및 기관이 참여하고 10억달러를 투자하는 ‘제조업 혁신 국가 네트워크’ 법령 초안을 국회에 제출하였다. 국방부, 에너지, 상무부, 국립과학재단의 3천만 달러 기금으로 3D 프린팅 특화 기관을 설립할 계획이며 향후 9천만달러 수준으로 기금을 확대할 예정이다. 이에 발맞춰 미국 정부는 3D 프린터를 적극 육성하려고 2012년 8월, 최초 민관공동 제조혁신재단으로 오하이오 주에 3D 프린팅 관련 연구 전용 연구소 NAMII를 설립했다.

미국 정부는 3D 프린터를 생산하고 작동하는 인력 외에는 생산 시설에 다수의 노동자 고용이 필요가 없어 인건비 절약이 가능할 것으로 기대하고 있다. 제품 설계 후 생산까지의 시간이 짧고 생산 및 재고관리가 용이하며 운송비와 물류비 절약이 가능하여 과거 높은 인건비와 운송비로 인해 해외로 이동한 제조업체들의 생산 설비를 미국으로 재이전이 가능할 것으로 전망하고 있다.

■ 유럽, 제조산업에 빠르게 도입

유럽에서는 독일, 스웨덴, 영국, 네덜란드 등의 국가의 기업들이 3D 프린팅 분아에서 성과를 보이고 있다. 플라스틱의 경우는 상업화 수준이 미국에 비해 낮지만 사형주조용 몰드, 금속 3D 프린터 제조기술은 높은 편이다.

유럽 산업 전반에 일고 있는 고객 맞춤형 차별화 트렌드로 인하여 3D 프린터를 도입하거나 고려중인 업체들이 증가하고 있다. 고객가치 마케팅에 무게를 둔 맞춤화가 새로운 마케팅 전략으로 자리잡아 거의 모든 분야에서 새로운 트렌드로 급부상하고 있다. 대량생산의 기성제품을 싫어하는 개성있는 유럽 소비자들에게 3D 프린터는 주목받고 있다.

EU는 제7차 EU FP(유럽연합 프레임워크 프로그램)에서 3D 프린터 표준화 및 R&D 과제를 지원한다고 밝혔다. 유럽 정부는 780만유로를 투자하고 프라운호퍼 연구소등 16개 연구기관이 참여하여 R&D 프로젝트 ArtiVasc를 추진하고 있다.

2013년 6월 영국 정부는 3D 프린팅 개발 투자 계획을 발표하였고 응용과학연구기관(TNO)에서 연구 테마 중 하나로 3D 프린터에 관한 연구를 진행하고 있다. 영국은 탄소배출 의무감축국으로 에너지 발전과 소비뿐만 아니라 제조업에서도 탄소배출 감축의 중요성이 인식되며 제조공정의 탄소 최소화 트렌드가 형성되어 있다. 이미 영국 런던 시내 Trocadero상가 내에서는 고객이 원하는 디자인을 CAD 작업을 통해 즉석 인쇄해주는 스마트폰 케이스 사업이 영업 중이다.

독일에서는 프라운호퍼 레이저연구소에서 이미 20여 대의 전용 3D 프린터를 설치, 각종 금속을 소재로 한 기술 연구를 진행 중 이다. 독일의 3D 프린터 주요 제조사는 EOS, EnvisionTEC, iRapid, Voxeljet 등이 있다.

제조업 부활 명목 대규모 투자, 트랜드 주도

금속재료 3D프린터가 승부처, 중점 지원 必

■ 후발주자 日, 속도 높이고 가격 내리고

미국·유럽에 비해서는 일본의 3D 프린터 산업은 스타트가 늦은 편이다. 쓰나미에 따른 여파가 장기간 지속되고 대기업 전기 메이커가 대폭 적자를 기록하는 등의 영향으로 풀이된다. 그러나 3D 프린터 일반소비재 뿐만 아니라 금속산업에 큰 힘을 두고 있다. 야노경제연구소 자료에 따르면 2011년도의 일본 국내 3D프린터 시장은 638대, 41억2,500만엔이나, 2015년도의 일본 3D프린터 시장은 1,800대, 77억엔으로 대폭 성장할 것으로 예측되고 있다.

일본정부가 기업 및 대학과 손잡고 사형주조용 3D프린터 개발 계획을 발표했다. 일본 차세대 사형주조용 3D프린터 특징은 빠른 속도와 저렴한 가격이다. 현재 하나의 모래형을 만드는 속도를 10배까지 끌어올린다는 방침이다. 가격은 기존 1/5 수준으로 낮춰 주물 중소기업도 부담 없이 구입할 수 있도록 만든다는 취지다. 경제산업성 측은 “차세대 3D프린터를 보급해 아시아 최고 수준의 일본 주물 산업을 부활시키겠다”고 밝혔다.

한편, 금형제조에도 관심이 높다. 파나소닉은 수지부품을 찍어내는 데 필요한 금형을 3D 프린터로 만들어 생산비용을 약 30% 절감하고 제작기간을 반으로 줄이며, 수지냉각 시간을 줄일 수 있는 특수구조를 실현하고 있다.

■ 中, 新프로젝트에 포함 지원 박차

중국은 2012년 10월, 3D 프린터 기술의 산업화와 시장화를 추진하고 국제교류를 가속화하기 위해 베이징에 ‘3D 프린터 기술 산업 연맹’을 설립한 바 있다. 이 연맹에는 중국 내 주요 3D 프린터 관련 교육기관, 협회, 기업 등 10개 정도의 회원사가 참여하고 있다. 중국 3D프린터 기술산업 연맹은 세계 최초의 3D산업연맹으로 산학관 협력을 가속화하고 산업표준을 조속히 제정하는 데 중요한 역할을 하게 될 것으로 전망되고 있다.

또한 2013년 5월 중국 과학기술부는 ‘국가 기술발전 연구계획 및 2014년 국가과학기술 제조영역 프로젝트 지침’을 발표하여 3D 프린터 산업을 처음으로 프로젝트에 포함시켰다.

■ 韓, 시제품 생산 적용…국산화 시작

국내 제조업계에서도 제품 개발주기 단축, 보안성 강화 등을 위해 3D 프린터 활용 사례 증가하고 있다. 1988년부터 2011년까지 3D 프린터의 국가별 누적 판매량은 미국이 1위로 전체 시장의 38.3%를 차지하고 일본 10.2%, 독일 9.3%, 중국 8.6%를 차지하고 있으며 한국은 불과 2.2%를 차지하고 있어 보급률이 낮다고 판단할 수 있다.

세계 3D 프린터 시장 1위 업체인 Stratasys 관계자는 자사 제품 수백 대가 이미 한국의 산업 현장에서 활용되고 있다고 밝혔다. 아직은 시제품 제작에 주로 사용하는 곳이 대다수지만 부품 생산 등 응용 범위가 점점 확대되고 있다.

실제 IT분야(삼성전자), 자동차(현대자동차), 건설(두산인프라코어), 완구(손오공) 등의 분야에서 휴대폰, 주요 자동차 부품 등의 신제품 개발 시 활용한 것으로 보도된 바 있다. 현대자동차와 기아자동차에 자동차 부품을 공급하는 현대모비스는 디자인 확인, 기능성 테스트 등에 3D 프린터를 활용한다. 3D 프린터는 3D 캐드로 디자인한 결과물을 실제로 볼 수 있어 디자인 오류 발견과 수정이 쉬워져 부품 결합 감소와 정밀성이 크게 향상되었다. 현대모비스는 계기판뿐만 아니라 운전석 모듈과 에어덕트, 기어·프레인 보디, 프런트 엔드 모듈, 안정 장치 바 어셈블리 제작에도 3D 프린터를 사용한다. 이 외에 대학(서울대학교, 카이스트, 한국폴리텍대학 등)은 물론 의료 분야(예, 치과 교정 장치 제작 등) 등에서도 활용되고 있다.

그러나 국내 시장에는 아직 3D 프린터의 이용이 한정적이다. 국내에서 ‘캐리마’와 ‘로킷’이 3D 프린터를 생산하고 있지만 대부분 업체들은 해외 유명 업체들의 프린터를 수입해 대기업이나 공공기관, 연구소 등에 공급하고 있다. 최근 판매 중인 프린터의 90%가 수입품이다
최근 들어 이들 3D 프린터 업체가 업계의 이익을 대변하기 위해 3D프린터협회 창립을 계획하고 있으며 2013년 7월8일 산업통상자원부는 3D 프린팅산업 육성을 위한 ‘3D 프린팅산업 발전전략 포럼’ 발대식을 가졌다. 이 포럼을 통해 도출된 발전방안을 공청회 등을 통해서 보완하고 추가적인 협의를 거쳐 3분기까지 정책화시킬 계획이다.

■ 전망과 시사점

소비재, 생산재 등 모든 분야의 제조업은 제품의 다양화와 짧은 주기화에 대응하기 위해 납기단축이 지상 명제이다. 이를 실현하기 위한 비장의 장비가 3D프린터다.

3D 프린터 분야는 이제 막 시장을 형성하고 있고 장기적으로 커다란 시장 형성이 기대되고 있는 동시에 미래의 제조 경쟁력을 좌우할 기술이다.

플라스틱 분야는 FDM(Fused Dep osition Modeling) 방식이 특허가 만료되었고, 2014년 2월에 현재 가장 최신 3D 프린트 기술이라고 할 수 있는 ‘SLS(Selective Laser Sintering)’에 대한 특허가 만료된다. 따라서 누구나 이 장비를 개선하여 시간단축, 저렴한 소재가격, 높은 해상도를 가지면 성공할 수 있다.

향후 3D 프린터의 중요한 개발대상은 금속분야라고 생각한다. 이 분야는 세계적으로 선도하는 기업이 있지만, 기술적인 격차가 크지 않다. 따라서 금속분말 제조기술과 함께 이를 직접 성형하는 장비 및 주조용 금형 및 사형산업이 부가가치가 높아 유망하다고 판단된다.

3D 프린터 관련 국내 기술 및 산업 기반은 매우 취약한 실정이어서 기술의 중요성을 고려할 때 장기적인 테크니컬 로드맵을 작성하고 적극적인 투자로 기술 및 산업기반 구축이 필요한 시점이다.

▲ 각 국가들의 3D 프린터 지원 현황.

<참고자료>
1. 한국콘텐츠진흥원, LG경제연구소, 야노경제연구소, 니혼게이자이 자료 등
2. IRS Global, 3D 프린팅 시장, 기술 전망과 국내외 참여업체 사업 전략
3. 정보통신산업진흥원, 3D 프린터, 차세대 제조업 혁신 주도 전망
4. Wohlers Associates, Inc. 2012