이낙규 한국생산기술연구원 3D프린팅 제조혁신센터 센터장이 ‘3D프린팅 기술트렌드 및 시장동향’을 발표하고 있다.

(사)3D프린팅연구조합 주최 ㈜첨단 후원으로 3월29일 코엑스 3층 컨퍼런스룸 307~308호에서 ‘제2회 산업용 3D프린팅 유저 컨퍼런스 2018’이 개최됐다. 이날 3D프린팅 관련 산학연 관계자 100여명이 참석해 3D프린팅 시장이 활성화되고 있음을 엿볼 수 있었다.

‘3D프린팅, 스마트 제조혁신을 앞장서다’를 주제로 열리는 이번 세미나에서는 정부 정책, 항공, 자동차, 의료, 금속주조, 전자 관련 3D프린팅 적용사례, 신제품 및 솔루션 등이 발표됐다. 이날 강연자들은 한 목소리로 4차 산업혁명 시대와 스마트팩토리라는 큰 흐름속에서 3D프린팅이 제조업에 혁신을 가져다 줄 것이며 기술도 함께 성장할 것이라고 강조했다.

황혜영 스트라타시스코리아 지사장은 ‘4차 산업혁명과 3D프린팅’이라는 주제발표를 통해 현재 3D프린팅은 전체 80%가 시제품제작에 그치고 있고 제조 프로세스에 적용해 사용하는 것은 전체 사용자의 13%에 불과하다고 밝혔다. 이처럼 3D프린팅이 제조공정에 활발히 적용되지 못하는 것은 아직까지 장비, 소재 등 기술적 한계와 공정 최적화에 대한 연구가 활발히 진행되지 못하고 있기 때문이다.

그러나 향후 제조업이 다양한 ICT기술과의 융합으로 다품종 유연 소량생산에 적합한 스마트팩토리로 진화할 것으로 예상되면서 제조비용 절감, 리드타임 단축, 고객맞춤형 생산, 원격 생산 등이 가능한 3D프린팅 기술이 더욱 빛을 발할 것으로 전망되고 있다.

이에 3D프린팅 장비, 소재, S/W, 서비스 등은 이러한 제조업 발전에 맞춰 빠르게 진화하고 있다. 정밀화, 경량화, 고기능화가 필요한 부품을 빠르고 보다 저렴하게 생산할 수 있어 제조업에 적용이 가장 활발한 금속 3D프린터의 경우 대형화, 고속화, 자동화, 다양화 등이 눈에 띄게 진전되고 있다.

이날 이낙규 한국생산기술연구원 3D프린팅 제조혁신센터 센터장이 발표한 ‘3D프린팅 기술트렌드 및 시장동향’에 따르면 지난해 GE는 1m에 달하는 부품을 출력할 수 있는 금속 3D프린터인 ‘아틀라스(ATLAS)’를 선보였으며 EOS, 레니쇼우 등은 4개의 레이저를 장착해 속도를 향상시켰다. 3D시스템즈, 컨셉레이저, 스트라타시스 등 선진기업들은 자동으로 대량생산이 가능하면서 AM 팩토리 시스템을 개발해 시장에 선보였다. HP는 열에 반응하는 액상 재료를 통한 소결방식을, Xjet은 나노파티클 제팅과 열소결을 응용한 새로운 잉크젯 방식의 장비를 각각 시장에 출시했다.

스트라타시스는 로봇팔을 이용해 FDM 방식으로 z축(높이)으로 무한대로 적층할 수있는 ‘인피니트-빌드 3D 데몬스트레이터’ 기술을 적용한 장비를 올해 출시한다는 계획이다. 로봇팔은 다양한 소재를 자동으로 교체·장착하면서 제품을 적층할 수 있으며 기존 FDM 장비 대비 적층속도가 10배 빠르다.

3D프린터로 전자기기를 만들 수 있는 인쇄전자 3D프린터도 개발되고 있다. 설승권 전기연구원 박사는 “궁극적으로는 3D프린팅 기술만으로 완성된 완전한 전자기기를 제조하는 것을 목표로 하고 있다”며 “이를 위해서 잉크, 필라멘트, 분말 등 다양한 형태의 기능성 소재들과 이종 이상의 프린팅 기술이 융합된 복합공정 3D프린팅 기술 개발이 필요하다”고 밝혔다. 설 박사는 현재 구리, 그래핀, 탄소나노튜브(CNT) 등을 활용한 기능성 나노잉크도 함께 개발 중이다.

그간 한정적이던 3D프린팅 소재도 다양화되고 있는데 지난해 말 열린 폼넥스트에서는 ‘Minifactory’, ‘Apium’, ‘Roboze’ 등 고강도·고내열 엔지니어플라스틱인 PEEK를 출력할 수 있는 장비가 출시되면서 PEEK를 냉각채널, 금형, 의료 부품 등에 활용할 수 있게 됐다. 또한3DCERAM, PRODWAYS 등 세라믹 3D프린터가 출시되면서 3D프린팅 소재가 알루미나, 지르코니아 등으로 확대되고 있다.

3D프린팅 소프트웨어(S/W)도 기존 CAD/CAM 기능 뿐만 아니라 DfAM(적층제조를 위한 디자인)을 위한 위상 최적화, 격자 구조 생성, 시뮬레이션 등 기술이 개발되고 있으며, 레이저 빔 정렬, 출력 과정 관찰, 출력물 형상 비교 등을 모니터링 하는 통합 솔루션을 제공하도록 발전하고 있다.

세계 3D프린팅 시장에서 기계, 항공우주, 자동차 등 산업에서의 활용도가 전체 50%를 차지하면서 3D프린팅 서비스 시장은 부품제작, 출력대행 등이 성장을 주도하고 있다.

3D프린터를 제대로 활용하기 위해서는 공정 최적화가 필수이며 매우 중요한 부분이다. 같은 장비를 가지고도 출력물의 품질이 제각기 다를 정도로 어려운 분야인데다 금속 3D프린팅 출력물을 완전한 부품으로 활용하기 위한 열처리 등 후공정이 필요한데 아직까지 우리나라는 관련 기술이 부족한 상황으로 시장발전이 정체되고 있다.

이낙규 센터장은 “3D프린팅 제조혁신센터(www.kamic.or.kr)는 시흥, 대전, 경남, 강원, 호남 등 전국 5개 권역에 특화센터와 함께 제조업에 적합한 3D프린팅 설계, 생산, 실용화 등 기술을 개발·지원하고 산업현장인력 교육을 전문적으로 제공하고 있으니 많은 관심과 활용을 부탁드린다”고 밝혔다.

이와함께 우리나라 제조업 실정에 맞도록 3D프린팅의 장점을 극대화할 수 있는 기술을 개발해야한다는 필요성도 제기됐다. 주승환 한국적층제조사용자협회 회장은 “국내 조선산업은 세계적인 기술을 보유하고 있음에도 불구하고 장기불황으로 어려움을 겪고 있어 3D프린팅을 적용한 고부가기술 확보와 고용창출이 시급하다”며 “또한 금속 3D프린팅 출력물의 결과를 예측해서, 비용 및 시간낭비를 방지할 수 있는 시뮬레이션 기술의 도입이 필요하다”고 밝혔다.

한편 이날 세미나에서는 △박훤 한화테크윈 항공우주연구소 수석연구원 ‘Design for Additive Manufacturing;Challenges & Opportunities for Aero Engines’ △조신후 현대자동차 신소재연구팀 책임연구원 ‘자동차 산업계의 3D프린터 활용’ △설승권 한국전기연구원 연구원 ‘스마트 기기 전자소자도 3D프린팅으로 인쇄한다’ △김진호 KTC 대표 ‘금속 주조에서의 3D프린팅 활용사례’ △김정성 건양대 교수 ‘의료 분야 3D프린팅 사례 및 전망’ △강경호 폼엑스 대표 ‘HP 3D프린터의 시장전략’ 등이 발표돼 3D프린팅이 다양한 어플리케이션에 적용되고 있음을 공유하는 자리가 됐다.