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  • 기사등록 2018-07-05 17:49:41
  • 수정 2018-07-05 17:50:07
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전 세계 적층제조 시장 8조, 매년성장률 20% 육박



■ 금속 적층제조 시장이 열리고 있다

3D프린팅 열풍이 불던 5년 전, 자주 들었던 질문은 ‘금속도 가능한가요?’이다. 가능하다고 답하면 플라스틱만 가능한 줄 알았다며 대단히 놀랍다는 표정이 기억난다. 물론 그 당시 금속과 관련된 시장의 규모는 미미했다.


하지만 최근 5년간 적층제조 전 세계 시장은 2017년 8조원에 육박하며 최근 5년간의 시장성장률은 21.4%을 기록했다. 각 시장조사기관 마다 차이는 있지만 BCG analysis는 2035년 3,500억달러로 약 400조 시장으로 예상하고 있다.


금속분야의 성장률 또한 놀랍다. 시장 성장률이 지속적으로 성장해 2017년 2조2,000억원 규모를 이룰것으로 추정되고 있다.


Wohlers Report 2018에 따르면 2017년 세계 AM 제품시장의 시장규모는 3억3,950만달러
를 기록했다. AM 서비스 시장규모는 2017년 4억2,020만달러로 성장률은 감소하고 있으나 전체 시장은 지속적으로 성장하고 있다.


최근 연도별 성장률을 살펴보면, 기존의 급속한 성장률은 최근 1~2년 사이 둔화된 것으로 이는 관련 시장이 성장주기상 성숙 단계에 진입하고 있음을 간접적으로 보여주고 있다.


Stratasys와 3DSystems의 2017년 전 세계 플라스틱 장비 판매 점유율은 2016년 대비 감소하고 있는데 이는 HP 등 대기업과 소형 FDM 장비 업체경쟁업체의 출현으로 독점화 경향이 감소된 것으로 판단된다.


그러나 금속 장비의 경우 2012년에는 202대에 불과했던 수치가 매년 급성장해 지난해는 1,768대가 판매됐다. 금속장비의 경우 쥬얼리용 및 치과용 소형장비 등 데스크탑용 장비의 판매가 급신장한 것으로 알려졌다. UL리서치에 따르면 금속 적층제조 세계시장은 2023년까지 연평균 30% 성장을 거듭해 77조원시장으로 성장하고 이중 부품제작 및 서비스시장이 33조원에 달할 것으로 기대되고 있다.


■ 2014년 이후 금속관련 소재시장 성장률 매년 50% 기록


적층제조용 소재시장은 11억3,000만달러(약 1.2조원) 시장 규모이로 이중 광경화성 수지가 36%, SLS용 플라스틱 수지가 25.7%, FDM용 필라멘트가 19.9%를 차지하고 있으며 이들 플라스틱 소재의 연평균 성장률은 20% 미만이다.


금속소재의 시장규모는 2009년 이후 꾸준히 증가하다 2014년을 분기점으로 매년 50%의 급신장이 이루어지고 있다. 금속관련 소재시장은 2017년 18억3,000만달러로 2016년에 대비 40% 성장하였다. 이는 장비판매의 급격한 증가와 우주항공, 산업용품, 의료용 시장의 직접적인 성장의 영향으로 이 분야들도 함께 동반성장 중이다.


산업용 금속관련 장비 및 소재시장 ‘개화’
韓 장비·소재 수준 높지만…한계는 수요증대


■ ‘항공·산업기기·의료산업’ 적층제조 수요 증가

적층제조 응용분야에는 크게 산업용 및 기계부품, 우주항공, 소비재 및 전자부품, 의치과용, 자동차, 방산용 등의 분야가 있다.


<그림 3>에 나타낸 바와 같이 2017년의 응용분야를 살펴보면 산업용 및 기계부품, 우주항공, 자동차 분야에서 급격한 증가가 이루어지고 있다. 이는 금형, 연료분사 노즐 등 항공용 부품, 방산 무기 분야의 성공사례가 바로 시장에 반영된 것으로 금속장비 및 분말시장의 성장률과 밀접한 연관이 있다.


복잡한 설계 변수와 소량 맞춤형 생산 특징이 강한 항공, 산업기기 및 의료산업 등에서 적층가공을 통한 수요가 강하게 발생하고 있으며, 특히 항공 및 산업기기 분야는 시장규모뿐 아니라 시장점유율 모두에서 급속하게 성장하고 있다.


기존부터 꾸준한 수요가 있던, 금형 및 주조용 패턴 제작(사형몰드 및 정밀주조용 패턴) 등도 매출액이 안정적으로 증가세를 보이고 있다. 반면, 연속공정 및 대량생산 등이 중요한 변수인 자동차 및 소비재 산업에서는 매출액의 증가세가 주춤하고 있는 실정이다.


■ 금속적층 제조 한계는 융복합으로 해결


금속부품을 제조하는 주된 기술은 PBF(Powder Bed Fusion)방식으로 레이저나 전자빔을 주로 사용하는 방식이다. 복잡한 구조 형태의 부품제조가 가능하나 장비 가격도 고가이고 크기 및 적층시간에도 한계가 있다.


이러한 한계를 극복하기 위해 금속 와이어를 사용하거나 BJ(Binder Jetting)방법으로 금속분말을 바인더를 이용하여 형태를 만들고 이를 소결(sintering)하는 방식들도 기존 방식의 단점을 극복하는 방법으로 조만간 양산화될 것으로 보인다. 또한 금속만이 모든 전체적인 부품을 구성하는 방식보다는 보다 가볍고 각 소재의 장점을 결합한 융복합된 제품 사례도 많이 나타날 것으로 예상된다. 전체적인 금속시장은 <그림 3>에 나타낸 바와 같이 각 분야별 성장률로 계산하면 2020년에는 2017년 대비 3배 이상 성장된 약 7조원 시장규모를 보일 것으로 예상된다.


■ 韓 적층제조 산업활성화를 위한 제언


우리나라도 지난 몇 년간 적층제조에 대한 투자가 정부 주도하에 꾸준히 진행돼왔다. 몇년전 대한민국의 시장규모는 전세계 규모의 1.8%인 빈약국에 불과했지만 지난해 3.7%까지 성장했다.


국내산업의 경우 금속분야에 한정해서 이야기하자면 윈포시스, 인스텍, 대건테크, 맥스로텍 등이 장비제조를 통해 기술 축적이 상당부분 진행되어 왔고, 금속분말 소재의 경우도 창성, KOSWIRE, 풍산홀딩스 등이 연구개발단계에서 본격적인 양산 준비를 하고 있다. 그러나 적층제조산업에서 수요기업의 적극적인 개발아이템과 장비의 도입이 지연되고 있어 국내 생태계의 조성이 미진한 상황이다.


이러한 문제를 해결할 방법을 제시하고자 한다.


첫째는 국내역량을 확대하고 집중하기 위해서는 부품개발부터 상용화까지 체계적인 기술개발을 통해 전주기 기술개발이 요구되고 있으며 엔지니어링 역량을 보유한 OEM이 주도해 산학연의 균형 있는 생태계구축이 필요하다.


최근 방산부품 또는 발전설비의 단종 또는 조달이 어려운 부품을 3D프린팅으로 해결하는 지원과제도 공공수요를 발생시켜 관련 산업을 육성하는 좋은 방법이다. 이를 보다 확장하기 위해서는 수요기업인 대기업과 중소기업간의 협력체제 구축이 요구된다. 최근 두산중공업을 비롯한 대기업에서는 자체적으로 장비를 도입하고 발전용 부품을 연구개발하고 있고 조만간 양산 아이템들이 도출될 예정이다.


본격적인 양산을 위해서는 중소기업의 참여가 필수적이나 이들 기업들은 장비도입 비용에 있어 부담감을 가지고 있어 이들 중소기업에 대한 정부의 지원이 있다면 고용창출과 적층제조산업 발전에 큰 도움이 될 것으로 판단된다.


또한 반도체 장비나 각종 지그 등을 생산하는 업체들도 적층제조 기술을 활용하기에 적합한 업종이나 관련 인력이나 장비도입에 많은 어려움이 있어 이를 정부에서 지원하는 정책이 필요할 것으로 보인다.


두 번째는 국내에서 소재 개발과 연구개발이 필요하며 부족한 내수 시장을 극복해 개발된 소재를 적극적으로 해외로 수출하는 장려책이 필요하다. 적층제조용 소재의 내수 시장은 한정적이지만 세계수요는 다르다.IDTechEx 보고서에 따르면 2028년 금속분말시장의 세계수요는 11조에 육박할 것으로 예상되므로 국내 관련기업과 해외의 주요 수요기업에 수출할 수 있는 노력이 절실히 요구된다.


세 번째는 개발된 국산장비의 적극적인 수요진작이다.. 국내 장비업체의 수준이 선진국가에 비해 미흡한 수준이지만 기술적으로 상당한 진보가 이루어지고 있다. 장비 제작기술의 경우 국가가 지원한 사업의 결과로 국산화가 되었으나 신뢰성 등에 대한 이슈로 판매에 애로를 겪고 있다.


따라서, 판매확대를 위해 최종사용자가 국산화 장비를 설치해 운영하면서 제작사에 결과를 피드백하고 성능을 업그레이드하도록 하거나 특정 적용부품에 특화하는 등 국내 장비업체가 생존할 수 있도록 민간기업의 투자 리스크를 완화해주는 지속적인 생태계 개선 조치가 요구된다고 할 수 있다.


▲ AM Product와 Services 시장 규모(단위 : million $)(출처 : Wohlers Association 2018)


▲ 적층제조용 소재 판매 비율(출처 : Wohlers Association 2018)


▲ 2020년 금속분야 시장규모 전망(출처 : 3D프린팅연구조합)


▲ 내부 구조가 복잡한 열교환기는 기존 방식으로는 구현할 수 없는 구조와 방열특성으로 양산화 개발이 활발히 진행


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