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  • 기사등록 2022-05-19 14:39:37
  • 수정 2022-05-30 14:01:51
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▲ 3D프린팅연구조합이 개최한 적층제조 시장과 기술동향 세미나에서 발표자들과 참석자들이 기념촬영에 응하고 있다.


적층제조(3D프린팅)가 시제품 제작을 넘어 항공우주, 자동차 등 부품 양산에 적용되면서 3D프린팅용 금속 분말 시장의 성장률이 가장 높을 것이라는 전망이 나왔다.


3D프린팅연구조합(이사장 박영서)은 지난 19일 오전 9시부터 판교 스타트업 캠퍼스 A동 2층 세미나실에서 ‘Wohlers Report를 통해 본 적층제조 시장과 기술동향 세미나’를 개최했다.


이번 세미나는 전세계 적층제조(3D프린팅) 산업을 분석한 Wohlers Report를 기반으로 △2021년 세계 장비·소재·서비스 시장 동향 및 변화, 장비 및 소재시장의 주요기술 변화와 특이점, 주요 신소재의 등장과 특이점 등 환경변화와 이에 따른 우리나라 기업의 대응전략 등을 모색하기 위해 마련됐다.

이날 △적층제조산업 전반적인 동향(강민철 3D프린팅연구조합 이사) △플라스틱 소재분야 시장 규모와 동향(신상묵 프로토텍 대표) △금속 소재분야 시장 규모와 동향(정효연 한국생산기술연구원 박사) △신규 적용사례 분석(신진국 한국전자기술연구원 박사) 등이 발표됐다.


3D프린팅은 기존 시제품 제작을 넘어 항공우주, 의료, 자동차 등을 중심으로 적용이 확대되면서 관련 제품(장비·소재·SW 등)과 서비스(3D프린터 활용 제품 생산) 시장이 지난 10년간 9배 이상 급격히 성장했다. Wohlers Report에 따르면 2021년 세계 적층제조 제품과 서비스 시장 규모는 150억달러(18조5천억원)를 기록했는데 이중 부품시장은 62억달러를, 서비스 시장은 90억달러를 기록했다.


향후 산업용 3D프린팅 시장을 이끄는 것은 항공우주·방산, 자동차, 인쇄전자, 헬스케어, 주조·단조, 소비재·주얼리, 석유·가스 순이 될 것으로 전망되고 있다. 특히 현재 3D프린팅 시장에서 가장 큰 점유율을 보이고 있는 항공우주·방산 시장은 2021년 4.9억달러에서 2027년 13.3억달러로 연평균 21.7% 성장할 것으로 예측되고 있다.


이에 따라 금속 3D프린팅용 소재와 장비 시장 성장률도 높은 수준을 보일 전망이다. 강민철 3D프린팅연구조합 이사는 “지난해 코로나19로 인한 투자 위축에도 불구하고 세계 금속 3D프린팅 장비 판매는 전년대비 10% 증가한 2,397대를 기록하는 등 판매량이 지속 늘고 있다”며 “이에 지금까지 연평균 성장률이 가장 높았던 금속 소재의 경우 2026년 7억2,800만달러로 2021~2026년 기간 연평균 성장률이 21.9%로 여전히 플라스틱이나 세라믹 보다 높을 것으로 전망된다”고 밝혔다.


금속 3D프린팅용 소재 시장은 항공우주에서 요구하는 고온·경량·내화 합금소재의 수요 증대로 신소재 개발도 확대되고 있다. 정효연 생기원 박사는 기존 사용되는 소재가 아닌 적층제조 맞춤형 신소재로 GRCop, C103, BioDur 108, Ultra-AlSiMg 등이 개발되면서 소재기술이 고도화되고 있다고 밝혔다.


특히 최근 미국 바이든 대통령이 자국 공급망 안정화와 중소기업의 3D프린팅 부품 생산을 촉진시키고자 발표한 ‘적층제조(AM) 포워드’에 따라 GE Aviation, 록히드마틴, 하니웰 등 항공우주 기업들은 외부에서 적층제조 부품을 30~50% 조달할 예정이다.


정효연 생기원 박사는 “이번 AM 포워드를 계기로 규제가 높은 항공우주·방산, 발전 분야에서도 3D프린팅 부품 적용이 가속화 될 것으로 기대된다”며 “경제성 확보를 위해 스크랩을 기반으로 적층제조용 금속 분말 개발이 상용화되고 있는 것은 지속가능한 발전도 고민하는 것이 트렌드임을 보여준다”고 밝혔다.


신진국 박사는 자동차 산업이 적층제조를 가장 빠르게 적용했으며 현재 적층제조를 사용하지 않는 기업이 없을 정도로 확대되고 있다고 밝혔다. 특히 경량화와 함께 신차 개발 주기가 날로 빨라지면서 지그와 픽스처를 중심으로 사용이 늘고 있는 추세다.


발전 산업에서 적층제조가 활용중인 대표적인 부품은 터빈블레이드다. 초고온을 견디는 가스터빈을 개발하기 위해서는 현재 고온부품 제작에 사용되는 주조기술의 한계를 넘어서, 혁신적인 냉각기술 적용이 가능한 적층제조기술을 사용해야 가능하다.

또한 220바의 소형고압 금속용기도 적층제조로 제작돼 인증까지 받았다. 미국 재생에너지 국립연구소(NREL)는 풍력발전기 플레이드를 재활용이 가능한 열가소성 수지로 적층제조해 시간과 비용을 감축시켰다.


적층제조기술의 한계로 지적되는 생산속도를 보완할 수 있는 바인더젯(BJ) 방식 3D프린팅 기술개발이 확대되고 있고, GE Aviation이 항공기 엔진에 들어가는 연료노즐을 적층제조로 누적 10만개를 제작하면서 적층제조 시장전망을 밝게 하고 있다.


신진국 박사는 “적층제조 부품 사업에서 성공하려면 선도기업들이 어떤 생각과 방식으로 적층제조를 도입했는지 진지한 고민이 필요하다”며 “적층제조는 인류에게 ‘디자인의 자유’라는 선물을 제공했다는데 가장 큰 의미가 있으며 역학적으로 가장 완벽한 형태인 자연을 모사한 혁신적인 제품이 나오는데 기여할 것”이라고 밝혔다.


플라스틱 3D프린팅에서는 고강도 부품 제작이 가능한 파우더 소재 시장이 성장하고 있다. 2021년 기준으로 파우더 소재는 전체 플라스틱 소재 시장의 34.7%를 차지하며 기존 최대 점유율을 차지했던 광경화성 수지(25.2%)를 역전했다.


또한 사빅, 코베스트로 등 세계적인 플라스틱 기업들은 화재안전 표준을 준수한 복합탄소섬유 수지, PET 재활용을 통한 환경친화적인 소재 등 신소재 개발에 박차를 가하고 있다.


신상묵 프로토텍 대표는 “적층제조 소재 가격은 20년 이상 크게 변하지 않았고 특정 소재가 사용되지 않는 개방형 플랫폼 수요가 날로 확대되고 있다”며 “재료 생산자들이 새로운 플라스틱 제품 개발하고 인증하고 있어 이러한 경쟁은 3D프린팅 재료 가격 하락에 기여할 것”이라고 전망했다.

▲ 강민철 3D프린팅연구조합 이사가 3D프린팅 산업 동향에 대해 발표하고 있다.

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