위 사진들은 모두 프린팅을 통해 만들어진 작품들이다. 어떻게 이런 일이 가능할까? 바로 최근 몇 년 사이 가장 핫한 이슈로 떠오른 3D프린터 덕분. 지니의 요술 램프같은 3D프린터의 속살을 파헤쳐 보고, 3D프린팅 산업의 맥을 짚어보자.

3D프린팅, 제조 패러다임의 혁신

3D프린팅 산업은 최근 몇 년 사이 매스컴의 화려한 스포트라이트를 받으며 급부상한 신성장 동력 산업으로 한국뿐만 아니라, 미국, EU, 중국 등 주요국들은 정부 주도하에 3D프린팅 기술개발 프로젝트를 추진 중이다. 3D프린팅은 컴퓨터 디자인 프로그램으로 만든 3차원 도면을 바탕으로 분말, 액체, 고체 형태의 특정 소재를 3D프린터를 통해 분사 및 적층해 3차원 입체물을 제작하는 것을 말한다.이러한 제조 방식은 적층제조(Additive Manufacturing, AM)로 물체를 기계를 통해 자르거나 깎아내는 절삭가공(Subtractive Manufacturing)의 제조방식과는 반대되는 개념이다.이런 혁신적인 제조방식 덕분에 기존 제조공정보다 훨씬 짧은 시간에 제품을 생산할 수 있게 됐으며, 사실상 출력이 어려웠던 복잡한 형태의 제품도 손쉽게 생산할 수 있게 됐다. 제조 패러다임을 바꾼 3D프린터는 21세기 첨단기술의 총아로 불리기에 충분하다. 일반 제조공정은 대량생산에 유리한 반면, 3D프린팅의 제조공정은 다품종 소량생산에 유리해 현대 산업에 더 적합하다. 또 1개의 장비로 다양한 제품 생산을 할 수 있고, 시제품의 제작비용 및 시간을 크게 절감한 다는 것은 3D프린팅의 큰 장점이다. 그러나 아직 일반제품을 제조하는 데는 시간이 오래 걸리고, 표면 정밀도가 다소 떨어진다는 점은 앞으로 해결해야 할 숙제다.

3D프린팅 기술의 현주소

지금은 화려한 기술을 보여주는 3D프린팅이지만 1984년 처음 개발된 이후 2000년대까지는 단순한 시제품 제작에 그쳤다. 그러다 점차 장비와 소재의 기술이 발전하면서 완성품 제작이 가능한 단계까지 왔다. 하지만 기존 제조공정과 달리 틀(금형) 없이 제작할 수 있고, 디자인 도면 변경만으로 수정이 가능해 시제품 개발에 주로 사용되고 있다. 최근에는 3D프린팅 관련 기술개발과 장비 및 소재의 가격하락으로 인해 산업용 정밀기계, 자동차, 의료, 항공 등 다양한 분야로 활용이 확대되고 있다. 특히 부품 제조분야에서 높은 활용도를 보인다. 3D프린팅을 활용해 부품을 생산할 경우 미리 생산해 창고에 비축해둘 필요가 없고, 단종된 부품도 도면만 있으면 재제작이 가능하기 때문이다.다만 3D프린팅은 금형 등을 이용한 기존 제조방식과 달리, 제품을 순차적으로 생산하기 때문에 긴 제조시간이 걸리며, 생산비용이 높아 완제품을 대량생산하는데 무리가 있다. 이에 제작시간 및 비용 절감, 정밀성 향상, 금속소재 개발 등의 한계점을 타계하기 위한 기술개발이 한창 진행 중이다.

국내외 3D프린팅 시장 현황

세계 3D프린팅 시장은 일반 기계설비 시장에 비해 규모가 작지만 장비의 성능향상, 가격하락 및 관련 서비스산업 발전에 힘입어 고속 성장이 전망된다. 2013년 기준 30.7억 달러(제품시장 약 15억 5,200만 달러, 서비스시장 약 15억 1,600만 달러) 규모로 강한 성장세에도 불구, 기계설비 시장에 비하면 여전히 작은 규모다. RolandBerger의 2013년 보고서에 따르면 금속을 사용한 3D프린팅은 일반 기계설비 시장의 약 10% 정도에 불과하지만, 2016년 70억 달러, 2018년 125억 달러, 2020년 210억 달러로 성장이 예상된다. 3D프린팅 시장은 프린터 장비 및 소재 등의 ‘제품시장’과 프린팅 서비스 제공 등의 ‘서비스시장’으로 구분된다. 이중 3D프린터 장비 시장은 산업용이 대부분이며 미국, 일본, 독일 등 기술 선도국가가 가장 큰 시장을 형성하고 있다. 1988년~2013년 사이 산업용 3D프린터의 설치 누적대수는 약 66,702대로, 미국이 전 세계의 38%를 차지한다. 그 뒤를 이어 일본, 독일, 중국이 각각 9.4%, 9.1%, 8.8%를 차지하는데 비해, 우리나라는 2.5%에 그쳤다. Wohlers Report 2014에 따르면 현재 전 세계 산업용 3D프린터의 연간 설치대수는 약 9,800대 수준(2013년 기준)이며, 2015년에는 15,000대를 초과할 것으로 예측했다. 개인용 3D프린터의 경우, 2010년 이후 기술 특허 만료에 따른 가격인하로 판매대수가 크게 증가하고 있으며 2013년에는 7,2000대 이상이 보급됐다. 국내 3D프린팅 시장은 급성장하고 있기는 하지만, 3D프린터 장비는 대부분 수입에 의존하고 있는 현실이다. 2012년에 300억 원 규모로 전년대비 30% 이상의 성장을 했으나, 고가 산업용 장비의 90%는 수입이었다. 장비와 연계해 판매가 이뤄지는 소재 또한 해외 수입에 의존하고 있다. 국내 3D프린터 장비 공급업체는 주로 저가 산업용 및 개인용 장비를 생산하는 중소‧중견기업들이며, 산업용 3D프린터를 제조, 판매하는 국내기업은 2개사에 불과하다. 개인용 3D프린터의 경우 최근 국내에 진출한 해외기업이 시장을 점령하고 있다. 국내 기업이 세계 시장 참여가 미진한 이유는 3D프린터 장비 관련 원천기술(SLS, SLA 등)이 취약하고, 소재 및 소프트웨어 개발이 부족하기 때문이다. 미국 등 글로벌 기업이 3D프린터 핵심 원천기술을 주도하고 있다. 국내 몇몇 기업들도 디지털광학기술(Digital Light Processing, DLP), 레이저 금속성형기술(Direct Metal Tooling,DMT) 등 기술을 보유하고 있지만 대부분 SLS, SLA와 같은 글로벌 기술을 활용한다. 상황이 이렇다보니, 소재 및 소프트웨어 등 관련 산업의 기술개발도 이뤄지지 않고 있어 해외 의존도가 높다. 이런 상황에서 정부는 지난해 4월 ‘3D프린팅 산업 발전전략’을 발표, 다양한 정책을 추진 중이지만 업계에서 느끼는 체감온도는 현저히 낮은 편이다.

정부와 기업 간 컨소시엄 구축 필요

3D프린팅은 제조 기술과 IT 기술의 결합으로 미래 제조업의 성장을 견인할 것으로 예상된다. 아직 산업초기 단계이며 소규모 시장이지만 그만큼 발전 가능성이 무궁무진하다. 우리 기업들은 3D프린터 개발의 후발주자이지만 특허가 만료된 3D프린팅 기술을 토대로 점차 새로운 방식의 기술을 개발하고 3D프린팅 시장 성장에 따라 수요 증가가 예상되는 소재 개발에도 집중해 다양한 3D프린터에 적합한 고품질 저비용의 소재 제조 기술력을 확보할 필요가 있다. 또한 미국 NAMII와 같은 정부와 기업 간 컨소시엄 구축을 통해 정부의 지원정책과 업계의 기술개발노력이 시너지 효과를 발휘하도록 해야 할 것이다.

[출처] 산업일보