왜 3D 프린팅인가?
130억 달러 시장 노리고 글로벌이 ‘들썩’


3D 프린팅은 디지털 디자인 데이터를 사용하여 소재를 적층하는 방식으로 3차원 물체를 만들어내는 프로세스로 적층방식이 일반적이나, 깎는 방식도 활용된다. 이 기술은 1980년대 3D 시스템사가 개발했다.


김유활 기자 (yhkim@hellot.net)

‌3D 프린팅의 가능성

3D 프린팅은 ▲제품 디자인 ▲슬라이스화 ▲제품생산 등 3단계의 과정으로 진행된다. 제품 디자인의 경우 CAD 프로그램을 이용해 PC상에서 3D로 디자인 제작 또는 기존 제품을 스캔한다. 제작된 디자인을 다수의 수평 레이어로 나누어 프린터에 전송하는 슬라이드화가 2단계이며 마지막이 제품 생산으로 액체 또는 분말형태 재료를 분사-경화-본딩 과정을 거쳐 한 층씩 적층하여 물체를 제조한다.
방식은 적층방식과 재료에 따라 다양한 기술유형이 존재하는데, 현재는 정밀성·효율성이 높은 SLS, FDM 방식이 많이 채용되고 있다.
3D 프린팅이 주목을 받는 것은 디지털 설계도만 있으면 제품 생산이 가능하므로 제조공정단계를 획기적 간소화시켜 R&D 혁신, 창업 활성화, 니치 마켓 창출이 가능하기 때문이라는게 전문가들의 분석이다. 실제 미국 오바마 대통령이 올해 연두교서에서 3D프린팅을 언급할 정도로 잠재력이 많은 분야이다.
3D 프린터 시장은 현재 도입 초기단계로 지난 2011년 17억 달러였다. 하지만 오는 2016년 31억 달러, 2019년에는 61억 달러로 전망되며, 제조된 제품의 가치를 더할 경우 133억 달러에 이를 것으로 기대하고 있는 황금시장이다.
3D 프린터 업체는 산업용 프린터를 중심으로 성장하여 왔으나, 최근 개인용 프린터 시장으로 진출 확산 중이다. 업체 간 M&A를 통해 대형화되고 있는 추세이지만 글로벌 기업은 표면적으로는 아직 진출에 미온적인 반응을 보이고 있다. 전문업체인 스트라타시스와 오브젝트가 합병을 추진 중이며, 3D 시스템은 Z Corp을 인수했다.
산업용의 경우 스트라타시스가 38%, 오브젝트 14%, 3D 시스템 11%, 엔비전테크 8%, Z Corp 11% 등으로 몇개 업체가 시장을 점유하고 있다. 시장 규모는 6500대, 평균 판매 가격은 7만3천여 달러이며, 상위 10개 업체 중 오브젝트, 엔비전테크, 베이징 티어타임을 제외하곤 모두 미국 기업이다.
개인용의 경우, 렙랩(60%), 마켓보트(22%), 비츠 바이트(13%), 델타 마이크로(5%) 등이 시장을 분할하고 있다. 총 판매량 2만3천대, 평균 판매가 1,122달러이며, OSI(open source initiative)인 렙랩 프로젝트, 마켓보트, 비츠 바이트가 시장 대부분을 형성하고 있으며, 최근 산업용 3D 프린터 업체도 이 분야에 진출하고 있다.
국내의 경우, 3D 시스템, 오브젝트, 스트라타시스 등 고가의 외산 제품 중심으로 시장을 형성하고 있다. 고객층이 다양하지 않고 연구기관이나 대기업 중심으로 구매층을 형성하고 있는 상황이다. 다만 캐리마, 인스텍 등 소수 업체가 관련 기술을 개발하고 이에 따른 시장을 만들어가고 있는 중이다.

‌미래는 밝다, 그러나 …

3D 프린팅 기술은 현재 속도, 재료, 크기, 정밀도 등에서 기술적 문제를 안고 있다. 업계에서는 이것을 기술개발 후 30여 년이 경과되었는데도 시장이 크게 확산되지 못한 가장 큰 이유로 꼽고 있다.
속도의 경우, 현재는 반나절에서 하루가 소요되며 재료도 플라스틱류나 ABS, 아크릴 등 일부 재료만 가능한 매우 제한적인 모습이다. 크기는 약 30㎤의 박스 크기 미만이며, 0.5mm에서 0.01mm 조형 해상도를 지원해 정밀도도 낮다는 설명이다.
그러나 핵심 특허권 만료, 신기술 개발, 재료의 발전 등으로 인해 수년 내 빠른 속도로 발전될 것으로 업계는 예상하고 있다. 지난 2007년 스콧 클럼프(Scott Crump)가 출원한 FDM의 원천기술 특허가 만료되었을 때 RepRap과 같은 오픈소스 프로젝트가 가능해졌으며, 그 결과 2011년 2만대 이상의 개인용 3D 프린터가 보급된 사례가 이를 설명해주고 있다.
이를테면 출력속도도 수분에서 한 시간 정도로 대폭 단축될 것이며, 재료 역시 스테인리스, 티타늄, 섬유 세라믹, 카본 파이버, 유리, 구리 등으로 확장될 것으로 전망된다. 크기도 수십㎥ 큐빅 사이즈 이상 작업도 가능할 것으로 기대되며, 나노 스케일급의 정밀도로 발전할 것으로 업계는 점치고 있다.
3D 프린팅 산업은 빠르게 성장할 것으로 전망되나, 기술개발·상업화·응용분야 확대 여부 등이 그 속도를 결정지을 것이라고 전문가들은 내다보고 있다.
3D 프린팅 산업은 티핑 포인트(Tipping Point)에 도달할 것인가라는 지점에선 기술발전과 프린터 가격 인하로 최근 적용분야가 광범위하게 확대되고 있으며, 올해 저가형 가정용 3D 프린터의 등장, 산업 초기단계로 현재의 시장 전망은 무의미하다는 의견도 만만치 않을 것이란 게 업계의 관측이다.
상업화 경쟁력의 경우도, 기존 공정을 대체할 비용·효율·품질 경쟁력이 있는지 여부, 기존 공작기계도 디지털화를 통해 3D 프린터와 유사한 형태로 발전하고 있다는 점, 대기업이 아직 3D 프린터 제조에 관망하는 자세라는 점 등이 관측 포인트로 거론되고 있는 상황이다.
응용분야 확대와 기술개발 심화 여부도 3D 프린팅의 장점을 활용할 수 있는 응용분야 개척이 성장 관건으로 꼽히고 있으며, 대학 및 기업체의 연구소를 중심으로 관련 기술개발과 응용분야 연구가 활발히 진행 중이라는 점, 미국 정부의 지원에 힘입어 빠른 속도로 기술발전이 추진될 가능성이 있다는 전망도 신규 사업 진입을 결정하는 포인트가 될 수 있다고 전문가들은 조언하고 있다.
저작권 침해과 기술 악용 우려도 지적되고 있다. 즉, 제품 디자인에 대한 특허와 저작권 침해 문제, 총기류와 같은 위험 물품의 불법생산, 열쇠 복제 등 범죄 우려, 다수의 생산 참여자(오픈소스)로 문제 발생 시 불명확한 책임 소재가 우려되고 있다.
미국의 경우, 저임금 국가와의 경쟁을 통한 제조업 발전의 핵심 기술로 3D 프린팅 기술을 선정, 관련 법령을 정비하고 산학 연계 연구지원을 추진하고 있다. 미국 정부는 ‘제조업 혁신 국가 네트워크 법령’ 초안을 국회 제출하고 대학·지방정부와 함께 ‘제조업 혁신을 위한 컨소시엄’을 설립했다. 관련 파일럿 프로그램으로 오하이오의 영스타운(Youngstown, 제조업이 흥했으나 공장 이전으로 쇠퇴한 도시)을 선정, 3D 프린터를 중심으로 투자한다는 계획이다. GE항공, 보잉사 등은 수년 내 3D 프린터를 이용한 제트엔진 제조와 산업 육성을 위해 관련 회사 인수, 소형 부품 생산 등의 움직임을 보이고 있다.
중국은 연구소 중심의 기술개발과 관련 기업 육성을 진행하고 있다. 중국 쿤산에는 20여 개의 3D 프린터 개발사와 연구소가 밀집해 있다. 칭화대학교 연구진이 만든 베이징타이얼은 2011년 3천만 대의 3D 프린터를 판매하며 세계 시장 4%를 점유하는 데 성공했다.
일본은 중소기업 중심으로 의료분야 기술개발과 제품 확산을 추진하고 있다. 로봇 개발업체인 스기우라 기계설계사무소는 합성수지를 활용한 로봇팔을 생산했으며, 의료기기 전문기업인 파소텍은 의료기구, 틀니 등을 3D 프린팅을 통해 생산하고 있다.
EU는 중국과 비슷한 양상으로 대학·연구기관 중심으로 기술개발을 진행하고 있다. 영국에선 셰필드 대학교에 3D프린터 연구센터를 설립해 전문적인 연구를 진행하고 있으며, 독일에서는 프라운호퍼연구소에 20여 대의 3D 프린터를 설치, 각종 금속을 이용한 기술 연구를 진행하고 있다.