3D프린팅 연구의 필요성
3D프린팅은 최초로 특허가 등록된 미국을 중심으로 분말형(SLS), 압출형(FDM) 등의 원천기술을 업체별로 보유하고 있고, 메이커스 플레이스(개인이 능동적으로 제품을 생산하는 데 필요한 아이디어 및 3D프린터, 3D스캐너 등 생산장비 공유의 장)와 네트워크가 결합하면서 3D프린팅 활용의 개인화, 저가화, 대중화가 진행 중이다. 산업연구원 관계자는 “3D프린팅이 제조업에 가져올 영향을 해당 산업과 연관 산업 측면에서 분석하고, 향후 국내 수요 및 공급 활성화에 대한 모색이 필요하다”고 말했다.
3D프린팅 정의와 출력 방식
3D프린팅은 3차원을 기준으로 디자인된 설계도를 3D프린터에 전송해 플라스틱, 금속, 세라믹, 세포 등의 각종 소재를 층층이 쌓아 제조하는 생산 방식을 말한다. 소재를 출력하는 방식에 따라 크게 압출형, 분말형, 층층형, 광조형으로 구분된다. 현재는 전 세계적으로 플라스틱 필라멘트를 녹여 압출하는 방식인 FDM(Fused deposition modeling)과 분말로 된 소재를 레이저로 소결하는 방식인 SLS(Selective laser sintering) 등이 널리 사용중이다. 해당 기술을 보유한 3D시스템즈, 스트라타시스, 인스텍, 카리마, 인비전텍 등을 중심으로 산업용 시제품 제조를 위한 B2B거래 형태의 산업용 3D프린터 시장이 활성화 돼 있다. 특히 FDM 원천 기술의 특허가 만료되면서 해당 기술을 적용한 데스크톱 크기의 개인용 3D 프린터가 저렴한 가격으로 판매되는 등 대중화가 가속되고 있고, 온라인 커뮤니티를 통해 3D프린터 및 프린팅 제품 생산을 위한 설계 아이디어를 공유하고 피드백하는 과정에서 개인의 프린팅 수요도 증가하고 있다.
3D프린팅 특징과 응용 분야
3D프린팅 기술은 디자인의 반복적 수정이 용이해 제품 디자인에 소요되는 시간을 단축시켜준다. 산업연구원 관계자는 “소프트웨어 발달과 쾌속 조형 등 시제품 제조방법이 보급되면서 과거 1년 가량 소요되던 제품 디자인이 3개월 정도 단축됐다”고 말했다.
특히 의족, 보청기, 임플란트 등과 같은 재료와 기본적인 디자인 틀(인체)은 존재하지만, 개인차로 인해 맞춤 생산이 필요한 제품의 생산이 용이해졌다. 수작업 대비 투입되는 재료와 노동시간이 단축돼 생산 비용은 감소하고, 신체 맞춤형 제품 덕분에 기능과 제작시간, 안정성 측면에서 소비자의 만족도는 증가했다.
더불어 기존 제조업 공정 대비 시장 출시에 도달하는 시간과 부품 제조 인건비, 조립비, 물류비가 상대적으로 경감된다는 게 산업연구원 측의 설명이다.
하지만, 기기에 의한 제작 속도와 제품 크기 등에 있어 제약이 따른다. 소모품을 론칭하기 위한 완제품 제조시간은 전반적으로 단축되지만, 단계별 프린트가 필요하기 때문에 개당 생산에 필요한 속도는 기존 자동화 생산기계에 비해 느린 단점이 있다. 산업연구원 측은 소재의 한정에 따른 내구성 부족과 안전성 이슈를 지적했다. 현재 상용화 돼 활용 가능한 소재는 플라스틱, 종이, 목재, 일부 금속분말로 제한돼 있다. 구조적으로 보완하더라도 강철, 세라믹과 같은 강성소재 대비 제품의 내구성은 떨어진다.
이를 극복하기 위해 강화플라스틱, 세라믹, 탄소섬유, 티타늄, 전자복합소재 등의 활용 방안이 연구개발 중이다.
