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3D프린팅 데스밸리, 수요자가 이익을 창출해야 극복
[창간 8주년 특집 기획기사]
벤처기업들이 창업이후 3~5년내에 자금조달 등에 대한 어려움과 성장 한계로 도산의 위기에 처하는 것을 이른바 데스 밸리(Death Valley:죽음의 계곡)라고 부른다. 2013년 미국 오바마 대통령이 연두교서에서 3D프린팅의 잠재력을 언급한 것을 계기로 우리나라에선 2014년부터 정부가 3D프린팅 산업에 투자를 본격화 했고 이에 많은 기업들이 3D프린팅 창업 또는 업종을 추가하며 시장을 형성해 왔다. 3년차를 맞이한 국내 3D프린팅 시장도 데스밸리 단계에 접어든 것이 아니냐는 의견이 나오고 있다.

그간 정부는 인프라 구축을 위해 각 지자체 창조경제센터, 공공기관, 대학 등을 중심으로 3D프린팅 장비를 빠르게 구축했으며 장비 개발을 중심으로 예산을 투입했다. 이를 통해 FDM, DLP 등 시제품 제작용은 물론이고 주물사 프린터, SLS, SLM, DED, BJ 등 산업계에서 사용할 수 있는 장비가 국산화되거나 개발 중이다. 이에 대한민국 3D프린팅 시장은 2014년 1,815억원에서 2015년 2,230억원으로 성장했고 2019년까지 5,082억원으로 연평균 23% 성장할 것으로 전망되고 있다.

그러나 실제 3D프린팅 업계에서 느끼는 시장상황은 낙관적이지 않다. 우선 국내 3D프린팅 시장에서 가장 큰 수요처인 공공기관 및 대학의 인프라 구축이 거의 완료되면서 시장 자체가 위축되고 있고 공급과잉으로 경쟁이 치열한 상태로 접어들었다. 또한 3D프린팅에 대한 이해도 및 운영비 부족 등을 이유로 구축된 장비활용을 제대로 하지 못하며 소재 판매 및 서비스도 줄어드는 악순환이 예고되고 있다.

조달청 나라장터를 통해 최근 3D프린팅 입찰결과를 살펴보면 플라스틱 3D프린터는 거의 투찰률이 88%를 기록하고 있다. 금속 3D프린터도 마찬가지인데 최근 경남테크노파크 9억원대 금속 3D프린터 장비 입찰에서는 한 업체가 추정가격의 79%에 불과한 금액을 투찰해 낙찰받기도 했다.
때문에 3D프린팅 업계는 경영상황이 더욱 악화되고 있다. 유명 수입 3D프린터 유통마진이 A/S 및 교육 비용을 포함해 10%대로 추정되는 가운데 국산 3D프린터 업체들의 상황은 더욱 좋지 않다. 국산 금속 3D프린터를 개발하는 기업들도 기존 사업으로 벌어들이는 이익을 미래를 위해 3D프린터에 투자한다고 밝힐 정도로 돈을 못 벌고 있는 것이다.

코트라에 따르면 산업용 3D프린터 시장의 장미빛 전망으로 관련 제조사 수가 지난 2011년 대비 62개사로 2배 정도 급증했으나, 향후 몇 년간 시장 구조조정으로 인해 뚜렷이 감소할 것이라는 예측이 나온바 있다.

이러한 주된 이유는 비싼 3D프린팅을 구입한 기업이나 사람이 그 이상의 효용을 창출하지 못하기 때문이다. 시장이 커지려면 GE가 항공엔진 노즐을 3D프린팅으로 양산하는 것과 같이 제조업계에서 적극 도입해 부품을 양산해야하는데 이해도 부족과 소극적인 자세로 인해 국내에선 걸음마 단계이며 이렇다 할 성공사례도 없다.

한 금속 3D프린터 업체 관계자는 “수요자들은 3D프린팅으로 할 수 있는 창조적인 분야보다는 기존 생산방식 대비 시간과 비용을 얼마나 줄일 수 있느냐를 먼저 물어본다”며 “3D프린터를 단순한 장비로 보지 말고 시야를 넓혀 기존 공정에 3D프린팅을 접목할 경우 생겨나는 부가가치와 효용성을 보고 접근할 필요가 있다”고 밝혔다.
3D프린터로 제작된 요트
■우리가 잘하는 조선·중공업 분야와 접목해야
다행히 최근 두산중공업, 현대중공업 등 기업들이 금속 3D프린팅 장비를 구매 또는 개발해 가스 터빈이나 조선에 3D프린팅 기술 접목을 추진하고 있어 귀추가 주목되고 있다. 특히 조선산업은 중국의 추격으로 고전하고 있으나 세계 1~2위 기술과 수주량을 자랑할 정도로 경쟁력이 있어 3D프린팅 기술 접목의 파급효과가 큰 분야다.

GE가 항공기연료노즐을 적층제조로 양산에 돌입하면서 3D프린팅에서 우주항공분야가 차지하는 비중과 시장성장성은 높다. Wohlers report에 따르면 우주항공이 전체 시장에서 차지하는 비중은 18.2%로 전체 2위에 해당한다. 그러나 GE가 안정적인 적층제조 양산을 위해 세계적인 금속 3D프린터 기업인 Arcam과 컨셉레이저를 인수하면서 우리나라와 같은 후발주자가 우주항공분야용 3D프린팅 시장에 진입하기는 사실상 어려워졌다.

주승환 한양대 교수는 “GE는 2020년까지 자사와 협력업체에 1만대의 3D프린터를 보급할 계획이어서 우주항공용 고부가 3D프린터 시장은 우리가 놓치게 됐다”며 “공급망이 완성된 시장 대신 조선, 중공업, 자동차 분야에 눈을 돌려 선점할 필요가 있다”고 강조했다.

조선분야에서는 3D프린팅 기술을 적용해 선박 프로펠러, 복합소재 프로펠러, 특수선 선체, SCR 촉매 등 제작이 이뤄지고 있다. 유럽 로테르담연구소, 대먼(Damen)社, 오토데스크는 일본 무토 제작소의 3D프린터를 가지고 선박용 프로펠러를 3D프린팅해 실제 배에 장착을 했다.

APWorks社는 레이쇼유社 금속 3D프린터로 오라클 아메리카 컵에 출전하는 요트의 부품을 제작해 적용한 바 있다. 이태리의 요트 제작사인 리브레아社는 사빅社의 대형 3D프린터와 로봇을 이용해 탄소섬유 강화 플라스틱으로 요트 선체를 만들기도 했다.

또한 날로 강화되고 있는 해양·대기오염 규제에 대응하기 위해 친환경 선박엔진 개발이 필수인데 이에 필요한 SCR 촉매도 3D프린팅 기술이 접목되고 있다. 3D프린팅 기술이 적용되면 복잡한 형상의 SCR 촉매를 원하는 모양으로 단순한 과정으로 제작할 수 있으며 효율이 높고 적은 공간을 차지할 수 있게 디자인할 수 있다. 조선산업의 메카인 울산시는 ‘3D 프린팅 기반 선박용 SCR 촉매생산 기술 개발사업’을 2018년 국비사업으로 추진하기 위해 준비 중이다.

이러한 선박 부품을 만들기 위해선 대형 3D프린터가 필요하며 무엇보다 선박회사들의 참여가 중요하다. 조선경기 침체로 새로운 돌파구가 필요한 선박회사들과, 마찬가지로 새로운 어플리케이션을 찾아야하는 3D프린팅 업계가 상호 협력이 성공적으로 이뤄질 수 있는 호기로 보여진다.

중공업 분야에서는 독일 Man Turbo&Diesel이 2017 하노버 산업박람회를 통해 최초로 대형 가스 터빈 부품을 3D프린팅한 기술을 전시하며 중공업에서의 3D프린팅 생산시대를 알렸다. 지멘스 지난 2월 최초로 완전히 적층제조로 생산된 가스터빈 블레이드의 테스트를 성공적으로 완료했다. 해당 부품은 1분에 1만3,000회 회전하고 1,250°에서 사용가능한 것으로 검증됐다.

국내에서는 최근 두산중공업이 컨셉레이저社 장비 구축을 시작으로 가스터빈에 3D프린팅 기술 적용을 모색 중인 것으로 알려지고 있다.


제조업계 도입 위한 공정개발 미흡, 시장포화 경쟁 심화

조선·중공업·의료·주얼리 등 잘하는 분야에 접목 필요



■의료용 3D프린팅 보험수가 적용 시급
3D프린팅이 일반 국민들에게까지 널리 알려진 계기가 된 것은 의료분야에서의 성공적인 사례가 뒷받침됐다. 개인 맞춤형 제작이 가능하다는 장점을 살려 기존에 힘든 수술을 보다 쉬우면서 빠르게 할 수 있게 됨으로써 인류의 복지 증진에 기여한 것이다. 환자의 MRI나 CT를 기반으로 3D프린팅으로 수술부위를 출력해 사전 모의수술을 하고 소실된 부위를 3D프린팅해 삽입하고 있다. 현재 인체에 삽입할 수 있는 관절, 임플란트, 뼈 제작을 넘어 인공장기까지 생산하는 바이오 프린팅 시대가 열리고 있다.

그러나 의료분야 3D프린팅 출력물에 대한 의료보험수가 적용이 되지 않아 시장확대에 걸림돌이 되고 있다. 현재 치과분야에서는 교정기구에 대한 보험수가가 적용되면서 3D프린팅 장비 및 소재 구입이 활발하지만 그 외에는 적용되지 않는다.

일례로 국내에서 인체 삽입 가능한 의료용 3D프린팅 출력물을 만드는 기업의 경우 장비가격은 15억원에 달하고 소재, 공정 모두를 수입해야하지만 보험수가가 적용되지 못하다보니 고가의 시술로 환자부담이 크고 시술도 많지 않아 수익이 적다.

문영래 조선대병원 정형외과 교수는 “일본의 경우 환자 수술 전 MRI, CT를 기반으로 실제 뼈나 장기를 3D프린터로 출력하는데 있어 보험수가를 적용해 줘 수술 성공성을 높이고 있다”며 “우리나라도 보험수가가 반영되면 의료용 3D프린팅 장비, 소재, 소프트웨어산업이 동반 발전할 것”이라고 밝혔다.
기존의 주물 방식으로 생산이 불가능한 이중구조의 구형형태의 귀걸이와 목걸이(左) 및 반지. 현재 해외에서 유행하는 디자인으로 절찬리에 판매가 되고 있다.(자료:GEMACE)
■독특한 디자인 주얼리 시장, 직접 프린팅으로
빠른 트렌드를 따라가면서 독특한 디자인이 경쟁력인 주얼리 산업에서 3D프린팅은 일찍부터 활용되기 시작했다. 광경화성 수지를 사용해 빠르고 정밀한 출력이 가능한 DLP(Digital Light Processing) 방식 3D프린터가 개발되면서 주얼리 업계에서는 3D프린팅으로 원형(원본)제작을 전담하는 출력소가 운영됐고 장비 가격이 내려가면서 디자이너들이 직접 프린팅하는 추세다.

외국에서는 플라스틱으로 원형을 만드는데서 한발 더 나아가 바로 생산이 이뤄지고 있다. 최근 독일 뮌헨 막시밀리안 거리에는 컨셉레이저社의 3D프린터와 CAD 시스템을 이용해 보석을 가공하고 정밀·맞춤형으로 생산하는 보석상이 있다. 이탈리아 모 기업은 이탈리아 시스마(Sisma)社 장비, 레고르社 분말을 가지고 3D프린팅을 통해 귀금속을 제작 판매한 바 있다. 은(銀) 분말로 3D프린팅한 제품은 기존 은 세공 제품대비 6배, 소비자가격은 10배 정도로 고부가화 됐다.

유럽 및 해외기업들은 기존의 생산 방식으로 불가능한 이중구조의 구형을 포함한 귀금속 제품을 밀라노 주얼리 전시회에 출시하면서 단번에 주문량 확보를 통해 본격적인 시장을 형성하고 있다. 이에 관련 전문인력을 서로 구하려고 나설 정도다.

이처럼 귀금속 3D프린팅은 이중 구조의 구형과 같은 기존 생산방식으로 불가능한 경우 외에도 전해방식으로 생산이 가능한 제품, 생산 공정이 복잡한 제품, 안쪽이 비어 있어 가볍고 착용감이 좋은 귀금속 제품 등 적용처가 각광받고 있다.

이러한 귀금속 3D프린팅은 작은 크기의 출력이 가능한 저가 소형장비의 확산에 기여할 전망이다. 이탈리아 시스마社의 장비는 3억원대, 독일 오알레이저(Orlaser)社 장비는 1억원 중반대로 알려져 있다.

귀금속 세계시장은 360조원 국내 시장은 5조8,000억원으로 추산되고 있다. 3D프린팅 시장을 확대하기 위한 장비 및 소재, 디자인 개발과 귀금속 3D프린팅 관련 공정기술이 시급히 요구되고 있다.

국내 주얼리 기업 GEMACE는 기존 광경화성 수지를 이용한 원형 제작을 넘어 금속 3D프린팅으로 직접 주얼리를 제작하는 방안을 모색하고 있는 것으로 알려지고 있다. 상용화를 위한 국내 첫 시도인 만큼 어떠한 성공사례가 창출될 것인지 귀추가 주목되고 있다. 또한 적층제조방식의 도입은 전용소재, 장비, 후공정 서비스가 요구되기 때문에 전용장비를 보유한 전문 출력사업소의 출현도 기대되고 있다.
금속 적층제조 장비 및 금속분말시장 전망(자료:Smartech Markets Publishing)
■소재가 시장발전의 핵심
우리가 사무실에서 사용하고 있는 2D프린터와 마찬가지로 3D프린터도 장비는 한번 팔면 끝이지만 소재는 장기적으로 수익을 창출하며 이익률도 높다. 일찍부터 3D프린팅 사업을 시작한 기업들이 불황에 장비판매가 부진해도 버틸 수 있는 것은 기 구축된 장비에서의 소재 수요가 있기 때문이다. 안정적인 소재 판매처 확대를 위해 장비가격을 낮추는 것도 이 때문이다.

3D프린팅을 통한 제품 양산이 확대되기 위해선 우선적으로 출력물이 견고해야 하며 이에 적합한 소재 발굴과 개발이 필요하다. 현재 금속 3D프린팅 기술이 안고 있는 고민 중 핵심은 소재다. 3D프린팅을 위해선 구형의 미세분말이 필요한데 생산 과정에서 3D프린팅 전용 분말을 생산하는 것이 아니라 기존 분말야금 공정에 사용되는 금속분말을 입도별로 분급해 공급하고 있는 것이다.

이러한 미세분말은 전체의 약 10~15%에 불과해 생산비가 비쌀 수 밖에 없으며 소량생산이다보니 가격을 내릴 수 없고 이에 금속 3D프린팅 활성화가 저해되는 악순환이 반복되고 있다. 여기에 대다수 금속 3D프린터 업체들은 자사의 분말만을 사용하도록 잠금시스템을 적용하거나 타사 분말사용시 A/S를 거부하는 등 장치를 마련하고 있어 분말시장은 더욱 제한된다.

그러나 최근에는 많은 3D프린터 기업들이 타사의 분말을 사용할 수 있도록 오픈하는 것이 추세이며 수요자가 직접 분말생산 장비를 구축해 공정에 맞는 금속분말을 사용하는 일이 흔해지고 있다.

또한 산업용으로 사용하기 위해선 다원계 합금성분이 필요하지만 2~3개의 기본적 합금성분에 그치고 있어 개발이 요구되고 있다. 금속 3D프린터 보급확대로 금속분말시장도 함께 성장할 것으로 전망되고 있는데 Smartech Markets Publishing社에서 발표한 자료에 따르면 3D프린팅용 금속 분말시장은 2014년 2억달러에서 2025년 23억달러로 연평균 28%씩 급증하고 Co-Cr(코발트크롬) 합금, Ni(니켈) 합금, Ti(타이타늄) 합금, Fe(철)합금 등이 전체시장의 90% 이상을 차지할 것으로 전망되고 있다. Ti 합금은 경량화가 요구되는 우주항공산업에서의 수요로 사용량이 급증할 것으로 관측되고 있다.

이밖에도 합성수지 소재를 활용하는 3D프린팅에서도 엔지니어링 플라스틱이나 유리섬유강화 소재, 탄소섬유 강화 플라스틱 등의 특수소재를 활용할 수 있는 산업 분야가 확대되고 있다.

독일 프라운호퍼 생산기술 및 자동화 연구소(IPA)는 3D프린팅을 통한 탄소섬유강화섬유 부품 생산을 위해 최근 ‘3D Fibre Printer’를 개발한 바 있다. 로봇에 장착된 노즐을 통해 탄소강화섬유가 포함된 열가소성 플라스틱 부품 제작이 가능하기 때문에 항공우주, 자동차, 스포츠 등 분야에 필요한 특수 가공이나 경량 부품 구조 생산에 효율적일 것으로 기대되고 있다.
■지속적인 정부지원 통한 수출산업화 필요
신기술에 대해 빠른 추격자(fast follower) 전략을 효율적으로 펼쳐온 바 있는 우리나라는 정부가 중심이 돼 장비, 소재, 소프트웨어, 서비스 등을 아우르는 3D프린팅 발전전략을 수립했고 지원근거를 마련하기 위해 ‘삼차원프린팅산업 진흥법’으로 명문화했다. 이에 해마다 3D프린팅 발전로드맵을 수립, 시행하고 있다.

또한 인프라 구축을 위해 각 지자체 창조경제센터, 공공기관, 대학 등을 중심으로 3D프린팅 장비를 빠르게 구축했으며 장비 개발을 중심으로 예산을 투입했다. 그 결과 FDM, DLP 등 시제품 제작용은 물론이고 주물사 프린터, SLS, SLM, DED, BJ 등 산업계에서 사용할 수 있는 장비가 국산화되거나 개발 중이다. 이에 대한민국 3D프린팅 시장은 2014년 1,815억원에서 2015년 2,230억원으로 성장했고 2019년까지 5,082억원으로 연평균 23% 성장할 것으로 전망하고 있다.

단시간내에 놀라울 정도로 발전했지만 제조업에서의 활용도 부족과 시장 미성숙, 주요 기술 미확보 등 부족한 점이 산업발전의 발목을 잡고 있다. 우선 정부 및 공공기관이 주도해온 인프라 구축이 거의 마무리 되면서 국내 3D프린팅 시장이 위축되고 있고 3D프린팅에 대한 이해도 및 운영비 부족 등을 이유로 구축된 장비활용을 제대로 하지 못하며 소재 판매 및 서비스도 줄어드는 악순환이 예고되고 있다.

3D프린팅 벤처 양성을 목적으로 천만 메이커스 양성도 추진했으나 전문가도 부족한 상황에서 3D프린팅 산업발전이 지지부진하다 보니 고용창출로 이어지지 못하고 흐지부지됐다. 정부도 3D프린팅 산업 육성에 대한 의지를 갖고 3D프린팅 진흥법, 로드맵 작성 등을 통해 정책지원에 나서고 있으나 각 부처가 통일성있게 움직이지 못하고 일부 중복지원이 이뤄지고 있고 시급히 따라잡거나 선도할 기술을 구별해 지원하지 못하고 혼란한 상황이다.

특히 산업적인 측면에서 3D프린팅 기술을 사용할 국내 중공업, 의료, 우주항공 등 수요기업들이 기술이 가지고 있는 장점을 인식하고 적용처 발굴에 활발히 나설 수 있도록 부품 인증, 수출산업화 지원 등이 시급한 상황이다. 또한 이러한 시장이 이제 막 열리고 있는 상황에서 시장을 선도할 수 있는 글로벌 기업 육성도 필요하다.

새로 출범한 문재인 정부는 3D프린팅을 4차 산업혁명 시대의 주요기술로 인식하고 국립 3D프린팅연구원 설립을 공언한 바 있으며 이러한 활동을 뒷받침할 4차 산업혁명 위원회 수립을 추진 중이다. 또한 올해 처음으로 시행되는 ‘3D프린팅산업 진흥 시행계획’에 따라 정부는 신규 수요창출, 기술경쟁력 강화, 산업확산 및 제도적 기반 강화 등에 총 412억원의 예산을 투입한다고 지난 3월31일 발표했다.

3D프린팅은 우리나라가 고민하고 있는 4차 산업혁명 대응와 주력산업 고도화를 동시에 해결할 수 있는 기술이다. 이에 3D프린팅의 장점을 우리가 잘하고 있는 조선, 자동차, 반도체 등 주력산업의 제조공정과 연계시키는 방안에 대한 정부의 집중적인 지원을 통해 의미있는 성공사례를 창출하고 선순환 생태계를 시급히 조성할 필요가 있다. 독일, 미국과 같은 기술선진국으로 향하는 지름길로 가는 문이 닫힐 날은 멀지 않았기 때문이다.

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신근순 기자 (shin@amenews.kr) [기자의 다른 기사보기]
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