Update2024.04.25 (목)
3D프린팅산업 육성 키워드 ‘융합’
전 세계는 4차 산업혁명의 시대로 진입하고 있다. 이러한 산업 방향에 따라 국내에서도 4차 산업혁명을 맞이하기 위한 노력을 하고 있다. 특히 제조업에서는 소품종 대량생산체제가 변화되어 다품종 소량생산체제가 도래하고 있다. 이러한 변화 특성에 가장 적합한 기술은 3D프린팅 기술이다.
이 기술은 과거의 자재를 절삭해서 생산하는 방식이 아닌 원자재를 적층하여 생산하는 방식이다. 최초의 3D프린팅 기술은 적층방식과 입체물 제조에 활용 가능한 재료에 따라 다양한 기술로 분류되었다. 적층방식은 압출, Ink jet, 광경화(SLA), 파우더 소결(PBF), Binder Jet 방식 등으로 분류가 된다. 또한 산업에서 가장 적합하게 사용이 되는 금속 소재를 기반으로 하여 티타늄, 알루미늄, 코발트 쿠롬, 스테인리스 강, 구리, 마그네슘 등의 소재가 산업에서 주를 이루고 있다.
3D프린팅 기술은 시제품의 제작 비용 및 시간 절감, 다품종 소량생산 체제의 맞춤형 생산 방식이라는 장점을 가지고 있다. 별도의 금형이 없이 투자 비용을 크게 감소시킬 수 있음은 제조업에서 가장 중요하게 고려하는 부분이라고도 할 수 있다. 일례로 GE는 3D프린팅 기술을 활용하여 초음파 진단기용 탐촉자(Probe) 제조 공정 비용을 30%에 가까운 정도로 절감하는데 성공하였다.
이와 같은 장점으로 인해 3D프린팅의 시장은 급속도로 확대되어 가고 있으며 부품, H/W 및 S/W, 재료, 유지보수, 사용자 훈련, 컨설팅을 포괄하는 다양한 산업 및 서비스가 발전하고 있다. 3D프린터 관련 세계 시장 규모는 2014년 기준으로 25억 달러 규모로 추정되며, 제품 시장 규모는 11억 달러로 연간 8만3천대 가량 판매되고 있다. 서비스 시장 규모는 14억 달러에 달하며 제품 시장 보다 조금 더 큰 규모를 보이고 있다.
향후 산업용 시장은 2012년 이후 연평군 19.3% 증가, 2021년경에는 108억 달러의 시장을 형성할 것으로 전망된다. 개인용 시장은 2010년 이후 급격한 성장세를 기록하며 2013년 8만대 가량이 판매되었다.
그러나 3D프린팅 기술은 실제 산업에 적용되기에는 표면의 해상도, 조형물의 강도, 가공 재료 다양성으로 인한 기술의 변화가 필요하여 한계에 봉착해 있다. 특히 가공 시간에 대한 문제가 가장 뚜렷하게 나타나는다.
이는 기본적인 사출 성형 공정에서는 단시간 내에 추출하는 것과 비교하면 아직까지는 양산형 제작에는 부적합하다고 볼 수 있다. 또한 국내 제조산업에서 3D프린팅 기술을 활용하기에는 유용성 검증이 낮다는 평이 많이 있다. 부품 개발 과정에서 3D프린터의 유용성이 검증되기 시작하면서 RP(Rapid Prototype)장비의 필요성이 점차 높아지고 있지만 부품업체들이 RP장비를 직접 구매하여 내부 개발 프로세스에 활용하는 것은 여전히 부담이 되고 있다.
특히 국내 제조 산업의 대부분을 차지하고 있는 중소기업에서는 장비를 직접 도입하기 보다는 외주업체를 활용하는 것이 더 경제적일 수 있는 상황이다.
다양한 산업과 접목해 ‘양방향’ 발전 이뤄야
주력 제조 분야 수요창출 추진…인력양성에 힘써야
그렇다면 이 유용한 3D프린팅 한계를 극복할만한 발전 방안은 어떠한 것이 있을까?
실제로 3D프린팅 기술은 단일적으로 발전해오기에는 어려운 점이 있어 다양한 산업과의 접목을 통한 양방향적 발전이 주요하다. 이러한 방향을 위해서는 기술접목형 수요창출 시장 성장 지원을 제시해야한다.
융합형 비즈니스 모델 발굴을 위한 각종 산업에서 적용이 가능한 분야를 물색해야하며 각각의 분야에 따른 선도사업을 추진해야 한다. 최근 3D프린팅 기술은 맞춤형이 가능하다는 장점을 가지고 있어 의료분야에서 각광을 받고 있다.
특히 임플란트 및 인공관절 제작은 과거에는 개개인의 맞춤 방식이 아닌 나이와 성별에 맞춘 표준화 방식으로 생산이 되어 환자에게 부적합하게 적용이 된다는 단점이 존재하였다. 따라서 환자에게 맞춤형 신체삽입 가능 인공물을 제작이 가능해짐에 주요 3D프린팅 정책 사업에 의료와 3D프린팅을 접목한 분야가 떠오르고 있다.
다음으로는 주력 제조 분야 수요창출 추진이다. 국내의 산업 발전은 한국전쟁이후 경공업 중심에서 급속한 산업화 과정의 시대인 70~80년대를 지나왔다. 국내의 산업발전이 가장 뚜렷한 시기이기도 했다. 그러나 최근 중국의 산업화 발전으로 인해 국내 시장이 많이 낮아진 것은 누구나 체감으로 느끼는 부분이다. 아직도 국내의 기본 산업 및 경제구조는 중공업에 의존하는 경향이 크다.
3D프린팅 기술은 중공업에서 요구하는 생산 속도를 맞추는 방향에는 적합하지 않다. 그러나 중공업에서의 핵심부품들은 소량생산을 하는 것이 대부분이다. 즉 3D프린팅 기술이 접목되기에 적합하다. 해외의 사례로 살펴보면 네덜란드는 스마트 항구 시스템을 구축하여 선박에 사용되는 핵심부품 중 하나인 선박용 프로펠러를 3D프린팅으로 직접 제작하고 있다. 즉 국내의 주요 산업구조를 지배하고 있는 중공업 분야의 접목을 하여 새로운 생산 시스템 구축이 필요하다.
마지막으로 3D프린팅 산업육성을 위한 전문기업/인력 양성 강화를 해야한다. 앞서 서술한 적용분야 깊은 의료분야에서는 3D프린팅 소재와 장비에 대한 인허가 과정이 필수적으로 포함이 된다.
그러나 국내에서는 최근까지 의료분야 적용에 대한 3D프린팅 기술의 인허가 기준을 제시하지 못한 상황이다. 얼마전 산업통상자원부의 정책과제로 제시된 인공관절 제작용 3D프린팅 기술 개발 사업을 진행하고 있지만 이에 따른 명확안 가이드라인이 제시가 되어있지 않아 3D프린팅 의료산업 활성화를 위한 기반 조성을 조속히 이끌어 내야 한다.
이는 각종 산업에 접목이 가능한 다양한 3D프린팅 기술 개발을 하는 기업들에게 국가에서 방향을 제시해주어 각 기업에서 명확성을 판단하여 기술개발을 진행할 수 있음을 시사한다. 전문기업 및 인력양성은 3D프린팅 기술교육, 시제품 제작, 비즈니스 모델 발굴을 지원해주는 인프라를 구축해야 한다.
국내에도 3D프린팅에 대한 관심이 지속적으로 높아지고 있으나 전문기업으로 발 돋움 하기위한 인프라 구축과정에 어려움이 있어 기술을 보유하고 있으나 전문기업으로 성장하지 못하는 기업들이 많이 있다. 대내외적으로 3D프린팅 기술/인력 확보를 위해서는 국내 기업들 간의 수익 창출 모델을 위한 수요기반의 3D프린팅 기술개발 과제와 인력양성을 위한 지속적인 교육, 해외 선진기술 방문 참가, 3D프린팅 전문 컨설팅 지역 센터 설립이 주요하다고 볼 수 있다.
3D프린팅 기술은 현재까지 개발된 기술의 한계로 인해 나타나는 문제로 있지만, 현 산업적으로 적용 가능성이 낮음으로 시도를 하지 못하는 부분이 많이 있다. 그러나 독자들에게 마지막으로 말씀드리고 싶은 것은 3D프린팅 기술의 발전은 여타의 기술보다 우리 생활에 가장 녹아들 수 있는 기술이라고 말할 수 있다.
이를 위해 다양한 산업 접목을 고려하여 지속적인 성장 모델을 구축하여야 하며, 대외적인 제조강국으로 거듭날 수 있도록 국가·산업적 발전 방안을 꾸준히 모색해야한다.
