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  • 기사등록 2018-07-17 14:50:25
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3D프린팅 육성, 산업별 사용확대로 데이터 축적 선행돼야



■ 韓 3D프린트 산업은 성장 중이지만…


3D 프린팅(AM)산업은 몇 년 전부터 굉장한 이슈를 낳으면서 현재에 이르고 있다. 적층 방식이라는 공정을 통해서 NC, CNC나 기존의 제작 방식으로 제작하기 힘든 금형제작 단계를 건너 뛰면서 시간과 비용 절감이라는 명분으로 혁신 기술로 조명 받고 있다.


이로 인해 많은 기업들이나 연구소 등에서는 3D 프린터의 관심이 급증하고 있는 추세이다. 1980년대부터 상용화된 3D 프린터는 현재 금속 소재, 나일론, 플라스틱 등의 다양한 재료를 사용할 수 있는 장비들이 개발 됐다. 세계적으로도 3D 프린터 개발에 국가 차원에서 투자도 많이 하고 있고, 성능 또한 정점을 향해가고 있다.


우리나라도 역시 3D 프린터 개발 및 다양한 산업 군에서 다양하게 활용하고 있으며 국가 차원에서도 많은 투자를 진행하고 있다.


각 나라마다 산업 환경이나 기술에 대한 접근 방식이 다르고 나아가야 할 방향도 다르지만 우리나라는 현재 시점에서 3D 프린팅 산업이 구체적으로 정립되지 않은 것으로 보인다.


필자가 약 15년 정도 국내 3D 프린터 시장의 동향을 체험한 것에 비추어 보았을 때, 굉장히 많은 업체에서 H/W 개발에 집중적으로 연구를 하고 있지만 선진 3D 프린터 제조사와는 큰 차이점은 보이지 않고 있다.


3D 프린터를 육성하기 위해서 정부에서도 공격적으로 투자를 하고 연구 개발에 힘을 쏟고 있지만 선진 3D 프린팅 기술에는 뒤쳐져 있는 것이 현실이다. 중국의 저렴한 비용의 물량 공세와 미국, 유럽 등의 고품질 3D 프린터가 장악하고 있는 3D 프린터 시장에서 국내의 업체들이 뚜렷한 성과를 못 내고 있다.


우리나라의 제조 기술력과 3D 프린터에 대한 이해도는 굉장히 높은 수준으로 희망적이지만 아쉬운 점은 응용을 하는 즉 어플리케이션이나 공정 개발에는 큰 성과가 없고, 연구 개발이 집중되지 않고 있는 것이다.


이는 기존의 제조 공정에서 단순히 기계 장치만 3D 프린터로 대체하는 식의 기술 적용이 이루어지고 있기 때문이라고 생각한다. Input에서 Output으로 나가는 기술의 전체 흐름을 바라보는 거시적인 관점에서 3D 프린팅 기술도 바라봐야 한다.


■ 선진 3D 프린팅 기업되려면 전공정이 함께 움직여야


<그림1>그림과 같이 3D 프린터는 하나의 조형 장치일 뿐, 이를 통해서 얻어내고자 하는 가치는 분야별 혹은 산업별로 모두 다르기 때문에 최종 결과물에 따라서 이전 단계의 공정들도 함께 변화해야 하는 것이다.


예를 들어 의료 분야에서 얻고자 하는 의료 기기는 인체 적합성 소재를 활용을 하기 위해서 3D 프린팅 방식이 결정될 것이고, 금속 3D 프린터를 활용한 부품 제작을 위해서는 기존의 제작 방식에 비해 다소 고가인 금속 분말 재료를 효과적으로 사용하기 위해서 경량화구조 (Topology Optimization) 등 설계부터 변경이 되어야 한다.


물론 이런 개념으로 3D 프린터를 활용하고 있는 국내 기업도 있지만 전체 시장에서는 대부분의 경우 그 활용도가 단순 Mock-up에만 활용만 하고 있고, 장비 연구 개발도 H/W 관점에서만 바라보기 때문에 성과가 미비할 것이라고 생각한다.


3D 프린터는 동일한 장비로 제작을 하더라도 사용자의 능력이나 공정 연구에 따라서 품질의 차이가 많이 발생한다. 따라서 3D 프린터를 활용하기 위해서는 공정 개발이나 설계, 후처리 방법들에 대한 연구가 동시에 일어나야 한다.


필자도 최근에 한 기업으로부터 의뢰받은 플라스틱 3D 프린터 제품을 생산하면서 구조적으로 휨 현상이 발생할 수밖에 없는 형상을 제작하면서 적층 방향, 장비 파라미터, 프린팅 후처리 방법들에 대한 연구를 통해서 품질을 사출성형 제품보다 뛰어난 수준으로 만들었던 많은 경험이 있다.


이처럼 선진 기업들은 이미 3D 프린팅 시뮬레이션 S/W 나 대량 생산을 위한 플랫폼 개발,후 가공 연구, 3D 프린팅 기반 비즈니스 모델 등 3D 프린터 전, 후방 산업에 대한 동시 다발적인 움직임을 보이고 있다.


각 산업 별로 3D 프린팅 기술이 필요한 니즈를 파악하고 해당 분야에서 연구 개발이 되어야 하는 부분을 찾기 위해서는 3D 프린터를 최대한 많이 사용할 수 있는 환경을 만들어 주는 것이 선행이 돼야 한다. 많은 시행착오로부터 나오는 데이터를 축적해 각 산업별로 필요한 니즈가 무엇이지를 찾고, 이에 맞는 연구 개발이 필요하다.


韓, 응용 공정 및 연구개발 아쉬워
각 범주별에 맞춘 성장전략 세워야


■ 각각의 목적에 따라 육성 전략을 세우자


<그림2>는 복잡한 3D 프린팅 생태계를 큰 범주로 분류해 각 범주마다 가치 사슬 고리를 표현을 해 본 것이다.


가장 먼저 3D 프린터를 위해 필요한 3D 데이터를 취득하는 방법과 장비의 성능 및 재료의 우수성으로 분류한 3D 프린터 범주, 최종결과물로부터 얻어내고자 하는 범주 등으로 구분을 해 보았다.


특징은 3D 프린터의 범주로부터 구분을 해 보면 각 범주별로 필요한 연구 개발이나 투자가 이루어져야 하는 것들이 나타난다.<그림 3,4>에서 보는 것과 같이 각 범주별로 필요한 연구 개발이 분명하게 갈린다고 할 수 있다.


최근 초등 교육 단계와 일반 대중들이 쉽게 접할 수 있도록 데스크탑용 3D 프린터가 보급이 되고는 있지만 실제로 일반 대중들이 활용을 하기 위해서는 먼저 3D Data를 만들 수 있는 능력을 키워 주는 것이 우선 되어야 한다.


Professional 범주에서는 전문가 단계 또는 기업들의 해당 기술 응용을 위해서 H/W 및 공정 개발이 필요한 부분은 재료의 다양성이다. 이 단계에서는 이미 3D Data 작업은 해결돼 있지만 각 산업별로 필요한 재료나 제작 공정이 다르기 때문에 해당부분의 연구 개발이 이루어짐으로써 새로운 재료의 개발부터 H/W까지 이어지는 신시장 개척을 도모할 수 있다.


마지막으로 Production 3D 프린터는 금속 3D 프린터로 국한을 시켜서 바라보면 가장 시급한 부분은 신뢰성 문제를 해결할 수 있는 방안을 모색하는 것이 가장 선행이 되어야 할 것이다.


신뢰성에는 품질의 균일화와 더불어 실제 부품이나 장치로 사용하기 위한 인증절차가 있고, 금속 3D 프린팅 기술을 잘 활용하는 인력의 양성이 필요하다고 할 수 있다. 아무리 좋은 기술과 좋은 품질로 제작을 한다고 하더라도 사용할 수 없다면 아무 의미 없는 행위가 될 수 있기 때문이다.


■ 3D 프린팅 활용 위한 제도·정책 지원 ‘시급’


결국 국내 3D 프린터 시장의 실질적인 육성을 위해서는 거시적인 관점에서 시작해 미시적인 관점으로 흘러 들어가야 하며 먼저 3D 프린팅 기술을 최대한 활용할 수 있도록 하는 정책이나 지원이 시급하다고 할 수 있다.


또한 3D 프린터의 한계점이나 이를 극복하기 위해서는 적어도 몇 만 건 이상의 프린팅 경험을 토대로 축적되는 데이터를 기반으로 3D 프린팅 연구 개발 방향을 잡아야 할 것이다.


▲ 3D 프린터 연관 산업 연결 고리(출처: 임수창, ‘3D 프린팅 연관 산업 육성 전략 수립’, 기술경영 석사 논문, 2014.02)


▲ 3D 프린터 연관 산업 가치 사슬(출처: 임수창, ‘3D 프린팅 연관 산업 육성 전략 수립’, 기술경영 석사 논문, 2014.02)


▲ LOW End 3D프린터 범주(출처: 임수창, ‘3D 프린팅 연관 산업 육성 전략 수립’, 기술경영 석사 논문, 2014.02)


▲ Production 3D프린터 범주(출처: 임수창, ‘3D 프린팅 연관 산업 육성 전략 수립’, 기술경영 석사 논문, 2014.02)


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