기술 안정기 접어든 3D프린팅, 수요처 니즈 충족해야

◇연재순서
(1)전시회 총괄 평가
(2)산업용 금속 적층제조 장비 및 소재
(3)산업용 플라스틱 적층제조 장비 및 소재
(4)바이오 메디컬 분야 적층제조 기술
(5)적층제조 후공정 및 디지털 매뉴팩처링
(6)적층제조 S/W 기술 발전 방향
(7-完)적층제조의 미래 발전 방향

인류문명의 진보는 석기, 청동기, 철기, 실리콘·컴퓨터 등과 함께 했으며 시대를 대표하는 각각의 소재는 새로운 기기, 산업, 문화를 창조하는 원동력이 되었다. 그러나 문명의 발전은 이러한 물질들이 처음 발견됐을 때가 아닌 기술과 문명이 궁극적으로 유용한 장치와 물체를 만들어낼 때, 혹은 이러한 능력이 숙달되기 시작하면서 진행됐다.

최근까지의 제조방식은 자연 원료에서부터 분리, 수집, 변형, 조작, 가공, 축소 등의 일련의 과정을 거쳐 최종 물체를 만드는 ‘절삭가공’(subtractive manufacturing)이 이끌었다. 이는 가장 간단한 플라스틱 일회용 제품부터 금속, 세라믹, 심지어 생물학적 제품 등에 이르기까지, 오늘날 세계에서 거의 모든 제품을 생산하는데 효과적으로 활용되었다.

그러나 절삭가공은 수많은 기술적 진전을 이루었음에도 불구하고, 자르고, 깎고, 다듬는 등 재료를 덜어낸다는 과정의 본질은 변하지 않는다. 그러나 최근 각광받고 있는 3D프린팅은 이러한 절삭가공 제조방식의 개념을 완전히 바꾸며, 전세계 곳곳에서 제조업 패러다임 전환에 앞장서고 있다.

3D프린팅은 덜어내는 개념이 아닌, 보태거나 쌓는 ‘적층가공’(additive manufacturing) 방식이다. 다양한 재료를 분사하거나 녹이면서 쌓아 형태를 가공하는 것으로, 절삭가공에 비해 조형속도가 빠르고, 복잡한 형태의 제품 생산을 가능하게 한다. 이뿐만이 아니라 설계변경이 자유로운 3차원 디지털 도면으로 제품을 생산하기 때문에 산업 니즈에 즉각적인 대응이 가능하고, 고정비, 재료비, 원가 절감이 가능하다.

이는 기존 산업 제조공정의 고도화 및 제품개발에 필요한 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 제조업의 혁신 및 신시장 창출을 이끌어낼 수 있는 차세대 원동력으로 산업 생태계의 파란을 불러 올 것이다. 만약, 이러한 3D 프린터의 생산기술이 미래에 점점 더 보편적이고 필수적인 역할을 하게 될 것을 고려한다면, 인류 문명의 진보는 더 이상 재료가 아닌 제조방식에 의해 정의될 것이라고 예측해도 무방하다.

▲ 3D프린터로 출력된 다양한 형태의 형이상학적 모형물 사례

■‘폼넥스트(FORMNEXT) 2019’, 적층제조 발전 읽다
지난해 11월 독일 프랑크푸르트에서 열린 세계 최대 적층제조 박람회인 폼넥스트(Formnext 2019)에는 전년에 비해 전시부스는 35% 이상 증가한 852개가 구축됐고 방문객은 28% 이상 증가한 3만4,500명이 몰리며 역대 최대규모를 자랑했다.

지난 몇 년 동안 적층제조 산업의 진화와 성장을 따라 함께한 폼넥스트는 규모만 커질 뿐 아니라, 기계, 재료, 소프트웨어 및 응용 프로그램과 같은 모든 분야에서 많은 발전을 보여주었다. 실제 전시회에는 대기업인 HP, 스트라타시스(Stratasys), GE Additive 등에서 양산장비를 곧 출시할 것 같은 분위기로 일부 제품을 전시했으며, 자동차, 항공 우주, 기계 공학, 의료 기술, 전기 공학 등과 같은 광범위한 산업 분야에서 적층가공의 적용 범위를 크게 확장하는 새로운 소재가 개발되는 등 기술의 약진이 느껴졌다.

전반적으로 이번 폼넥스트를 돌이켜보면 적층제조산업 분야가 통합되기 시작하고 있으며, 본격적인 산업화를 향해 꾸준히 나아가고 있음이 관찰됐다. 기존의 모든 제조방식을 대체하는 것이 아닌 기존의 제조 워크플로우 내에서의 변화에 좀 더 무게를 실은 모습이다.

적층제조의 실질적인 발전은, 이 기술이 어떻게 적용되고 있는지, 그리고 그것이 실제 응용 분야에서 어떤 이점을 제공하는지를 통해 비추어 볼 수 있다. 그런 면에서, 소비재 영역에서의 3D프린팅 접목기술이 주목 받았다. 아디다스가 3D프린터로 만든 운동화인 퓨처크래프트 4D가 대표적이다.

▲ 아디다스의 퓨처크래프트(左)와 엔비전텍(EnvisionTec)의 치기공 모델

3D프린터로 만든 이 신발의 가장 큰 이점은 규격품이 아니라 각 개인의 발 크기와 요구에 맞춘 제품을 만든 것이다. 3D프린터로도 신발처럼 생긴 물건을 출력하는 것은 쉬우나 그것을 실제로 사용할 수는 없다. 이러한 면에서, 신발 밑창과 제품 내 형태가 완전한 조합을 통한 완충역할을 충분히 해내고 개인의 맞춤형 형태를 만들어 내는 것은 3D프린팅이 아니면 결코 경험할 수 없는 기회일 것이다.

뿐만 아니라 개인 맞춤제작이 요구되는 덴탈과 쥬얼리 분야는 3D프린팅의 기술 성숙도가 가장 두드러지는 분야로 활용이 활발하다. 기존에는 환자의 치아를 본떠 가공하는 과정을 거치므로 시간이 오래 걸렸으나, 3D프린팅 치기공 모델 통해 데이터를 확보, 이를 바로 적용할 수 있기 때문에 시간과 경비를 최소화 할 수 있다. 쥬얼리 가공 및 디자인 산업도 3D프린팅 기술이 적극 도입돼 시제품을 단기간에 만들 수 있을 뿐만 아니라 개인이 원하는 맞춤형 디자인 제작과 수정도 용이하다.

반면, 산업적 영역에서의 3D프린팅의 실질적인 발전은 적층제조를 위해 설계된 새로운 장비에서 엿볼 수 있다. 개발된 장비들은 사용자 친화적 디스플레이를 통해 매우 친숙한 느낌과 편의성을 제공하였으며 표준 기성부품 활용과 개방형 소프트웨어 및 오픈 소스를 차용해 비용을 낮추려는 모습도 보였다. 모든 제조 장비가 이미 수준 높은 개발 과정을 거친 것으로 보아 상당한 투자가 이루어 졌음이 느껴졌다.

소비재·덴탈·의료 등 적용 활발, 가치 및 차별성 전달 부족
기술표준 확립·산학연 연계 교류·인식개선 노력 시급

▲ 3D시스템즈의 금속 3D프린터 ‘DMP Factory 500’

그러나 이러한 전시 장비는 진정으로 혁신적이기 보다는 30년 전에 발명된 기술을 고수하고 있다는 느낌을 지울 수 없었다. 그들 장비로 제작된 전시 제품들은 훌륭해 보이며 3D프린팅 디자인의 자유도가 높음을 보여 주지만, 그들이 어디에 쓰이는지에 대한 설명은 명확한 설명은 없다. 이것은 여전히 많은 사람들이 최고의 3D프린터를 만들려고 노력하고 있지만 그들의 기술이 어떻게 차별화되고 비즈니스적 가치를 제안할 수 있는지를 알아 낸 것 같지 않았다.

이번 폼넥스트에서 본 3D프린팅 기술개발 수준은 소재뿐만 아니라 장비, 소프트웨어 등 전반에 걸쳐 ‘안정기’ 단계를 거치고 있다. 단순 아이디어 상품이나 시제품 생산에 그치는 전시는 이제 따분하다. 이제는 그들의 기술들이 어떤 미래 산업의 니즈를 충족시킬 수 있는지 대답해야 할 때이다.

‘3D프린팅 기술로 집 짓는 시대 실현’이라는 다소 거창한 기술보다는 산업 현장에서 3D프린팅 기술이 어떻게 적용될 수 있고, 그로부터 어떤 이점이 파생될 수 있는지 비즈니스 가치를 명확하게 이해하는 것이 중요하다. 또한, 그들이 기술이 실제 산업 현장 및 자동차와 같이 제조 워크플로우 내에서 차별화 요소를 사용자에게 명확하게 전달할 수 있어야 한다. 급할수록 천천히, 한 단계, 한 단계씩 기존 제조 공정을 3D프린팅으로 대체하면서 그 가치를 지속적으로 인정받아야 한다.

▲ 부가티 치론의 3D프린팅 타이타늄 브레이크 캘리퍼

■적층제조를 제조업에 확대하기 위한 제언
이러한 관점에서 적층제조가 앞으로 제조업에 새로운 모멘텀을 제공하기 위한 3가지 방향으로 △안정기에 접어든 3D프린팅 기술 전문성의 강화 및 기술표준 확립 △제조업 니즈에 대응하기 위한 산업계 내부의 연계 교류 △3D프린팅 산업계와 활용·응용산업의 인식 개선 등을 제안한다.

3D프린팅 기술이 안정 단계에 접어든 지금, 기술의 적용범위가 전방위 다양한 산업에 확대됨에 따라 미래의 산업·시장의 선점을 위해서는 3D프린팅 표준기술을 통한 실증 테스트, 제조 인프라의 규격화, 설계, 공정, 소재 등 3D프린팅 플랫폼 개발을 위해 관련 기술표준의 확립이 매우 중요하다.

또한 기술 및 산업 단체 등과의 적극적인 교류를 통하여 3D프린팅 기술을 제고하고, 관련 단체의 산업 등과 연계하여 3D프린팅 융합 기술 개발 및 응용 서비스의 발전 방향을 정립할 필요가 있다. 기업 역량 향상을 위한 맞춤형 컨설팅과 기술개발, 주력산업의 제조 지원을 연계하고 사업화와 관련된 장비, 제품, 서비스, 관련 산업 우수사례 등 적극적인 교류를 통한 네트워크 구축이 필요해 보인다.

3D프린팅 산업의 확장을 위해서는 산업계 전반의 인식 개선도 필요하다. 아직까지 3D프린팅은 전반적으로 기존 가공기술 대비 경쟁력이 낮은 상황이며 제조업에서 적극적으로 활용되고 있지 않기 때문이다. 이에, 관련 실용 기술 개발을 장려하고 산업 전반적인 분야에서 3D프린팅이 창의적인 미래 핵심기술이자 높은 산업적 파급효과를 보유한 기술임을 제조업계 널리 알려 인식을 개선해야할 시점이다.

3D프린팅은 혁신적이긴 하나 기존의 제조업 생태계를 위협하지 못할 것이라는 전망 또한 무시할 수 없다. 3D프린팅은 외부적으로 기존 기술과 치열한 경쟁을 펼치고 있으며, 내부적으로도 신생회사부터 주요 메이저 기업들이 서로 매우 유사한 기능과 기술을 가지고 경쟁하고 있다는 것을 주지해야 한다.

홀러스 리포트에 따르면 전세계 3D프린팅이 차지하고 있는 제조업 시장 규모가 0.05%에 불과하다. 3D프린팅은 이제 시작단계이며 제조강국인 우리나라도 협력을 통해 제조업 고도화 및 새로운 사업기회 모색에 나서야 할 것이다.