‘춘추전국시대’ 겪은 中 폴리머 적층제조 산업, 세계 시장 정조준

◇연재순서

1. 대형화된 PBF 장비의 기술 이슈와 지속 성장 가능성

2. 폴리머 적층제조의 지속 성장을 위한 소재개발 방향

3. 고수율 금속분말 제조 기술의 방향

4. 신뢰성 확보를 위한 항공 부품의 적층제조 응용분야의 확대

5. 대량 생산을 위한 바인더젯(BJ) 기술의 극복 방안

디지털·대형화·고기능 양산 부품 솔루션 진화, 기술·가격 경쟁력↑

스마트 제조 전환 가속, 소재·SW 내재화 통한 차별화 주목

◆폴리머 적층제조 방식별 주요 이슈(퓨전테크놀로지 김인명 대표)

▲ 퓨전테크놀로지 김인명 대표

중국의 폴리머 기반 적층제조 산업이 빠르게 성장하며 글로벌 시장에서 주목받고 있다. 일반 가정·생활용품을 제조, 생산하여 글로벌 생산기지 역할을 수행하였던 과거의 중국을 생각하면 안 된다는 것을, COVID-19 이전의 시절부터 급성장하고 있는 중국 적층제조 산업의 발전 속도를 이번 ‘TCT 아시아 2025’를 통해 절실히 느낄 수 있었다.

전시회에는 중국내 적층제조 장비를 제조·생산하는 많은 업체들이 함께 출품함으로써, 매년 전시 규모가 세계적인 수준으로 올라서고 있고 선진 기술을 추격하고 있음은 물론 제조 현장에 활용되고 있는 다양한 사례들까지 확인할 수 있었다.

본 기고문에서는 중국의 폴리머 적층제조 기술, 특히 △광경화(SLA/DLP) △선택적 레이저 소결(SLS) △펠렛(fused granular fabrication) △풀칼라 등의 적층제조 장비와 기술들에 대해 알아보고, 각 기술 유형별 특장점과 활용 분야, 주요 기업들의 기술 트렌드 및 시장 전략, 그리고 중국 폴리머 적층제조의 시장성 및 글로벌 경쟁력 등에 대해 간략하게 언급하고자 한다.

▲ Qubea SLA 장비로 적층한 부품. (左부터) 타이어 목형, 국가유산 복제품, 피규어

■세계 최고 수준의 SLA/DLP 가격경쟁력

국내에도 잘 알려진 중국의 대표적인 SLA/DLP 방식 적층제조 장비 브랜드로는 Qubea SLA, UnionTech, Kings3D, ZRapid 등을 꼽을 수 있을 것이다. 중국내 폴리머 적층제조 산업의 주류는 SLA 분야로, 이제는 더 이상 세계 어느 나라도 중국을 따라올 수 없을 정도로 가격경쟁력을 갖추고 세계 시장을 이끌고 있다고 할 수 있다.

이는 SLA 장비 제조 기술의 특허가 거의 해제된 상황에서, SLA용 폴리머 레진의 재료 또한 저렴한 가격에 공급하고 있어 중국에 도전할 수 있는 장비를 제작한다는 것이 사실상 어려워 지고 있다.

이로 인해 상대적으로 DLP 적층제조 시장이 약화된 듯한 느낌이 있다. 이는 다양한 산업군에서 시제품 제작부터 양산에 까지 폭넓게 사용되고 있는 SLA 장비의 활용성과 생산 능력을 따라올 수 없기 때문인 것으로, 특허에 비교적 자유로운(?) 중국에서 여러 동일한 SLA 장비가 생산·공급되고 무한 경쟁이 진행되다 보니 DLP의 필요성을 거의 느끼지 못하는 상황에까지 이르게 된 것으로 보여지고 있다.

국내에서 많이 사용하고 있는 Qubea SLA 장비는, 다른 SLA 장비들과 같이 시제품 제작분야를 넘어 실 제품처럼 활용될 수 있는 많은 분야로 활용 범위을 넓히고 있다.

이번 전시회에서 회사는 타이어 목형, 드론 부품 등 여러 산업의 활용 사례를 전시하여, SLA 장비의 다양한 활용성을 선보였다. 또한 앞으로 금속 적층제조 장비 공급까지 확장하려는 의지를 보이기도 했다.

SLA 장비 제조사인 Kings3D 또한, SLA 장비를 넘어 금속, 금속파우더, 펠렛, 필라멘트 등 적층제조 전 분야로 장비를 확장하려는 계획을 보여주고자, 폴리머 외 다양한 재료로 제작된 샘플을 전시했다.

▲ Farsoon Technology 전시부스 및 전시품

■SLS, 고강도·경량 부품 제작용 시장 확대

폴리머 파우더를 재료로 사용하는 폴리머 SLS 장비 시장은 SLA에 비해 상대적으로 시장 규모가 작다. 그러나 폴리머 파우더 재료의 엔지니어링적 물성 특성치가 매우 다양하고, 그 활용 범위가 매우 크기 때문에, 진정한 의미에서의 다품종 소량생산에 적합한 양산 기술로서 잠재력이 크다고 할 수 있다.

SLS 장비의 장점은 우선 엔지니어링 물성치의 다양성을 가진 소재 개발이 매우 유연하다는 것이다. 또한 많은 시간과 노동력을 필요로 하는 후공정의 일종인 서포트 제거 작업이 필요 없어 매우 선호되고 있다. 이밖에도 파우더 처리 및 다중 장비 연결을 통한 자동화 라인 구축이 가능하기 때문에 제조업이 지향하는 오토메이션 플랫폼에 적합한 장비라 할 수 있다.

다만 파우더 처리 공정에서 작업자가 파우더에 노출될 수 있는 가능성이 있다는 단점이 있지만 이는 기술개발을 통해 조만간 개선될 것으로 보여진다.

중국내 대표적인 폴리머 SLS 장비 메이커로는 Farsoon Technology를 꼽을 수 있다. 또한 TPM3D와 메탈 3D프린터를 함께 공급하고 있는 Eplus-3D 등이 있으며, 이외에도 여러 금속 적층제조 메이커들이 폴리머 SLS 장비까지 제품군을 확장하려는 의지를 확인할 수 있었다.

이와 같은 배경에는 다양한 엔지니어링급 재료 공급이 중국내에서 저렴한 가격으로 지원될 수 있는 것과 함께, 유연성 소재 특히 TPU 등의 소재에 대한 수요 증가, 부품 경량화를 위한 플라스틱 제품의 제작에 폴리머 SLS 장비의 활용성이 매우 크기 때문인 것으로 분석되고 있다.

■中, 펠렛 新 장비 잇단 출시

국내에서는 다소 생소한 펠렛 적층제조는 플라스틱 과립(Pellet)을 원료로 사용하는 용융 압출(Fused Granular Fabrication, FGF) 기술로, 기존 필라멘트(FDM) 방식의 재료 한계를 극복하고 원가 절감을 가능케하고자 개발된 기술이다. 최근에 개발되어졌다고는 하나, 기존 전통 제조 기술의 사출기 기술을 발전시킨 적층제조 기술이라 보면 쉽게 이해할 수 있다. 사용 재료의 다양성과 저렴한 재료 원가가 특징이어서 기존의 FDM 활용을 넘어설 수 있는 기술이라 할 수 있다.

이미 이 기술의 장비가 국내에도 출시되었으나, 비싼 가격에 공급되고 있어 장비의 최대 장점인 다양한 물성치의 저렴한 재료 사용이라는 장점을 부각시키지 못하는 상황이다. 앞으로 중국에서 가격경쟁력이 있는 FGF 장비가 개발되어 전시, 공급되기 시작하면 많은 생산성을 경험할 수 있는 FGF 장비를 조만간 사용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

FGF 장비 관련해 선도적인 중국 업체는 아직 없으나, PioCreat와 Kings3D가 초보 단계로써 이번 전시회에서 장비를 선보였다.

▲ 풀칼라 장비로 제작된 다채롭고 화려한 색상의 감성 제품(左)과 의료 해부학 모델 및 수술 시뮬레이션 모델

■인체 모델·의류 패션 등 활용 높은 폴리머 풀칼라 장비 선봬

국내에 알려진 대표적인 폴리머 풀칼라 장비 메이커로는 스트라타시스(Staratsys)와 미마끼(Mimaki)가 있다.

중국에서도 풀칼라 장비가 출시됐는데, 2D프린터 관련 세계 5위권이자 중국 최대의 메이커인 Zhuhai Seine Technology에서, 칼라 2D프린터 기술을 활용한 3D WJP(White Inkjet Process)를 개발해 Zhuhai Sailner 3D 업체를 설립하고 풀칼라 장비를 제작·공급하고 있다.

풀칼라 3D프린터의 효용 가치 및 활용성은 이미 기존에 공급되었던 장비들의 활용을 통하여 입증된 바 있다. 인체 해부학 모델의 재현을 통한 교육 및 수술 시뮬레이션, 과학 및 고생대 고고학 분야, 피규어 제작, 문화재 복원 및 복제품 제작, 다양하고 화려한 색채감을 전달할 수 있는 감성 제품의 제작 등 그 활용성은 공학 및 엔지니어링적으로 주로 활용되고 있는 기존 폴리머 적층제조와 다른 차원의 세계를 느낄 수 있도록 해준다.

전시회에서는 우리가 일상생활에서 입고 다니는 의류 직물 위에 직접 풀칼라 색상을 출력한 사례들을 볼 수 있어 의류·패션분야에도 적층제조의 활용성이 확대될 수 있을 것으로 기대된다.

▲ 풀칼라 장비로 직물 위에 색상을 프린팅 한 사례

■치열한 경쟁이 국제 경쟁력 키워

지난 20여년간 우리나라 적층제조 기술과 산업 발전이 연구소 랩(Lab)수준에 머무르고 있었던 것과 달리, 중국은 범용제품 생산 국가에서 탈피하고자 외국 선진 기술을 모방하고 발전시켜 직접 현장에서 사용가능한 적층제조 장비와 생산 기술을 확보했다는 사실을 직시해야 한다.

중국내 적층제조 산업 분야 관계자들의 말을 들어보면 이제 SLA/DLP, SLS 등의 적층제조 기술과 장비의 시장은 ‘블루오션’이 아닌 ‘레드오션’이 되고 있음을 느끼고 있다고 한다. 즉, 무한 기술개발 경쟁이 가격 경쟁으로 이어지다 보니, 적정한 영업이익을 취하는데 어려움이 있다고 토로하고 있는 것이다.

그러나 여전히 Qubea SLA, UnionTech, ZRapid, Kings3D 등의 업체들이 SLA 개발과 제조, 공급에 박차를 가하면서 국제적 가격경쟁력을 유지하고 있으며, 그 외 SLS 및 펠렛 3D프린팅 분야에서 Farsoon 및 PioCreat 등의 대표 기업들이 각자의 전문분야를 개척하면서 상호 경쟁을 통해 혁신을 가속화하고 있음을 직시해야 한다.

이번 전시회를 요약하자면 중국 기업들은 SLA/DLP 분야에서는 높은 정밀도의 시제품 제작을 넘어 디지털 생산 솔루션으로 진화하고 있고, 펠렛 분야에서는 대형 출력과 친환경 제조의 길을 열었으며, SLS 분야에서는 고기능성 최종부품 생산을 현실화하면서 기술과 응용 측면 모두에서 세계 시장을 선도할 준비가 되어 있다는 것이다.

물론 글로벌 무대에서 브랜드 신뢰 구축과 최첨단 응용 분야에서의 검증 등 과제도 남아 있지만, ‘제조의 왕국’인 중국의 강력한 내수 시장과 정부의 지원, 그리고 기업들의 공격적 R&D 투자를 고려할 때 중국 폴리머 적층제조 산업의 성장세는 당분간 계속될 것으로 전망된다.

이는 전 세계적으로 적층제조가 더욱 보편화되고 제조 패러다임이 변화하는데 필요한 핵심 동력이 될 것이며, 궁극적으로 ‘Additive Manufacturing 2.0’ 시대를 이끌 중요한 축으로서 중국의 역할이 부각될 것이다. 주요 중국 기업들의 향후 행보와 기술 개발에 세계의 이목이 집중되고 있다.

◆주요 폴리머 적층제조 기업에서 트렌드를 읽다(이노자드 이현식 대표)

▲ 이노자드 이현식 대표

이번 ‘TCT 아시아 2025’에서는 다중 레이저 금속 적층제조, 미터급 대형 부품 출력, 고속 적층제조 기술 등 최신 적층제조 기술과 혁신적인 응용 사례를 한눈에 볼 수 있는 기회가 됐다. 세계 폴리머 적층제조 시장을 선도하고 있는 중국 업체들은 부품 대형화와 다기능성을 부여하는 폴리머 및 복합재 적층제조 기술을 한 단계 발전시켜 선보였다.

Kings3D, UnionTech, Raise3D 등 중국의 주요 제조사들은 1m 이상의 대형 SLA 및 FDM 시스템을 선보이며, 자동차, 항공우주, 패션, 생활용품 등 다양한 산업에 적용되고 있는 솔루션을 제시했다.

글로벌 적층제조 기업들의 전시도 눈에 띄였는데 스트라타시스(Stratasys)는 PEEK, ULTEM과 같은 고성능 폴리머 소재를 활용한 산업용 FDM 적층제조 시스템을 소개하면서 우주항공 및 의료용 부품 생산에 적층제조가 활용되고 있음을 강조했다.

마크포지드(Markforged)와 Anisoprint는 연속섬유보강(Continuous Fiber Reinforcement, CFR) 적층제조 기술을 선보이며, 기존 금속 부품을 대체할 수 있는 고강도 경량부품 제작에 활용되고 있음을 소개했다. 이 기술은 요즘 이슈가 되고 있는 MRO(유지·보수·정비) 시장에도 적용이 가능한 기술이다. 미국의 육·해·공군 및 해병대는 작전 및 훈련상 이동 시 운송 장비에 마크포지드의 필드지원 특수 3D프린터를 싣고 다니면서 MRO 부품제작 솔루션으로 활용하고 있다고 한다.

이에 국내 기업들도 복합재 적층제조 시장에 주목하고 있으며, 고성능 복합재 소재 개발이 중요한 연구 분야가 될 것으로 전망되고 있다.

▲ Kings3D는 금속, 펠렛, SLA 등 다양한 적층제조 솔루션을 선보였다.

Kings3D는 이번 전시회에서 대형 SLA 적층제조 기술을 전면에 내세웠다. 특히 최대 2.7m 크기의 부품을 출력할 수 있는 SLA 장비는 세계에서 가장 큰 크기를 자랑하는데 자동차, 전자, 방산, 항공, 소비재 등 다양한 산업에서 활용할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

또한 회사는 펠렛 소재를 활용한 적층제조 장비와 출력물을 중점 소개했다. 소형 출력은 물론 3.5m 크기의 초대형 제품을 고속으로 출력이 가능한데, 장비 및 소재 가격이 극히 저렴하고, 후처리 기술로 미려한 외관까지 가능해 간판, 가구, 대형조형물, 전시물 등에 실제 적용하고 있는 점이 놀라웠다.

이번 전시회에서 본 적층제조 산업의 트렌드는 단순 시제품 제작에서 벗어나 소량 생산에서 선택적 다중 생산 체계로, 그리고 스마트 제조로 전환이 빠르게 진행되고 있다는 것이다.

또한 고성능 폴리머 및 복합재 적층제조 기술이 더욱 발전함에 따라 경량화 및 고내열성이 요구되는 산업에서 활용도가 높아지고 있다.

이밖에도 인공지능(AI) 기반의 소프트웨어와 DfAM(적층제조특화설계) 기술이 적층제조의 효율성을 높이고 있으며, 공정 자동화 및 스마트 제조로의 전환이 가속화되고 있다.

국내 기업들도 이처럼 적층제조 산업의 패러다임이 변하고 있음을 주목하고 트렌드에 맞춰 대형화, 자동화, 스마트 제조 기술 확보에 집중할 필요가 있다고 사료된다.

◆유니온테크를 방문해 직접 본 中 적층제조 기술력(에이엠 코리아 김진섭 대표)

▲ 에이엠 코리아 김진섭 대표

에이엠 코리아는 중국 금속·폴리머 등 3D프린팅 토털 솔루션 기업인 유니온테크(UnionTech)의 장비와 기술을 국내에 소개하고 있는 파트너로서 이번에 참관단과 함께 유니온테크 상하이 본사에 방문했다.

유니온테크는 지난 25년간 1만5천대 이상의 적층제조 장비를 세계에 공급한 기업으로서, 지난 2021년엔 세계 1위 산업용 SLA 장비 공급사에 이름을 올릴 정도로 기술력을 인정받고 있다.

또한 유니온테크는 200여대의 광중합 방식 적층제조 장비를 직접 운영하면서 출력서비스도 함께 진행하고 있고 자체적으로 소재와 소프트웨어(SW)도 개발하고 있는 중국을 대표하는 토털솔루션 기업이기 때문에 회사의 각 솔루션 별 기술을 정리해 중국 적층제조 기업의 수준과 개발 방향을 알아보고자 한다.

장비 부문에 있어 유니온테크는 SLA 장비를 양산용으로 활용할 수 있도록 치수정밀도와 수율을 높이기 위해 광학 시스템을 외부 환경으로부터 보호하기 위한 기술, 리코터와 구동 시스템의 위치 정밀도 보정을 위한 폐쇄 루프 컨트롤, 안정된 리코터를 위한 보정 기능을 적용시켰다. 이로 인해 출력물의 품질이 정교해지고 표면 마감이 매우 부드럽게 됐다.

이러한 기술을 기반으로 회사는 이번 전시회에서 타이어 몰드 마스터용 전용 RA900 SLA 솔루션을 선보였다. 이는 기존 CNC로 몰드 마스터를 제작하는 방식을 대체하기 위한 것으로 고도의 치수 정밀도, 표면조도, 생산성을 확보할 수 있는 효과를 거뒀다.

▲ 참관단이 중국 상하이에 위치한 유니온테크에 방문했다.

소재 부문에서 유니온테크는 ABS, PC 등과 같은 사출 재료의 물리적 특성에 도달하기 위해 내열성 소재와 내충격성 소재를 자체 개발 및 생산하고 있다. 회사는 SLA 고객사들이 가장 필요로 하는 내열성과 내충격성을 확보하고자 내열성 소재 2종, 내충격성 소재 3종을 자체 개발해 새롭게 출시했다.

내열성 소재는 각각 100℃와 200℃ 까지 견딜 수가 있으며 내충격성은 기존 ABS 재료 대비 약 50% 향상됐다고 한다. 기술개발 엔지니어만 150여명을 보유한 유니온테크는 소재 엔지니어가 50명에 달한다고 하니 장비 경쟁력은 소재 경쟁력과 직결되고 있음을 알 수 있다.

서비스 부문에서는 ‘Union Fab’이라는 서비스 뷰로우와 그 자회사를 운영하면서 300대의 광중합 장비를 운영하고 있다. 이번에 생산관리시스템(MES)으로 관리하고 있는 약 200대의 장비와 후처리 시설을 견학했는데 대부분 최대 600~800mm의 부품을 적층할 수 있는 대형 장비를 24시간 자동화를 통해 운영하면서 가격경쟁력을 확보하고 있다.

이러한 자동화를 가능하게 하는 것은 회사의 소프트웨어(SW)다. 유니온테크가 출시한 ‘UT One’이라는 통합 솔루션 SW는 기존 출력 준비 SW, 장비 컨트롤 SW, 장비 운영 SW를 통합한 것으로 인공지능(AI) 기능이 제공돼 기존 학습 데이터베이스를 바탕으로 최적의 제품 제작 방향을 추천해 주기 때문에 사용자가 쉽게 장비를 운영할 수 있다.

특히 회사는 10년 전부터 타 경쟁사와의 불법장비 복제 방지와 차별성 확보를 위해 SW에 많은 투자를 하고 있다고 한다. 이에 자체 SW에서 데이터 처리, 서포트 생성, 슬라이싱, Structure, Texture, 여러 대 장비 관리 등이 가능하도록 만들었다. SW 엔지니어만 100명에 달할 정도로 SW 능력을 강화하는 것은 SW 능력과 인력이 부족한 우리에게 시사하는 바가 크다.

중국 적층제조 산업은 정부의 연구개발 지원과 치열한 개발 경쟁을 통해 기술 경쟁력을 갖추고 중국 내수 시장을 넘어 해외 시장에서도 주목받고 있는 수준으로 발전했다. 소재 개발과 후가공 기술에서도 새로운 시도들이 많았고, SLA, SLS 등 다양한 장비에서도 차별화된 기술을 선보이는 업체들이 늘어나고 있다.

우리 적층제조 업계도 하루가 다르게 빠른 속도로 변하고 있는 세계 적층제조 시장과 적용 솔루션에 주목하고 수요산업이 요구하는 솔루션을 제공하는 능력을 갖춰 지속 성장하길 기대해 본다.

▲ 참관단들이 유니온테크를 방문해 적층제조 출력물을 살펴보고 있다.