▲ GE Addtive의 대표적인 적층제조 성공사례인 엔진 노즐(사진:3D프린팅연구조합)

3D프린팅이 제조업에 적용이 확대되며 적층제조의 개념으로 발전하면서 기존 절삭가공 등 생산기술이 발전해온 방향과 같은 행보를 이어가고 있다. 장비의 대형화를 통해 생산성이 높아지고 적용처가 넓어지고 있고 후발주자인 중국기업의 눈부신 성장과 시장 진출로 인해 장비·소재 등 가격이 낮아지고 있다. 또한 생산성 향상을 위해 다양한 방식의 기술이 개발 중이며 이로 인해 새로운 어플리케이션 발굴이 기대되고 있다.    

중국 상해 신 국제 엑스포 센터(SNIEC)에서 2월21일부터 23일까지 아시아 최대 적층제조(3D프린팅) 전시회인 ‘TCT 아시아 2019’에서는 이러한 3D프린팅의 트렌드를 한눈에 확인하는 자리가 됐다.

중국 정부는 자국의 우주항공, 방산, 중공업 등에 3D프린팅 기술을 적용해 제조업 스마트화와 부품 수입대체 등을 목표로 10년전부터 기술개발을 추진해왔다. 지난 2012년에는 기술역량을 모으기 위해 ‘중국 3D프린팅 기술산업연맹’을 설립했으며 난징, 칭다오 등 10개 주요 도시에 ‘3D프린터 기술산업 혁신센터’를 구축했다. 또한 지난 2015년에는 ‘국가 적층가공 산업 발전계획’과 ‘제조강국 2025’를 수립하면서 3D프린팅 개발 업체에 조세, 자금, 인력양성 등 다각적인 지원에 나섰다.

이러한 노력으로 인해 TCT 아시아는 ‘백화점’이라고 부를 수 있을 정도로 3D프린팅에 필요한 요소 부품과 기술이 모이는 장이 됐다. 3D프린팅 장비, 서비스 등에 진출하는 기업이 많아지면서 이에 필요한 부품과 솔루션이 증가해 전체 밸류체인이 형성된 것이다. 이에 힘입어 전시회 방문자 수는 전년대비 30% 증가했고 전시회 규모는 세계 최대 적층제조 전시회인 폼넥스트에 이어 2위로 자리매김하게 됐다.

이번 전시회를 참관한 한 업체 관계자는 “중국은 3D프린터를 대량으로 구입해 양산하려고 하는 수요자들이 많고 또한 장비나 솔루션 선택의 폭이 넓어 3D프린팅 어플리케이션이 확대되는 선순환 구조가 정착됐다”고 진단했다.
 

▲ 프로토팹이 SLA 3D프린터로 출력한 대형 부품(사진:3D프린팅연구조합)

■‘大’-장비의 대형화
TCT 아시아에는 선진 3D프린터 업체들이 기존 출시된 대형 금속 3D프린터 장비 및 출력부품을 집중 선보였다. GE는 대규모 우주항공 및 자동차 부품 생산이 가능한 X LINE 2000R을 소개했다. 1kW 파이버 레이저 2개가 장착돼 있으며 최대 800×400×500㎜(가로x세로x높이) 출력이 가능하다.

3D시스템즈는 500x500x500mm에 달하는 크기의 부품을 적층할 수 있는 금속 3D프린터 ‘DMP Factory 500’으로 출력한 자동차 배기관 부품을 전시했다. 또한 최대 275x275x380mm 부품을 고성능 금속 적층이 가능한 ‘DMP Flex 350’를 선보였는데 진공 챔버 기능이 강화됐기 때문에 가스 소모량을 크게 감소시키고 동급 최고의 산소순도를 통해 고품질 부품 제작에 적합하다.

SLM솔루션즈는 자동차 엔진 상단 부분의 덮개인 캠 커버 부분을 금속 3D프린팅해 전시했다. 길이는 80~100cm 정도이고, 8개를 부카티 경주용차에 사용하기 위해서 알루미늄 합금으로 출력했는데 엔진 정도 크기 제품의 양산 가능성을 선보였다. 데스크탑 메탈은 PBF 방식 대비 10배 빠르고 최대 750x330x250mm 출력이 가능한 ‘프로덕션 시스템’을 선보였다.

중국 기업들도 대형 장비를 대거 선보였다. 중국의 대표 금속 3D프린팅 솔루션 기업인 BLT는 가로 기준으로 100~400mm에 이르는 PBF 방식 금속 3D프린터와 최대 1,500mm 출력이 가능한 LSF(Laser Soild Forming) 방식 3D프린터를 소개했다.

신생 업체로 우주항공을 주요 타깃으로 PBF 방식 금속 3D프린터 개발 및 출력서비스를 추진 중인 테크진은 1kw 파이버 레이저가 4개 장착된 500x500x1000mm(가로x세로x높이) 크기의 3D프린터인 ‘TS500’를 개발했다. 회사는 장비로 출력한 우주항공용 대형블레이드 샘플을 선보였다.

SLA 시장에서 강자로 떠오르고 있는 중국의 프로토팹, 유니온텍, ZRapid 등은 가로 기준으로 1,600mm를 출력할 수 있는 대형 SLA장비를 실물 전시했다. 현재 2,000mm 출력이 가능한 장비까지 개발된 상태다. 

▲ BLT는 대형 출력물을 선보였다.

          中 R&D 투자 집중, 대형화·품질 향상 주목
      WAAM·금속 필라멘트 등 3D프린팅 시장확대 기대

▲ 테크진은 자사가 개발한 대형 3D프린터로 출력한 블레이드를 출품했다.

■‘中’-R&D 집중하는 중국 기업의 괄목상대
중국 3D프린팅 기술은 자국의 항공우주, 자동차, 에너지, 중공업, 의료 등 수요를 기반으로 선진국인 독일, 미국 등을 빠르게 추격하고 있으며 이미 한국 보다 우위에 서있다. 중국 3D프린팅 기업들은 플라스틱에서 금속까지 제품군을 확대하고 있으며 나아가 3D프린팅 공정 서비스를 제공하는 수준까지 이르고 있다.

특히 선도기업들의 경우 R&D 인력 비중이 전체의 40% 이상을 차지할 정도로 기술개발에 많은 투자를 하고 있고, 회사 기술자들이 창업에 나서서 금속 3D프린터 업체가 40여개나 되는 것도 특징이다.

BLT는 이번 전시회에 대규모 부스를 꾸며 자사의 금속 3D프린터 제품군과 출력서비스, 소재 등을 선보였다. 지난 2011년에 설립된 회사는 연간 1000만 위안을 투자하며 330명이 넘는 직원을 보유한 회사로 성장했는데 이중 30%는 석박사 인력이고 40%가 R&D를 담당하고 있다. 3D프린터 제조 및 공정서비스를 제공하기 위한 74개 장비를 보유하고 있으며, Ti 합금, Al 합금, 스테인레스 강 등 50가지 이상 소재를 출력할 수 있다. 적층제조에 관한 110건의 발명 특허를 보유하며 기술 기업으로 자리매김하고 있다.

중국의 대표 3D프린터 업체인 파순은 2017년 기준으로 중국내에 3D프린터를 41대 판매했고, 플라스틱 장비를 50대 판매할 정도로 중국 시장을 선도하고 있다. 한국에서도 금속 3D프린터가 생산기술연구원에 3대 판매된 바 있다. 회사의 전체 근로자는 300명 정도인데 150명 정도가 연구인력이다. 파순은 이번 전시회에 CO₂레이저를 파이버레이저로 전환해 적층속도를 높인 SLS 3D프린터를 선보였으며 선진기업들과 같이 여러대의 3D프린터를 연결해 자동화공정으로 부품을 일괄생산하는 시스템도 선보였다.

올해부터 본격적인 영업을 펼치는 테크진은 PBF 방식 금속 3D프린터를 개발해 중국 우주항공 연구기관 등에 판매한 바 있으며 쿨링챔버, 우주항공용 부품을 3D프린팅해 공급하고 있다. 기술고문으로는 중국 레이저 업계에서 유명한 화중과기대의 Zeng 교수와 협력하고 있어 기술력을 확보했다.
이러한 노력을 바탕으로 중국 금속 3D프린터 기업들의 기술수준은 독일 선진기업대비 80% 수준까지 올라왔으며 과거 SW를 구매해 장비에 장착하는 수준에서 벗어나 자체 SW를 개발하는 등 수준이 날로 성장하고 있는 것으로 알려지고 있다.

▲ Enigma는 WAAM 장비 ‘ArcMAn 650’를 실제 시연했다.

■‘多’-다양한 기술과 제품 출현으로 3D프린팅 시장 확대
다양한 3D프린팅 기술과 기업의 출현은 시장확대에 기여하고 있다. WAAM은 DED 방식의 3D프린터와 유사한데 얇은 금속 와이어를 Arc 용접하듯 붙이는 방식으로 부품 정밀도는 떨어지나 DED용 금속분말대비 1/2~1/3에 불과한 값싼 와이어를 쓰고 비싼 레이저가 필요없는데다 대형 적층을 빠르게 할 수 있다는 장점이 있어 우주항공, 조선 등 대형 구조체를 만드는 분야에서는 WAAM 방식이 각광받고 있다.

GEFERTEC은 사람키보다 높은 알루미늄 재질의 탑을 30시간만에 출력해 선보였는데 3㎥ 이상의 대형 출력물 제작과 기존대비 60% 비용 절감이 가능하다고 설명했다. 지난 2011년 설립된 Enigma는 우주항공, 선박, 중공업 등을 대상으로 판매중인 WAAM 장비 ‘ArcMAn 650’을 실제로 구동했다. 이 장비는 600x600x1,000mm 크기의 부품을 알곤 또는 CO₂용접으로 적층한다. 회사는 50명의 인력을 운영 중인데 이중 80%가 기술인력으로 구성됐다.

금속 3D프린팅 시장 확대로 인해 필요한 다양한 부품과 솔루션도 출품됐다. TAP社는 습식·건식 자동화 분말 회수시스템을 개발해 중국 업체는 물론 한국에도 보급하고 있다. 부품화에 필수적인 후처리 장비 업체로 HIP 전문기업 Quintus社가 출품했다.

분말을 재활용하는 시빙기와 진공 흡입기도 출품했다. 1천만원 이하의 질소발생기 업체와 가스공급 솔루션도 등장했다. 3D프린터 헤드를 모듈화해 저렴하게 공급하는 기업도 나왔다.

타이타늄, 스테인리스 등 널리 알려진 3D프린팅용 금속 분말 외에도 마그네슘과 같은 새로운 소재도 등장했다. 한국업체로 유일하게 출품한 하나AMT는 세계적으로도 보기 드문 3D프린팅용 마그네슘 분말을 출품했다. 회사는 국내 3D프린터 전문기업 대건테크와 마그네슘으로 의료용 임플란트, 조인트, 스텐스 등을 출력할 수 있는 세계 최초의 마그네슘 3D프린터 ‘Mg80’ 개발을 한바 있다. 김홍물 하나AMT 대표는 마그네슘은 경량·인체친화적인 소재여서 많은 산업에 적용이 유망하며 이를 대비하기 위해 금속 3D프린팅 기업과의 협업과 함께 투자를 확대해 나갈 계획임을 밝혔다. 회사는 자사의 금속분말 테스트를 위해 최근 대건테크로부터 금속 3D프린터를 구매한바 있다.

▲ 하나AMT의 마그네슘 분말로 3D프린팅한 부품들

 
■‘低’-장비 및 소재가격 하락, 시장확대 기여
후발주자인 중국기업들은 ‘1대 가격으로 2대를 준다’는 저가격 정책을 펼치고 있다. ‘싼게 비지떡’이고 시장 발전에 저해가 될 것이라는 평가도 있는 반면 장비 가격을 낮춰 수요자 확대에 기여한다는 평가도 있다. 일례로 SLA 시장에서는 대형부품을 출력할 수 있는 중국 장비를 저렴하게 구입해 출력서비스 사업이 활성화 되고 있다. 중국의 금속 3D프린터는 독일 장비대비 약 80% 수준으로 알려지고 있는데 저가의 중국 금속 3D프린터를 분말 테스트용으로 사용하는 경우도 늘고 있다.

이밖에도 금속과 바인더로 필라멘트를 만들어 FDM으로 적층하는 방식도 눈에 띈다. 세계적인 화학기업 바스프는 금속 성분이 80%를 차지하는 금속 필라멘트 ‘Ultrafuse 310LX’를 선보였는데 노즐 온도가 250도 이상인 모든 FDM프린터에서 사용할 수 있다는 장점이 있다. 회사는 디바인더 작업에 필요한 소재도 함께 판매하면서 이익을 극대화하고 있다. 필라멘트 소재는 스테인리스 316L로 가격이 kg당 30만원대로 저렴하고 앞으로 보다 다양한 소재가 출시될 예정이어서 시제품, 툴링, 애프터마켓 등에서의 새로운 3D프린팅 틈새시장을 개척할 것으로 기대되고 있다.

▲ 3D시스템즈는 고성능 금속 적층이 가능한 ‘DMP Flex 350’를 실제 전시했다.

▲ GEFERTEC은 사람키보다 높은 알루미늄 재질의 탑을 30시간만에 출력해 선보였다.

▲ 유니온테크는 영화 캐릭터 울버린을 SLA로 실물 출력했다. 실리콘으로 후처리했다.

▲ 파순은 3D프린팅 자동화 솔루션을 소개했다.

▲ 데스크탑 메탈은 금속재질의 부품을 빠르게 생산할 수 있다.