o 3D 프린터는차세대제조업혁신을이끌것으로기대되며다양한분야에서의제조업혁신을이룰것으로기대. o 소비와제조가결합된새로운비즈니스가형성되며, 사용자는개인의요구에특화된모델을생성하는소량다품종의제조형태로의변화유도. o 소비와제조가결합된새로운유형의생산등장. - 3D 프린터는소비자가바

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종현 강
6 years ago
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1 17 3D 프린터 개요 o 3D 프린터는기존의 2D 프린터와같이종이에내용을인쇄하는것이아닌 3차원물체를실제로만들어내는방식으로기존의절삭가공방식이아닌적층가공으로복잡한형태의제품을생산할수있는새로운제작방식. ( 그림 ) 적층가공기법에의해만들어지는 3D 모델개념 o 3D 프린팅은하드웨어기술, 소프트웨어기술, 서비스기술로나뉠수있음. [ 표 ] 3D 프린팅의기술분류 - 1 -

o 3D 프린터는차세대제조업혁신을이끌것으로기대되며다양한분야에서의제조업혁신을이룰것으로기대.

2 o 3D 프린터는차세대제조업혁신을이끌것으로기대되며다양한분야에서의제조업혁신을이룰것으로기대. o 소비와제조가결합된새로운비즈니스가형성되며, 사용자는개인의요구에특화된모델을생성하는소량다품종의제조형태로의변화유도. o 소비와제조가결합된새로운유형의생산등장. - 3D 프린터는소비자가바로제조자가되는세상으로변화시켜갈것으로전망 - 자신의견해나취향대로맞춤형주문을하는소비자는 3D 프린팅기술을적극적으로받아들이고이를사용하여새로운상품을제작. o 다양한상품의출현 : 3D 프린팅은기존의어떠한제조방식보다도쉽기때문에, 아이디어는있어도제조기술이부족한 1인기업과소규모제작사들에게다양한기회를부여. 즉지금보다훨씬다양한종류의새로운상품들을만날수있음. <Button 2.0> < 나이키의맞춤형신발 > o 소비자들은기업이이미생산한상품을그대로사용하는것이아니라자신의상황이나취향에따라잘활용할수있는아이디어를제시하고, 그것을 3D 프린팅으로구현. o 개인화된메가트랜드를형성하는새로운사업군등장. ( 그림 ) 3D 프린팅에의한산업의변화 - 2 -

현황 o 기술개발현황 - ( 국외 ) 미국항공우주국 (NASA) 는우주비행사의식량을프린팅하는법과달기지를위한 3D 프린터를개발중이며, GE는신형항공기엔진의부품들을 3D

- 포드자동차는트랜스미션부품을 3D 프린터로개발했으며, 알루미늄파우더를이용해서 1~2일내에프로토타입을만들수있음 -

- 프라운호퍼연구소는잉크대신고분자물질을 3D 프린터의노즐로한방울씩뿌리고굳게해층을쌓는방법으로인공혈관을만드는데성공.

3 현황 o 기술개발현황 - ( 국외 ) 미국항공우주국 (NASA) 는우주비행사의식량을프린팅하는법과달기지를위한 3D 프린터를개발중이며, GE는신형항공기엔진의부품들을 3D 프린터로제작. - 포드자동차는트랜스미션부품을 3D 프린터로개발했으며, 알루미늄파우더를이용해서 1~2일내에프로토타입을만들수있음 - 영국엑시터대학연구진들은초콜릿을사용해원하는형태를입체적으로재현할수있는초콜릿 3D 프린터개발. - 프라운호퍼연구소는잉크대신고분자물질을 3D 프린터의노즐로한방울씩뿌리고굳게해층을쌓는방법으로인공혈관을만드는데성공. <NASA 달기지프린터모형 > < 초콜렛프린터 > < 인공혈관 > - ( 국내 ) 고려대학교는다중분사체바이오프린팅시스템을개발중이며해밀턴시린지를 이용한단일노즐 3 축바이오프린팅시스템을통한피부및인공장기를개발중. - 서울대학교는나노스케일 3 차원프린팅시스템을통해초정밀적층 ( 두께 100nm 수준 ) 과집속이온빔 (Focused Ion Beam, FIB) 을사용한초정밀절삭관련시스템구축. - 호서대학교는 Rapid Prototyping 을응용한조명디자인연구를통해 재료별특성을응용한디자인제품을개발하기위한연구및시제품제작. [ 표 ] 3D 프린팅의기술발전연역 - 3 -

o 시장및산업체현황 - ( 국외 ) Stratasys 는세계 3D 프린터시장의 53% 를점유하며

프린터를 25년간연구및제조, 2012년 12월, 이스라엘의 3D프린터업체인 Objet 社, 2013

- 3D Systems는 3차원프린터기술을세계최초로개발한업체 1986년 SLA방식개발, 2012년

- EOS는산업애플리케이션을위한디자인기반의통합전자제조솔루션을보유하여금속, 모래,

< 스트라타시스의 Objet500> <3D Systems 의큐브시리즈 > <EOS 의 M280> -

로액상플라스틱등을자동으로쌓아올리는방식으로마스터를개발했으며일반형, 의료용, 보석디자인용의

4 o 시장및산업체현황 - ( 국외 ) Stratasys 는세계 3D 프린터시장의 53% 를점유하며 1988년 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식을특허로등록하고이방식의 3D 프린터를 25년간연구및제조, 2012년 12월, 이스라엘의 3D프린터업체인 Objet 社, 2013 년 6월에메이커봇 (MakerBot) 을인수하여세계최대의프린터제조사로성장. - 3D Systems는 3차원프린터기술을세계최초로개발한업체 1986년 SLA방식개발, 2012년 Z코퍼레이션인수하고현재데스크탑타입에서전문가타입까지가장다양한제품을보유하고있음. - EOS는산업애플리케이션을위한디자인기반의통합전자제조솔루션을보유하여금속, 모래, 플라스틱소재를사용한기업용 3D 프린터를제공. < 스트라타시스의 Objet500> <3D Systems 의큐브시리즈 > <EOS 의 M280> - ( 국내 ) 캐리마社는 DLP( 디지털광학기술 ) 로액상플라스틱등을자동으로쌓아올리는방식으로마스터를개발했으며일반형, 의료용, 보석디자인용의 3가지모델을개발. - 로킷社는오픈소스기술을기반으로데스크탑형태로운영가능한에디슨 을개발, 최근 2개이상의노즐을사용할수있는모델출시. - 인스텍 (InssTek) 은 DMT기술을기반으로금속분말과레이저를활용한프린터를개발하여관련된원천기술확보. < 캐리마의마스터 > < 로킷의에디슨 > < 인스텍의 DMT> - 4 -

( 그림 ) FDM/FFF 프린터의작동원리 - 마스크투영이미지경화조형 : DLP(Digital Light Processing) 액체상태의 광경화성수지 ( 빛을받으면경화되는수지 )

5 o 하드웨어개발현황 - 융합수지압출적층조형 : FFF(Fused Filament Fabrication) 하나의동일한액화원료 ( 플라스틱, 왁스, 금속따위의 ) 를지정 ( 목표 ) 된범위에한방울씩떨어뜨리며적층시켜형태를완성시키는방식이며, 가장많이적용되는기술. 간단한구조와광원같은부가요소를필요치않으며오픈소스하드웨어기반으로대중화에용이. ( 그림 ) FDM/FFF 프린터의작동원리 - 마스크투영이미지경화조형 : DLP(Digital Light Processing) 액체상태의 광경화성수지 ( 빛을받으면경화되는수지 ) 에조형하고자하는모양의빛을투사하면서수지를층층이굳혀나가면서 ( 경화 ) 프린팅되는기술. 이미징프로세스칩을장착, 제작하고자하는형상의이미지를광경화성수지에자외선을투영하여경화시키는방식으로조형판이하강하며제품을생산하는것과달리 DLP 방식은조형판이위로이동하며아래방향으로제품을생성. ( 그림 ) DLP 프린터의작동원리 - 5 -

( 그림 ) PBP 프린터의작동원리 - 레이저금속성형기술 ( 레이저가열증착조형, (Laser Additive Manufacturing)

6 - 분말및잉크젯투사조형 : PBP(Powder Bed & inkjet head 3d Printing) 잉크젯프린터원리를이용한이기술은프린터헤드의노즐에서액체상태의컬러잉크와경화물질 ( 바인더 ) 을분말원료에분사하여조형하는방식이며, 출력과정이완료되면분말을제거. 2D 인쇄에사용되던 CMYK 컬러잉크를그대로사용하기때문에조형하고자하는컬러를거의그대로출력이가능해최상의디테일을얻을수있는장점이있으나, 조형과정이완료된후분말을제거하고표면처리를해야함. ( 그림 ) PBP 프린터의작동원리 - 레이저금속성형기술 ( 레이저가열증착조형, (Laser Additive Manufacturing) 작업플랫폼에한층에해당되는두께만큼미세한메탈파우더를제품의생산성과품질에맞게얇게도포한후도포된파우더위에정밀한레이저가조형하고자하는영역을선택적으로조사하면조사된파우더부분이용융되며제품형성. 레이저가파우더를용융하고있는동안산화방지를위해불화성가스 ( 아르곤 ) 가챔버내에공급되며한층한층플랫폼을내려가면서위와같은공정을반복하는방식이며, 메탈금속재질의제품의제작. ( 그림 ) DMT 프린터의작동원리 - 6 -

7 o 표준화현황 - ( 국외 ) ISO/TC 261에서는기존산업체 3D 프린팅표준인 STL 파일의단점인색상정보를추가하는표준진행. - ISO/IEC JTC1 SC29 WG11 에서는현재 MPEG-V 프로젝트로사용자의선호도및프린터의성능을정의하는표준화작업을진행중. - 3D 프린팅표준분야는산업적으로성숙단계에들어서지않았고일부기술선도그룹이독자적인파일포맷및프린팅재질을정의하고있음. - ( 국내 ) 한국전자통신연구원및가상세계표준화포럼에서 3D 프린팅파일포맷및사용자성능관련된표준메타데이터연구를진행중. 주요이슈및대응방안 o ( 주요이슈 ) - 프린팅하드웨어관련된특허가현재만료되는것이있기는하나, 연관된특허가많이있고, 기술적인격차가존재. - 최근미국, 영국, 중국, 일본등국제적으로 3D 프린팅기술에대한개발및서비스연구가활발하게진행됨. - 누구든지 3D 모델만있으면제품을생산할수있으므로, 제품보다는제품의디자인에대한중요도가높아짐. - 총기류, 도검류등불법무기에대한안정성문제가이슈가되고있음. ( 그림 ) 3D 프린터를이용한총기제작 o ( 현황및문제점 ) - 이에따라국내에서도미래창조과학부및산업통산부의주관으로 3D 프린팅산업발전전략등이수립되고, 기술개발에박차를가하는등국내산업발전을가속화하고있음

8 o ( 대응방안 ) - 미국은 2012년 8월, 미국의오바마대통령은향후제조업혁신및발전을목표로 3D 프린팅기술개발에 3천만달러규모의 3D프린팅특화기관을설립할계획을공개. - 중국의 3D 프린팅기술은대학및일부기업을중심으로빠르게발전하고는있으나현재산업영역에서는초기단계에불과한수준. 자주적 3D 기술설비제조및기술역량을보유한기업이일부있지만, 기업규모가영세하여소재, 가공프로세스등핵심영역의기술력수준은고객수요대응에부족한실정. 3D프린트산업이미래유망산업으로각광을받고있는가운데중국도지방정부마다경쟁적으로 3D프린터산업단지를조성하는등 3D프린트산업육성을위한활동추진중. - 영국교육부는교과과정개편 (The national curriculum review) 을통하여 5세부터코딩, 인터넷안전, 3D프린팅을필수과목으로교육. 디자인과기술 은학생들이자신의아이디어를시각적으로구현하는데그치지않고 3D 프린터, 레이저절삭기등을이용한직접제작까지학습할예정. - 국내대응방안 제조하드웨어등국내격차가있고특허등의원천성에확보에문제가있는기술에대한회피기술개발시급. 프린팅재료등차세대소자및관련소프트웨어에대한기술개발및신규서비스전략마련필요. 2013년 7월, 산업통상자원부는산 학 연과함께 3D프린팅산업육성을위한 3D프린팅산업발전전략포럼 발대식을가졌으며, 포럼을통해도출된발전방안을공청회등을통해서보완하고관계부처간추가적인협의를거쳐 3/4분기까지정책화. 정부는 3D프린팅기술을타산업과의융합을통한파급효과가큰차세대제조핵심기술로선정하고, 디지털설계도만있으면제품생산이가능하므로제조공정의획기적인간소화를가져와 R&D혁신, 창업활성화, Niche Market 등장등기대되고있으나, 아직은성장초기단계이며국가차원의대응전략을통해기술국산화 산업생태계조성이필요

9 약어표 DLP DigitalLigth Processing DTM Laser-aided Direct Metal Tooling FDM Fused Deposition Modeling ISO International Standard Organization SLA Stereolithography Apparatus SLS Selective Laser Sintering - 9 -

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<30375F315FC6AFC7E3BBF3BDC45F28C1D629C0ACBDBA5F66696E5F35312D35352E687770> (주)윕스 기업블로그 아이디어 놀이터 특허 동향분석 1. 분석목적 및 방법 지난 2월, 세계경제포럼(world economic forum)은 2013 세계 10대 유망기술 중 하나로 3D 프린터 를 꼽았고, 미국 오바마 대통령 또한 3D 프린터가 제 3의 산업혁명 을 일으킬 것이라고 언급한 바 있을 뿐만 아니라 세계미래학회(world future society)는