(편집) KEIT PD(15-6)-2차.indd

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1 ISSN VOL FOCUSING ISSUE PD 기술이슈 ISSUE 1 3D 프린터최근개발동향 ISSUE 2 The Internet of Things(IoT기술개발동향 ) ISSUE 3 중소형조선현황과생산성개선 ISSUE 4 국내항공소재산업생태계현황과육성전략 ISSUE 5 탄소섬유강화복합재 (CFRP) 산업의동향과기술개발방향 특집 첨단제조기술과 3D

2 VOL KEIT PD ISSUE REPORT ➊ ➊ [ FOCUSING [ ISSUE ISSUE ] 웨어러블 ] 인류편익을, 플랫폼화에높이는집중하자컴퓨팅 ➋ ➋ [ PD [ PD 기술기술이슈이슈 1 ] 13D ] PACS(Picture 프린터최근개발동향 Archiving and Communication System) ➌ [ PD 기술이슈 2 ] The 기술 Internet 및산업 of Things(IoT 동향기술개발동향 ) ➍ ➌ [ PD [ PD 기술기술이슈이슈 3 ] 2 중소형 ] 고령친화형조선현황과정보서비스의생산성개선현황과시사점 ➎ ➍ [ PD [ PD 기술기술이슈이슈 4 ] 3 국내 ] 유동안정성항공소재산업생태계확보기술및현황과발전전망육성전략 5781 ➏ ➎ [ PD [ PD 기술기술이슈이슈 5 ] 4 탄소섬유강화 ] 북극항로개방현황복합재 (CFRP) 및관련산업의조선동향과산업기술동향기술개발방향 ➐ ➏ [ 특집 [ PD ] 기술첨단이슈제조기술과 5 ] 스마트홈 3D 미들웨어기술동향및산업융합전략 ➏ [ PD 기술이슈 5 ] 건축물의안전관리를위한 IT융합기술동향 131 ➑ [ 특집 1 ] 2013년도정보통신기술진흥투자방향및계획 145 ➑ [ 특집 2 ] 전문가- 논문-특허 -시장관점에서바라본 S/W, 165 시스템반도체분야기술수준

3 ISSN VOL FOCUSING ISSUE PD 기술이슈 ISSUE 1 3D 프린터최근개발동향 ISSUE 2 The Internet of Things(IoT기술개발동향 ) ISSUE 3 중소형조선현황과생산성개선 ISSUE 4 국내항공소재산업생태계현황과육성전략 ISSUE 5 탄소섬유강화복합재 (CFRP) 산업의동향과기술개발방향 특집 특집 첨단제조기술과 3D

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5 KEIT PD ISSUE REPORT VOL 15-6 FOCUSING ISSUE 웨어러블, 플랫폼화에집중하자 한상철 / 한국산업기술평가관리원산업융합 PD

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7 KEIT PD Issue Report 웨어러블, 플랫폼화에 집중하자 ㅣ저 자ㅣ 한상철 / 한국산업기술평가관리원 산업융합 PD Focusing Issue 웨어러블, 플랫폼화에 집중하자

8 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 웨어러블, 플랫폼화에집중하자 웨어러블디바이스가새로운블루오션으로각광받고있다. 실제로국제전자제품박람회 (CES), 모바일월드콩그레스 (MWC) 등국제적인전자쇼에서웨어러블디바이스가경쟁적으로소개되고있으며, 최근애플이출시한애플워치도업계의관심이집중되고있다. 하지만시장의반응은아직미미한실정이다. 그이유를세가지로살펴볼수있다. 첫째, 사용되는부품이아직인간친화적이지않다. 현재의웨어러블제품은사람의몸에부착되는제품임에도인간친화적인부품보다는기존의전자제품에사용되는부품을활용 개발하는수준에그치고있다. 웨어러블부품은단순구조의벤더블디스플레이가아니라구겨지는디스플레이어야한다. 음성떨림, 근육운동등을전기로변환시켜디바이스에에너지를공급하는배터리가필요하다. 또섬유와결합해잡아당겨도동작가능한트랜지스터와반도체의개발도시급하다. 둘째, 다양한산업과의융합이부족한상황이다. 현재의웨어러블디바이스는스마트폰의연장선상에서건강정보를측정하는등간단한기능만을제공하고있다. 그러나앞으로지속성장이가능하려면융합이가능해야한다. 예를들어, 모바일결제및송금이가능한금융기술인핀테크 (Fintech) 와웨어러블이결합한다면그수요는가히폭발적일것이다. 셋째, 서비스화와플랫폼화의지연이다. 아무리좋은기능의웨어러블디바이스를구현하더라도주기적으로시스템이개선되지않거나사용자가원하는대로디자인을바꿀수없다면사용자는금세싫증을느끼고말것이다. 이러한문제는네트워크와의연결 (Connectivity) 을통한서비스화로해결할수있으며, 이때디바이스는하드웨어 (HW) 나소프트웨어 (SW) 측면에서플랫폼의형태로출시돼야한다. 예를들어, 웨어러블스마트워치의경우다양한디자인을갖춘시곗줄이출시되고, 디스플레이콘텐츠와플랫폼 개발툴이함께공급된다면사용자들은제품에흥미를갖게되고, 지속성도유지될것이다. 8 한국산업기술평가관리원

9 Focusing Issue 웨어러블, 플랫폼화에집중하자 스마트폰의종속성에서벗어날수록웨어러블의서비스는더욱다양하게창출가능하다는사실인식해야 웨어러블디바이스시장은아직개화되지않았다. 그럼에도블루오션으로평가받는데는이유가있다. 먼저, 웨어러블에맞는인간친화형부품과다양한산업에맞는특화된융합디바이스가개발되고, 서비스화와플랫폼화도가속화될것이라전망된다. 또, 포스트스마트폰에대한요구를웨어러블디바이스가채워줄수있을것으로보인다. 웨어러블디바이스는스마트폰과는달리두손을사용하지않아도되고, 사람들의주의력을빼앗지않으면서도필요한정보를간편히제공한다. 일부오피니언리더들은웨어러블디바이스의중심에스마트폰이있는것처럼주장하기도한다. 이는스마트폰의수명이다하면웨어러블의수명도끝난다는발상과도같다. 스마트폰의종속성에서벗어날수록웨어러블의서비스는더욱다양하게창출가능하다는사실을인식해야할것이다. 마지막으로프로슈머 ( 개발, 생산, 유통등에참여하는소비자 ) 의등장을들수있다. 웨어러블의서비스화와플랫폼화는결국많은프로슈머의참여를촉발시킬것이다. 향후우리나라는미국, 유럽과함께웨어러블산업의 3대강국이될것으로전망되고있다. 얼리어댑터기질이강하고새로운것에대한도전과적응력이강한민족성때문일것이다. 웨어러블의성공여부는제품화도중요하지만서비스화와플랫폼화의여부가더중요하다. 제품화와대량생산에만집중하던스마트폰시대와는달리서비스와플랫폼화에집중하는한국기업들이많이탄생하기를기대한다. 디지털타임스 ( ) Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 9

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11 KEIT PD ISSUE REPORT VOL 15-6 PD 기술이슈 ISSUE 1 3D 프린터최근개발동향 - KEIT 홈정보가전 PD 실 ISSUE 2 The Internet of Things(IoT기술개발동향 ) - KEIT 지식서비스 PD실 ISSUE 3 중소형조선현황과생산성개선 - KEIT 조선 PD실 ISSUE 4 국내항공소재산업생태계현황과육성전략 - KEIT 금속재료 PD실 ISSUE 5 탄소섬유강화복합재 (CFRP) 산업의동향과기술개발방향 - KEIT 섬유의류 PD실

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13 3D 프린터최근개발동향 l 저자 l 윤기권 PD / KEIT 홈정보가전 PD 실 이연옥책임 / KEIT 홈정보가전 PD 실 신진국본부장 / 전자부품연구원 SUMMARY 목적 3D 프린팅의표준화동향에기반을한분류체계를소개하고방식별기본작동원리를소개하여 3D프린팅프린팅장비에대한공감과이해도를높이고자함 3D 프린터의최신개발동향을소개함으로써글로벌선도기술의현황과기술적이슈에대하여점검하고향후 3D프린팅산업의개발방향에대한검토와토론의기회가만들고자함 주요현황 3D프린팅장비의장점을극대화하고단점을보완하기위한신기술개발이급속히진행되면서현재대비공정속도의수십배개선, 출력물의크기확대, 적층과후가공의공정복합화등으로혁신이진행되고있음복합가공기, 탄소섬유프린터, 초고속광조형프린터, 전자회로 / 전자부품과 3차원인쇄전자프린터, 세계최고수준의다중헤드폴리머프린터등다양한산업에응용을위한 3D 프린터개발이진행되며빠른속도로상용화되고있음 시사점및정책제안다양한용도및방식, 성능향상을위한혁신적인방식의연구가활발히진행됨국내프린터개발대기업의미참여와벤처기업의자금력부족으로산업용 3D장비분야의시장진출지연과신기술개발투자부진으로국제경쟁에뒤쳐질우려상존 3D 프린터산업의중요성과기술발전방향에대한공감을통하여투자환경의개선이필요하며장비와소재의연계발전이요구되는분야로정책적지원필요

14 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL D 프린팅의 6 가지원리 3D 프린팅에대한분류는용도, 소재, 크기등다양한기준에의해서할수있다. 이러한분류중프린팅의동작원리를기반으로한분류가기술적인이해도빠르고, 특허분석및대처에도유리한듯하다. 미국은이미 ASTM에서 7가지방식으로분류하고있으며, ISO도올해 1월미국과같은 7가지방식으로분류하기로합의하였다. 또한일본도 ASTM을따르는분위기이다. 국제표준에대응하기위하여우리나라도 7가지방식에따르기로하였으며산업적파급효과등을고려하여 6가지방식에대한전략기술로드맵을수립하였다. 재료압출방식 (ME, Material Extrusion) ( 보급형프린터 ) 흔히 FDM(Fused Deposition Modeling) 이라불리는방식으로가장널리알려지고보편화된방식이다. 그러나 FDM는 Staratasys가상표권을가지고있는이름으로 FFF(Fused Filament Fabrication) 로도불린다. 정확한명칭은 Material Extrusion이다. ABS나 PLA 수지를 1~2mm 직경의필라멘트형태로만들고이필라멘트를가열하여녹이면서기판위에그리는형태로일종의 XY테이블이달린 glue gun의개념이다. 그림 1 재료압출방식의구성과작동원리 ( 한계와발전방향 ) 그림과같이스풀에감긴필라멘트를당겨주는 Roller가있고이롤러에의해당겨서 heater로들어간다. 가열은보통 200도정도로해주며, 히터 ( 플라스틱의녹는온도 Tmr과전이온도 Tg 사이의온도로가열함 ) 를통과하여녹아노즐밖으로나오게된다. 노즐과기판의상대적인운동에의해서 XY방향으로움직이고, XY면에서의프린팅이다끝나면스테이지의 Z축을내려다음층을전층의위에프린팅하는방법으로 3차원프린팅이이루어진다. 가장간단한원리의 3D 프린터로해상도는 200um정도로거칠고, 수직방향으로강도가약하며, 표면의조도가고르지못한등의단점을가지고있다. ABS나 PLA 수지의넘어서기타엔지니어링플라스틱, 슈퍼엔지니어링플라스틱, 14 한국산업기술평가관리원

15 ISSUE 1 3D 프린터최근개발동향 의료용플라스틱등에대한연구도많이이루어지고있다. ABS/PLA 수지를사용할경우히터의온도가 220도근처이나, 울템등의소재를사용할경우 380도정도로히터의온도를올려야하는문제가있어, 히터의내열 / 방열설계가중요해진다. 플라스틱이히터의끝부분에서녹아야향후막힘현상이적으므로히터의열설계를잘하여야한다. 아울러 ME 프린터는챔버 (chamber) 의온도조절에따라고형화가다르게진행되어챔버의온도관리는물성제어의중요한부분을차지한다. 향후고속화, 고정세화, 멀티 / 가변노즐화및소재다양화가진행될것으로보이며, 소재와장비를연계한고정세화및고속화가관건인방식이다. 광중합방식 (PP, Photo Polymerization) (Photo-Polymer) 포토폴리머는빛 ( 자외선이나가시광 ) 을조사하였을때, 물성의변화가일어나는폴리머를말한다. 이러한물성의변화가구조적인관점에서딱딱해지는형태로나타나는포토폴리머가 3D프린팅에서소재로사용되고있으며, 이는빛을조사하였을때폴리머내의 cross-link가일어나기때문이다. 그림과같이모노머, 올리고머, 광촉매가존재할경우에빛이조사되면 cross-link 반응이일어나고결과적으로딱딱해진폴리머가생기는것이다. 이러한과정을 큐어링 (curing) 이라한다. 그림 2 광중합방식의작동원리 (SLA, DLP and Others) 포토큐어링을일으키는기구는여러가지방식이있을수있으며이에따라 SLA(Stereolitho graphy), DLP(Digital Light Processing) 방식으로다시나뉜다. 그림은수조 (vat) 를이용한 SLA방식의프린터로일명 vat-(photo)polymerization이라불린다. Vat이라불리는수조안에포토폴리머를채우고, 고형화를수평면상의원하는부분에레이저빔을주사 (scanning) 방식으로조사한다. 빔에노출된폴리머는포토큐어링이일어나딱딱하게굳어지고, 나머지부분은액체로남아있는다. 가운데있는피스톤을내리면서그위의수평면에같은일을반복하여수직방향으로쌓아가는방법이다. 포토큐어링을일으키는다른방법을사용할수도있다. 아래그림은레이저빔의스캐닝방식이아니라, 빔프로젝터 (DLP) 를이용하여수평면상의정보를한번에보내어포토큐어링을시키는 DLP 방식의 3D 프린터이다. 스캐닝방식에대한장점은빠른속도이다. 한면의정보를한번에보내는방식으로스캐닝에걸리는시간이필요하지않아빠르게처리할수있으며, 포토폴리머의반응속도가충분하면엄청난프린팅속도를보일수있으며, 그것이 2장에서설명할 CLIP 방식이다. 광원으로 DLP이외에 LCD 등의디스플레이를바로사용할수도있으며, 이경우디스플레이기술에서사용되던해상도증진기술적용이가능하여대면적과고속두가지성과를다잡을수도있다. 이것이 2장에서설명할 Epson의특허와 Prismlab에대한것이다. Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 15

16 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 그림 3 SLA 방식과 DLP 방식의구성 ( 한계와발전방향 ) PP 방식은레이저빔이나 DLP를이용하므로아주높은해상도의구현이가능하다. 정교함은 PP 방식의큰장점이다. 반면, 포토폴리머를이용하는방식은 SLA, DLP, LCD, CLIP, Material Jetting(MJ) 등이있는데, 어떤방식을이용하거나포토폴리머가가지는본질적인한계를보인다. 나쁜기계적강도 (strength) 와견딤성 (durability) 은포토폴리머의본질적인문제이며, 가시광이나자외선에계속적으로노출되므로색변색 (discolor) 이나품질퇴하 (degrade) 가지속적으로일어난다. 이러한이유로 PP, MJ 방식으로출력된 3D 조형물은단순히형상을보여주는견본의역할을하거나프로토타입으로설계를확인하는정도의응용에그치고있다. PP 방식의향후발전방향은이러한단점을완화하는새로운포토폴리머의개발에있다고보는견해가지배적이다. 2 재료분사방식 (MJ, Material Jetting) ( 재료분사-Inkjet) PP방식은포토폴리머로수조를만들어전면적에소재 ( 포토폴리머 ) 가존재하게하고에너지빔이선택적으로그소재를굳혀서원하는형상을얻는방식이다. 이와같은방식은많은양의소재를필요로하며오염등의문제로수조내에남은포토폴리머를회수하여재사용하는것도까다롭다. 이와같은단점을해결하는방법으로개발된 MJ방식은재료를선택적으로뿌리는방법이다. 사무실에서사용하는잉크젯프린터의헤드를이용하여포토폴리머를원하는패턴에만뿌리고 UV램프를켜포토큐어링을일으킨다. 이와같은방법은수직방향으로반복하면 3D 프린터가되는것이다. 16 한국산업기술평가관리원

17 ISSUE 1 3D 프린터최근개발동향 Support material Build material Inkjet print head Part Support structure Built part Build platform 그림 4 재료분사방식의구성과작동원리 (Supporter) 그림상에표시된 Build material은원하는 3D 소재이며, Support material은좌측의공룡그림과같이원하는출력물의형태가 free-hang의구조를가질때, 즉공중에떠있는모양을가질때공중에바로프린팅을할수는없으므로원하는소재를프린팅하기전에그기반이되는구조물 ( 건축물의비계와같은 ) 을임시로만들어주는것이다. 서포트는임시적인출력물이므로재료낭비와시간절감을위하여사용을최소화해야하는방향으로설계해야하고, 프린터의 OS가스마트하게서포트구조를최소화하도록동작방식 ( 슬라이서와 G-code에서 ) 을결정해야한다. 서포트는후처리시탈착하기쉬운구조로만들어야하고, 수용성재료를사용하는등아주손쉽게제거되어야한다. PP의경우 vat내의수지가셀프서포터역할을하므로서포트물질이따로필요하지않고, BJ/PBF의경우베드내의분말이자체서프터역할을하고있다. DED는구조적으로서포팅이되어있는구조물에프린팅하므로서포트방식을거의사용하지않는다. 그림 5 출력물과 Supporter 의구성 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 17

18 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 ( 디지털소재 ) MJ 방식은헤드가간단하고대중적이며장치의구성과제어가아주용이하다는장점을가지고있다. 최근에는 2 3개의헤드를동시에사용하는멀티헤드방식이출시되었으며이헤드들간의재료혼합이가능해졌다. 2개 ~ 3개의베이스레진을특정농도와구조에서혼합하여사전에설정된시각적, 기계적특성을맞추어제공하는이른바, 디지털소재가탄생하였다. 다양한재료개발을통하여디지털재료, 디지털 ABS, 내온성, 투명성, 경질불투명재료, 폴리프로필렌모사재료, 고무유사성재료, 생체적합성재료, 치과재료등이제공되고있다 (* 출처 : 접착제분사방식 (BJ, Binder Jetting) ( 접착제분사 ) BJ방식은블레이드와롤러등을이용하여스테이지에분말을편평하게깔고그위에잉크젯헤드로접착제를선택적으로분사하는방식이다. 접착제가뿌려진부분은분말이서로붙어서굳고, 접착제가뿌려지지않은부분은분말상태그대로존재한다. 이위에다시분말을곱게밀어서편평하게깔고또접착제를원하는패턴에뿌리면서수직위방향으로적층을계속한다. 원리적으로는베드에분말을얇고편평하게적층하는방식과잉크젯으로접착제를분사하는방식을결합한것이다. 분말을적층하는방식은뒤에설명할 PBF 방식과같고, 접착제를분사하는방식은 MJ에서사용된잉크제헤드는물질만바꾸어사용한것이다. 분말이자체서포팅을하므로서포트헤드는필요하지않다. Inkjet: Binder Jetting Powder Supply Leveling Roller Inkjet Printhead Binder Feeders Powder Bed Powder Feed Piston Build Piston 그림 6 접착제분사방식의구성과작동원리 ( 잠재력이큰 BJ방식 ) 어떤면에서보면 BJ 방식은첨단기술이라고보기에는어딘가부족해보인다. 그러나, 이방식은후처리와연계될경우아주활용성이높은기술이된다. 이방식의대표적인장점은 3D 소재가분말형태로공급되므로플라스틱, 세라믹, 금속분말이다가능하다. 또이분말들이마이크로스케일이므로대단히정교한인쇄물을만들수있다. 또잉크젯헤드에바인더를넣고여기에다양한색소를바로첨가할수있어, 풀칼라의구현이즉시실현된다. 즉원하는소재와원하는색상을낼수있다.BJ 방식은스케일업이아주쉬어건축물용프린터로만들수있다. 또주물을위한모래를바인더로붙혀서거푸집으로활용이가능하고, 금속분말을바인더로붙여서금속구조물을만든 18 한국산업기술평가관리원

19 ISSUE 1 3D 프린터최근개발동향 후후처리 ( 열처리또는 infiltration) 를통해금속조형물을바로만들수있다. 원리가간단하여대면적화가고속화 및저가화가가능해기존의공정과잘연계될경우산업적인파급력이상당히있는잠재력이큰 3D 프린팅기술로 평가된다. 그림 7 접착제분사방식의 3D 프린터로만든출력물 분말적층용융방식 (PBF, Powder Bed Fusion) ( 대표적인금속프린터 ) SLS(Selective Laser Sintering, 선택적레이저소결 ) 방식이라널리알려진방식으로정식명칭은분말적층용융방식이다. BJ 방식과같이분말을블레이드와롤러등을이용하여분말베드에얇고편평하게깐다. 얇게깔린분말에레이저를선택적으로조사하여수평면상에서원하는턴을만든다. 다시이위에분말을얇게깔고평탄화를하여이분말에다시레이저를선택적으로조사하는방식이다. 레이저이외에전자빔등의에너지원을사용할수도있다. PBF 방식의경우금속분말을주로사용하고고에너지원을사용하므로금속산화의우려가있어산화방지 ( 혹은부수적으로분말비산방지 ) 등의이유로불활성가스로채운챔버 (chamber) 구조를채용하며, 이챔버로인하여대형화에는아직한계가있다. Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 19

20 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 그림 8 분말적층용융방식의구성과작동원리 ( 분말프린터 ) 보통사용되는분말은수십um 직경이며, 최근에는 5um 직경의분말이사용된다. 이런분말을사용할경우수직방향의해상도인 layer resolution은 20um 40um 정도수준에서맞출수있어매우정교한프린팅이가능하다. 보통의방법으로는제조가까다로운하드메탈이나 precipitation이있는합금들의경우, 분말적층용융방식은아주좋은대안이될수있다. 금속분말을주로사용하며필요에따라플라스틱계열, 세라믹계열 ( 수지로코팅된 ) 의사용이가능하다. 플라스틱계열의프린팅시에는수축과변형이가장큰이슈이며이를완화하기위한히터, 빔분산등의기법이특허로청구되어있다. 금속계열의경우응력이큰문제이므로응력분산을위한에너지빔의패턴화된조사방식, 스마트조사방식등이기술적이슈이다. 그림 9 분말적층용융방식으로출력한금속구조물 * 출처 : EOS/HDC ( 전시회 ) 20 한국산업기술평가관리원

21 ISSUE 1 3D 프린터최근개발동향 고에너지직접조사방식 (DED, Direct Energy Deposition) (DED 헤드 ) SLS 방식에서사용된베드형분말공급방식의불편함을해소하고이를헤드에집적시키고자했던시도가 DED 방식이며, 헤드부에분말의공급과에너지원을공급, 산화차단가스노즐을한꺼번에채용한컴팩트한기술이다. 고에너지원으로바로분말을녹여서붙이는방식이므로 3차원구조체를만들수도있지만기존의금속구조물에대한표면처리, 수리등에서있어서강력한수단으로작용한다. 헤드의구조가간단하고제어가쉬워기존의공작기계와결합할경우큰산업적파급력을보인다. 대표적인경우가마쯔우라와디엠지-모리의복합가공기이다. DED 헤드의보편화와더불어절삭과적층을결합한가공기의보편화를선도할것으로보이는 3D 프린팅기술이다. 그림 10 고에너지직접조사방식의 3D 프린팅헤드 ( 진정한하드메탈프린터 ) 앞서설명한 PBF 방식의금속프린터는금속분말을소결하는것이므로완전히금속을용융하여붙이는 DED 방식과는큰차이를보인다. 즉조형된금속구조물의밀도가 DED의경우이론밀도에가깝고급속응고로인하여단단하고치밀한금속구조물을보인다. 물론단점은후가공이반드시필요하다는점이다. 하지만 PBF 방식의경우구형 ( 분말의유동성확보를위하여구형을선호함 ) 에가까운금속분말을단순히소결하는것이므로, 원하는강도를얻기는어렵다. 물론용침소결등의후속공정을이용하여저융점금속을침투시키기도한다. 이와같은의미에서 DED는복합화, 대형화가가능한진정한금속프린터로볼수있다. 특히 PBF의경우독일회사들의기술력과특허장벽이높아국산화에어려움이있다. DED의경우, 국내에는독자기술을보유한인스텍이있다. 그림 11 인스텍의 3D 출력물 * 출처 : 인스텍 ( 전시회 ) Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 21

22 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 표 1 ASTM F a/ISO TC261 에따른 3D 프린팅방식별분류 명칭원리비고 재료압출방식 (ME, Material Extrusion) 광중합방식 (PP, Photo Polymerization) 재료분사방식 (MJ, Material Jetting) 접착제분사방식 (BJ, Binder Jetting) 분말적층용융방식 (PBF, Power Bed Fusion) 고에너지직접조사방식 (DED, Direct Energy Deposition) Sheet Lamination 고온가열한재료를노즐을통해압력으로연속적으로밀어내며위치를이동시켜물체를형성시킴빛의조사로플라스틱소재를중합반응을일으켜선택적으로고형화시키는방식용액형태의소재자체를제팅으로토출시키고자외선등으로경화시킴가루형태의모재위에액체형태의접착제를토출시켜모재를결합시킴가루형태의모재위에고에너지빔 ( 레이저나전자빔등 ) 을주사하며조사해선택적으로결합시킴고에너지원 ( 레이저나전자빔등 ) 으로원소재를녹여부착시킴얇은필름형태의재료를열, 접착제등으로붙여가며적층시킴 FDM, FFF SLA, DLP, CLIP Polyjet Sand SLS DMT 2. 3D 프린터최신개발동향 작년말과올해초는 3D 프린팅에새로운도전이많이이루어졌다. Mark-1, Voxel-8, Carbon3D 등전통적인 3D 프린터를뛰어넘어새로운소재를사용하는프린터들이많이출시되었으며, Lasertec 65 3D, S-Max, M-Flex, Lumex Avance-25 등기존산업과의융합을빠르게시도하고있는프린터들도있다. 최근급속한변화와혁신이진행중인프린터의최신개발동향을살펴보고자한다. ExOne의접착제분사방식프린터, S-Max과 M-Flex ( 제본기술기반으로속도향상 ) ExOne은 binder-jet( 접착제분사, BJ) 방식을기반으로주물용거푸집과금속구조체를프린팅할수있는 3D 프린터의전문메이커이다. 접착제분사방식을택한이유는제본기술과유사하여프린팅속도를빠르게할수있기때문이다. ( 다양한소재를이용한프린팅가능 ) 접착제분사기반프린터메이커로성장한 ExOne의프린터는크게샌드프린터계열인 S 시리즈와메탈프린터계열인 M 시리즈로대별된다. 여기서우리가눈여겨볼점은 ExOne의 BJ 프린터에서사용가능한소재들이다. 22 한국산업기술평가관리원

23 ISSUE 1 3D 프린터최근개발동향 표 2 ExOne 바인더젯프린터용소재 Silica Sand (/Furan Binder (No bake) 420 SUS60% (/Bronze 40% infiltrant) 316sus60% (/bronze 40% infitrant) 17-4 SUS Cerabeads( 주조용합성모래 ) + binder InAlloy 625 (Ni-Cr superalloy) In Alloy 718 Iron60% (/Bronze 40% infiltrant) 철 - 크롬 - 알루미늄합금 Chromite (Cr + 산화철 ) Co-Cr (medical) 지르콘 ( 낮은열팽창, 높은열전도, 낮은용탕젖음성 ) 소다라임유리 ( 바인더, 킬른소결 ) Bonded 텅스텐 WC (Cutting tool) * 출처 : - 샌드프린터 (S 시리즈 ) 는모래에바인더를뿌려서주물을위한거푸집을만드는것이주용도이다. 거푸집소재가가져야할특성은경우에따라다르지만대체적으로저가격, 빠른가스방출, 높은열전달율, 낮은열팽창율등이다. 대표적인샌드로분류될수있는실리카샌드는석영을분쇄하여만든다. 분말을베드에적층할때의유동성문제로인하여, 단일한크기를가지는구형의입자가선호된다. 물론적층밀도가문제시되거나더뛰어난유동특성이요구될경우입도분포가넓은샌드또는쌍봉 (Bimodal) 분포를가지는샌드를고려해볼수도있으나현재사용되고있는샌드는현미경으로볼때, 모노사이즈인것이주로사용되고있다. 여기서페놀계와퓨란계의바인더를다사용할수있으며, 퓨란계바인더를사용할경우추가적인베이킹공정없이바로주물을부을수있다는장점이있다. 유사한재료로는세라비즈 (cerabeads) 라불리는합성모래가있다. 또다른재료인지르콘 (zircon) 은낮은열팽창율, 높은열전도도, 주물의용탕에대한낮은젖음성을보여가장이상적인거푸집용샌드재료로알려져있으며바다모래에서얻어진다. 매끈한표면을얻을수있어각광받는재료이다. 또한재활용유리가루를소재로사용하여바인더를뿌려형상을만들고킬른 (kiln, 로 ) 에서소결하는방식으로조각작품이나장식물을만들수있다. - 메탈프린터 (M 시리즈 ) 는 BJ 방식의금속프린터이다. 한층 (layer) 을프린팅하는데걸리는시간이 30~60초로대단히짧은것이이시리즈의프린터가가지는장점이다. 대신오븐이나로를사용하거나후속소결을하거나도가니를이용하여후속용침소결을하는방법으로기계적강도를얻는다. 사용가능한재료로는스테인레스스틸부터니켈합금, 철, 철-크롬-알루미늄합금, 텅스텐등다양하며의료용으로많이쓰이는코발트크롬에서부터절삭도구에많이쓰이는텅스텐카바이드까지다양하다. Infiltration 재료로는융점이낮은청동 (Bronze) 이주로사용된다. ( 전후공정의내재화가뛰어난 3D프린터 ) 엑스온의프린터는주물과금형에대해이해도가높은엔지니어에의해설계되었다는점이곳곳에눈에띈다. 모델중하나인 S-Max의구성을보자. 좌측에보이는샌드믹서는샌드프린터의주재료인각종샌드를섞어서프린터에디스펜싱방법으로공급되게된다. SLS(Selective Laser Sintering) 방식의프린터에서는분말을균일하게까는작업이중요하다. 주로블레이드가이역할을담당하는데, 이장비에서는디스펜서의끝부분이이러한블레이드역할을충분히하고있는것으로추측된다. 이러한방식의디스펜서는향후 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 23

24 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 adaptive slicing 을채용할때두께조절이용이하여, 장비의속도증진면에서의고려도돋보인다. 샌드의준비공정을 단순하게하고프린팅속도를높이고장비의구성을간단하게만들기위해서채용된구조이다. 오른쪽에구성된잡 박스는후속공정중오븐이나로 (furnace) 에넣기편하게채용된구조로공정내재화와호환성향상을위하여노력한 흔적이보인다. 향후전통뿌리산업에이장비가많이보급되면이러한잡박스 (job box) 의표준규격을만들어전후공정 사이의호환성을확보하는일이선행되어야한다. 3 Twin Source Sand Mixer filled with vacuum or screw conveyor Control Cabinet Job Box for building and unloading process on motorized roller conveyor twin Job Box optional Fluid Connectors for safe handting of liquid media Operating Panet. 시사점및정책제안 DMG-MORI 의복합가공기, Lasertec 65 3D 그림 12 S-Max 의구성 * 출처 : ( 절삭가공과 3D프린팅을하나로 ) 디엠지-모리는길드마이스터와모리세이키가중심인글로벌기업으로절삭가공기분야세계적인선도기업이다. 최근디엠지모리에서보여준신모델 Lasertec 65 시리즈는 3D 프린팅의비지니스발굴측면에서시사하는바가크다. 지금의현실을냉정하게바라보면, 3D 프린팅기술은기술의인지도에비해산업적파급력이미약하다. 이는신기술이기존의시장에서겪는진입장벽이며기존공법과의융합과정에서시장의요구를반영하지못하는문제일것이다. 모리는기존절삭가공기의기술에 3D 프린팅헤드를결합하고하나의제어소프트웨어로통합하면서이러한시장진입장벽자체를극복하고자시도했다. 즉기존의절삭가공기시장에부가식적층가공헤드만을결합하여차별화를시도하고그결과, 이미이모델은전부판매가완료되었으며, 시장의반응또한매우우호적이다. 올해 1월인터몰드에서보여준 Lasertec 65 3D는 DED(Direct Energy Deposition) 방식의헤드를채용하였다. 약 2년전보여주었던 Lasertec 65 shape라는모델을개선한것으로 shape 모델은 PBF(Powder Bed Fusion) 방식을사용했던것으로보인다. 이번모델은 2년전모델에비해작업속도가 10배정도빨라졌다. 24 한국산업기술평가관리원

25 ISSUE 1 3D 프린터최근개발동향 그림 13 Lasertec 65 제품과 3D 프린팅용 DED 헤드 * 출처 : kr.dmgmori.com LASERTEC Shape 원칙 레이저광원 수평층의레이저가공 ( 레이저나재료별층두께 :0.3~10 μm 다양한초첨렌즈 (S 옵션 ) 스캐너평면필드렌즈 ( 표준 ) 윤곽을매끄럽게마무리하는레이저가공 (S 옵션 ) 공작물 경사진벽면용으로채택된레이저빔으로가공 그림 14 Lasertec 65 의 3D 프린팅방식 * 출처 : kr.dmgmori.com 5축밀링머신과 fiber 레이저를통합하여 5분안에밀링에서레이저작업으로교체가가능하며, 하나의제어소프트웨어로통합되어프로그램상의호환문제가없고, 절삭작업과 3D 프린팅작업을동시에진행할때발생할수있는절삭유로인한레이저헤드의오염및손상, 분말형태의 3D 프린팅소재로인한절삭헤드의오염및손상문제등은해결했다고한다. 마쯔우라의장비에서모티브를제공받은것으로추측된다. Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 25

26 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 Markforged사의탄소섬유프린터, Mark-One ( 세계최초의탄소섬유 3D 프린터 ) 마크포지드사의마크원은절단하지않은탄소섬유를사용한세계최초의탄소섬유프린터로 CES(Consumer Electronic Show) 2015에서많은주목을받았다. 자동차경주가취미인대표이사 Mark가가볍고강한자동차용경량복합소재에대해서고민하다가마크원을만들게되었다하니개발동기가재미있다. 프린터의구성은단순하다. Dual quick 헤드시스템으로 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식의헤드둘을결합한형태이다. 하나의헤드는나일론등의열가소성수지만을사용하고 ABS, PLA 수지는지원하지않는다. 나일론필라멘트를이용한 FDM 방식의 3D 프린터이다. 다른하나의헤드는그소재가특이한데절단하지않은탄소섬유를나일론으로코팅한이른바 CFF(Composite Filament Fabrication) 을소재로하는변형된구조의 FDM 헤드이다. 이헤드에는 carbon fiber, fiberglass, kevlar 소재를사용할수있다. 탄소섬유를코팅한나일론수지는 FDM 헤드에서나오는수지와결합이되는수지를택하였으며, 탄소섬유와의결합력도좋은수지를택하였다. 즉양쪽헤드에서프린팅되는소재사이의이형성문제가없도록수지를최적화하였다는뜻이다. 이러한결합력이좋은나일론수지의적절한제조와선정이이장비의핵심으로보인다. 마크원을이용하여나일론층과탄소섬유층을교대로프린팅하여적층할수있다. 2 Heads Build Size Material Layer Resolution Extruders Filament sizes Fused Filament Fabrication Composite Filament Fabrication 320 x 132 x 160 mm Carbon Fiber, Fiberglass, Kevlar, NylonKevlar, Nylon FFF Printing : 100 micron / CFF Printing : 200 micron X-Y plane : 6.25um Dual Quick Change FFF: 1.75mm ( 나일론 ) CFF: MF4 ( 나일론코팅된탄소섬유 ) 그림 15 마크포지드의탄소섬유프린터 * 출처 : markforged.com 다음의구조는이프린터를이용하여제작한 plate이다. 나일론층에허니컴구조를넣을수도있어경량화구조를채택하기쉬운장점이있다. 무게비로환산했을경우알루미늄 6061보다높은강도를보이는 plate로일반적인 FDM 프린터로만든구조체보다 5배 20배높은강도의구조체를만들수있다. 앞으로대면적이슈와속도이슈를극복하고, 곡면가공기법을추가하면바야흐로탄소섬유복합플라스틱구조체의활용도가급증할것으로보인다. 26 한국산업기술평가관리원

27 ISSUE 1 3D 프린터최근개발동향 그림 16 마크원으로 3D 프린팅한나일론 / 탄소섬유 / 나일론복합구조체 * 출처 : markforged.com 100배빠른 DLP프린터카본3D의 CLIP (100배빠른프린터 ) 앞에서설명한바와같이광중합방식 (PP, Photo Polymerization) 에근거한 3D 프린터는광원의방식에따라또다시세분류를할수있다. 갈바노미터나 XY-table을이용하여레이저를스캔하는방식, DLP(Digital Light Processing) 프로젝터나 LCD 스크린을이용하여한페이지의정보를한번에조사하여광중합반응을일으키는방식등이다. 비록 DLP 방식이레이저스캔방식에비해서속도면에서빠르다고는하나, 사용자입장에서는늘느리다는지적을받아왔다. 소비자는현존의프린터보다 100배빠른프린터를원할것이라는지적이많았고, 올해보란듯이나온 DLP 프린터가 Carbon3D사의 CLIP이다. ( 광화학반응을이용한프린터 ) CLIP(Continuous Liquid Interface Production) 이라는새로운제조법을기반으로한초고속프린터, 에펠탑을 7분에찍는초고속프린터이며적층간격이없이연속으로인쇄하는 3D 프린터로주목받고있다. Build Platform UV Curable Resin Oxygen Permeable Window Projector Dead Zone UV Curable Resin Dead Zone Oxygen Permeable Layer 그림 17 CLIP(Continuous Liquid Interface Production) 의원리 * 출처 : Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 27

28 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 이작동원리를살펴보자. 노스캐롤라니아대학의화학전공교수인데시몬은빛 ( 통상적으로 UV) 을쬐면고형화가일어나는광폴리머의고형화원리에산소가관여할수있다는현상에주목을하였다. 즉빛을쬐면광폴리머의고형화가일어나지만, 산소가존재하면이반응은일어나지않는다. 만약산소가선택적으로투과할수있는막을광폴리머의수조 (vat) 바닥면에만들면빛이조사되더라도고형화반응이일어나지않는구간 ( 일명, dead zone) 을만들수있고, 폴리머가이구간을벗어나면서부터차츰고형화가진행되게할수있다. 이원리를이용하면광폴리머의층단위고형화방식에서산소의농도차이로인한연속적인고형화방식으로바꿀수있다. 수조내에서산소의농도구배를이용할수있기때문이다. 광폴리머에조사되는빛을프로젝터를통하여조사하면동영상프레임속도에가까운고속조사가가능하고, 폴리머의광반응속도가충분히높다면 layer by layer 를쌓는적층이아닌연속적인고형화가가능하다. 그리하여이제조법의이름은 연속적액체계면을이용한생산 이다. 통상적으로 3D 프린팅을적층제조방식이라하는데, CLIP의등장으로인하여적층제조가아닌부가 (additive) 제조라고개념을재설정해야할지도모른다. ( 수직방향의이질성이없는연속적인적층방식 ) CLIP 방식은속도가빠르다는장점이외에도인쇄물의미세조직상의장점이있다. 보통의 3D 프린터는 2차원평면의적층을통해서인쇄물을만들기때문에수직방향으로의이질성이존재한다. 인쇄물의단면, 층간이질성이없는연속적인미세구조 CLIP 과타 3D 프린터의인쇄속도 (10cm 크기의에펠탑기준 ) CLIP 3D PRINTING 그림 18 CLIP 방식과의비교 * 출처 : Caron3D FDM 프린터를예로들면 2차원평면이다굳어지고난이후에위의층을인쇄하므로수직방향으로의결합은약해지기마련이다. 즉층과층사이의결합력은취약하다. 물론 FDM의이러한단점을해결하기위하여, Material Extrusion의속도와플라스틱의고형화시간을절묘하게조절하거나챔버의온도의조절하여층간결합력의취약성을완화시킬수는있다. 광중합방식의경우도적층을통해서고형화를시키면이러한단점이존재한다. 그림에서알수있듯이 CLIP의연속공정은층간이질성이없는인쇄물을구현할수있다. 우측의비교표는 10cm 크기의에펠탑을출력했을때방식별속도를비교한것이다. 일반적인 SLA(Stereolithography) 프린터가거의 12시간이걸리는데반해 7분이내에인쇄가능하다는것이가장큰장점이다. 28 한국산업기술평가관리원

29 ISSUE 1 3D 프린터최근개발동향 Gizmo 3D의 100배빠른 Top-down 방식프린터 (CLIP을이용한탑다운프린터 ) Carbon3D에서보여준 CLIP의원리를이용하면서인쇄방향을반대로바꾼 3D프린터가있다. 호주에서제안된기즈모3D 프린터이다. 아직특허가공개되지않아정확한작동원리와 carbon3d사와의특허분쟁여부가불투명하나, 이미공개된모델과가격으로유추해볼수는있다. 데시몬교수와비슷한원리를사용했다. 즉산소가존재하면광폴리머가굳어지지않는다는원리이다. 다만데시몬교수는산소를투과할수있는막을수조 (vat) 의아래바닥면으로사용했는데, 기즈모는수조에담은수지의윗면수면을산소투과막처럼활용했다. 즉데시몬교수는 bottom-up 구조로인쇄물을위로끌어당기면서산소가부족한수조의상층부로인쇄물을당겨서굳히는구조를사용했는데, 기즈모는 top-down 프린팅방식으로위쪽에서부터수지가굳어져아래로내려오는방식이다. 상층의수면가까이는산소가존재하므로굳어지지않고수심깊숙이내려올수록산소의농도가낮아져굳어지는방식을이용한것으로추측된다. 인쇄중에는구조체가항상수조에잠겨있을것으로생각된다. 데시몬교수의경우처럼특별한산소투과막이존재하지않아도된다는장점이있다. 표 3 Gizmo3D 사의프린터사양 Item GiziMax GiziMax HD GiziMax HD+ Maximum XY resolution 50 micron 35 micron 35 micron Maximum Z resolution 1 micron 1 micron 1 micron Maximum build height 850mm 850mm 850mm Maximum build platform 400mm x 250mm 400mm x 250mm 400mm x 250mm Projector lumens * 출처 : Gizmo3D.com ( 광중합 3D 프린터의궁극적인사양을제시 ) Carbon3D 사와 Gizmo3D 사에서보여준광중합 3D 프린터를보면, 광중합방식의 3D 프린터에대한개발방향과궁극적인사양을추측해볼수있다. Gizmo3D에서제시하는 XYplane상에서의해상도는 35um 정도이며, Z축방향으로의해상도인 layer resolution은 1um 정도이다. 속도는 10cm 크기의에펠탑정도의복잡성을가지는구조물을 10분정도에출력할수있으면, 대부분의사용자는만족할것으로생각된다. 세계최초의전자회로프린터, Voxel8 (100배빠른프린터 ) (FDM과 silver paste dispensing을결합한프린터 ) 하버드대학의제니퍼루이스교수팀은 PLA 필라멘트를이용한 FDM 프린터에은페이스트를디스펜싱하는노즐을붙혀전기회로를플라스틱구조체에인쇄할수있는복합프린터를만들어 CES(Consumer Electronics Show) 에출품하였다. 이제까지출시되었던 3D 프린터는모두그소재가금속이거나플라스틱이거나구조체자체로서존재했다. 즉구조적인기능만을담당하는구조체만을출력해왔다. Voxel8의의미는 3D 구조체만을출력하는것이아니라여기서배선기능을담아전기적기능을부가했다는 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 29

30 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 것이다. 사양을살펴보면빌드볼륨을 150X100X100mm3이며, FDM 필라멘트의직경은통상적인 1.75mm이다. Z축방향의정밀도인 layer resolution도 FDM의통상적인해상도인 200 um이다. 은잉크를위한노즐은마치 은으로된치약을짜는것과같은 페이스트디스펜싱방식이다. 해상도는 250 um로다소넓게잡았다. 은페이스트의고형화및소결을위하여후속공정으로오븐에서의열처리를택해 Optomec 등에서사용하는레이저동시소성기술은택하지않은것으로보인다. 이러한기술은한계는향후복층구조를만들때상당한걸림돌이되므로, 옵토멕등에서채용한방식을도입해야할것으로보인다. 이러한 Voxel8 프린터로드론을제작하여보여줌으로써 CES에서도주목을받았거니와미국 CIA의투자도받고있는중이다. 이유는전통적이제조방식이주는툴링, 인벤토리, 스플라이체인의불편함을해소하여유저가새로운디바이스를만들도록해주는 multi-material 프린터라는점때문이다. 하지만, 이러한언론의주목과는달리기술적인점에서짚어볼사항은몇가지존재한다. 첫번째는용도에대한질문이다. 구조적인기능만을담당하던 3D 프린터의인쇄물에전기적인기능을탑재했다는것은참신하다. 그러나드론자체에대한용도와더불어이프린터의용도를제시해야한다는숙제가있다. 두번째는 FDM 방식으로만든 PLA 구조체로는강성이나충격강도결합력등에서기계적인한계를가질것이라는점이다. 또한 FDM 방식으로만구조체를만들경우, 구조체는 FDM의단점을그대로답습한다는단점이외에도, 다양한이종소재에대응하기가어려워진정한 multimaterial이라고보기는어렵다는점이다. 실용화가가능한고강도소재를사용한새로운방식을시도해볼필요가있어보인다. 마지막으로실버페이스트를이용한회로구성방식이과연정답인지고민해볼필요가있다. 아무튼신선한시도였고, 제조방식을바꾼다는점에서의미는있는 3D 프린터이다. PLA 용 FFF 노즐 Silver Ink 용노즐 Voxel8 으로제작한드론 그림 19 Voxel8, 세계최초의 multi-material electronics printer * 출처 : voxel8.com 교수팀은 PLA 필라멘트를이용한 FDM 프린터에은페이스트를디스펜싱하는노즐을추가하여전기회로를플라스틱구조체에인쇄할수있는복합프린터를만들어 CES(Consumer Electronics Show) 에출품하였다. 이제까지출시되었던 3D 프린터는모두그소재가금속이거나플라스틱이거나구조체자체로서존재했다. 즉구조적인기능만을담당하는구조체만을출력해왔다. Voxel8의의미는 3D 구조체만을출력하는것이아니라여기서배선기능을담아전기적기능을부가했다는것이다. 사양을살펴보면빌드볼륨을 150X100X100mm3이며, FDM 필라멘트의직경은 30 한국산업기술평가관리원

31 ISSUE 1 3D 프린터최근개발동향 통상적인 1.75mm이다. Z축방향의정밀도인 layer resolution도 FDM의통상적인해상도인 200 um이다. 은잉크를위한노즐은마치 은으로된치약을짜는것과같은 페이스트디스펜싱방식이다. 해상도는 250 um로다소넓게잡았다. 은페이스트의고형화및소결을위하여후속공정으로오븐에서의열처리를택해 Optomec 등에서사용하는레이저동시소성기술은택하지않은것으로보인다. 이러한 Voxel8 프린터로드론을제작하여보여줌으로써 CES에서도주목을받았거니와미국 CIA의투자도받고있는중이다. 이유는전통적이제조방식이주는툴링, 인벤토리, 스플라이체인의불편함을해소하여유저가새로운디바이스를만들도록해주는 multi-material 프린터라는점때문이다. 하지만, 이러한언론의주목과는달리기술적인점에서짚어볼사항은몇가지존재한다. 첫번째는용도에대한질문이다. 구조적인기능만을담당하던 3D 프린터의인쇄물에전기적인기능을탑재했다는것은참신하다. 그러나이프린터의용도를제시해야한다는숙제가있다. 두번째는 FDM 방식으로만든 PLA 구조체로는강성이나충격강도결합력등에서기계적인한계를가질것이라는점이다. 또한 FDM 방식으로만구조체를만들경우, 구조체는 FDM의단점을그대로답습한다는단점이외에도, 다양한이종소재에대응하기가어려워진정한 multi-material이라고보기는어렵다는점이다. 실용화가가능한고강도소재를사용한새로운방식을시도해볼필요가있어보인다. 마지막으로도선구조에서실버페이스트를이용한회로구성방식이과연정답인지고민해볼필요가있다. 아무튼신선한시도였고, 전자회로를 3D로구현한의미는있는 3D 프린터이다. 양산중인세계최고수준의 Color 프린터, Objet500 Connex3 ( 다양한소재를출력할수있는프린터 ) 대표적인 3D프린터기업인스트라타시스는 FDM 프린터와 MJ(Material Jetting) 방식의광경화프린터를생산하고있다. FDM 프린터는고강도의플라스틱부품제작을위한열가소성수지를이용하는방식이며광경화프린터는 Polyjet 시리즈로 material jetting 방식의헤드에 UV를노광시켜폴리머를경화시키는방식이다. 그림 20 Stratasys 의 Objet500 Connex3 와출력물 * 출처 : stratasys.co.kr Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 31

32 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 사용가능한재료는수백여가지의디지털재료옵션과혼합적용이가능하며단일빌드에서 3가지기본레진의조합으로최대 82가지의재료특성구현이가능하다. 또한필요할때재료를바꿀수있는재료핫스와핑기능이있으며, 500가지이상의복합재료에대한재료옵션 ( 일명디지털재료라부름 ) 을가지고있다. 또고무계열의컬러재료와투명, 다양한색상의반투명재료의사용이가능하여현존하는플라스틱계열프린터중가장다양한소재와색상을구현하고있다고평가되고있다. ( 세계적인추세인멀티헤드, Connex3의 triple 헤드 ) 폴리젯의걸작이라불리는 Connex3 모델은 triple 헤드를탑재하고있으며, 이헤드들간의재료혼합이가능하다. 이혼합을통해서다양한색상을구현할수있다. 사용가능한구조용재료는경질뷸투명재료 (Vero 제품군 ), 폴리프로필렌유사재료 (Durus 및 Endur), 투명재료 (Veroclear, RGD720), 내열성파트 (RGD525), 생체적합성재료 (MED610), 고무재질재료 (Tango 제품군 ), 디지털재료등이다. 평면상에서의해상도는 600dpi를지원하며, layer resolution은 16um정도이다. LCD 기술을이용한 PP프린터의새로운시도 (PP 프린터의다양한광원 ) 포토폴리머를소재로사용하고 UV 등의광원을이용하여광경화방식으로조형물을만드는 PP(Photo Polymerization) 프린터는광원으로여러가지방식을채용할수있다. 가장널리알려진 SLA(Stereo Lithography) 방식은수조 (vat) 에포토폴리머를채우고 UV 빔을스캐닝하는방식으로조사하여경화하는방식이다. UV 빔의 XY 운동을갈바노를이용하거나 XY 테이블방식의광학계를이용할수있다. 갈바노방식은제어가까다로운반면속도가 XY테이블방식보다빠르다는장점이있다. XY 테이블운동방식은속도면에서는빠르지않으나테이블의구성이쉽고가격이싸다는장점이있다. 물론고정도의 XY테이블을채용할경우가격은상승한다. 이러한 SLA 방식의단점을극복하기위하여도입된것이 DLP이다. DLP는하나의평면에대해서하나의면광원으로조사하는방식이므로 1 plane 1 shot 방식이다. UV빔을스캐닝하지않으므로속도가빠르며, 높은해상도를가지는텍사스인스트루먼트사의 DMD(Digital Mirror Device) 미러를사용하므로해상도또한높다. 다만, 대면적의빔을한번에조사할경우거리가멀어질수록해상도가나빠진다는단점이존재한다. 이경우여러개의 DLP를사용하여대면적으로커버할수는있지만시스템이커지고가격이상승하는단점이존재한다. 최근이러한 DLP를전통적인디스플레이인 LCD로대체하고자하는노력이있다. (LCD 광원을이용한 Prismlab) 프리즘랩의 PP프린터는광원으로 LCD를사용한다. 이를통해서동종의프린터보다 5 10배정도빠른속도를구현할수있다. 또한 Epson사의특허인 Pixel Resolution Enhancement 기법을이용하여해상도를증진시켰다. Epson의 4K 해상도증진기법은 3개의반사형 LCD를이용하고픽셀을대각선방향으로 0.5픽셀쉬프트시키는방법으로해상도는 1920X1080에서 3840X2160으로증진시킬수있는기법이다. 2차원인쇄전자프린터에서 3차원으로의진화를시도하는 Optomec (Aerosol Jet 5X) 옵토멕은 Aerosol Jet 기술을이용한미세배선인쇄기술에 5축제어기술을결합하여굴곡이있는표면이나입체구조표면에배선을형성할수있는 Aerosol Jet 5X를출시하였다. 미세배선을형성하는 Aerosol Jet 기술의기본적인원리는분무기와유사하다. 단계별로나누어보면, 용기에담긴잉크는외부에서주입된기체에의해크기 5 μm이하의미세한안개형태가된후, 운반기체에의해분사노즐까지이동하고, 노즐근처에서원통형태의 sheath 32 한국산업기술평가관리원

33 ISSUE 1 3D 프린터최근개발동향 gas에의해노즐중심으로집중되어기판또는표면에분사된다. 이방식으로선폭 10 μm수준의미세배선을만들수있으나, 분무가만들어져야노즐로분사할수있기때문에사용가능한점도에제한이있어 (1 ~ 1000 cp) 경사진면에인쇄하기매우어렵다. Aerosol Jet에 5축제어를도입하여 3차원표면에패턴인쇄를구현할수있도록개발된시스템이 Aerosol Jet 5X 이다. 그림 21 Aerosol Jet Process 개념도와 5 축제어표면패터닝 * 출처 : Optomec.com 옵토멕의 Aerosol Jet은 5축제어를통해평면에서탈피하였으나, 사용가능한잉크의점도에제한이있어급격한굴곡이심한면에서의패터닝은여전히난제로남아있다. (Lens 850-R) 옵토멕이노즐제어기술을바탕으로개발한 Lens 850-R은금속가공용대형 3D프린팅시스템으로제조영역이 mm 3 에이른다. 중심부에고정된파이버레이저주변에장착된노즐을통해레이저가조사되는위치에금속입자를분사함으로써, 분사와동시에소결하는 Direct Metal Laser Sinter (DMLS) 방식의 additive manufacturing 시스템인 Lens 850-R은파우더베드를사용하여구조체를제조하는 SLS 방식과달리기계류및기계부품의특정부위에구조를형성하거나망가진부분을수리하는용도를표방하고있다. 그림 22 Lens 850-R 의작동원리와금속구조물의수리장면 * 출처 : Optomec.com Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 33

34 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 마이크로펌프를이용한 nscrypt 의 3D 프린터 ( 마이크로펌프방식의디스펜서 ) nscrypt의디스펜서기반프린팅시스템은 Smart PumpTM 라부르는이회사고유의디스펜싱기술에기반하고있다. 공압을이용하여잉크의토출을제어하는 Smart Pump 기술은밸브제어와 suck-back 이라부르는압력제어를통해 20 pl ( 피코리터 ) 수준의유체제어가가능하며, 1-1,000,000 cp 범위의넓은점도변화에대응이가능하다. 그림 23 마이크로펌프 * 출처 : nscrypt (3Dn 시리즈 ) 디스펜싱용마이크로펌프와 XYZ 스테이지를결합하여내놓은 3Dn 시리즈는 4 종류로기능적인면에서는 동일하고이송거리만달라진다. 마이크로펌프를이용하기때문에고점도의잉크를사용할수있어높은단차를 극복하고배선을연결할수있으며, 정밀한토출제어로 via hole 과같은곳에도인쇄가가능하다는장점이있다. 그림 24 수직단차의배선연결및 via hole 인쇄 * 출처 : nscrypt 34 한국산업기술평가관리원

35 ISSUE 1 3D 프린터최근개발동향 Matsuura의복합가공기, LUMEX Avance-25 (3D프린팅과 Milling 공정을하나로 ) 일본마츠우라의금속광조형복합가공기 LUMEX Avance-25는 SLS방식의금속광조형과엔드밀을이용한고속ㆍ고정도절삭가공을반복하며조형하는복합가공기이다. SLS방식은베드에도포되어있는파우더에선택적으로레이저를조사하여소결시키는 3D 프린팅방식으로, 빠른조형속도, 광범위한재료사용과함께조형물의변형이없는등의장점들이많지만기계가공과비교해가공정도나면조도에한계가있기때문에방전, 절삭등많은후가공이필요하다. 하지만일본마츠우라의 LUMEX Avance-25는이 SLS방식광조형과절삭가공을한장비내에서번갈아시행함으로서기계가공과동일한수준의치수정도및조도를실현한다. 뿐만아니라기계가공으로는불가능했던 Rib가공도가능하게해준다. 이로써여러번의공정이아닌단한번의 Process로고도의금형제작이가능하게되었다. 형분할, 전극설계와방전가공, 냉각회로제작, 조립및조정등의복잡한공정없이일체의구조로금형을생산할수있기때문에설계및가공시간이크게줄어든다. 또한 Rib가공이가능하고, 3D 구조설계로자유롭게배치된냉각회로는후가공으로형성된일반적인냉각회로와비교하여월등한냉각효과를보이며냉각시간을최대 40% 까지단축시킨다. 이로서전체적인생산성을향상시키게된다. 깊은리브, 자유곡면형상, 다공질조형외에도 3D mesh, 중공 ( 中空 ) 구조등기존공법에서는제작이불가능했던형상의제품을한번의프로세스로조형할수있기때문에금형을포함한다양한제품제작에활용이가능하다. 엔진부품같은복잡한형상의제품과인공관절, 치아임플란트등커스터마이징제품도쉽고간단하게만들수있다. KOIWAI, 일본주물산업의새로운변화 (3D프린팅을주물산업속으로 ) 일본의 KOIWAI사는전통의주물기업이다. 최근코이와이사는일본의미래주물산업의형태를변화시키는데큰역할을하고있다. 코이와이사는기존주물회사와달리 3D프린터를도입하였다. 3D프린터를도입한이유는크게 4 가지이다. 첫번째로고속 고정밀주조제품의수요증가이다. 시장에서는얇고 고기능 정밀주조제품을단기간에공급하는것을요구하지만기존의목형ㆍ마스터형제작및사형반전공법은그요구에대응할수가없었다. 이에따라고객의요구에대응하기위하여새로운공법을개척할시장적니즈가있었다. 두번째로목형업자의후계자부족이다. 주조산업과마찬가지로목형업계에서도기술자의고령화와후계자부족이계속되어마스터형 목형제작에서고정밀, 고기능제품의저가신속납기가시장의이슈이다. 이러한시장의요구에부응하기위해서는목형을대체하는새로운공법이필요했던것이다. 세번째로주조업계타사와의차별화이며마지막으로젊은인재의확보이다. 주조산업는 3D(Dirty, Difficult, Dangerous) 직종이라는인식이뿌리산업에뿌리깊히박혀있어수도권에서는신입채용은물론경력자도채용하기힘들었다. 또, 작업환경개선에대한대처와매력있는직장구조에대한대응이늦는기업의이미지를불식시키기위하여기존의주물공장과는다른형태로주조공법을만들필요가있었다. 이러한이유로코이와이사는 3가지방식의 3D프린터를도입하였다. 레이저를사용하는 EOS사의 EOSINT-S, 잉크젯타입의 S-print 그리고 E-beam을사용하는 Arcam사의 Arcam A2를적용하여기존제품의제작기간을 1/10로단축시키는성과를이루어낼수있었다. Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 35

36 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 EOSINT-S Laser sintering lamination process S-Print Inkjet print lamination process Arcam A2 E-beam melting technology 그림 25 코이와이의 3D 프린터모델 * 출처 : Koiwai 또한주조현장에서는장인의기술, 숙련된기술을수치로바꾸어관리가가능해졌다. 또한도입이후, 연간 10회이상에이르는각종전시회를통한 PR효과도있어현재는 적층사형은곧코이와이 라불릴정도로시장에깊히침투하여연간 600종이상에이르는 prototype 주물생산을하고있다. 3D프린터에의한주물구조는작업환경도개선, 기존의주조공장의이미지의불식에성공, 매년우수한신입사원을맞이할수있게되었다. 이는 3D 프린팅을하나의프린터로만인식할것이아니라전반적인생태계관리의차원에서인식해야함을잘보여주는아주모범적인사례라생각된다. PCB 3D Circuit Board Printer, Cartesian Co. 의 EX1 프린터 (Rapid Electronics Prototyping을위하여 ) 2013년부터아이디어가구상되어클라우드펀딩을완료한신선한프린터가있다. 천이나게임패드, 손목시계등에마치사진을프린팅하듯이은잉크을배선하는프린터이다. 발상은사진을찍듯이회로를아주쉽게찍어빠른시간내에일렉트로닉스의프로토타입을만들자는데에서시작된듯하다. 게임패드를프린팅하여동작할정도이니파워선을대체하기에는아직부족하더라도신호선을대체할수준은달성된것으로보인다. 참신한발상에비해아직기술적인수준은높아보이지않으며주로 2차원상의배선프린팅이주용도라 3D 프린터로보기에는무리가있지만, 다양한종류의기판에배선을할수있다는점은높게살만하다. 기본적인구조가잉크젯헤드기반의 MJ(Material Jetting) 프린터이므로구조체를만드는기존의 3D 프린터와의결합이용이하며, 결합될경우 Voxel8과같은 multi-material 3D printer로발전할수도있다. 36 한국산업기술평가관리원

37 ISSUE 1 3D 프린터최근개발동향 그림 26 Cartesian 社의 EX1 Printer, PCB 3D Circuit Board Printer 3. 시사점과정책제안 3D 프린팅의최근신제품출시동향을살펴보고그발전추세에대한전망을통하여향후 3D 프린팅이발전방향에대한전망과대처방안을제안한다. ( 융복합화 ) 전통제조산업과 3D프린팅의복합화를구현한디엠지모리의복합가공기에대한시장의호평이나샌드프린터에대한시장수요등을고려할때, 3D 프린팅은하나의독자적인산업이아니라타산업과의융복합화를통해서빠른발전을이룰수있음을알수있다. 뿌리산업이나기존의주력산업과의융합을통한적용우위분야를선정하고이들산업분야와의적극적인융복합화가필요함 ( 속도와정밀도 ) 속도와정밀도, 그리고인쇄물의품질에대한요구는그동안 3D프린팅산업성장의중요한장애요인으로지적되어왔다. 속도향상, 정밀도개선, 그리고후처리를최소화할수있는인쇄물을품질향상에대한연구는 3D프린팅산업이타산업과의융합과대체공정으로발전하기위한필수요구조건이다. 핵심부품인헤드 / 노즐에대한연구와에너지원과광학계에대한연구, 소재의원재료의특성과반응에대한연구, 임베디드소프트웨어기술, 공정최적화기술등이상호협력하고공동으로참여하는종합적인연구가필요함 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 37

38 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 ( 멀티헤드및가변헤드의출현 ) 탄소섬유프린터, 전자회로용프린터, 폴리젯등의많은경우에서이제는단일헤드방식의시대가아니라다른방식과다른소재에근간한다중헤드방식의시대가도래했음을의미한다. 이는그동안 3D 프린팅의약점으로지적되었던복합소재의문제와속도개선, 색상과인쇄후의표면조도문제등에서좋은해법이될것이다. 이종의방식과소재를결합한복합프린터에대한연구는 3D프린팅의응용분야를획기적으로확장하는형태로활발히발전될예정임으로핵심부품인헤드에대한연구가요구됨 (3D 소재 ) 카본3D에서보여준 100배빠른출력기술 CLIP은 3DP에서소재가차지하는중요성을잘보여주고있다. 국내프린팅산업의발전을위하여또원천특허확보를위하여장비와연계한소재의개발에대한노력이더이루어져야할것이다. 단순한소재국산화를넘어새로운소재에대한도전이요구됨 ( 대형화와공정기술 ) 프린터의용도가수송기기용에서발전용, 건축용, 우주항공등으로늘어남에따라프린터는대형화될전망이다. 대형화시에발생할수있는속도저하와출력물의균일성, 효율적인제어를위한공정개발에대한연구가필요함 ( 강점산업과의연계 ) 각국의프린터개발동향은자국의강점산업을 3D프린팅을통하여강화한것으로전략이추진중으로분석되고있다. 우리나라는우리의강점산업분야인 IT, 자동차, 조선등의주력분야와의료, 에너지, 나노등의신산업분야와연계를통한전략적인선택과집중을통한육성전략이필요함 ( 참고문헌 ) 1. J. Lim et al., All-inkjet-printed Metal-Insulator-Metal (MIM) capacitor, C. Appl. Phys. 12: e14, Y. Kong et al., 3D Printed Quantum Dot Light-Emitting Diodes, Nano Lett. 14: 7017, C. Zhao et al., Three dimensional (3D) printed electrodes for interdigitated supercapacitors, Electrochem. Commun. 41: 20, K. sun et al., 3D Printing of Interdigitated Li-Ion Microbattery Architectures, Adv. Mater. 25: 4539, J. J. Adams et al., Conformal Printing of Electrically Small Antennas on Three-Dimensional Surfaces, 23: 1335, K. Church et al., Printed electronic processes for flexible hybrid circuits and antennas, Flexible Electronics & Displays Conference and Exhibition, 1, D. Espalin et al., 3D Printing multifunctionality: structures with electronics, Int J Adv Manuf Technol. 72: 963, M. Hedges et al., 3D Aerosol Jet Printing - Adding Electronics Functionality to RP/RM, DDMC 2012 Conference UBALDO ROBLES DOMINGUEZ, 3D PRINTED IMPEDANCE ELEMENTS BY MICRO-DISPENSING, The University of Texas at El Paso MS thesis, D 프린팅전략기술로드맵, 미래부-산업부, 2014년 12월 38 한국산업기술평가관리원

39 The Internet of Things(IoT 기술개발동향 ) SUMMARY l 저자 l Swapnadeep Nayak / Frost & Sullivan 한형상 PD / KEIT 지식서비스 PD 실 박현섭 PD / KEIT 로봇 PD 실 목적글로벌시장패러다임이공급자관점에서사용자관점으로전환되면서개인맞춤형스마트상품및서비스개발의중요성이크게부각되고있음이를실현하는가장중요한인프라로서현재학계, 연구계, 산업계의주목을받고있는사물인터넷 (IoT) 의현황과발전방향에대한종합적인시각을제공하고자함주요현황과거한동안 Any time any where 를표방한유비쿼터스 (Ubiquitous) 관련기술이미래사회로가는길을열어줄돌파구로서세계학계와연구기관, 기업들의뜨거운주목을받았었음. 그러나통신ㆍ센싱ㆍ분석등이의실현에필요한기반기술과제반법적ㆍ제도적인프라의미성숙으로관련기술및서비스개발이기대에미치지못하여 u 로시작되는기술과서비스들도세간의관심에서멀어졌음사물인터넷 (IoT: Internet of Things) 은스마트센싱기술과무선통신기술을융합하여인터넷을통해계기ㆍ기계ㆍ장비뿐아니라사람ㆍ자원ㆍ상품등모든사물을양방향으로연결하고관련데이터의상호공유ㆍ활용을실현하는인프라를제공함. 이를통하여이전에는상상하기어려웠던실시간상태파악과실제데이터에기반한최적화가가능해짐으로써 Any time anywhere 의이상실현에보다가까이접근할수있게되었음고객및환경에대한상태와취향을감지하여최적화된서비스를제공하는기술은다양한개인맞춤형헬스케어와웰니스서비스를창출했고나아가자동차ㆍ건설ㆍ로봇ㆍ에너지ㆍ제조분야와의융합을통해사회전반에걸쳐본격적인스마트서비스시대의도래를예고하고있음. 모든기반기술들이충분히성숙된것은아니나시장의상품및서비스수요에따라기술개발이다각적으로진행되는한편, 법적ㆍ제도적환경개선이추진됨에따라보다완성도높은다양한스마트서비스들이출현하여 Any time any where 를실현하게될것임시사점및정책제언과거유비쿼터스서비스들이부족한기술및제도적여건으로사장된경험을거울삼아유망한서비스모델을개발하고그목적에부합하는특화된센싱및분석기술의개발을통해완성도높은서비스를개발, 출시하는전략적접근방법이바람직함 IoT 기반서비스들은정보의공유및활용을위한개방형아키텍처를필요로하기때문에정보보안등부작용을최소화하기위한법적, 제도적인프라의정비가기술진보에발맞춰지속적으로검토, 시행되어야함 IoT의확산은사회전체분야에걸쳐혁신적인상품및서비스시장을창출할뿐아니라스마트센서및분석플랫폼등기반기술에대해서도거대한시장을제공할것으로예견되므로이러한기반산업의육성에도노력을기울일필요가있음

40 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 개요 1.1 정의 사물인터넷 (IoT: Internet of Things) 은센서가포함된단거리모바일송수신기를일상생활에사용되는도구나물건에내장시킴으로써 ICT의영역에새로운차원이전개될수있게한기술혁명임. 완전히새로운개념인 네트웍들의네트웍 창조를위하여무선센서로부터나노기술에이르기까지급속한발전이이루어지고있음. IoT는이미전산업에걸쳐변신이필요함을시사하고있으며앞으로더욱심대한변화를가져올것으로기대됨. IoT는기업들이보유자원을보다효율적, 혁신적으로활용한새로운상품과서비스를시장에출시하여부가적인수입원을확보하게할수있음. 그리고 IoT 네트웍이제공한방대한규모의정보를통하여의사결정과정을개선하고예지적통찰력 (Predictive Insights) 과같은첨단기능의보다정확한실천을가능하게해줄것임 INTERNET OF THINGS PubNub Figure 1 The Internet of Things (Source: PubNub) 1.2 배경 사물인터넷 (IoT) 명칭은 1999년 MIT의 Auto-ID 센터소장인 Kevin Aston이향후 RFID와센서를일상생활에서사용되는사물에탑재한사물인터넷이일반화될것이라고전망한데서유래했다는것이정설임. IoT 개념은새로운것이아님. 인터넷이곧 IoT 라고할수있는지는종종논란이되고있음. 처음태동시부터인터넷은지식과데이터의공유를위해정부ㆍ학교ㆍ조직을함께연결하는네트웍들의네트웍이었음. 인터넷을통한연결은 90년대들어기업과소비시장으로서서히침투하기시작했으나네트웍의상호연결성이부족하여보다광범위한확산은이루어지지못했음. 2000년대들어인터넷은많은기업과소비자분야에서급속히일반화되었음. 오랜시간에걸친기술적진화로인터넷에연결된형태의기계와장비가등장하게되었음지난수십년동안멀리있거나움직이고있는기계와통신하고기업네트웍과연결하는기술은고성능무선통신과저가의센서에힘입어급격히발전해왔음. 컴퓨터네트웍의개념을사물의네트웍으로확장하기위하여산업계는발전된실현기술들을이용하여서서히변화하고있음. IoT의근간이되는개념을만들어낸주역은에너지효율이 40 한국산업기술평가관리원

41 ISSUE 2 The Internet of Things(IoT 기술개발동향 ) 높은무선통신프로토콜, 저가의프로세서, 고성능센서, 그리고고성능어플리케이션운영 SW 를보유한혁신적인 창업기업들임. 운영과장비감시를위한인간의개입은점진적으로사라지고있으며눈에보이지않는분석기술이모든 물건의배후에서작동하며부여된기능을수행하고있음 1.3 구성요소 IoT는센서, 유무선통신인프라, 그리고서비스인터페이스로구성됨. 센서는유형의사물및주위환경으로부터설치목적에맞는징후를감지하고데이터로공유시키는역할을담당함. 온도ㆍ습도ㆍ압력ㆍ열ㆍ가스ㆍ조도ㆍ힘ㆍ거리ㆍ속도ㆍ기울기ㆍ모션ㆍ존재등센서가감지하는물리적데이터는 IoT기반서비스의확장에따라무한대로확장되고있음. 이에더하여센서와 CPU를일체화시켜오류의자동보정, 정보해석, 다른스마트센서와의교신, 환경변화에대한적응, 판단능력을구비한스마트센서로진화하고있음. 유무선통신인프라는사물과인터넷의연결을실현하는인프라임. 블루투스, 근거리무선통신 (NFC, WPAN, WLAN 등 ), 이동통신 (2G, 3G 등 ), 그리고유선통신 (EtherNet 등 ) 이널리사용되고있음. 서비스인터페이스는수집된각종데이터를분석ㆍ처리하고 (Analytics) 다른기술들과융합하여다양한 IoT기반서비스의요구에적합하게가공하는기능을수행함. IoT 기반의상품및서비스는가전및전자기기에서출발하여헬스케어ㆍ에너지관리ㆍ스마트카ㆍ스마트홈으로확산되었고근래에는스마트팩토리, 로봇등으로범위가계속확장되고있음 2. 산업및기술개발동향 2.1 동인 (Motivations) IoT 개념의확산을촉진하는요인들은다음과같이몇가지로대별할수있음 M2M 커뮤니케이션 M2M(Machine to Machine) 커뮤니케이션은위성통신이나무선통신망을사용하는장비간의연결성에도움이됨. 근래들어 RFID, 센서, 클라우드컴퓨팅그리고무선통신망같은 M2M 커뮤니케이션기술들이크게발전하면서비용대비효과가우수한성능들을제공하며 IoT 확산의주요동인으로작용하고있음 자원의최적화 에너지소비효율화가오늘날가장중요한문제의하나로인식됨에따라 IoT 개념은미래를향한가장에너지효율이 높고친환경적이며 (green), 자원절약적인 ( 에너지활용 ) 프로세스의실현을보장하고있음 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 41

42 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 소형화 나노기술의발전과더불어 CO2 의배출을줄이고 IoT 를통해연결될수있는모든사물에걸맞게보다소형화된기기의 개발을가능케하는소형센서칩의등장이현실화되었음 유비쿼터스서비스오늘날급변하는라이프스타일의변화에보다빠르게대응하려는욕구는시간과장소에관계없이모든것을연결하는데대한사람들의관심을가열시켰음. 연결된세계에대한이같은사람들의관심증대야말로 IoT가등장할수있게한가장중요한동인의하나임 새로운사업모델의개발을위한기회 IoT 아키텍처를구성하는다양한계층간의연결은이해당사자들로하여금사업을확장하거나, 홈오토메이션사업과연계해서사용자에게스마트홈시설을판매하는판매모형같이새로운사업모형의등장에도움이되는좋은기회를제공함 2.2 장애요인 상호연결된네트웍은조직과소비자에게여러가지로운영및사업상의혜택을제공함. 그러나연결된인터넷세계의 혜택을실제로실현하기위해서는다음과같이반드시극복해야하는과제들이있음 보안및개인정보보호개인정보보호및네트웍보안은인터넷과클라우드컴퓨팅의주요이슈임. 사용자간의상시적인정보공유는관계된사람들의동의없이도 IoT 환경에서이루어질수있음. 스마트센서를사용하면사용자의습관과동작을항상추적할수있음. IoT 개념의확산을촉진하려면데이터비밀보장의원칙과개인정보보호정책이시행될필요가있음. 이같은정책은기술보호뿐아니라정보공유를위한범세계적규제기준의운영도역시중요하게다루어야함. ISO-18000의보안기준은이러한문제를어느정도다루고있지만, 컴퓨팅및커뮤니케이션기술과함께스마트센서기술의발전은향후수년내에기술개발자들이데이터공유에따른개인정보보호및보안문제를해소할수있도록도움을줄것임 연결된사물의이질성 범세계적인지역간주파수대역과인구분포의차이는 IoT 개념의대량확산에핵심장애요인이될것임. 표준화된통신을 지원하는오픈플랫폼을통한모든사물과기기들의연결이이러한장애를관리하는해답이될수있음 2. 디스플레이 산업국제표준현황 42 한국산업기술평가관리원

43 ISSUE 2 The Internet of Things(IoT 기술개발동향 ) 불충분한기반시설연결된기기들의인터넷유입이가속화되면기존의무선통신으로는통신체증이유발될수있음. 범세계적통신망 HW 갱신작업이느리게진행된다면 IoT 기술의신속한확산을저해할수있음. IoT에서사용되고있는주요프로토콜의하나인 IPv4는퇴장하고있지만고성능 IPv6의채택은더디게진행되고있음 복잡성 IoT 의아키텍처가가지는설계의다양성은시스템의효율적운영을복잡하게만들고있음. 분산저장, 관리된서비스 그리고자가치료네트웍같은첨단네트웍관리기술들은여러 IoT 관련연구기관들의핵심연구대상이되고있음 스마트센서의가용성센서는 IoT의기본적인실현도구임. 출시되어있는센서들이감지하는대상은빛ㆍ소리ㆍ거리ㆍ습도ㆍ압력ㆍ위치 / 동작ㆍ개스 / 화학물질등다양함. 그러나기존의센서들만으로는미래의 IoT 잠재력을뒷받침하기에충분치못함. 예컨대현재상용화되어있는저가의센서들은헬스케어분야에서혈압및체온, 제조분야에서일부단순한기계가동데이터같이극히일반적인데이터셋을전달할수있을뿐임. 현재의헬스케어나제조관련스마트서비스들이지향하는목표와이를뒷받침하는실현기술과의사이에는아직큰거리가있음. 일상적으로섭취하는소금및지방의양이나스트레스같이웨어러블기기를통해수집하는보다고급의정성적인데이터는오직스마트바이오센서를통해서만얻을수있고이는개인맞춤형헬스케어서비스의정확도를향상시켜줄것임. 스마트센서는고급서비스의개발능력을제공함으로써 IoT에대한높은기대와취약한현실간의간극을좁히는데기여할수있음. 또한스마트센서는모든 IoT기반스마트상품및서비스의공통기본요소로서산업적잠재력이매우큼. 현재산업적활용이가능한스마트센서들은극히제한적이지만미래 IoT 기반의스마트서비스의잠재력을고려하면스마트센서의시장은기존의센서시장과는차원을달리하는규모가될것임. 기술적진입장벽이높아표준화및지식재산권을중심으로시장선점을위한국가간경쟁이치열해질것임 발전된데이터분석도구의부족서비스제공을위해 IoT의데이터를다룸에있어대부분개발자들은다양한원천들로부터많은양의데이터를수집하는데주안점을두고있음. 그러나이러한관점에서가장핵심적인의제는수집된데이터를처리하고데이터풀에서가치있는핵심요인을찾아내는효과적인방법임. 데이터분석을통해지식을추출하는훈련이잘된전문가가절대적으로부족하기때문에실제로 IoT를구성하기위한벽돌들을찾아내기는쉽지않음. 따라서고성능오픈데이터분석플랫폼에대한사회적수요가제기되고있는바, 이들은데이터처리를용이하게하여어플리케이션개발과정을촉진하고, 데이터전문가뿐아니라모든사람에게새로운시장을만들어줄것임 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 43

44 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 주요트렌드근래이루어진 LTE(Long Term Evolution) 와클라우드컴퓨팅플랫폼같은첨단무선통신망인프라의융합은어플리케이션의실시간성능구현을지원하는 IoT에힘입은바큼. 대부분의주요통신사업자들은더넓은대역을제공할수있는 IP 네트웍을이용하고있는바, 이는향후관련기술을주도하는요소가될수있음. 무선통신의연결성을개선시킨 ac 표준의도입은 IoT 확산에큰도움이될것임이에더하여, 보급이확산되고있는클라우드컴퓨팅과스마트폰은향후 IoT 확산을촉진하는두가지핵심요소가될것임. 빅데이터같은새로운기술의확산에따라향후 4~5년안에 IoT의확산도현저하게진행될것임 전력저소모형기기기기들이더많이연결됨에따라상호연동성 (Interoperability) 도역시향상될것임. 이는에너지효율화기술과효율이높은배터리에대한수요를높일것임. 에너지효율이높은장비의개발을위하여시장은장비의진동등을에너지로이용하여배터리의수명을연장하는에너지하베스팅 (Energy Harvesting) 같은첨단기술을채택하는방향으로움직일것임 센서의소형화장비들의소형화기술개발추세에따라센서의크기도현저하게소형화되고있음. 일부분야에서는 HW의경량화요구도높음. 센서와칩단위집적회로의소형화는이러한맥락에서센서제조기업들이그러한수요에능동적으로대응하는핵심수단이되고있음 센서가격의하락기술진보에힘입어지난수년동안센서가격이현저하게내려갔음. 그러나, 통신에쓰이는 Fiber 센서같이다른분야에서개발된특수한센서기술을활용하면비용대비효과가더우수한센서에대한수요를충족할수있음. Fiber 센서는감지를위해소형광학섬유를사용하며원거리작동에에너지가필요없음 전력소비가적은소형제어기 (MCU: Micro Controller Unit) MCU들은동작센서, 가속도센서, 온도센서등다양한센서들의운영을위해항시적으로상태를파악하며가동되고있는, IoT 장비들의핵심부품임. 널리사용되고있는기존의 8bit MCU보다센서데이터를융합해서정확한정보를보다효율적으로전달할수있는고성능전력저소비형 32 bit MCU를필요로함 2.4 기술가치사슬 다양한유형의장비들과어플리케이션간의상호통신을위한기술적아키텍처는역시다양한이해당사자들에게 IoT 시장을겨냥한제품을개발할수있는기회를제공함 44 한국산업기술평가관리원

45 ISSUE 2 The Internet of Things(IoT 기술개발동향 ) Internet of Things Architecture Figure 2 IoT 가치사슬 구조적으로, IoT는어플리케이션, 데이터관리, 통신게이트웨이, 그리고데이터획득계층의 4계층으로구분할수있음어플리케이션계층은적용대상산업 / 부문이효율을개선할수있도록사업을영위하고운영및관리하는방법을결정함. 이러한영역에있는기업들은헬스케어, 소매, 에너지등의특정산업에게어플리케이션을제공하는데주안점을두고있음. 개발자들은최상위계층의구축을위하여사용자인터페이스를만들고데이터의확보와통신을위하여생태계내의다른이해관계자들과시스템을통합함. ( 가치사슬의특정영역에서솔루션을제공하고있는회사사례 : Libelium. ThingWorx 등 ) 데이터관리계층은중앙집중적 IoT를위한솔루션셋으로서, 단말및연결된기기들의관리와제어, 센서들로부터수집되는방대한데이터의분석작업을통합해주는 IoT 아키텍처의필수요소임. 이계층은통합프레임웍, IoT의미들웨어, 그리고산업용어플리케이션솔루션같은 SW 셋으로구성됨. 미들웨어는경영, 인증ㆍ허가ㆍ계정 (AAA: Authentification, Authorization, Account) 관리, 데이터관리, 그리고서비스관리같은기본적인기능들을수행함. 보안과개인정보보호도이영역에종사하는개발자들의관심사로서 IoT 개념의확산을저해할수있는주요위협요인의하나임. IoT 시스템의대규모보급확산을위하여향후수년동안보안솔루션의개발에더많은사람과기업들이참여할것으로전망됨. ( 가치사슬의특정영역에서솔루션을제공하고있는회사사례 : Cosm, Evrythng. Gemalto 등 ) 통신게이트웨이계층은 IoT의정보트럭이라고비유할수있음. 이계층은 ISP가제공한다양한 IP 광역망 (WAN) 으로구성되어있는바, 이에는유선망 (ATMㆍxDSLㆍfibers) 과모바일무선망 (2Gㆍ3Gㆍ4G) 이포함됨. 모든상위계층의프로토콜은 TCP/IP 스택하에구축되어있음. 무선광대역통신망과게이트웨이모듈의향상에힘입어 M2M 서비스 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 45

46 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 개발과 M2M 어플리케이션을위한우선적인선택으로서 3G 네트웍채택이가속화되고있음. ( 가치사슬의특정영역에서솔루션을제공하고있는회사사례사례 : SigFox, Sensinode. Hikob 등 ) 센싱및데이터저장계층, 즉데이터획득계층은 RFID 라벨, GPS, 센서및액츄에이터같은감지, 계산, 통신기능을가진현장기기들로구성됨. 이계층에는최신의 ZigBee 프로토콜등다양한표준을갖춘단거리무선망이포함됨. 이계층의개발자들은기본적으로다양한데이터源으로부터수집된데이터를통합해야함. ( 가치사슬의특정영역에서솔루션을제공하고있는회사사례 : AutoID Lab, Zero G 등 ) 2.5 핵심수단 (Enablers) 미세전자공학 (Microelectronics) 시장은 IoT 개념을실현하고촉진하는역할을수행하고있음. 통신을위해사용하는스마트폰, 업무용컴퓨터, 자동차, 전자장비등일상적으로사용하는모든기기들은기반기술로서반도체, 프로세서그리고센서들을사용하고있음미세전자공학은 IoT를위한 SW 어플리케이션의개발을가능케하는 HW의역할을담당함. 기술가치사슬상의첫두계층, 즉물리적객체를디지털세계와연결하는데이터획득및상호연결계층과대역폭및 latency에대한통신조건의충족을지원하는게이트웨이계층이핵심미세전자공학기술에해당됨. 가치사슬은이분야의개발자들에게연결된세상개념의실현을지향하는관련산업의잠재력과중요성을분명히보여주고있음 3. IoT 의산업파급효과 IoT는여러산업분야를망라하여각기관련된다양한수요에맞춰효과를발휘해왔음. 이러한모든부문에 IoT 프레임워크를적용한다면전반적으로업무성과가향상되고새로운추가수입원도확보할수있을것임. 이제연결된네트웍의필요성과특정부문의신참자들에게 ( 새로운시장의창출을지원하고기존기술을대체할수있는혁신기회를제공하는 ) 파괴적인기회를보여주는산업별시나리오를제시함 3.1 수송시스템에대한파급효과 a) 현재의수요실시간정보의필요성효과적인수송시스템이되려면인프라와차량간에효과적인통신이필요함. 보다신속한다중모드수송시스템이되려면승객들은개인용차량을주차시키고기차나공유차량으로바꿔타야함. 붐비는구역에서는주차공간을찾기가어려우므로공간활용의효율이떨어지게됨. 주차공간에대한실시간정보는통근자들이개인차량을쉽게주차하고최선의교통시스템을선택하는데도움이될수있음 46 한국산업기술평가관리원

47 ISSUE 2 The Internet of Things(IoT 기술개발동향 ) 협력적시스템의필요성당국의교통관제는급속한차량의증가로인하여갈수록어려움이가중되고있음. 비효율적인교통관제는이동소요시간을늘려차량의에너지소모도증가시킴. 교통혼잡상황을파악하는협력적차량데이터플랫폼은운전자들의최적경로찾기와에너지소비절감에도도움을줄수있음. 더하여, 효과적인교통관제는사고를줄여도로에서의안전도향상에도도움이됨 감시의필요성차량들에서는종종감지하기어려운기계적, 기술적문제들이발생하고있음. 사용자의자동진단을지원하는대쉬보드센서가일부있기는하지만분석의수준이낮고문제의정확한원인을밝혀주지는못함. 따라서기계고장을감지하고가용스페어부품이있는지여부를확인시켜주며서비스센터에즉시지원을요청하는지속적인감시시스템이필요함 b) 미래의시나리오 수송시스템에대한차세대 IoT 프레임웍은정보방송센터, 무선통신에의한배차시스템및관리솔루션같은요소들로 구성됨. 수송시스템의미래시나리오는다음과같음 Figure 3 IoT 수송시스템프레임웍 정보방송정보방송서비스센터는차량과위성통신간의플랫폼역할을담당함. 차량들과주차공간, 교통관제시스템등에설치된센서로부터얻어지는무선데이터들이여기에수집되어위성통신을통해방송됨. 이는차량간의통신범위를늘려주는후원자의역할을담당함 차량위치정보단거리전용 (DSRC: Dedicated Short Range) 양방향통신과 GPS는센서와의융합을통하여차량간 (V2V: Vehicle to Vehicle) 통신을가능하게함. V2V 텔리매틱스데이터활용은단거리통신을이용하기때문에에너지소모를줄이면서도사각지대감지, 야간시력보강, 내비게이션같은고급성능의구현에도움이될수있음 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 47

48 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 교통혼잡정보공유 정보서비스인프라 (V2I) 통신을통해차량들이교통신호기로부터얻는보행자정보는교차로에서의운행속도를최적화 해줌으로써안전도향상에도움이될수있음 차량의자동진단자가진단솔루션은호스트컴퓨터의지원없이마이크로-콘트롤러및장비들과통신하는계측제어기통신망 (CAN: Controller Area Netwrok) 과연결된버스에서수집된데이터를이용하여기기고장을감지하고즉시운전자에게비상상황을알려줌. 자가진단은클라우드분석기에연결되어과거에수집된방대한양의데이터분석을통해진단의정확도를향상시킬수있음 톨게이트에서의자동결제시스템스마트폰, 근거리무선통신 (NFC: Near Field Communication), 차량번호판자동식별 (ANPR: Automatic Number Plate Recognition) 그리고대쉬보드에내장된스마트 RFID 칩은톨게이트자동결제에활용될수있음. 이들은톨게이트에서의대기시간을크게줄여줄것임. 미리결제시스템에계정이설정되어있으면톨게이트통과시자동으로금액이기록됨 무선충전소 차량과전기그리드 (V2G) 의융합은하이브리드전기차량이무선충전시스템을통해충전할수있는충전소에서현실화 될것임 사고를방지하는안전시스템정보방송센터와위성통신을이용한도로폐쇄나사고정보에대한메시지방송은운전자들이교통체증을피하는데도움을줄수있음효율적인주차솔루션대쉬보드센서와클라우드연결을통하여무료주차공간에대한데이터를공유하면운전자들이인근의빈주차공간을찾는데도움이될것임 c) 신참자들을위한파괴적기회차내거동분석음성과제스처를제어하는미디어플레이어같은차내오락어플리케이션용상호작용플랫폼과함께미래의차내정보오락 (Infotainment) 시스템은안전도향상을위하여운전자건강모니터링같은첨단의대쉬보드내장형기능을제공할수있음 48 한국산업기술평가관리원

49 ISSUE 2 The Internet of Things(IoT 기술개발동향 ) 원격데이터분석 빅데이터분석솔루션들은엔지니어들로하여금차량에내장된다양한센서들로부터얻은데이터의분석을통해 안전도와성능을향상시킬수있도록실시간솔루션을제공함 적응적조명시스템 날씨, 도로사정, 주행시간대에따라조명센서는자동으로조명밀도와차량의상향등및하향등을조정함 에너지하베스트형전기차량 전기차운영시스템은차량의진동과동작을이용하여에너지를수확하고에너지소모비용을줄일수있음. 효과적인 솔루션의통합을위하여자동차 HW 기술개발자들과에너지기술개발자들간의협력을필요로할것임 TELEMATICS SERVICES Usage-based Insurance Young Drivers Coaching Fleet Management Road Charging Infotainment Traffic END USER AND ADMIN INTERFACES Smartphone Tablet Desktop Computer In-Vehicle Systems DriveSync R Connected Car Platform VALUE ADDED SERVICES Driver Scoring Vehicle Health Roadside Assistance Weather IN-VEHICLE ENABLERS OBD-II / EOBD Mobile Embedded OEM Figure 4 IoT 수송플랫폼적용사례 (Source: IMS DriveSync platform) 3.2 헬스케어에대한파급효과 a) 현재의수요상호연동 (Interoperability) 이가능한시스템에대한수요현재헬스케어어플리케이션들은특정솔루션을제공하는데주안점이있음. 그러한목적을위해사용되는다양한장비들은각기다른성능, 기능, 운영체제및구조와디자인을가지고있으므로보다효과적인정보공유를위한상호연동능력이결여되어있음장비들의상호연동성은의료전문가로하여금데스크탑ㆍ모바일ㆍ태블릿등모든형태의장비들을활용하여시간과장소에관계없이중요한정보에접근할수있게해줌으로써유연성을향상시킬것임 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 49

50 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 실시간정보의필요성정보의가용성은사이버인프라와의연결성이부족한데따른또다른주요장애요인임. 분산형네트웍아키텍처의보급으로정보는여러정보저장소 (Repository) 에분산되어있어중요한시점에정보통합을통해가치있는통찰력을제공하지못하고있음. 이로인해분산된데이터들간의매끄러운통신과필요시실시간정보제공이가능한중앙집중식아키텍처의필요성이제기되고있음 비용절감의필요성개별적인정보시스템과통신장비들의배치를위한인프라구축은비용부담이매우크므로중소건강관련기관들의새로운시스템도입에장애요인이됨. 중앙집중식아키텍처는모든데이터源으로부터데이터를수집하는정보저장소를하나만제공함으로써이문제를해결할수있음. 장비들의상호연동이가능하면모든유자격기관들은극히적은비용만으로대단위데이터셋에쉽게접근하게될것임 b) 미래의시나리오 미래형헬스케어프레임웍은주로중앙집중식정보저장소, 장비연결성센터그리고건강모니터링장비의 3 개요소들로 구성됨 Figure 5 IoT 헬스케어프레임웍 50 한국산업기술평가관리원

51 ISSUE 2 The Internet of Things(IoT 기술개발동향 ) 중앙집중식정보저장소중앙집중식정보저장소는개별장비들로부터수집된방대한규모의정보들의백본 (Backbone) 역할을담당함. 이는어플리케이션서버플랫폼으로서무선통신을통해다양한센서들로부터데이터를수집하고클라우드분석을통해원거리및지정된사용자에게정확한정보를제공함. 건강정보서비스제공자들은전자건강기록 (EHR: Electronic Health Record), 건강정보교환 (HIE: Health Information Exchange), 개인건강기록 (PHR: Personal Health Record) 그리고국가건강정보네트웍 (NHIN: Nationwide Health Information Network) 같은다양한어플리케이션서버들로부터수집한데이터를클라우드컴퓨팅인터페이스를통해통합하고사용자들로하여금모바일ㆍ데스크탑ㆍ태블릿같은개인호스팅기기를통해방대한데이터셋에접근할수있게해줌 장비연결센서들중앙집중식정보저장소와바이오파라미터감지장비들간의연결성은저장소에서의데이터처리를위한다수의계층을갖고있는센서게이트웨이를통해실현이가능함. 운영시스템은와이파이, Zigbee, 블루투스같은표준무선통신인터페이스를제공하여센서데이터에대한보안성이있는통신이가능함. 센서프로토콜들은센서노드로부터정보전달프로세스의에너지효율을높여줌. 미들웨어는센서노드들과어플리케이션인터페이스간의상호작용을관리함. API들은장비와혈압모니터링, 체중측정같은목적에따라사용자에게특정정보를제공함. 바이오파라미터들을감지하는장비들과중앙집중식정보저장소의연결은데이터처리를위한다수의계층을가진센서게이트웨이를통해실현할수있음 건강모니터링장비바이오파라미터감지장비들은혈압ㆍ혈당ㆍ산소ㆍ맥박ㆍ심박등생체데이터수집을위한센서들을융합하여사용자들이신체의생리적상태를즉각적으로이해할수있는손쉬운통신수단을제공함. 이러한센서들은블루투스같은개인영역통신망 (PAN: Personal Area Network) 인터페이스나 Zigbee 같은근거리통신망 (LAN: Local Area Network) 인터페이스를통하여장비로부터클라우드저장소를경유하여호스팅장비로데이터를전송할수있어분석에유용한많은정보를제공함 c) 신참자들을위한파괴적기회카메라내장알약소형비디오카메라및이미지센서와함께소화되지않는캡슐에내장되어외부의자석을통해제어되는 MMS(Micro Machined Sensors) Reed 센서들은헬스케어부문 HW 개발자들로하여금신체내부에대한효과적이고정확한진단기술의개발기회를제공할수있음 환자감시 RFID 칩과바이오파라미터센서의융합을통해병원환경에서환자에대한지속적인모니터링을용이하게실행할수 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 51

52 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 있음. 이는헬스케어부문에서가장유망한어플리케이션의하나로서웨어러블제조사들에게매우큰기회를제공함 예측지원 환자데이터의분석을통해예지적통찰력을제공하는분석어플리케이션도미래에매우큰잠재력을가지고있음. 다양한센서노드들로부터수집된방대한데이터를이용하여중요한시점에정확도높은정보를실시간으로제공함 3D 프린터로제조된장기 3D 프린팅장비제조사들은빅데이터분석을이용하여신체장기제조과정에서다양한주요파라미터들을제어하여 정확도를향상시킴으로써병원에서의장기이식및교체과정에도움을줄수있음 Figure 6 IoT 헬스케어플랫폼적용사례 (Source: Neusoft Corporation) 3.3 에너지산업에대한파급효과 a) 현재의수요실시간모니터링의필요성연한이오래된발전장비와기기는수명의예측이불가능하여종종고장난부품의파악과단전의원인을밝혀내기 52 한국산업기술평가관리원

53 ISSUE 2 The Internet of Things(IoT 기술개발동향 ) 어려운정전사태의발생을야기시킴. 센서데이터를이용한장비수명주기의지속적인모니터링은조기경보와 엔지니어들의문제해결노력에도움이됨 예지적지능의필요성특정지역의전력수급예측실패에따른정전은많은곳에서흔히있는일임. 수요는종종공급을초과하고이는에너지솔루션제공자들이추적하기에어려움이있음. 시스템에예지적지능을도입하게되면전력공급사들은수요를예측하고무정전전원공급기 (Uninterrupted Power Supply) 를통하여전기의발전과사용을최적화하는데도움을받을수있음 제어의필요성가정과사무실에서정교한전기기구들의사용이늘면서정확한전력소비패턴의추적에실패한나머지사용자들은많은전력요금을부담하고있고전력을도용당할위험도있음. 이에따라모든연결된장비들로부터데이터를수집하여포괄적인제어와관리능력을제공함으로써장기적으로사용자들의전력소비비용을절감케해주는스마트미터링시스템에대한수요가제기되었음 b) 미래의시나리오 에너지부문의미래형프레임웍은 Figure-7 의맨좌측에위치한발전단계부터우측에위치한최종사용단계에 이르기까지에너지흐름의모든단계마다 IoT 를도입하는것임 Figure 7 IoT 에너지프레임웍 발전기기존의발전기들은미래의스마트그리드네트웍에서도주요에너지원이될것임. 풍력및태양에너지같은부수적인전력원들은추가적인전력을생성하는데활용될것임. 미래의그리드는양방향통신을통해최종사용자의수요파악을가능하게하고고성능분석기능들은전력생성을수요에맞춰제어할수있도록해줄것임 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 53

54 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 에너지변전소변전소들은모든전력원들을통합하고배전채널을관리하게될것임. 모든장비에는스마트센서가설치되어기기들의수명을상시적으로모니터링하게됨. 전력감시제어시스템 (SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition) 이송전선을관리할것임 배전 스마트배전망은배전자동화 SW 가설치되어스마트그리드네트웍과에너지저장네트웍에대한전력및전압 모니터링과최적전력공급을지원할것임 스마트파워그리드네트웍시스템대폭적인탈바꿈이추진될핵심분야임. SW 산업은사용자수요와전력공급사이의격차를해소하기위하여블루투스나 Zigbee 같은전력저소모형네트웍프로토콜과고성능통신망인 IPv6에기반한고성능그리드분석및고객분석과함께서비스지향적통합기술을향해나아가고있음. 보안클라우드컴퓨팅아키텍처는센서로부터실시간으로수집된데이터의감시를통해전력해커들을색출하는고성능보안기능을제공하고전력망을통한전력공급을최적화해줄것임 최적화된에너지저장 배터리는그리드네트웍의균형유지를위한백업에너지역할을담당함. 배터리는전력수요가정점에도달하는시점에 발전기운영비용을절감하는데도움이됨 가정 / 건물의스마트미터 공급사들은전력저소모형 RF를이용하여메쉬네트웍과유선전력선통신망을통해서최종사용자들을추적함. 이는또한 Zigbee나 RF 선을통해홈네트웍제어게이트웨이에장비들의전력사용정보를제공하여전력사용패턴을파악할수있게하고실시간가격정보를제공할것임. NFC(Near Field Communication) 같은선진기술도손쉬운결제솔루션의실행에사용될수있음. 그리고무선통신을이용한전력제어 SW의업그레이딩작업도용이하게수행할수있음 재충전이가능한배터리 미래의스마트홈은사용자가가진대체전력원으로부터전력을끌어오고필요시전력백업을제공하는재충전이가능한 배터리로구성될것임. 이는또한인근의건물이나충전이필요한전기자동차와의전력공유를가능하게해줄것임 센서네트웍제어기제어기는무선가정통신망 (HAN: Home Area Network) 을통해빛ㆍ온도ㆍ개스ㆍ물등의스마트센서네트웍을모니터링하게될것임. 사용자들과장비간의양방향통신으로장비들의최적화된활용이가능해져에너지소비를절감시켜줄것임 54 한국산업기술평가관리원

55 ISSUE 2 The Internet of Things(IoT 기술개발동향 ) c) 신참자들을위한파괴적기회동적에너지가격시스템클라우드로연결된 SW 서비스솔루션은공급자들이제안하는가격들을종합적으로분석하여사용자들이각기자신의사용패턴에따른최선의전력원을찾아내는작업을지원하는선진적인동적가격시스템의개발을가능하게해줄것임 에너지공유인프라홈네트웍에재충전이가능한개별배터리를설치하면사용자들은미래에사용할수있도록전력을저장할수있음. 그리고실시간업그레이드를통해인근의건물ㆍ사무실ㆍ병원등과즉각적으로에너지를공유함으로써용이하게전력의평준화를실현할수있음 발전최적화를위한예지적분석 빅데이터를이용한예지분석 SW 솔루션은전력사용실태에대한효과적인모니터링을가능하게할뿐아니라스마트 그리드네트웍제어시스템에서미래의전력수요를예측하고이에따라발전원천을최적화하는데중요한수단이될것임 보안스마트그리드네트웍제어기 에너지해킹에대응하는사이버통신망보안기술과통합된고성능네트웍제어기들은전력손실과정전의발생을방지할 수있음. IoT 에서장비의보안이주요이슈로등장함에따라이기술분야는개발자들에게큰보상을제공해줄수있음 Figure 8 IoT 에너지플랫폼적용사례 (Source: GE) Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 55

56 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 항공우주산업에대한파급효과 a) 현재의수요실시간데이터의필요성군사시설들이바다ㆍ지상ㆍ공간으로분산되어있어다양한정보원들로부터의정보수집과임무수행에필수적인어플리케이션을위한계획수립에어려움이있음. 이러한문제들은모든시설들로부터실시간으로정보를갱신하고의사결정과정을용이하게해주는연결된戰場혹은네트웍중심戰場의개념을도입함으로써해결할수있음 정보협력의필요성항공우주산업용으로제조되는부품들은대부분여러지역에분산되어있는제조기업들로부터조달되고있음. 제조기지간의협력이부족하면가치사슬상의수요와공급에불균형을야기할수있음. 가치사슬상의모든이해당사자들을연결하는중앙집중적아키텍처는수요와공급상황을즉시투명하게파악할수있게하여고객수요를보다효과적으로만족시키는데도움이될것임 사용자친화적시스템의필요성항공우주조종시스템은정교한기술과통합된가장복잡한기술인터페이스중의하나로서항공기조종은고도의기술을지닌조종사를필요로함. 마찬가지로탑재시스템은데이터원천의확보제약과연결성의부족으로조종사들이조치를취하는데도움이되는통찰력을제공하지못하고있음. 따라서중앙정보저장소와사용자친화적상호작용및연결을지원하는고성능센서를설치하여, 대량데이터의분석을통한대응조치를지원하는통찰력을제공하고조종실에서인적오류의여지를줄일필요성이제기되었음 b) 미래의시나리오 항공우주및방위산업에 IoT 를도입하게되면공급망의효과적인관리를통한운영효율개선에도움이될뿐아니라 중앙집중식데이터공유를통해戰時에병력과항공기의운영을용이하게해줄것임 Figure 9 IoT 항공우주및방위산업프레임웍 56 한국산업기술평가관리원

57 ISSUE 2 The Internet of Things(IoT 기술개발동향 ) 戰場정보공유戰場에서사용되는무기와장비들은센서융합을통해원격으로장비운영을감시하거나장비수명을분석하는등성능이고도화되고있음. 이들은위성통신 (SATCOM) 을통해중앙집중식클라우드정보저장소와연결되어군사령부가戰場의상황을정확히파악하는데도움이됨. 미래의네트웍통신은데이터통신에있어높은보안성과신뢰성을제공하는 IPv6 통신을더많이활용하게될것임 군사령부의의사결정항공우주및방위산업의일부장비는지능화되어신뢰성및보안성이있고안전한모니터링시스템의지원을받아자율적인운영이가능함. 군사령부는클라우드연결과고성능빅데이터분석기능을이용하여가치사슬전체를대상으로센서통신과연결된장비들을관리할수있음. 정교한감시기능과이종장비간상호운영성향상에힘입어실시간모니터링과그과정이최적화됨으로써필수적인임무수행을위한신속한전략실행이가능하게될것임 재고예측분석재고관리솔루션은사령부와제조부문간양방향통신을통하여수요와재고를예측하는데필요한정보를실시간으로수집할수있게되어재고관리의최적화를지원할것임. 비축된재고품에 GPS 추적센서를설치함으로써제품의추적이용이해질것임 제조기계제조부문이클라우드인프라와연결됨으로써공급망프로세스를이해하는데필요한재고와공급선에대한실시간정보수집및갱신이가능해질것임. 센서를내장한기계들은고장을사전에감지할수있어생산공정의중단사태를예방하는데도움이될것임 설비공급사설비공급사들은자사의브랜드정책에반영할수있도록범세계적인규범및안전정책들의수시변동정보를많은노력을들이지않고확보할수있음. 공급자들과의투명한통신으로브랜드기업들은보다효과적인가격전략의수립에도움을받을것임 차세대조종시스템선진적인조종시스템은주변에대한가시성을향상시켜주는고성능비전시스템, 양방향정보디스플레이를위한증강현실기술, 시스템과의상호작용노력을덜어주는촉감및음성인식기술, 그리고조종사에게조치가능한통찰력을제공하는빅데이터분석같은차세대기술들로구성될것임. 차세대조종실은다양한항공기센서들과정보저장소및항공기주변환경으로부터수집되는데이터를이용하여의사결정을위한포괄적이고정확한통찰력을제공할것임 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 57

58 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 c) 신참자들을위한파괴적기회항공우주산업공급망에대한예지적분석협업적공급망관리솔루션은시장수요를예측하기위한예지적분석기능을제공하고시장수요의충족을위한프로세스의최적화를용이하게할수있음. 이러한영역에서빅데이터분석솔루션은매우큰시장잠재력이있음 조종실을위한뇌신경형 (Neuromorphic) 칩 차세대로봇들은고성능분석기능과함께뇌신경형칩들을내장하여인간의두뇌처럼에너지효율적으로작동하고 생각하게됨으로써조종사의작업부하를줄여줄것임 장비통합을위한플랫폼다양한장비의통합과센서데이터융합을지원하는오픈아키텍처플랫폼은고성능협업솔루션들을배치하려는방위산업고객들에게는매우큰관심사일수있음. 단일플랫폼환경하에서최고의성능들을함께제공하기위해서는센서및방산기술개발자들과통신및 SW 솔루션제공자들간의협력이필요함 음성으로작동되는조종솔루션음성명령은유연성이좋으므로모바일기기어플리케이션들에서활용이급속히확산되고있음. 음성인식기술은조종사를위한상호작용성과사용자친화성을향상시키는기술개발을통하여차세대조종시스템에서큰사업기회를갖게될것임 Figure 10 IoT 항공우주및방위산업적용사례 (Source: Thales) 58 한국산업기술평가관리원

59 ISSUE 2 The Internet of Things(IoT 기술개발동향 ) 3.5 제조산업에대한파급효과 a) 현재의수요디지털화의필요성세계화확산에따라기업들이범지구적으로분산되면서원격으로아날로그제품과서비스정보를경험하기가어려워졌음. 이로인해제조사들이다른지역에소재한고객을끌어들여제품을판매하기도어려워졌음. 따라서물리적제품과서비스에대한정확한정보제공과가상적인제시를가능하게해주는디지털시대의구현이필요해졌음 원격모니터링의필요성장비고장에기인하는손실의방지를위하여공장에서진행되는작업들은지속적인모니터링이필요함. 그러나수작업에의한지속적인장비모니터링은종종오류를적기에감지하지못하여제조공정의중단을야기시킴. 공장관리자는스마트폰어플리케이션이제공하는자동작업모니터링과실시간공지를이용하여장소에상관없이모든공정오류및중단정보를상시적으로얻을수있음 협력적공급망의필요성오늘날의경쟁적인시장환경에서고객서비스의지연은종종잠재적사업기회의상실로이어질수있음. 수요와공급에대한부정확한정보는고객수요의적기충족을저해함. 이에따라제조사들에게가치사슬상의수요와공급에대한실시간정보를제공하여정보기반의의사결정을통해더나은고객서비스를지원하는투명한협업플랫폼의수요가제기되었음 b) 미래의시나리오 Industry 4.0 추진이대세로자리잡으면서, 근래제조산업은 IoT 프레임웍의운영을통하여크게변모하고있음. 무선통신망에의하여제조가치사슬상의모든부문들은공급망네트웍안에투명성과공정효율성을도입하는방향으로계속진화하고있음 Figure 11 IoT 제조프레임웍 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 59

60 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 협력적공급망관리다른이해당사자들및다양한부문간의협업은차세대공장을실현하기위한필수적인조치중의하나임. 클라우드컴퓨팅을실행하면조직들은가치사슬상의정보를실시간으로수집할수있음. 이를통해조직들은공급자들로부터최종사용자들에게이르기까지투명한정보공유를통해공급과수요의균형을맞출수있게될것임. 협업은공장내물류흐름파악, 재고추적, 그리고분석을통한미래시장수요의예측을가능하게해줄수있음 기계와공정의실시간모니터링장비와기기들로부터의무선통신은위성통신을통해클라우드인프라에접속하여장비와프로세스의실시간모니터링정보를공유시킬수있음. 이정보는장비고장의예측과생산공정의중단을방지하는능동적보전공정의실행에도움이될수있음. 장비에고장이발생할경우장비에내장된센서는이를감지하고자동으로예방조치를취함으로써오작동을방지할수있음 사이버 - 물리시스템개발 차세대공장은물리적객체들과빅데이터및클라우드컴퓨팅같은컴퓨팅요소, 그리고가치사슬상의방대한정보협력에기초한고성능분석기능들과의융합을통해실현될것임. 위치선정기술및센서들로인해공장내제품및인원들의추적이쉬워질것임. 자가조달 (BYO: Bring Your Own) 장비의개념은많은제조공정들이다양한어플리케이션에접근할수있게하고사회적데이터들을제조공장데이터와통합시켜가용데이터셋을더욱풍부하게해줄것임. 연결된스마트장비들은서로소통하고실시간으로정보를공유하며전체가치사슬을변모시킬것임 c) 신참자들을위한파괴적기회증강현실기반의공장모니터링증강현실기술은어느곳에서나획득할수있는상호작용정보와함께공장의가시성향상에도움이됨. 이는또한장비나공정에대한정보를즉시제공함으로써제품개발프로세스를향상시킴 고성능 3D 프린팅 제조장비, 제품혹은설비의인쇄 ( 제조 ) 를위한고성능 3D 프린팅공정은빅데이터분석기술을이용하여설계공정과 작업모니터링의정확도를향상시킬수있음 옥내추적솔루션 (Indoor Tracking Solution) GPS 와센서들로부터수집되는데이터를이용하여복잡한제조환경속에서인력ㆍ장비ㆍ설비의신속한추적을 지원하는옥내추적솔루션들이크게주목을받고있음 60 한국산업기술평가관리원

61 ISSUE 2 The Internet of Things(IoT 기술개발동향 ) 예지보전솔루션 빅데이터분석을이용한예지보전은능동적예방조치를통해생산공정의생산성을향상시킬수있다는점에서분석 솔루션개발자들에게는가장핵심적인관심분야의하나가되고있음 Figure 12 IoT 공장자동화플랫폼적용사례 (Source: Intel) 3.6 로봇산업에대한파급효과 a) 현재의수요원격관리의필요성로봇은범세계적으로운영대수가증가일로에있음. 로봇은개인적용도뿐아니라제조자동화ㆍ공정관리ㆍ수술같은수많은어플리케이션에사용되고있음. 사용되는로봇이늘어날수록이들의원격관리를위한수요, 구체적으로말하면웹을통한관리에대한수요가발생할것이분명하며, 이를위해서 IoT 같은연결된생태계가필요할것임 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 61

62 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 시스템소형화및저가격화의필요성클라우드로봇은로봇에클라우드컴퓨팅기술을적용하는것을뜻함. 이러한새로운개념에힘입어인터넷은분산컴퓨팅기술을이용하여로봇능력을증강시킴으로써수요에맞는서비스제공을가능케하는핵심도구가되었음. 컴퓨팅 HW를로봇에내장시킬필요가없으므로비용이낮고보다작고가벼운로봇의설계가가능해짐으로써로봇의확산을촉진하게될것임 오픈소스의공유로봇은인식ㆍ판단ㆍ이동ㆍ조작등수많은기능을필요로하며또한전산업분야로적용처가확산되고있음. 이들각각의 SW를각자개발한다면많은시간과인력및비용이소요되어로봇산업발전에걸림돌이될것임. 클라우드기반의로봇을이용하게되면프로그래밍언어가공개되고클라우드상에서알고리즘과구축된루틴들을확보할수있게되므로프로그래머들은처음부터새로프로그램을짜는대신이들블록들을끌어다사용하면됨 IoT의게이트웨이인동시에물리적서비스제공수단로봇은인간과감정ㆍ언어ㆍ행동과같은자연스러운방식으로대화가가능하므로 IoT 시대에인간에게적합한정보의입출력수단이될수있음. 또한 IoT가단순한정보서비스를제공하는데반해로봇은이동ㆍ조작등물리적서비스가가능하므로 IoT 개념을확장한 IoRT(Internet of Robotic Things) 를실현하는데중요한역할을할것임 b) 미래의시나리오인터넷이가능한로봇은헬스케어ㆍ제조ㆍ방위산업을위시한많은어플리케이션분야에서큰잠재력을갖게될것임. 이러한로봇의성능을더욱강화하기위하여향후산업계는맥락을이해하는 (context-aware) 컴퓨팅이나빅데이터같은선진기술과의융합을추진하게될것임 Figure 13 IoT vs IoRT 로보틱스프레임웍 62 한국산업기술평가관리원

63 ISSUE 2 The Internet of Things(IoT 기술개발동향 ) 무한한지능을가진로봇클라우드로봇과빅데이터의융합으로로봇은방대한데이터셋의가치를활용할수있음. 로봇은빅데이터서비스를이용하여고도의지식기반을가질수있게됨. 예지분석기술과결합된빅데이터는보다지능적인로봇의개발을지원할것임. 인공지능을넘어서로봇은이제무한한지능을부여받게될것임 맥락을이해하는로봇로봇에서맥락을이해하는기술은보다인식능력이좋은로봇을출현케할것임. 로봇은클라우드환경에서방대한정보를보다효율적으로처리할수있음. 중요한정보를중요하지않은정보들과구별해내는지능이실현될것임. 클라우드로봇의맥락이해능력은보다적응력이좋은로봇의출현을가능하게할것이며, 로봇의신뢰성향상으로많은새로운어플리케이션들이출현하게될것임 c) 신참자들을위한파괴적기회헬스케어클라우드가가능한로봇은복잡한의료지식이나일련의연속된명령들을갖추고수술같이복잡-정교한프로세스를수행할수있게될것임. 인공지능과클라우드컴퓨팅능력으로무장한로봇은환자에게효과적이고개인화된서비스를제공할수있을것임. 헬스케어분야에서차세대클라우드기반로봇을이용한어플리케이션들에는로봇지원원격헬스케어, 클라우드기반의료서비스로봇같은것들이있음 제조제조현장에로봇을적용하기위해서는티칭과정을통해개별로봇의작업하나하나마다위치, 자세등을입력시켜주는작업이필요함. 이는시간도많이소요되지만중소기업과같이전문인력이부족한경우에는로봇도입의장애요인이되고있음. 또한다품종소량생산이나모델변경이잦은제조환경에서는경제성에도문제가있음. IoT 시대의로봇은이러한문제점을해결하는방향으로기술이발전되어자동화된시스템이개인맞춤형제품의생산에필요한높은수준의유연성과효율그리고능력을지원할것임 수송실시간으로지도를보고내비게이션을조정하는프로세스는많은데이터의확보및처리가필요하기때문에자율주행자동차의내비게이션에로봇을적용하는것은탑재형자원이부족한데따른신뢰성문제로제약을받아왔음. 클라우드로봇이발전함에따라자율적인로봇내비게이션기술은정확한지도만있다면매우신뢰할수있는수준에도달할수있음. 클라우드는지도 / 내비게이션에필요한데이터를저장할수있는대형저장공간을제공할뿐아니라신속한지도의구성및분석을지원하는고도의처리능력을제공할것임. 수송분야에서유망한어플리케이션으로는무인배달서비스, 무인건설ㆍ광산차량, 자율주행차량용클라우드지원내비게이션등이있음 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 63

64 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 고객시장국내시장환경에서지능형로봇은 3D지도ㆍ이미지ㆍ객체ㆍ위치같은다양하고풍부한지식의원천들과결합이필요함. 또한이들은인간탑승자의동작뿐아니라과거에환경과상호작용하면서발생한경험에대해서도알고있어야함. 클라우드로봇의도입으로자율적이고지능화된행동의실행을위한 SW는부분적혹은전면적으로클라우드로전환되어원격의컴퓨터가인터넷을통해로봇을제어하고통신하게될것임. 인터넷지원로봇은비용대비효과가우수한로봇의개발을가능하게해줄것임 Figure 14 클라우드로보틱스플랫폼적용사례 (Source: RoboEarth) 4. 결론 다양한산업을대상으로 IoT 기반의어플리케이션을개발하는사업은기술을개발하는것보다 ROI가빠르고수익성이높아근래중소 SW 개발사들에게핵심적인관심분야가되고있음. 장비들의호환성향상을위한통합플랫폼의가치는이미반도체기술개발과정에서유용한것으로입증된바있음. 많은대형의시장참여자들이선진적인 IoT 플랫폼개발에함께매진하여 First Mover로서의이익을누릴수있었음 64 한국산업기술평가관리원

65 ISSUE 2 The Internet of Things(IoT 기술개발동향 ) 전체산업중에서자동차와수송산업은 IoT의장점을이용한혁신적인어플리케이션개발에주력하고있음. 에너지와제조산업은공정혁신및효율개선을위한기술개발에주안점을두고있음. 헬스케어와항공우주및방위산업그리고로봇산업은주로데이터협력을위한기술개발에주안점을두고있음 IoT의오픈아키텍처필요성때문에보안성은 IoT 개념의확산을저해하는핵심의제가되고있음. 빅데이터나맥락을이해하는컴퓨팅같은새로운기술과 IoT 융합기술들을이용하면사용자데이터및접근권한의정확한분석을통해보다보안성이강화된 IoT 환경을제공할수있음. 이러한관점에서맥락감지를통한접근제어는향후개발자들의검토가필요한분야임표준화가충분치못하면 IoT 어플리케이션과기술의확산에걸림돌로작용하게되므로통일된게이트웨이가이에대한해답을줄수있음. 다양한어플리케이션들을위한모든통신및데이터처리기능을융합하여개발된게이트웨이는 IoT 실행과정을단순화시키고모든분야를망라하여장비간의호환성을높여줌. Java( 클라우드어플리케이션개발에흔히사용되는 ) 를내장한게이트웨이는호환성관점에서플랫폼의능력을더욱향상시켜줄것임미래의 IoT는전체어플리케이션영역에서통일된단일어플리케이션프로그래밍인터페이스와함께일반적인클라우드인프라의지원을받게될것임. 이는설치에따르는비용을크게절감시키고동시에모든연결된장비로부터수집된더많은데이터를기반으로장비의능력을크게신장시켜줄것임. 그러나이러한아키텍처의공개성으로인해클라우드를통해민감한데이터를공유하려면매우높은수준의보안성이필요할것임끝으로, IoT의본격적인확산을위해서는여러가지기술적, 사회적선결과제들의해결이필요함. 방대한양의데이터를실시간으로널리공유및활용하기위해서는고성능유ㆍ무선통신의기술적뒷받침은기본임. 더하여 IoT 기반의다양한서비스를개발하려면필수데이터의획득을위한다양하고경제적인스마트센서들의개발이요구됨. 또한수집된데이터로부터최적의사결정에필요한유용한정보와지식을추출하려면보다정교하고다양한고도의분석플랫폼들이어플리케이션영역마다필요함. 미래의 IoT기반상품및서비스시장의무한한잠재력을감안하면이는통신뿐아니라센서및분석 SW 분야에서도거대한규모의새로운시장이전개될것임을시사하고있음 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 65

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67 중소형조선현황과생산성개선 l 저자 l 김종현 PD / KEIT 조선 PD 실 우종훈교수 / 한국해양대학교 SUMMARY 목적 현재생존의어려움을겪고있는국내중소형조선업계의현황을알아보고어려움을타개하기위한생산성 고도화전략을소개하고자함 주요현황수출선을건조하던국내중소조선산업의기반이와해되고있음 '13년시황이다소개선되면서선박수주가늘어났지만수주를할수있는조선소들도대부분채권금융기관의관리를받고있어독자적으로선박을수주하고건조과정을관리할수있는조선소는거의없는실정임중국에비해경쟁력을갖고있었음에도중국조선소들보다빨리, 그리고대부분시장에서퇴출된이유는세계시장의지속적인침체, 과도한투자, KIKO 등다양함경쟁력이뒤지는조선업체들이시장에서퇴출되는것은자연스러운결과로볼수있지만경쟁력을갖고있던업체들까지무너지는것은산업의기반을훼손할수있기때문에국가차원에서전략적으로재고할필요가있음 시사점및정책제안글로벌시장경쟁에서어려움을겪고있는중소조선소가글로벌일류화수준으로도약할수있는경쟁력을확보하기위해서는생산성향상을위한생산관리역량고도화가요구됨생산성관점에서의경쟁력강화를위한 ' 중소형조선소시뮬레이션기반생산관리 ' 과제를소개함

68 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 중소형조선업계의현황 국내중소조선소는전통적으로내수시장을위주로강선건조를해온업체가대부분이었으나 2000년대중반이후이들업체가수출선건조에뛰어들고, 대형조선소에선박블록을납품하던업체가신조로사업을전환하면서그규모가크게확대되었다. 국내중소조선의규모와비중은세계조선시장이호황을보이면서크게늘어났으나글로벌금융위기이후세계시장이급격하게침체되면서같은궤도를밟았다. 조선호황의정점이었던 2008년중소조선의수주잔량기준국내비중은 24.5% 까지높아졌으나침체기를겪으면서 2013년기준으로 12.0% 정도에머물고있다. 중소조선소들은호황기당시크게증가한발주량에대응하기위하여설비능력확장투자를차입에의존하여과도하게추진하였고, 2000년대후반세계경제위기에의한금융부문위축, 선박발주급감, KIKO 손실등다발적타격을입고시장에서퇴출되기시작하였다. 대형 1) 조선소에비해부실한생산기반및미흡한위기관리능력으로인해시황급락및장기침체의영향에그대로노출되었던것이다. 금융감독원자료에따르면국내중소조선업체 24곳가운데 22곳이구조조정 2) 되어왔고, 이들가운데경쟁력이부족한일부조선소들의경우는파산하여매각되거나업종전환을추진한조선소도있는것으로알려지고있다. 국내중소조선소의주력선종은탱커, 벌크선, 중소형컨테이너선정도로구성되어있다. 이런범용선종은글로벌시장에서의경쟁강도도매우높고, 특히이와같은선종을주력으로하고있는국가로는가격경쟁력에서강점을가지고있는중국, 표준화, 선형디자인에대한개발로기술적인부분에서상대적강점을가지고있는일본이있다. 다행히석유및화학제품제품운반선의경우국내업체들이상대적경쟁력을갖고있는것으로평가되고있다. 한편, 국내대형조선소들과의경쟁에있어서고부가가치선박인가스운반선이나초대형컨테이너선, 해양플랜트에집중했던국내대형조선소와는선종면에서중복되는부분이많지않아국내업체간경쟁구도는심하지않았다. 그러나최근발주량감소에따른신조물량감소로대형조선소가물량확보를위해수주선종을중소형으로확대함에따라기존경쟁국이었던중국이나일본뿐아니라국내조선소들과도경쟁을해야하는상황이발생하고있다. 이를반영하듯중소조선소의수주량은최근들어전체발주량이감소한것이상으로감소를보이고있다 ( 표 1). 1) 빅 3( 현대, 삼성, 대우 ) 및현대미포, 현대삼호, STX, 한진등총 7 개사로, 수주잔량상위기준및주요그룹 ( 한진중공업 ) 에속해있을경우대형으로분류 2) 회생절차ㆍ매각 (15 개사 ), 워크아웃 (3 개사 ), 패스트트랙 (1 개사 ), 자율협약 (3 개사 ) 등으로나타남 68 한국산업기술평가관리원

69 ISSUE 3 중소형조선현황과생산성개선 표 1 국내중소조선산업현황 : 건조및수주잔량 * 출처 : 한국수출입은행해외경제연구소 ( 양종서 ), 중소조선산업분기별동향 각호 표 2 중소조선산업기반변화 : 구조조정이후사업전환증가 가동중 재가동또는가동중단 구분대상업체특징 정상경영신안중공업, 한국야나세 ( 삼호인수 ), 천해지 PSV 독자건조 / 인수 / 신규진출 영업중 ( 채권단관리, 위탁경영, 워크아웃 ) 성동조선, SPP 조선, 대선조선 자율협약, 채권단관리 신아 SB 워크아웃연장 (2013) 대한조선대우조선해양위탁경영 ( ) 세광조선 워크아웃 기업회생절차오리엔트조선, 목포조선매각통한회생절차 수리조선등사업전환및매각 매각절차 YS 중공업, 광성조선, C& 중공업, 녹봉조선 원영조선, SPP 해양 ( 피합병 ), 21 세기조선 진세조선, 세코중공업, 일흥조선, 세광중공업 SNC 조선해양, TKS 조선, 지오해양조선, 삼호조선 ( 매각완료 ) 사업전환 블록등일부업무미개시 법정관리 / 매각추진 퇴출, 부도, 매각, 파산 표 2에서는국내대표적인중소조선업체들의변화에대한유형과각각의원인및현황을보이고있다. 2013년상반기들어국내중소조선소수주량이전년동기에비해큰폭으로늘어났고벌크선수주도증가하였다. 그러나수주가일부조선소에편중되어있는데이는대상조선업체대부분이부실화되어독자적영업이어려운실정이고대외신용도하락으로신규수주도쉽지않기때문이다. 주요선종의시황개선도수요부문인해운산업의회복여건조성이아직도미흡하기때문에단기간에이루어지기는어려운것으로보인다. 건조량대비수주량부족등의영향으로대형조선도 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 69

70 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 마찬가지지만중소조선의수주잔량은지속적으로감소추세를보이고있다. 특히상선외에대안이없는중소조선업체의경우조만간수주잔량이소진될가능성이높아현상황이지속될경우국내중소조선의기반이와해될우려까지제기되고있다. 한편국제해사기구 (IMO) 규제에따라친환경선박에대한발주가늘어나고있고, 향후에도수요창출이예상되고있어선제적으로대응할경우현재의어려운상황을극복할수있는기회가될것으로보인다. 그러나구조조정중인상황에서민간금융기관으로부터의투자재원조달은현실적으로불가능한것으로보이고, 정책금융기관의지원도쉽지않은상황이다. 일부중소조선소의경우기존범용선박시장이아닌상대적으로꾸준한성장세를보여주고있는해양특수선시장 3) 및해양레저장비시장진출등을모색하고있으나해양특수선의경우기존시장의경쟁자들에비해인지도가낮고과거실적이없어시장진입이어려운것으로나타나고있다. 2. 중소형조선소기술지원의필요성 구조적측면기업의내부경쟁력은제품개발및설계능력, 생산성그리고공급망의효율성이결정한다고알려져있다. 공급망을통한원자재및기자재의조달은대형조선소와의차별에따른불이익이발생하고있는부분으로정부의개입을통한차별화금지가선행되어야한다, 한편, 생산활동은대체될수없는중소조선소고유의활동영역으로이는계획능력과관리능력확보에의해서만경쟁력확보가가능하지만계획과관리능력향상을위한기술개발은기술인력부족및자본의영세성등으로중소조선자체기술개발에는한계가있는것이현실이다. 또한, 제품의라이프사이클이짧고대량생산의특성을지니고있는대부분의제조업과달리조선업의경우오랜시간동안정해진공간과설비를이용하여매번다른선박을건조해야하기때문에이를위한계획과관리활동이일반화되기어렵고이를위한범용솔루션이존재하지않는실정이다. 우리나라대형조선산업은수주, 수주잔량, 설계및생산기술력은세계선두자리를지키고있으나중소조선은인력, 자본등에서뒤지고있는대형조선과경쟁하고있으며, 뿐만아니라조선선진국과후발조선국가의견제를받고있다. 또한중소조선은대형조선의일정부분인력공급역할을담당하고있는실정으로중소조선산업의규모축소는대형조선에도영향을미칠수있기때문에대형조선과중소조선간의상생발전을위해서는대형조선의생산계획수립수준의중소조선맞춤형생산관리시스템개발이필요하다. 기업적측면중소조선생산계획및생산관리는체계적관리보다임직원의개인별노하우에의존하는경향으로보직변경및이직이잦은중소조선기술이전에애로가있으며기술단절및손실을방지하기위한기술개발이요구된다. 국내대형조선소의 3) 최근 SPP 조선은유럽선주로부터 AHTS 2 척을수주함에따라해양작업지원선 (OSV, Offshore Supply Vessel) 시장에진입 70 한국산업기술평가관리원

71 ISSUE 3 중소형조선현황과생산성개선 경우막대한투자를통해해외업체로부터경영지원시스템및제품개발시스템도입하고자체적으로생산관리시스템을개발하여사용하고있는데, 이러한연투자비용은평균적인중소조선소의연매출과비교가가능한수준에이르고이다. 이에반해경영환경개선과공급능력극대화를위한정보시스템도입의필요성은모든제조기업이인식하고있음에도불구하고국내중소기업이개별적으로고가의정보시스템을도입하고유지하는것은현실적으로불가능한것이현실이다. 생산경쟁력의중요성 2010년제23차국가경쟁력강화위원회의중소ㆍ중견기업생산성혁신전략 4) 에서는 새로운경쟁환경에서생존하기위해선제적인생산성향상이필수 라고기술하여경쟁력의핵심이생산성향상에있음을밝히고있다. 특히 가격경쟁력을위한 환율전쟁 은결국 생산성향상경쟁 으로귀결 이라고밝힘으로써가격경쟁력또한생산성향상으로얻어진다는것을기술하고있다. 조선소현장의의견중금융지원이당장어려운회사를도울수는있겠지만, 생산경쟁력없는회사가금융지원만받는것은오히려마약을맞는거와같다는의견도있었듯이, 업계에서금융지원이절실하다는얘기를많이하지만금융지원만하면중소조선중흥을이룰수있는것은아니며이는호황기에도국내중소조선소는그리좋은성적을받았다고보기어려운점으로증명된다. 세계 10위권내에한국조선소는 7개정도가포진하고있었으나 50위권으로관심을늘려보면한국조선소는중국이나일본조선소에비해그수가미미하다는것이이를입증한다. 따라서중소조선의경쟁력향상을위해서재무경쟁력외에다른노력이필요함을알수있다. 경쟁력요소중에서고객경쟁력은생산경쟁력이높아야생길수있는면이많으며재무경쟁력을위해서도생산경쟁력을인정받아야하므로가장중요한경쟁력의요소가바로생산경쟁력이라할수있으며생산경쟁력제고를위해인력경쟁력도필요하다. 한국생산성본부에서는외부환경변화에따른경쟁력유지를위한분석을위해 년국내 250개의상장기업을대상으로연구를수행하고, 생산성의향상이유가 / 원자재 / 환율의악화에따른충격을흡수할수있다는분석결과를발표하였다 ( 그림 1). 생산성의외부충격흡수효과생산성이뒷받침되지않으면... 생산성 10% 상승 흡수 * '98~'08 년간 250 개상장기업분석 ( 생산성본부 ) 유가 45% 원자재가 20% 환율 11% 생산거점해외이전 중소기업의원가경쟁력약화 국내소싱수요감소 제조업네트워크경쟁력저하 1 중소기업도산및고용감소 2 주요업종에서중국에추월 3 수출악화 그림 1 생산성의외부충격흡수효과 * 출처 : 한국생산성본부, ) 국가경쟁력강화위원회, 중소ㆍ중견기업생산성혁신전략, 제 23 차국가경쟁력강화위원회, 2010 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 71

72 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 조선생산관리의정의와현황 일반산업에서의생산관리는생산활동에관련된활동을계획 / 조정 / 통제하는과정이나기업의경쟁력확보를지원하고기업의이익을극대화함을지원하는활동으로정의된다. 생산관리의범위는생산활동과생산과정의범위에따라제조활동관리또는생산성ㆍ경제성ㆍ수익성향상을목표하는모든활동관리로구분되고생산관리의관리범위는공장운영중심에서전사적전략실행중심으로, 부문중심에서통합중심으로변화하고있다. 조선의생산관리를위한생산관리체계는해당조선소의생산환경과경영환경을효과적으로반영하여공기단축, 원가절감, 생산성향상, 최대이윤달성에대한최적의계획및관리에대한활동을결정할수있도록구축되어야한다. 또한, 조선업경쟁력강화를위해서는인력과시설의효율극대화와선박의적기인도가관건이며, 목적을달성하기위해서는효과적인일정계획의수립과관리, 적시ㆍ적소ㆍ적량의자재계획및관리, 정확하고체계적인공정계획및관리, 최적화된생산기술관리및신속하고정확한품질관리방식확보가필수적이라고할수있다. 따라서조선생산관리는생산관리활동을지원하는일종의관리지원체계로관리정보와관리활동의질적향상과관리효율향상을목적으로한다. 조선소별로경영전략과생산환경의특성에따라강조되는기능이달라질수있지만최근의연구 5) 에서조선생산관리체계는 5개의관리영역과 16가지의관리활동으로통합구조화되었다. 다음의표는조선생산관리를위한 5개관리영역및 16개의관리활동을보이고있고, 이중붉은색테두리로표시된부분이생산관리중계획활동과밀접한관계를가지게된다. 6) 7)8) 구분요소주요기능 공법관리 선종별, 구조특성별로요구되는작업방식이존재함. 조선소의핵심리소스의회전율을높이기위해회전율또는작업순서와같은리소스의제약정보를중심으로개선활동을수행하였을경우변경된공정수행특성및공정시간정보를기록하여관리함. 생산기술 시스템 공정계획 관리 물량관리 생산하고자하는물량에대한작업방식및공정과설비할당. 대상물량에대하여어떤리소스를언제어떤방식으로사용할것인가를정의함. 공정설계결과물로는 WSD, DAP 6) 등이있음. 설계된공정을제품특성과생산순서등을고려하여작업효율을평가하고최적화함. 선종별공정정보를참조하여공정단계별투입되는물량정보를관리함. 투입물량은공정수행방식에따라결정하며, 설비특성과작업특성이반영된물량정보가의미있음. 생산계획 시스템 계획정보 관리 액티비티, 표준공정, 원단위및작업처리능력을관리하고, 원단위정보 7) 와물량정보를고려한시수산출 일정관리 액티비티수행에소요되는작업시수 8) 와생산리소스현황을참조하여일정생성. 5) 송영주, System Functions and Algorithms for the Development of a Shipbuilding Management Platform, 서울대학교공과대학조선해양공학과박사학위논문, ) WSD: Work Sequence Diagram, DAP: Detailed Assembly Procedure 7) 단위물량을단위표준공정에서표준작업처리능력을가진공정설비로생산하는데소요되는시간 8) 작업시수 = 시수 / 생산리소스, 시수 = 물량 X 원단위 72 한국산업기술평가관리원

73 ISSUE 3 중소형조선현황과생산성개선 생산계획시스템품질관리시스템자재관리시스템작업장관리시스템 부하관리진도관리생산전략관리품질관리불량률관리자재관리구매관리조달관리작업관리진도관리공정관리 특정액티비티를수행하는데필요한생산리소스의소요현황정보를관리함. 생산계획에의한리소스의작업부하관리. 생산계획정보대비실제생산실적을관리하여, 진도율을예상함. ( 예 : S-Curve) 계획데이터의작업종료일을참고하여작업여유일 9) 을산출하여긴급물량을결정함. 생산계획단계별로조선소의경영생산전략혹은생산이슈를검증하여의사결정을지원함. 선표 ( 호선믹스 / 매출액관리 ), 대일정 ( 선표납기, 목표시수 ), 중일정 ( 중장기부하및매출액 ), 소일정 ( 긴급물량, 공정별예산등 ) 단위기간별실적자료를분석하여표준물량처리를위한공정별 표준공기를산출함. 선급규정에적합하게제작되었는가를검사함. 품질검사계획, 검사신청관리, 검사관리. 검사정보관리 ( 작업지침서관리및공정현황관리등 ) 를통해불량원인을파악하며, 불량물량의계획정보를참조하여긴급물량도여부를결정함. 자재보유현황관리, 자재소요정보관리, 자재입고정보관리, 자재결품현황관리, 자재팔레팅정보관리, 자재보급관리를수행함. PML 10) 결정은유사작업장정보와유사제품정보를바탕으로결정함. 생산계획정보와구매환경을고려하여최소구매비용을계획함. 자재구매시구매된자재의정보를관리하여자재관리부서와대조함. 생산공정에서자재보급요청이도착하였을경우, 자재관리부서에자재공급을요청하며, 요청된자재팔레팅정보를전달함. 자재신청접수일 / 자재공급계획일 / 자재조달일을통합고려함. 작업설비및인력정보등생산능력에대한관리. 주요작업장및적치장의활용률및회전율관리. 설비보전및설비이동관리수행 ( 블록이동관리, 장비이동관리등 ) 계획대비진척정도관리, 실적정보관리 공정관리정보를참조하여가용공정부하, 가용공정설비, 가용작업자를관리하며, 작업량과작업종료여유일을고려하여실행일정을수립함. 작업표준요소와요소별로원단위를관리함. 생산기술관리시스템의공정계획관리로부터공법도면을수령하여생산현장의미세작업정보를관리하며, 이를바탕으로작업을지시하고관리함. 일단위의작업지시대비작업달성정보를확인하여실적관리를수행함. 표준작업정보및표준작업절차서등의관리를통하여, 작업자선별및성과관리등을수행함. 9)10) 9) 여유일 = 작업종료일 예상작업종료일 10) PML: Pallet Material List Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 73

74 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 이러한생산관리경쟁력관점에서국내대형조선소의경우막대한투자를통해해외업체로부터경영지원시스템및제품개발시스템을도입하고자체적으로생산관리시스템을개발하여사용하고있는데, 이러한연투자비용은평균적인중소조선소의연매출과비교가가능한수준에이르고있다. 이에반하여국내다수의중소조선사의경우생산계획및생산관리는임직원의개인별노하우에의존하는경향으로보직변경및이직이잦은중소조선기술이전에애로가있으며기술단절및손실을방지하기위한적극적인지원이필요한상황이다. 이러한경영환경개선과공급능력극대화를위하여정보시스템도입의필요성은대다수의제조기업들이인식하고있으나국내중소조선사의경우개별적으로고가의정보시스템을도입하고유지하는것은현실적으로불가능하다. 다음장에서는국내대표중견및중소형조선소의생산관리와관련된현황을알아보고자한다. 4. 국내대표중견및중형조선소의현황 조선소의생산경쟁력진단은총 4단계로이루어진다. 첫째, 조선소의진단설문지를통해해당조선소의주요정보, 조선소의공정능력, 현재이슈 ( 사업적, 품질, 공정 ) 등을파악한다. 두번째는질문지리스트분석을통해조선소의가장큰문제점을파악하고, 이를해결하기위한관리단위와관리지표를성과피라미드를통하여결정한다. 다음으로성과피라미드와선박건조공정관리차트를연계하여각레벨 ( 조선소, 공장, 공정, 공종 ) 단위의관리대상을선정하고마지막으로선박공정관리차트를통하여선정된관리대상과관련된필요한정보를조선소의기본 6개의지표 ( 제품, 공정, 공간, 설비, 사람, 일정 ) 를이용하여이행계획을수립한다. 본고에서는국내대표적인중소ㆍ중견조선소 4개업체를대상으로하여분석내용을소개하고자한다. 작업지시현안및이슈작업지시현안에관하여분석대상조선소들은작업지시의다섯가지항목중 작업지시업데이트 에관하여철저히관리를수행하고있는것으로파악되었다. 조선소각현장에서의작업지시서를실적으로업데이트하여생산계획에대한피드백이지속적으로수행되고있음을확인하였다. 그렇지만생산성과공정능력을동시에고려한공정능력관리는한중견조선소를제외하고는사내에이에대한관리가매우미흡한수준인것을확인하였다. 74 한국산업기술평가관리원

75 ISSUE 3 중소형조선현황과생산성개선 조선소항목 A B C D 업계평균 작업지시자동생성 작업지시업데이트 계획준수율 공정 CAPA 고려 공정별연계성 작업실적관리현안및이슈작업실적을집계하고이데이터들을기간시스템에서활용하는것은일반적으로사내의생산기획팀과정보기술팀에서수행하는업무로써생산관리의중요한부분을담당하게된다. 작업실적및작업조건에대한이력관리는한개조선소를제외하고는평균이상으로모니터링이잘수행되고있는것으로파악되고있지만, 실제인터뷰를통해파악한내용은가이드라인과실행에는다소큰갭또한존재한다는것을알수있었다. 특히, 앞서분석된실적과관련된작업진행관리체계의미흡으로인하여실적정보자체의신뢰성이확보되지않는환경에서는실적을집계하고계획과의비교를통한계획품질의향상은기대하기힘들다. Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 75

76 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 조선소항목 A B C D 업계평균 실적집계적시성 기간시스템연동 작업이력관리 강재 / 외장재 / 실적관리 공정품질현안및이슈공정품질분야는품질기준정보관리, 정책과절차, 공정품질집계, 분석및평가, 품질검사, 클레임관리, 품질측정분석의세부항목으로나누어진다. 각사별로수준의차이는있으나가공, 조립등의품질기준정보가품질관리팀에서관리되고있음을알수있었다. 품질과관련한 7가지항목중에서작업별품질결과정보를수집하는 공정품질집계 는인터뷰질의를통해전반적으로적용이전의정의나문서화작업도진행되지않고있음을확인할수있었다. 극소수의대형조선소를제외한대부분조선소의경우에작업방법이규격화되지못하고작업공정을연결하여관리하는제도및시스템부재가정도불량의큰원인으로써설계오류, 용접변형, 작업공법등의요소와함께복합적으로정도불량을발생시키고있다는것은널리알려진사실이며이러한품질관리의미비로인해전체생산시수의약 5% 를재작업에소모하고있는것이현실이라고할수있다. 구체적인분석이이루어지지않았으나중소형조선소의경우에는선행품질오차로인한후행작업의재작업율이더욱심각한것으로예측된다. 76 한국산업기술평가관리원

77 ISSUE 3 중소형조선현황과생산성개선 조선소항목 A B C D 업계평균 품질기준정보관리 정책과절차 공정품질집계 분석및평가 품질검사 클레임관리 품질측정분석 기준정보관리현안및이슈기준정보관리에는기준정보표준화, Routing 관리체계, 관리조직정의, 데이터활용성의네가지세부항목이있다. 강재, 블록, 의장재등의주요기준정보에대한코드체계가표준화되어있는지를확인하는기준정보표준화는대부분의조선소에서우수한편으로나타나고있다. 하지만활용성측면에서는상대적으로낮은점수를보이고있다는것은표준화의유무와실제적용에는유의미한차이가있다는것을의미한다. 실제로인터뷰를통한분석에서호선정보, 액티비티정보, 송선정보등과관련된표준체계가존재한다는것은사실이지만그러한표준정보들이전반적인생산관리업무에효율적으로적용되고있지는못하다는답변이많았다. Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 77

78 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 기업이커지고제조프로세스가복잡할수록정보의표준화라는것은필수적인것으로특히선박건조와같이다양한유형의조달및제조프로세스가혼재되어있는생산시스템의경우에는호선정보, 이벤트정보, WBS(Work Breakdown Structure), Activity/Relation, 리드타임등에대한전사정보표준화가반드시선행되어야만생산관리전반의체계가안정적으로구축될수있다. 조선소항목 A B C D 업계평균 기준정보표준화 Routing 관리체계 관리조직정의 데이터활용성 한국산업기술평가관리원

79 ISSUE 3 중소형조선현황과생산성개선 5. 중소형조선소생산성향상을위한과제기획 마지막으로현재진행되고있는중소형조선소생산성향상을위한생산관리체계구축에대한과제를소개하고자한다. 과제명은 중소형조선소시뮬레이션기반생산관리시스템개발 으로해당과제에서구축하고자하는생산관리시스템은크게통합생산계획시스템과시뮬레이션기반생산관리시스템으로구성된다. 또한, 생산계획과시뮬레이션기반시스템은최적화 / 빅데이터기술 / 시수체계기술에관련된 R&D를통해기능고도화관점에서지원을받도록하고, 생산관리에특화된통합기준정보체계와모바일사용자환경의인프라기술적용가능성타진을통해참여조선소의생산성향상을극대화하고자하는것을목표로하고있다. 지원프로세스 고도화 인프라개선 그림 2 시뮬레이션기반생산관리시스템개발을위한개념도 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 79

80 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 ( 참고문헌 ) 1. Jongseo Yang, , "Trends of Small and Medium-sized Shipbuilding Industry", KERI, Vol.2013-S KOSHIPA, 2013, Shipbuilding Yearbook. 3. Sungin Hong, , "Recent Trends and Challenges of Small and Medium-sized Shipbuilding Industry", KIET-MOTIE Seminar 4. 국회예산정책처, 한, 중, 일지식기반기술경쟁력평가, 산은경제연구소, 최근국내중소형조선업계의주요경영이슈및대웅과제, 국가경쟁력강화위원회, 중소ㆍ중견기업생산성혁신전략, 제23차국가경쟁력강화위원회, 한국산업기술평가관리원

81 국내항공소재산업생태계현황과육성전략 l 저자 l 장웅성 PD / KEIT 금속재료 PD 실 SUMMARY 목적 국가핵심미래성장동력인항공산업관련금속소재 부품산업의국내외현황분석과산업생태계육성필요성과 전략제시 주요현황항공산업세계시장규모는 13년기준 5,800억달러 ( 약642조원 ) 에달하며기술집약형고부가가치산업으로생산유발계수는반도체산업의약2.4배, 자동차산업의 1.8배이며부가가치도선박 철도의 2배, 자동차의 1.3배임. 한국제조업의미래를좌우할항공산업생태계는불완전하며특히지속성장과경쟁력을좌우하는소재 부품산업육성대책이미흡가장고급소재가적용되는항공산업은개발주기가길고대규모자본과높은기술력을요구하지만시장이원하는제품을만든다면장기간안정적수익이보장됨. 시사점및정책제안항공산업강국과차별화된한국형항공산업육성전략이필요하며고위험장기간소요항공소재특성을고려한정부육성전략필요 15년은 KFX사업출발의원년으로국내항공산업의지속성장과졍쟁력강화를위해국내항공소재 부품자급률목표치를설정하여운영필요국내는손상허용시험등에대한인프라와기술력부족과과도한시험량으로개발-시험평가-인증에수반되는초기투자및시험예산지원필요한중일항공산업협력등차별화된산업육성전략이필요하며실익이있는사업영역확대를위해가장부가가치가높은소재 부품개발역량을키우는것이급선무임

82 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 국내ㆍ외항공산업의현황 세계항공산업은선도국중심의다국적핵심기반산업항공산업세계시장규모는 13년기준 5,800억달러 ( 약642조원 ) 에달하며이중대형민항기시장이전체의 70% 인약4,060달러 ( 약 (450조원) 규모 - 완제기시장은민간항공기비중이 12년 74% 에서 20년에는 80% 까지성장하며계속해서시장주도예상항공산업은기술집약형고부가가치산업으로생산및기술파급효과가큰데생산유발계수는반도체산업의약2.4배, 자동차산업의 1.8배이며부가가치도선박이나철도의 2배, 자동차의 1.3배임 Bargaining Power가큰글로벌항공소재업체가완제기대기업비용절감에대한요구를거절하며소재업체와부품 / 시스템제조업체간갈등 - 부품 / 시스템업체는다양한소재공급사및저비용소재출현에대한요구증대 - 항공용소재산업은타항공산업에비해기술적인측면에서장기간연구개발이필요하여진입장벽이높음항공산업에서국가별시장점유율및주력분야는선두국가군, 후발국가군, 전통강국에따라전문화영역이차별화됨 - 미국 / 프랑스는진입장벽을강화시킨대표적인선두국가로완제기와엔진중심으로특화되어있으며, 반면영국 / 독일은엔진및부품에특화 - 캐나다 / 브라질은틈새시장진입후발국가로주로민간중형기, 그리고이스라엘은무인기, 싱가폴은 MRO 산업에서약진을하고있음 - 군수시장중심전통강국인러시아 / 중국은군용기와중형기, 이태리 / 일본은부품에집중하고있음 - 미래산업의대표주자인우주항공분야에서도인도가두각을나타내며 2000년대말부터매년 40% 씩초고속성장중이며현재인도항공시장은세계 9위이고, 2020년에는세계 3위시장으로성장할것으로추정. 현재시장과미래시장을위해보잉, 에어버스등굴지의항공기업들이 OEM 기지로인도를선택하면서인도우주항공산업도급격히팽창. - 한국의경우, 완제기제조는군용기와민간중형기에특화하고, MRO산업에대한육성전략을갖고있음 글로벌항공산업특성글로벌항공산업밸류체인은항공기운용사, 체계제작사, 시스템제작사, 소재ㆍ부품제작사, TSO 품제조사, 등으로구성 * TSO : Technical Standard Order( 기술표준품형식승인 ) 82 한국산업기술평가관리원

83 ISSUE 4 국내항공소재산업생태계현황과육성전략 항공산업글로벌밸류체인 소재부품제작사시스템제작사체계제작사항공기운항사 Alcoa TIMET PCC Constellium 등 GE, Pratt & Whitney Messier-Bugatti-Dowty MTU 미쓰비시중공업 IHI 등 KAI Boeing Airbus Rockheed Martin Embraer Agusta Westland 등 Airbus Boeing 각나라항공사 공군 대한항공 아시아나항공등 시장특성은각제작사가고유의인증체계를가지고있으며기존납품실적이없을경우새로운개발에참여가매우힘듬. 리스크쉐어링 (risk sharing): 새로운항공기를개발하는데막대한개발비용이소요되어여러기업이공동투자공동개발하는방식이일반적임. 기존개발실적 ( 기술능력 ) 이없으면공동개발이어렵고신규진입이원천봉쇄됨항공산업에서 MRO 정비산업이민항기제조산업과비교될정도로큰규모 - 항공기운영수명은 30년이상으로지속적인유지, 보수가필요한데국내운용항공기 MRO에소요되는소재ㆍ부품은거의해외의존 * MRO: Maintenance, Repair and Overhaul * F-15K의 40년운용되는전기간비용중초기도입비용 30%, MRO 비용이 70% 임대규모국가자본참여 : 미국, 유럽, 러시아등주요항공기제작사들의초기투자는 2차대전이후정부의직간접투자를통해이루어졌음. 최근일본도항공산업육성을위해정부의막대한지원을배경으로 B787, F-35 등의첨단항공기의소재ㆍ부품, 전자장비등을개발하고있으며보잉, 에어버스등과새로운항공기제작의파트너로활약하게됨. - F-2: 일본미쯔비시중공업이 F-16을기본모델로 Rockheed Martin의기술제휴를통해개발한전투기로초기책정개발비용의 3배를투자하여전력화 - 10만톤급단조장비 : F-35 벌크헤드제조에사용되는 10만톤급단조기는미국정부가 1950년대투자 (Wayman & Gorden) 하여구축되었으며, 러시아는전적으로국가주도의대형설비 (VSMPO, 등 ) 를구축하였고, 일본도최근정부지원하에항공기제작사 4개회사가공동운영하는조건으로 5만톤급단조기를설치함 국내항공산업부품가공및완제기조립위주, 소재분야전무지난해우리나라우주항공사업매출액이 43억달러 ( 약 4.8조원 ) 규모로글로벌시장의 0.7% 로미미함. - 국내제조항공기는군수용이 55% 로세계항공산업의군수시장비중 (25%) 대비높고, 항공기제조산업은높은성장성 (CAGR 9%) 을유지하고있음 - Boeing사와 Airbus사에부품수출, 초음속고등훈련기 T-50 생산중 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 83

84 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 국내항공산업은 09년생산 20억불, 13년 36억불달성, 20년 200억불예상할정도로급성장중에있으며보유군항기규모세계 8위, 항공운송산업세계 8위로상당함 - 13년민간항공기 20억불, 군용기 18억불규모로수입국내항공산업은지역별로다양하게분포되어있으며부산. 경남권의대한항공, KAI를중심으로완제기와 MRO 산업군이잘형성되어있는상태임 * 항공기산업의지역별특화방안연구 ( 10.10, 산업연구원 ) 그림 1 국내항공산업의지역별항공관련기업및주요생산현황 국내항공산업 Value Chain은 KAI, 대한항공, 삼성탈레스, 삼성테크원중심의부품가공및완제기조립에집중 - 완제기조립 42%, 기체부문 31%, 엔진조립및부품가공 19%, 항공전자및보조기 8% * 항공소재는전량수입중이고, 소재제조업체육성으로 Value Chain 완성필요체계위주개발경험 : 초등훈련기 (KT-1), 고등훈련기 (T-50), 다목적헬기 ( 수리온 ) 등의체계개발사업을통해체계설계능력은선진국대비 95% 수준 - 하지만, 항공산업의경쟁력을결정하는소재ㆍ부품, 항공전자등을대부분해외에의존하는기형적인산업구조를 84 한국산업기술평가관리원

85 ISSUE 4 국내항공소재산업생태계현황과육성전략 가지고있음 - 저부가가치임가공조립위주 : 국내항공용소재ㆍ부품산업은주로알루미늄가공, 조립을위주로 KAI, 보잉, 에어버스의 3, 4차협력업체들을위주로독립적인기술권한을가지지못하는저가협력생산업체수준대형, 일체화소재ㆍ부품기술부족 : 최근항공기소재ㆍ부품기술은대형화, 일체화가필요하지만관련중소중견기업육성이미약하여세계적인항공기술추세에동참하고있지못함항공소재ㆍ부품인증체계미흡 : 국내항공 R&D가체계개발위주로진행되어근간을이루는항공소재ㆍ부품의시험, 평가, 인증에이르는경험이없으며산업에필요한체계를갖추고있지못함. 이로인해제품의신뢰성을생명으로하는항공산업에진입할수있는최소한의교두보도확보하지못한실정임 소재공급사 부품공급사 장비공급사 시스템공급사 완제기 /MRO 社 항공운항사 국내업체전무 현대하이스코 ( 주 ) 데코, ( 주 )TCT ( 주 ) 이노비전 현항공산업 ( 주 ) 한국치공구공업 ( 주 ) ( 주 ) 현대위아 KAI 삼성탈레스 삼성테크윈 LIG 넥스윈 대한항공 KAI 삼성탈레스 삼성테크윈 LIG 넥스윈 대한항공 KAI 삼성탈레스 대한항공 (MRO) 대한항공 아시아나 그림 2 국내항공산업의 Value Chain 현황 2. 국내항공산업발전계획 산업육성정책정부는국내항공산업을 2020년 Global 7 수준으로육성하기위한항공산업발전기본계획을수립 - 차세대수출전략산업으로집중육성추진 ( 09년생산 20억불, 수출 10억불 20년생산 200억불, 수출 100억불 ) - 완제기개발을통한시장선점, MRO 수출활성화, R&D 투자효율화, 선진국수준인프라구축추진 - 민항기등완제기수출국으로도약, 항공기업 300개육성, 고용 7만명목표신정부들어서는 15년 KAI를우선협상대상자로선정하고약18조원규모의차세대한국형차세대전투기개발사업을추진하고있으며향후 MRO 사업포함 30조원에육박하는단군이래최대의무기사업착수국내항공산업은현재정부주도형으로발전하고있으며, 항공기산업의지역별특화방안에대한연구가산업연구원을중심으로보고된바가있음 - 여기서지역별특화분야에서금속소재관련특화지역은제대로검토선정되어있지못한실정 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 85

86 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 중앙정부의항공산업발전방향 ( 안 ) 항공기제조 MRO R&D 구분 지역 특화분야 선정사유 핵심거점 경남 완제기, 엔진, 부품 ( 기체 ) 생산 / 수출, 핵심기업 부산 부품 ( 기체, 기계, 소재 ) 생산 / 수출, 핵심기업 유망거점 경북 부품 ( 전자 ) 생산, 핵심기업, 전자부문인프라 전북 부품 ( 복합재 ) 탄소소재및부품산업, 새만금 핵심거점 부산민수, 군수생산 / 수출, 핵심기업, 김해공항충남군수, 민수우수한시설및장비 ( 軍정비창 ) 충북 민수 청주국제공항, 지자체의지 유망거점 경남군수핵심기업, 사천공항대구군수대구국제공항, 軍정비창 인천 민수 인천국제공항 ( 국내최대물동량 ) 핵심거점 대전 정부 R&D 연구기관인프라 ( 항우연, ADD) 유망거점 전남시험평가비행시험센터, 무안공항경기민간 R&D 고급인력, 다수의주도기업입지 1 단계 ( 본개발착수이전 ) 2 단계 ( 본개발추진이후 ) 3 단계 (MRO 산업확대 ) * 자료 : 항공기산업의지역별특화방안연구 ( 10.10, 산업연구원 ) 국내항공산업 R&D 현황국가연구개발과제수는 1991~2015년까지 25년동안총 162건이수행됨 - 분야별로는소재 15건, 부품 72건, 시스템 53건, 인증 / 표준화 4건, 기타정책 / 기획 17건 - 항공소재분야는 15건중대부분초내열합금분야이고, 01년이후금속소재 2건기타소재 5건만진행됨 그림 3 국내항공산업 R&D 과제현황및분야별비중분포 86 한국산업기술평가관리원

87 ISSUE 4 국내항공소재산업생태계현황과육성전략 항공산업생태계에서소재산업의위상현국내항공산업은조립위주로항공소재국산화에대한자생력부족 - 현국내수송소재에대한기반은자동차, 조선산업용소재위주로확보국방부, 국토부사업으로완제기위주산업육성은추진중이나체계개발과연계한소재, 부품개발사업은미흡항공소재는대부분수출제한 (EL) 품목으로관리되므로산업경쟁력확보와지속성장을위해서는독자적소재공급및수출전략필요 - 완제기기술 : 체계, 비행체 / 기체설계, 지상시험및생산은선진대비 80% 이상 - 부품기술 : 최근선진사 Risk Sharing 정책에따른국내기술확보 - 소재기술 : 자체개발대응능력부족, 선진국대비가장열위분야 * 항공소재소량다품종으로초기투자비높고회수기간길어자체개발부담 - 평가ㆍ인증 : 선진국기술장벽수단으로활용하여인증절차매우복잡 * 국내소재, 인증에대한정부주도장기육성정책전무 3. 국내외항공소재별산업현황 항공소재시장현황항공소재전세계시장규모는구매중량기준으로 14년 67만톤에서 20년 73만톤규모로증가예상무게기준소재별시장점유율은알루미늄 48%, Steel 22%, 내열합금 9% 타이타늄 11%, 복합소재 4% 순임가격기준소재별시장점유율은타이타늄 27%, 알루미늄 26%, 복합소재 19%, 내열합금 15%, Steel 10% 순임복합소재가중량기준점유율은 4% 로낮지만가격기준 19% 인이유는가장경량소재이고낮은 buy to fly weight 비율과가격이타소재대비고가 - 항공소재의평균 buy to fly weight 비율은약 6정도 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 87

88 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 그림 4 항공기용소재시장추이 ( 구매중량기준 ) 그림 년항공기용소재시장 ( 금액기준 ) 항공소재주요수요가현황항공소재의가장큰수요가는 Boeing과 Airbus로서전체의 66% 를구매하고있으며, GE는 5% 이지만 CFM의지분까지고려하면총 7% 정도구매항공소재완제기제작사가 72%, 엔진제작사가 13% 를구매하며완제기제작사는주로알루미늄, 타이타늄, 복합소재를구매하고엔진제작사는주로내열합금, 철강, 타이타늄을구매기타 15% 는완제기제작사와기체또는보조기제조사가구매 - 완제기제작사 : Boeing, Airbus, Bombardier, Embraer - 엔진제작사 : GE, CFM, Rolls-Royce, Pratt & Whitney 그림 6 항공소재주요수요가현황및구매비중 88 한국산업기술평가관리원

89 ISSUE 4 국내항공소재산업생태계현황과육성전략 민간항공기 (Airbus사기종 ) 및기타군용기의시기별항공기구조재료의무게구성비는현재경량화, 고성능화이슈에따라많은변화가있음 - 민간항공기에서는 2000년대말에이르러탄소섬유복합재료적용이증가하며 A350기의경우 2000년대이전의군용기보다복합재료비중이더높음 - 군용기의경우, Ti 소재의확대적용추세가두드러지게증가함 그림 7 민항기 (Airbus) 및군용기의구조재료변화추세 알루미늄항공소재산업현황알루미늄은건축, 수송, 전기전자등의용도로사용되며, 항공소재는전체알루미늄소재수요중약 1% 내외인 31만톤규모로항공소재중가장역사가깊은소재로 1900년초반부터채용되어현재에이르고있음. - 주요업체로는 Alcoa, Contellium, Aleris, Kasier Aluminum 등이있으며미국 Alcoa사및유럽 Constellium사가 Boeing 및 Airbus사와공동으로기술개발및소재시장을주도함. - 최근 Alcoa, Contellium 양사를중심으로차세대항공기용소재인 Al-Li 합금사업에대규모공장증설중. - 각기업별로항공용알루미늄소재에대한자체기술확보전략을가지고항공소재시장을확고히하면서우주, 자동차등으로시장확장에대비. Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 89

90 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 알루미늄항공소재주요기업 구분개요항공소재사업현황 Alcoa Constellium Aleris Kasier Aluminum 125 년알루미늄기업 직원수 6 만명 전체매출 25 조 / 항공소재매출 4 조 ( 12 년 ) 11 년 Rio Tinto 분사 생산규모 20 만톤 직원수 ~ 3000 명 생산규모 100 만톤 직원수 ~ 4000 명 전체매출 4 조 / 항공소재매출 0.4 조 ( 12 년 ) 매출규모 13억불 직원수 ~ 2000명 억불투자 Al-Li 세계최대공장완공 Al-Li 압출재시장 1 위 Al-Li 합금 Airware 제품경쟁력우수 항공용판재시장 1 위 13 년 Al-Li 공장증설 12 년 Al-Li 신규설비투자 Al-Li 판재시장진출 항공용 2XXX, 7XXX 소재중심사업 Al-Li 관련특허보유중 항공기용알루미늄소재적용은저비용, 쉬운공정, 오랜운영경험및온도변화에따른변형이적어항공용소재로적합함. - 항공기용알루미늄소재는구조물및요구특성에따라동체, 날개및하부스킨등에사용되고있음. - 대표적인고강도알루미늄합금인 2XXX 및 7XXX가주로사용되고있음. * 공급형태에따라후판, 코일, 압출재및단조재등다양함. - 대륙내이동소형항공기시장에서대부분고특성알루미늄을채용하고있어그사용량은증가추세임. * 대륙간중대형항공기보다대륙내이동중소형항공기시장의활성화예상 ( 13년 76% 30년 83%, ref. Boeing 社, 2013) - 반면, 대륙간중대형항공기 (A380, A350) 의소재적용트렌드는타이타늄및 composites 증가와알루미늄감소추세임. * A320기준 : Al 72%/Composite 10%/Ti 6%, A380기준 : Al 61%/Composite 25%/Ti 6%, A350기준 : Al 19%/ composite 53%, Ti 14% 항공용마그네슘소재산업현황 Mg소재가지닌高부식성, 高발화성, 低강성등으로항공기에대한 Mg 사용제한하고있음. (IATA* 1979년, 항공기중량의 0.1% 미만으로규정 ) * IATA : The International Air Transport Association Mg 항공소재의주요응용분야는헬리콥터의 transmission case 및 Gearbox, 비행기의 compressor housing 등 Mg 항공소재개발동향은민항기 Seat frame 개발중 (Recaro 社 ( 독 ), WE43 합금, Seat용부품 300ton/ 년예상 ) 이고주로경량화효과때문인데특히유럽의경우, 경량화 1kg당항공 800유로, 자동차 3유로추가보상실시 Mg 항공소재의주요기술개발추진방향은수송기기용고비강도, 난연성마그네슘소재제조기술개발필요 90 한국산업기술평가관리원

91 ISSUE 4 국내항공소재산업생태계현황과육성전략 - 난연합금기술 : Al 수준의난연성확보필요 (Ca, Y, Sc, RE 원소활용 ) - 구조설계기술 : Mg-(Al, Zn, Li) 계경량합금활용운용효율증대 - 소재인증기술 : 고객의요구품질및소재신뢰성확보에필요 항공용타이타늄소재산업현황산업용 CP Ti 수요는경기에민감, 항공기용 Ti 합금의수요는전체 Ti소재수요의 39% 에달하고기체용중심으로지속적으로증가하는추세 - 타이타늄은산업용과항공용소재로주로사용되고, 항공기전체의 11% 정도인 7.6만톤규모가항공소재로적용 - ( 러 )VSMPO, ( 미 )TIMET, ATI, RTI가항공소재공급의 90% 를차지할만큼미국과러시아의집중도가높고기술과시장을주도하며 supply chain의수직계열화추세 - 스펀지타이타늄의최대생산국인우크라이나와항공용타이타늄소재최대생산국인러시아와의분쟁으로 Supply- Chain에위기가올개연성높음 - 완제기및엔진제작사가항공용타이타늄소재를비축하려는추세군사용항공기및민간항공분야에서타이타늄수요폭발적증가 - 항공기의경우타이타늄적용비율이기존대비 45% 이상증가 - 전투기 F-15(26%), F-22(39%), F-35(39%), 민항기 ( 보잉787-15%) 1987 Present 그림 8 항공기중심의타이타늄산업현황 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 91

92 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 항공기용타이타늄의주요제품은단조품과후판형태로사용되고있으며, Ti-6Al-4V 합금이가장많이사용되고있음 - 현재는대형기중심으로 Ti-6Al-4V 합금의적용이증가하는추세자동안내하는서비스를제공함 그림 9 소재형태별 / 합금종류별항공기용타이타늄사용현황 항공기용타이타늄소재요구사항은주로고수율과저비용에맞춰져있음 - 저비용고품질항공용타이타늄소재부품개발을통한시장확대주력 - 현재 20 수준인 BTF ratio를 10 수준으로낮추는 Near net shape 기술개발로소재비, 가공비절감 * BTF : Buy to Fly - 고가합금원소저감형고강도, 내피로합금개발항공기용타이타늄공정기술개발은주로저비용과고품질화에집중됨 - 저가원료활용및산소오염최소화공정기술개발등신제련기술은 Amstrong process 외 20여개기술발표됨 - 용해및주조기술은기존진공아크용해공정대비생산성, 실수율, 개재물제거능력이우수한전자빔용해, 플라즈마아크용해기술등이개발적용중 - 미세조직제어를위한정밀단조기술, 원가절감을위한초소성성형확산접합기술개발 - 3D printing 기술을이용한항공부품생산공정단순화, 복잡형상부품제조, 경량화및엔진효율향상시도 ㅣ Fuel Imjector ㅣㅣ LPT blade ㅣㅣ Leading Edge ㅣㅣ Repair for blade ㅣ 그림 10 3D 프린팅을이용한국방ㆍ항공분야타이타늄합금부품예시 92 한국산업기술평가관리원

93 ISSUE 4 국내항공소재산업생태계현황과육성전략 항공용니켈소재산업현황초내열합금은최근에너지의효율적이용과절약, 그리고고온에서운전되는기기와장비가증가하면서수요가높아지고있음 - 초합금의주요응용분야는가스터빈시장으로그중항공용가스터빈이 55% 이상을차지하며, 민간항공기수요가 67% 이상을점유하고있음 - 미국에서는생산되는초내열합금의약 80% 가제트엔진용부품으로소비되고있으며증기터빈, 우주선, 석유화학플랜트, 원자로등에사용항공용초합금은 Ni계초합금이전체시장의 80% 를점유, Ni-Fe, Cr계합금일부사용됨 - 연간약 10만톤규모시장이형성되었으며, 미국, EU, 일본등이주요시장 - 중국항공산업성장으로초합금수요급증추세 ( 09년 1만톤 14년 2만톤, CAGR 14.9 %) - 주요생산기업 : Aubert & Duval, ATI Allvac, Baoshan Iron & Steel, Canno Muskegon, Carpenters Techology, Fushun Special Steel Tube, Haynes Internationals, Howmet Castings, Inco special products 그림 11 초합금수요처및항공용초합금용도분류 국내의경우엔진및초내열합금을소재로하는고온부품은대부분수입에의존하고일부부품의국산화개발이진행되었으나국산부품일부에만적용국내에서초내열합금을생산할수있는기반과기술이전무, 다만초내열합금의모합금을수입하여정밀주조를거쳐부품을제작할수있는설비를갖추고있음 - 해외정밀주조업체 : PCC/HOWMET( 미 ), IHI( 일 ), CRDF(DUD) 등 - 국내정밀주조업체 : 한국로스트왁스, 삼정터빈, 성일터빈, 천지산업등항공기용초합금소재의주요요구사항은고온내구성 ( 평균 800도 ), 열피로저항성, 내산화성, 크리프특성등을필요로하며고가합금원소저감형고온고강도, 내피로합금개발중 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 93

94 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 항공기용초합금관련석출상제어, 정밀주조기술, 미세조직제어를통한성능향상등의기술개발이슈가있으며제조 공정기술은진공유도용해, 방향성응고, 단결정제조등이주요개발방향임 4. 국내항공소재ㆍ부품산업육성전략 소재ㆍ부품산업육성필요성국내항공산업은체계개발위주로성장하여체계설계능력은선진국대비 95% 수준이지만항공산업의경쟁력과부가가치를결정하는소재ㆍ부품, 항공전자등을대부분해외에의존하는기형적인산업구조를가지고있음항공기용핵심소재ㆍ부품은대부분미사일확산방지조약등의규제를받고있고수출제한품목 (EL) 으로기술이전이불가능함. 대형소재ㆍ부품기술, 스텔스기술, 항공전자기술, 미사일제조기술등이해당 - 사례 : KAI와보잉이공동으로스텔스항공기용내부무장창개발계약을하였지만실제제조공정은 KAI 개발자들에게도공개하지않음우리는주력산업육성과정에서저부가가치조립가공방식의완제품산업의경쟁력한계를인식하고 2001년부품소재특별법을제정하고산업전반에미치는파급효과가큰소재부품산업을본격적으로육성하기시작한바있음 - 소재부품산업이 2014년무역흑자 1078억불을기록, 사상최초로 1000억불을돌파했지만전체무역흑자에서소재분야가차지하는비중은 20% 에그침 - 제품의경쟁력을결정하는원천이하드웨어에서소프트파워로이동하면서첨단소재가더욱중요해지는상황을감안하면소재분야경쟁력은부품에비해만족할만한수준이아님소재부품산업은선진국형산업구조를구축하는데반드시필요한미래성장동력이자기간산업이지만연구개발에대규모투자금과시간이필요하므로단기간에민간에서독자적으로경쟁력을끌어올리기힘든분야이며정부가특별법을통해집중육성에나서는이유가여기에있음따라서향후우리가육성해야할미래산업과관련한소재부품산업육성없이완제품조립위주의근시안적접근시과거주력산업이겪은전철을되풀이하는과오를범하게될것임 국내개발체계사업적극활용 ( 추진방향 ) 국내개발체계사업을활용하여국내항공소재ㆍ부품, 항공전자생산기업육성한국형전투기 (KFX) 사업은국내개발과양산및향후 MRO사업까지포함하면 30조원에육박하는단군이래최대의무기사업으로단순히공군의전투기도입외에우리항공산업육성이주목적이되어아하며항공산업의전주기생태계를육성하고그중심에항공소재부품육성전략이포함되어야함. 국내체계개발사업참여 : 현재진행중인차세대전투기개발사업은정부발주사업으로소요되는부품및기술인증을추진주체 ( 주계약자및정부 ) 가보증할수있음. 따라서, 기존납품실적으로진입장벽을높게설정하고있는항공 94 한국산업기술평가관리원

95 ISSUE 4 국내항공소재산업생태계현황과육성전략 산업에서국내중견, 중소기업들이신규로항공시장에진입할수있는매우좋은기회이며현실적으로유일한기회임. 기존 3번의체계개발에서여러이유로무산되었던국내항공산업의육성을위해서는금번보라매사업을적극활용할필요가있음소재ㆍ부품국산화 : 보라매사업에서는실질적인국산화비율을제시하고관리함으로써국내항공산업의제도적인육성책을구사함. 체계설계, 체계인증은선진국대비 95% 수준의기술력을보유하고있기때문에하부요소기술에적극적투자가필요함 - 국산화비율을단위부품단계에서부터개발가능품목을정의하고최종시스템에적용비율을계산하여실질적인국산화비율을향상시킬필요가있음체계개발과양산일정을고려한 Two-Track 전략을통해저원가, 고기능원천소재개발을위한 First Mover형소재개발 Track과단기대응을위한부품가공기술등수입대체형 Fast Follow형소재부품국산화 Track 동시가동 항공소재의평가및인증인프라강화 항공산업은타산업대비매우높은수준의신뢰성을요구하여소재, 요소부품, 구성품등단계별인증을위한엄격한 시험체계및다양한시험요구 그림 12 항공재료의인증획득을위한단계 국내항공산업수요는 2014 년기준 20 억불로그중 10% 이상이시험평가비용이지만구성품단계이상이대부분이고 소재시험평가는미흡 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 95

96 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 신규항공기적용을위한소재 1종국산화개발시 MMPDS* 요구도를만족하는시험을위해물리 / 화학적시험, 형상 / 결함특성시험외정적 / 동적시험, 환경시험등 10종시험 30,000여개이상시험에 100억이상소요 * MMPDS(Metallic Materials Properties Development and Standardization) - 기존외산소재를 KFX등신규항공기에적용하는경우도부품설계를위한소재의시험평가가필요하며정적 / 동적시험, 환경시험등 6종시험 6,000여개이상의시료가최소한필요하며많은비용소요국내는범용강-주력산업중심시험평가인프라가구축되어항공산업에서요구하는높은수준의손상허용시험등동적시험및환경시험등에대한인프라와기술력이부족하고과도한시험량으로인해해외에전적으로의존해야하는실정으로부처간협력을통한개발-시험평가-인증에수반되는초기투자및시험예산에대한공동대응필요항공소재ㆍ부품인증체계구축 : 소재ㆍ부품을생산하는중소, 중견기업이보유하는것이근본적으로불가능한시험, 평가, 인증체계를정부주도로체계화함으로써항공산업지원시스템을구축하는것이선결과제임 항공소재ㆍ부품경쟁력을위한정부지원사례현재일본 Aeroforge사는 Kobe steel과 Hitachi Metals사등을주요주주로하여자본금 18.5억엔으로 2011년 1월에설립된합작사로서세계최대규모의 50,000 톤유압단조프레스를갖추고대형티타늄단조품을제조중 - 이대형설비의초기투자는일본정부주도로이뤄졌으며기업들은리스를받아사업을영위하고있는것으로파악됨. - 티타늄합금의경우, 단조품의물성과품질에미치는온도와변형속도의영향이크고변형저항이크기때문에고가의항온단조설비구축이필수러시아의티타늄밸리프로젝트는우랄연방지구에서 Sverdlovsk Oblast지역세계최대의티타늄생산업체인 VSMPO- AVISMA 주위에계획된경제특구로서항공기, 자동차, 조선, 의료산업용티타늄제품제조산업육성에집중 - 러시아정부는이프로젝트를위해적어도 400억루블 (12.9억불) 을정부주도로투자하여일자리 2만개와티타늄산업집적도시로성장시킬계획상기사례에서보듯이항공소재산업은정부지원이없이원천적인경쟁력확보가어려워항공기완제기제조사인보잉이나에어버스도미국이나유럽연합으로부터이제까지각각약 25조원에달하는지원을받고있는실정임항공소재제조를위해서는제련에서부터최종부품까지각공정별제조설비가항공소재의공정특성에적합하도록구축되어야하지만국내항공소재 부품산업은그규모가작기때문에민간단독의설비투자불가능 - 따라서항공소재 부품종류별시장규모와국내대체설비보유여부를판단해서수요가가장큰공정분야의핵심설비투자에대한국가지원이필요함항공용전략소재는엄격한품질관리기준및신뢰성확보를필수로소재제작에많은기술및노하우를필요로하고특히항공소재의경우타소재대비난가공재로가공에따른고난이도기술이요구됨개발된소재의제품화및생산성, 기타기술적검증을위해항공용전략소재는특화된솔루션기술과시제품제작플랫폼구축을통해중소기업의시제품생산을지원하고소재-가공-완제품산업생태계를연계한시장진입지원필요 96 한국산업기술평가관리원

97 ISSUE 4 국내항공소재산업생태계현황과육성전략 한국형항공산업육성전략보잉, 에어버스양대산맥에서소외된국가들이취할수있는전략은브라질, 캐나다, 싱가폴등틈새시장을공략하거나이탈리아-러시아간공조등차별화된협력모델필요이런관점에서전경련이제4차한중 CEO 라운드테이블에서제안한 아시아판에어버스 비즈니스모델은시의적절한제안임 - 약400만개에달하는항공기부품을한국가에서다만들기어렵기때문에한중협력분업체계가필요하며유럽의독일, 프랑스, 영국스페인이합작한에어버스처럼항공기제조협력시스템을구축하자는것임 - 아시아항공기수요는 2013년 5470대에서 2033년 1만5220대로증가해세계수요의 36% 를차지할것으로전망 - 현재거론되는다양한항공산업협력모델에서우리가실익이있는사업영역을확대하기위해서는지금부터라도가장부가가치가높은소재 부품개발역량을키우는것이급선무임오바마행정부가차량, 발전소에이어 항공기의 CO2 배출량 을규제하는혁신적신환경보호정책제안예정 - 미국내항공기배출온실가스총량은전체운송산업배출량의 11% 이고미국내전체배출량의 3% 를차지하며미국에서항공기온실가스배출량은전세계항공기배출량의 29% 차지. - 특히, 오바마정부에서적극적으로추진해온 3D 프린팅기술과경량합금혁신프로그램을통해항공기경량화에대한주도권을가지고세계항공시장의기술혁신을이끌어갈것으로예상 - 그간환경보호정책덕분에자동차산업은친환경차개발에박차를가해온만큼항공기규제역시친환경비행기개발을촉진하는계기가될것이며항공기경량화가핵심이슈이므로이에대한국가적대응전략수립이시급미래대응첨단소재개발과상용화는민간에서독자적으로경쟁력을끌어올리기힘든분야이며선진국들도경쟁력으로정부주도하에미래산업의헤게모니장악을위해전방위적노력을기울이고있음 - 이에비해국내에서는땅에떨어진민간의기업가정신과첨단소재산업에서조차대기업배제논리로고위험장기간투자가필수인미래산업대응소재개발의주체가없는실정임 - 이미소재부품특별법의경험에서알수있듯이부품에비해소재경쟁력확보는훨씬장시간대규모전략적투자가필요한사업이며특히선진국의기술이전이엄격히제한된첨단미래산업의경우는더말할필요없음 - 현주력산업을대체할새로운제조산업발전계획수립시반드시완제품개발과소재개발을연계한기술개발로드맵을수립하고소재-시스템연계개발체계필요 - 지금까지 technology-driven 기술개발로연구를위한연구에그쳤던뼈아픈실패를반복하지않으려면철저히 market-driven 기술개발전략을통해수요산업과연계한목표지향적소재개발전략필요 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 97

98 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 맺음말 한국제조업의미래인항공산업의세계시장규모는 13년기준 5,800억달러 ( 약642조원 ) 에달하며기술집약형고부가가치산업으로생산유발계수는반도체산업의약2.4배, 자동차산업의 1.8배이며부가가치도선박이나철도의 2배, 자동차의 1.3배임. 이에비해국내항공소재업체는전무한실정으로개발리스크가크고장시간소요되는소재개발과양산그리고시험평가및인증에따른개발과투자리스크를국가가지원하는정부의항공우주용소재 부품산업육성정책필요우리는주력산업육성과정에서저부가가치조립가공방식의완제품산업의경쟁력한계를인식하고 2001년부품소재특별법을제정하고산업전반에미치는파급효과가큰소재부품산업을육성한바있듯이우리가육성해야할미래산업과관련한소재부품산업육성없이완제품조립위주의근시안적접근시과거주력산업이겪은전철을되풀이하는과오를범하게될것임 15년은 KFX사업출발의원년으로국내개발과양산및향후 MRO사업까지포함하면 30조원에육박하는단군이래최대의무기사업으로단순히공군의전투기도입외에우리항공산업의전주기생태계를육성하고그중심에항공소재부품육성전략이포함되어야함. 완제기판매가해외항공부품. 소재업체를배불리는선례를답습하지않기위해사업초기부터국내항공소재 부품자급률목표치를설정하고사업단계별다양한국산화정책필요국내는범용강-주력산업중심시험평가인프라가구축되어항공산업에서요구하는높은수준의손상허용시험등에대한인프라와기술력이부족하고과도한시험량으로인해해외에의존해야하는실정으로부처간협력을통한개발- 시험평가-인증에수반되는초기투자및시험예산에공동대응필요보잉, 에어버스양대산맥에서소외된국가들이취할수있는전략은브라질, 캐나다, 싱가폴등틈새시장을공략하거나이탈리아-러시아간공조등차별화된협력모델이필요한데전경련이제안한 아시아판에어버스 비즈니스모델은시의적절한제안이며실익있는사업영역확보를위해가장부가가치가높은소재 부품개발역량을키우는것이급선무임오바마행정부가 항공기의 CO2 배출량 을규제하는혁신적신환경보호정책제안예정인데환경보호정책덕분에자동차산업은친환경차개발이가속화되었듯이항공기규제역시친환경비행기개발을촉진하는계기가될것이며항공기경량화가핵심이슈이므로이에대한국가적대응전략수립이시급 ( 참고자료 ) 1. 항공기산업의지역별특화방안연구 ( 10.10, 산업연구원 ) 2. KEIT PD 이슈리포트, 국내타이타늄산업생태계현황및발전전략, 항공기구조용소재의선정요구조건및개발동향 ( 2010, 대한항공기술연구원, KAIST) 4. The Space Report ('13, Space Foundation) 5. 항공우주사업의이해및정보센터자료 ('13, 항공우주산업진흥협회 ) 98 한국산업기술평가관리원

99 ISSUE 4 국내항공소재산업생태계현황과육성전략 6. Aerospace Supply Chain & Raw Material Outlook ( 14, ICF SH&E) 7. Boeing 社브로셔, The International Air Transport Association 규정 9. 오바마, 사상첫 항공기탄소배출량 규제추진, 연합뉴스, 한국제조업의미래는항공우주산업, 서울파이낸스, 아시아판에어버스가능한시나리오?, 헤럴드경제, 조전투기사업이렇게가면망한다, 조선일보, Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 99

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101 탄소섬유강화복합재 (CFRP) 산업의동향과기술개발방향 l 저자 l 김익수 PD / KEIT 섬유의류 PD 실 SUMMARY 목적 탄소섬유강화복합재 (CFRP) 산업의동향을살펴보고기술개발방향을제시 주요현황탄소섬유와수지를복합하여성형한 CFRP는금속을대체하는경량화소재로써항공우주, 스포츠레저용품, 풍력발전블레이드, 의료기기, 전자제품, 자동차등의부품, 건축토목구조물의보강재등의용도로사용량이크게증가자동차와항공기의연비향상과온실가스배출규제에대응하는경량고강성및 X-ray 투과성과같은우수한성능으로인해시장규모가 2014년 7만8천톤, 268억 $ 에서 2024년약 595억 $ 로연간 8.2% 의성장이예측되는신산업 EU, 미국, 일본이리드하고있는 CFRP 세계시장에서우리나라는약 2% 를차지하고있으며국내산업의잠재수요에비해기술수준과제조기반이크게미흡하며수요산업의발전을위해서도기술개발과투자가시급 CFRP 산업의 Key issue는 Cost down, 양산기술개발, 용도제품개발과신뢰성확보이며이를해결하기위해선진국기업들은글로벌컨소시엄체제로탄소섬유와프리폼, 수지와성형공법, 설계와시뮬레이션기술개발을추진하고있으며기술의진보ㆍ혁신속도가매우빠름소재기업또는수요기업을중심으로인수합병에의한가치사슬의수직통합과 Biz. Alliance가활발히일어나고있어 CFRP산업진입을위해서는조속한투자가요구됨 시사점및기술개발방향글로벌신성장산업인 CFRP시장의진입장벽이빠르게형성되고있으므로조속한진입전략수립과기술개발투자가요구되며자동차, 스포츠레저, 풍력발전, 산업용기계, IT기기등우리나라의수요산업과연계한사업개발을우선추진함이효율적임탄소섬유, 프리폼, 수지와성형공법, 소재물성 Database, 부품의구조물성해석, 공정시뮬레이션, 신뢰성평가등요소기술들은기술도입, 선진국의기술개발컨소시엄참여, 국내기술기반의효율적인조직화와역량개발투자, 산학연및수요산업과의협력개발강화를통해조속한확보가필요우선투자기술개발방향은 Cost Down 기술, 수요자연계 CFRP 제품, 소재물성 Data base, 신뢰성평가기술들이며이와관련한시제품제작및시험평가인프라와제품화실증사업투자가함께추진되어야함미래성장동력소재부품산업인 CFRP산업에성공적으로진입하기위해서는지역중심의 R&D투자에서벗어나글로벌경쟁에서생존할수있는전국적인기술역량육성프레임과지원전략수립, 성과중심의연구개발투자관리가필요

102 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL CFRP 의개요 탄소섬유강화복합재 (CFRP; Carbon Fiber Reinforced Plastic) 란강도와탄성률 ( 강성 ) 이높은탄소섬유와고분자인수지가복합된재료및제품으로유사한강성의초고장력강판에비해중량이 1/2 미만으로가벼움 강화재 (reinforcement) carbon fiber 기지재 (matrix) polymer resin 성형공정 (process) 복합재료 (composites) CFRP 그림 1 탄소섬유강화복합재 (CFRP) CFRP 는가볍고강도와강성이뛰어나 1960 년대부터항공우주, 국방산업에서사용되기시작하였고 1970 년대중반부터는스포츠레저용품등다양한산업분야로용도가확대됨 그림 2 CFRP 의용도 102 한국산업기술평가관리원

103 ISSUE 5 탄소섬유강화복합재 (CFRP) 산업의동향과기술개발방향 CFRP 는수지의종류에따라서열경화성 CFRP 와열가소성 CFRP 로나뉘며탄소섬유의길이에따라단섬유, 장섬유, 연속섬유 CFRP 로구분 열경화성수지에는기계적특성이뛰어난에폭시가주종을이루며사용환경과요구특성에따라불포화폴리에스터, 비닐에스터, 페놀수지, 폴리이미드등이있음 최근들어, CFRP 의인성및내충격성향상, 용융접합, 재활용, 수리보수의용이성, 생산속도향상등의수요에따라, 폴리프로필렌, 나일론, PEEK 등과같은열가소성수지의사용이확대되고있는추세 단섬유 (Chopped fiber 나 Milled fiber 를포함 ) 또는장섬유는열가소성 CFRP chip 형태로공급되어사출기나압출기로 성형하며, 연속섬유는패브릭또는한방향으로정렬된프리프레그나 Tape 형태로공급 CFRP 는일반금속재에비하여비강도 (Specific Strength), 비강성 (Specific Modulus), 피로강도 (Fatigue Strength), 내화학성이우수하나내광성, 내열성, 내화성등은취약 CFRTS : Carbon Fiber Reinforced Thermosetting ( 열경화성 CFRP : 주로연속섬유복합재 ) CFRTP : Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic)( 열가소성 CFRP: 주로단섬유또는장섬유복합재 ) 그림 3 CFRP 의비강도와비탄성률 CFRP의강도와탄성률은탄소섬유의물성, 길이, 함량, 수지의물성, 탄소섬유와수지의결합력, 탄소섬유의배향, Void 결함, 탄소섬유의주름발생정도, 탄소섬유패브릭의조직, 프리프레그의적층방식등에따라상이함 - 섬유방향의인장강도와탄성률은대체적으로섬유의인장강도와탄성률에섬유의체적분율 (Volume Fraction) 을곱한값으로나타나며, 수직방향의물성은수지물성및수지-탄소섬유간의결합력에의해결정됨 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 103

104 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 CFRP 의기계적물성뿐만아니라열적특성, 전기적특성등도섬유방향과수직방향에따라다른이방성을나타냄 CFRP 의공급망은탄소섬유소재와수지를원료로제편직, 블레이딩, 프리프레그, 컴파운딩등의중간재를거처성형부품의제조까지구성되며성형부품의설계, 제품과공정시뮬레이션, 물성및신뢰성평가를포함 그림 4 CFRP 산업의 Supply Chain 수요제품의형상, 요구성능, 원가, 품질안정성을고려하여소재와성형공법을결정하며이러한과정은소재물성 Database, 설계, 구조물성해석, 공정시뮬레이션으로구성된소재기술과융합된엔지니어링기술로부터시작 수요자의부품사양서에따라소재물성 Data base 를기반으로소재의구조물성해석, 부품성능해석, 공정해석및 Simulation 을거처 CFRP 설계가완성되며이러한엔지니어링기술을갖추지않으면주도적인 CFRP 제품개발이 불가능 따라서, CFRP 산업은섬유, 화학, 화공, 엔지니어링, 생산장비, 디자인기술들이융합된기술집약적산업임 104 한국산업기술평가관리원

105 ISSUE 5 탄소섬유강화복합재 (CFRP) 산업의동향과기술개발방향 2. CFRP 시장의현황과전망 2014 년 CFRP 부품의시장규모는 268 억 $ 의 7 만 8 천톤이었으며향후 10 년간연간성장률이금액기준 8.2%, 수량기준 10.6% 추정되어 2024 년 595 억 $ 의시장이예측됨 그림 5 CFRP 수요전망 ( 천톤 ) * 출처 : CFRP Composites market forecast 2014~2024, Visiongain, 2014, Composites market report 2014, Carbon Composites, 2014, Composites news, jeccomposites.com, 년 CFRP 시장은원재료인탄소섬유와수지가 19 억 $ 를차지하였고, 수량기준으로열경화성 CFRP 가약 75%, 열가소성 CFRP 가 25% 로구성되었으며생산성, 내충격성, 접합과수리보수용이성으로인해열가소성수지의사용비중이증가 CFRP 수요산업 항공우주에너지자동차건축, 토목스포츠, 레저기타 민항기 풍력 내장부품 조선해양 군용기 오일, 가스 차체 의료 Business Jet 연료전지 엔진및파워트레인 기타 헬리콥터 압력용기 기타 그림 6 CFRP 수요산업의구성 CFRP 수요산업을그림 6 과같이 5 개로구분하면에너지, 자동차, 항공우주분야가유망 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 105

106 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 그림 7 CFRP 성형품의시장규모와성장률 * 출처 : CFRP Composites market forecast 2014~2024, Visiongain, 2014 Market Driver 는 1 경량화소재의수요증가, 2 환경규제, 3 고성능제품의수요증가이며항공기, 풍력발전블레이드, 자동차부품시장에서 CFRP 의수요증가가클것으로예상 B787 은구조재의 50% 인 35 톤의 CFRP 가적용되었으며알루미늄을주로사용한 B767 대비기체중량을 20% 경량화 하여운항비용절감과함께객실의공기압과상대습도및창크기를증대시켜여행객에게보다쾌적한환경을제공 풍력발전블레이드는길이가 60m 이상일경우경량화가필요하기때문에유리섬유와탄소섬유를혼용하며특히, 7MW 급이상은탄소섬유로제작 그림 8 민간항공기의 CFRP 적용에따른경량화와운항비용절감 (B767 중량 60 톤 B 톤 ) * 출처 : Toray's business strategy for carbon fiber composite materials, Toray, 2014, Status of the composites industry: market potentials and innovation mega trends, Lucintel, 한국산업기술평가관리원

107 ISSUE 5 탄소섬유강화복합재 (CFRP) 산업의동향과기술개발방향 그림 9 민간항공기의 CFRP 사용량추이 * 출처 : Series production of high-strength composites, Roland Berger, 2012 기후변화대책으로자동차의연비규제로드맵이수립되어고장력강판, 알루미늄, 마그네슘, 유리섬유강화복합재, CFRP 등경량소재의채용이증가추세 - 차량중량을 10% 경량화하면연비 3%, 가속성능 8%, Steering성능 6%, 샤시의내구성이 1.7배가향상되고브레이크정지거리가 5% 감소 그림 10 자동차연비규제로드맵 * 출처 : Toyota technical review, Toyota, 2002 의원문을인용한 Weight reduction activity for vehicle, 르노삼성자동차, KEIT 복합재료연구회, 2015 를재인용 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 107

108 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 특히, 전기차는배터리의가격이비싸고중량이무거워주행거리를늘리기위해서는경량화가필수적이므로 CFRP 부품의사용이증가할것으로예상되며이에따라 CFRP 시장규모도크게변동될것으로전망 - 최초의양산순수전기차인 BMW i3의 CFRP 부품의사용량은대당약 150kg 이며, i8, BMW 7 시리즈로적용을확대 - 전기차판매대수는 2014년약 21만대였고 2020년에는 100만대이상판매될것으로예상되므로 CFRP 소요량을대당 100kg으로가정하면 2020년전기차분야에서 2014년총수요량의 1.3배인 10만톤의 CFRP 수요가발생 그림 11 순수전기차의수요예측 * 출처 Strategic outlook of global electric vehicle market in 2014, Frost & Sullivan, 2014 항공우주, 국방산업, 고급스포츠레저, 의료기기등에서초경량고강성 CFRP 제품의수요증가가예상됨 - 경주용자동차, 고급스포츠카, 항공기엔진부품, 군용기와미사일, 심해저고압파이프, 해저광섬유케이블, CT 촬영기등에고성능ㆍ고기능성 CFRP 수요가있음 Market Restraint 는 1 높은가격 2 장기사용신뢰성부족 3 제품다양성부족이며이를해결하려는기술개발투자가활발 CFRP 성형품은초고장력강판부품에비해무게는 1/2 이나가격은 4.4 배, 알루미늄대비무게는 30% 가가벼우나 가격은 3.8 배로고가 108 한국산업기술평가관리원

109 ISSUE 5 탄소섬유강화복합재 (CFRP) 산업의동향과기술개발방향 그림 12 소재별부품가격 * 출처 : Lightweight, heavy impact, Mckinsey & Company, 2012 의원문을수정인용한 Status of the composites industry: market potentials and innovation mega trends, Lucintel, 2014 를재인용 용도별경량화가치를살펴보면자동차가 5~10$/lb 로이를만족할수있는원가구조의 CFRP 부품을공급할수있다면 기계ㆍ항공산업분야까지폭넓게시장을개척할수있음 그림 13 용도산업별경량화가치 * 출처 : Status of the composites industry: market potentials and innovation mega trends, Lucintel, 2014 장기사용신뢰성및제품다양성부족은초기성장기산업의보편적인현상으로이미항공우주산업에서 CFRP 부품이 50년이상적용되어왔고타산업으로확산되고있음을볼때기술개발투자가뒷받침된다면해결되는장애요인임 소재와수요기업을중심으로 M&A 와지분참여에의한 Value Chain 의수직통합및 Biz. alliance 와 J/V 등이활발히일어나고있음 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 109

110 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 Value ~30 고객 설계 소재 중간재 성형 상품 모델링및해석 - 구조, 물성 - 신뢰성 - 정적, 동적해석 - 재료, 부품 시뮬레이션 - 공정, 물성 - 신뢰성 부품, 공정설계 금형설계 원가와성능설계 탄소섬유 - 프리커서 - Tow, TowPreg - 단섬유 - Milled fiber - Chopped fiber - Sizing Marix - 모노머, 촉매 - 첨가제 - 수지, 시트 - Binder fiber 구조접착제 프리프레그 - UD 시트 - Tape - 패브릭 패브릭 - NCF, 직편물 - 부직포, Mat - 시트 - Braiding -3D패브릭 Spreading Tow CFRP Chip 프리폼 부품성형 - 열경화성 - 열가소성 - Pultrusion - Pressing 몰드 / 금형주문 접합, 가공 시험평가 리사이클링 리페어 하니컴, 발포수지 BMW(SGL) 주요기업 보잉, 에어버스, 록히드마틴, 롤스로이스, Toyota, GM, 포드, 다임러, 르노, 폭스파겐, Vestas, GE, 로딩, ARRK, ACS, ALPEX, 알스톰, 지멘스, 미쓰비시중공업등 태광산업, 효성, 국도화학, 동성화학, Hentsman, Evonik, Henkel, AkzoNobel 등 Toray, Mitsubishi Rayon, Teijin, Hexcel DowAksa, Gurit, Hexion, Cytec, Formosa 등 SK 케미칼, 한국카본, GS 칼텍스, Sakai, Ovex, Shikbo, Chomarat, TFP, Angeloni 등 대한항공, 후지중공업, 가와사키중공업, 미쓰비스중공업, Faurecia, LG 하우시스, CATO, 롯데케미칼, EMS, Fokker, CITADEL 등 BASF Tencate, Sabic, 엑시아머티리얼, 한화첨단등 그림 14 CFRP 산업의 Value Chain 과주요기업 3. CFRP 기술동향 CFRP 기술은 50 여년전항공우주및국방산업에서시작되어스포츠레저 기계부품 토목 풍력블레이드 자동차와 IT 기기등으로확산 미국과 EU 는 CFRP 소재ㆍ부품의구조물성 Database, CFRP 소재ㆍ부품의성능평가법, Validation 기술, 공정 시뮬레이션, 설계등엔지니어링기반을갖추고있어서타산업용 CFRP 부품의기술개발이용이 110 한국산업기술평가관리원

111 ISSUE 5 탄소섬유강화복합재 (CFRP) 산업의동향과기술개발방향 - 일본은최근중거리민항기 MRJ 의개발경험과 B787 및 A350XWB 개발참여를계기로상당한수준의기술을보유 탄소섬유는 Toray, 수지는 BASF, Hentsman, Henkel, Evonik, 중간재는 Chomarat, Tencate, Hexel, Toray, Gurit, 성형은 Tencate, Faurecia, 미쓰비시중공업, Fokker, CITADEL 등이세계최고의기술을보유 ( 원가절감 ) 탄소섬유, Hybrid 섬유, 프리폼, 수지와성형공법등의개발로빠르게원가구조가개선 CFRP의원가는자동차부품을기준으로 Mckinsey가조사한 2011년에비해 2013년약 20% 가저렴해졌으며 2015년에는 2013년대비 10% 이상원가개선이이루어짐탄소섬유는러시아 Alabuga Fiber의신규참여, 기존기업들의증설및생산성향상에따른공급량증가와 320K까지굵어진라지토우의원가하락, 후발기업들의공격적인마케팅으로인한중저급품을중심의거래가하락등으로 3년전대비평균거래가격이 5$ 이상저렴해짐미국과 EU는제조원가 11$/kg 내외를목표로저가탄소섬유개발을진행하고있으며, 저렴한프리커서개발및안정화ㆍ탄화공정에서에너지비용을 50% 절감할수있는장비와공법개발을추진하고있음 - 미국은 Oak Ridge National Lab. 이 Phase 2 Pilot 단계, W사는 Phase 2 Pilot 개발완료 - EU는 Faurecia, Swerea 등이 Phase 1 Pilot 진입단계 - 일본은 2011년부터 5년간 20억 을지원하여 AIST와탄소섬유 3사가공동으로안정화공정을생략할수있는액정성프리커서섬유를개발하여탄소섬유생산성을 10배까지올릴수있는가능성을확인 - 대만의 UHT Unitech는플라즈마와마이크로웨이브기술을안정화및탄화공정에적용하여 Toray의 T800 및 T1000급보다 20% 가저렴한고성능탄소섬유를개발하여판매중 그림 15 탄소섬유의물성과용도치 * 출처 : ORNL, 2012 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 111

112 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 표 1 Oak Ridge National Lab. 의저가탄소섬유개발현황 (2013 년 7 월 ) 인장강도 (GPa) 탄성률 (GPa) 규모 비고 DOE Requirement 2 차구조재 준상업화 $11~15.4/kg, 신도 1% 구조재 ( 압력용기 ) ~ 4.5 ~ 227 준상업화 Cost 25% cut-off 의류용 PAN Multiple continuous large tows 20~30% 원가절감 용융방사 PAN Polyolefin Lignin tow ~1.2 ~ 83 Lignin web ~0.5 ~ 48 Spun 10 filaments, 100 ft Converted 100 filaments, 10 ft Spun 3,000 filaments, continuous Converted 10 filaments, 1~10 ft Spun 10 filaments, continuous Converted 10 filaments, 1 ft Spun 100 Ib batches Converted 10 Ib batches 25% 이상원가절감 DOE, Michigan 주, $13.5M 출자 제조원가 $8.8~11/kg *Plasma 안정화로, Microwave-Assisted Plasma 탄화로공정을적용 * 출처 : ORNL, 2013 Plasma 안정화로공정 : 원가 50% 절감 Microwave and low pressure Plasma 탄화공정 : 원가 25% 절감 그림 16 Oak Ridge National Lab. 의안정화및탄화공정 * 출처 : ORNL, 한국산업기술평가관리원

113 ISSUE 5 탄소섬유강화복합재 (CFRP) 산업의동향과기술개발방향 유리섬유, Flax, 고강력 PP 섬유등을탄소섬유와혼용하여 CFRP 의원가를줄이면서내충격성을향상 Continuous Fiber Carbon Fabric Milled/ Chopped Fiber Carbon Prepreg Filament Winding, Pultrusion VA-RTM, HP-RTM, Hand Lay-up Compounding Autoclave Compression Roll Wrapping Pressure Vessels, Rods Automotive, Marine, Wind Energy PC Housing, Cell Phone Casing Aircraft Golf Shaft 그림 17 CFRP 의제조공법과용도 RTM 공법의원가는중간재 25%, 프리폼 50%, 성형 20%, 가공 5% 로구성되어있으며성형프레스에바로투입할수 있는 3D Net Shaped Fabric 및부직포프리폼기술들이개발되고있음 그림 18 RTM 공법 CFRP 부품의원가구성과프리폼제조공정 * 출처 : JEC, 2014 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 113

114 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL Vom Baur 사를비롯한 EU 의다양한기업들은 Donier, Kal Meyer 등의직기업체들과공동으로탄소섬유, 아라미드섬유, 유리섬유등의 3D Net Shaped Fabric 을개발 그림 19 Vom Baur 사의 3D 직물 * 출처 : Techtextl 미국의 Materials Innovation Technologies 社는항공기의 CFRP 폐기물을재생하여 Wet-laid 공법으로 3D 준형상 프리폼을개발 그림 20 Materials Innovation Technologies 사의 3D 부직포 일본은기존자동차부품제조에쓰이는 Stamping 방식의 CFRP 성형기술을보급하고있는데, Teijin은열가소성 CFRP를 1분이내에연속성형할수있는 Sereebo 공법을, Mitsubishi Rayon은열경화성프리프레그또는열경화성프리프레그와열가소성 SMC의하이브리드성형공법을개발복잡한형상의열경화성 CFRP 부품을성형하는데효과적인 HP-RTM 공법은최근공정시간이 3분으로단축되었으며, A Class급표면의차량외장재를제조할수있는 S-RTM, ε-caprolactam의음이온중합법을활용하여함침성문제를해결한열가소성 CFRP 성형공법인 T-RTM 등이개발되어보급중기존의공법에비해복잡한형상의부품을 1분에성형할수있는수지와 Wet Compression Molding 공정기술을 Huntsman이개발 114 한국산업기술평가관리원

115 ISSUE 5 탄소섬유강화복합재 (CFRP) 산업의동향과기술개발방향 그림 21 Mitsubishi Rayon 의 PCM 및 Hybrid Compression Moulding * 출처 : JEC, 2014, 2015 그림 22 고속 Wet Compression Molding * 출처 : Huntsman, Dynamic fluid compression moulding(dfcm), JEC Magazine No. 95, 2015 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 115

116 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 자동차나항공기구조재로써 CFRP 의물성과원가를고려하면 RTM, PCM, Wet Compession Molding, ATP 공법등이 유망 그림 23 구조재용 CFRP 성형공법 * 출처 : Challenges in the commercialisation of TP composites, Tencate, JEC Conference, 2014 특히, 열경화성 CFRP 에비해열가소성 CFRP 는내충격성과인성 (toughness) 이우수하고수정작업과열접합이 가능하며저렴하게제조할수있어기술개발이활발 Injection Molding Compression Molding Thermoforming Low Structure Components Semi Structure Components Structure Components 그림 24 열가소성 CFRP 성형공법에따른용도 116 한국산업기술평가관리원

117 ISSUE 5 탄소섬유강화복합재 (CFRP) 산업의동향과기술개발방향 - LFT, UD Tape, 프리프레그를비롯해반응중합을이용한 T-RTM 및 Over-molding 공법의열가소성 CFRP 부품 개발이증가 그림 25 열가소성 CFRP 성형공법에따른용도 * 출처 : BASF, JEC Conference, 2014 ( 제품다양화 ) 이종소재와 Hybrid CFRP, 항공기엔진부품, 선박및자동차구조재등다양한제품들이개발되고있음 BMW 는 Aluminum 이나 Steel 과열가소성 CFRP 를조합한 Hybrid 성형기술을개발하여 BMW 7, BMW i3 와 i8 에적용 그림 26 열가소성 CFRP 와금속의 Hybrid 부품 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 117

118 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 Audi는강도 6.3GPa, 탄성률 295GPa의 T1000급탄소섬유 CFRP를사용하여 790g의자전거프레임과총중량 5.8kg의초경량경주용자전거를개발송전탑간의거리를늘릴수있는탄소섬유송전케이블을 LS전선과대한전선에서각각머큐리와 CTC로부터탄소섬유인장선을수입하여제조하고있으며, 비앤티코퍼레이션은탄소섬유인장선의개발을진행중 그림 kV 급탄소섬유강화송전선 GE 의고효율항공기엔진 LEAP 의 Fan blade, Lexus LFA 의휠, 도요타수소연료전기차 Mirai 의고압탱크, 언더커버, Munich Composites 의버스용에어스프링빔등 CFRP 로만든신제품들이속속개발되고있음 4. CFRP 기술개발방향 CFRP 산업의기술개발방향은 1 Cost Down 기술개발 2 신제품개발 3 소재물성 Database, 구조물성해석, 공정시뮬레이션등의기반기술임 (Cost Down) 탄소섬유와수지, 프리폼, CFRP 설계최적화, 고속성형공법, 자동화생산장비등이주요기술개발대상이며연속섬유 CFRP 를기준으로제조원가를지금의약 20$~/kg 에서 10$~/kg 로낮추어야함 118 한국산업기술평가관리원

119 ISSUE 5 탄소섬유강화복합재 (CFRP) 산업의동향과기술개발방향 ( 신제품개발 ) 경량화및고성능제품 ; Spreading 기술과초경량패브릭, Net Shaped 프리폼, 상온보관속경화프리프레그, 열가소성 CFRP, 하이브리드소재또는성형공법에의한 CFRP, 초고강성 CFRP, 고내열고인성 CFRP 등 자동차, 풍력발전, 기계장비, 전기전자, 스포츠레저, 송배전, 해양플랜트등수요산업과연계 수요기업, 소재기업, 가공및성형기업, 설계와시뮬레이션, 신뢰성평가연구기관과의 Collaboration 개발 ( 기반기술 ) 소재물성 Database, 설계및 CFRP 시험평가 (Qualification), CFRP 부품의구조물성해석, 설계, 공정시뮬레이션, CFRP 부품의실증인프라등 향후항공우주, 국방, 심해저자원개발등선진국들이차지하고있는고부가가치산업에진출하려면상기의소재부품 기반기술역량이초석이될것임 시장규모가크고성장성이매우밝은 CFRP 산업은아직우리나라에형성되지않아기업들의적극적인진출을촉구하며, 산업생태계가구축될수있도록제품개발및기반기술확보를위한정책적지원이필요함 CFRP 기술자원과역량이선진국에비해매우부족하여지역중심의 R&D 기반예산지원은리스크가클수밖에 없으므로전국적으로적재적소에투자하는것이바람직 ( 국내주요기술개발현황 ) 연구기관명프로젝트명개요연구기간 현대자동차 ( 주 ) 탄소섬유기반고성능중간재및복합재차체부품개발 탄소섬유기반고성능중간재및경량복합재차체부품개발 - Steel 대비경량화율 50% 이상 - 부품성형 cycle time 5 분이내 일진 탄소복합소재를이용한경량 knuckle 및 Roof ASS Y개발 CFRP Knuke 용 Prepreg Lay-up 및제품설계기술개발 CAE 해석을통한 CFRP 물성예측기술개발 CFRP Knuke 제조공법및신뢰성평가기술개발 저풍속니역용대형카본블레이드개발및카본블레이드실증및성능평가 두산중공업 대형블레이드를위한카본파이버적용블레이드기술개발및실증 - Rated Power : 3MW - Rotor Diameter : 120m 이상 - Blade Length : 60m 이상 Capacity Factor : 37% 이상 ( 평균풍속 7m/s 기준 ) Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 119

120 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 라지 고성능탄소섬유열가소성 복합재료기반고효율맞춤형 프리폼및이를활용한자동차 구조부품의고생산성하이브리드 성형기술개발 연속섬유, 장섬유열가소성복합소재의하이브리드성형공정및소재개발 - 연속섬유복합재료맞춤형보강재와장섬유열가소성 복합재료의이종소재를일체성형하여연속섬유복합재료 맞춤형보강재장섬유복합재료제품을개발 대흥정공 Bi-fuel 승용차용하이브리드섬유보강 Type4 일체형 CNG 압력용기 (50L 급 ) 개발 국산라지토우탄소섬유적용을통한양산에적합한 Bi-fuel 승용차용 Type4 CNG 압력용기개발 - 구조검증을통한라이너형상설계 - 일체형라이너개발 - 고압압축가스기밀성확보위한신개념 Boss 개발 - 양산적용을위한로봇와인딩공정자동화및소재국산화를 통한원가절감 일지테크 1,500MPa 이상탄소복합소재적용 Panel Type 경량고강도 도어보강재개발 고속성형기술 (HP-RTM) 적용금형및성형기술개발 탄소복합소재적용경량고강도도어보강재개발 제품의모달해석및충돌시험 / 해석 한국카본 자동차경량화를위한연속성 탄소섬유강화프리프레그 복합소재차체부품 고속 (1ea/10min.) 금형 / 성형기술개발 7min. 이내경화가능급속열경화성탄소섬유프리프레그기술 대면적급속다단승온 / 유지 / 냉각구현가능압축금형기술 열경화거동기반수치해석모델및고속프레스성형공정최적화기술 급속열경화탄소섬유복합소재및성형품평가기술 급속열경화탄소섬유복합소재 - 이종소재접합기술 급속열경화탄소섬유복합소재외장차체부품실용화기술 ( 주 ) 에스에이치글로벌 재활용탄소섬유적용고속 압축성형기술 (3 분이하 ) 을 이용한 30% 경량화된승용차용 하이브리드 Seat frame 개발 탄소섬유복합재료개발 탄소섬유복합재료 scrap 및회수기술 하이브리드조인트기술 탄소섬유복합재료고속압축성형기술 FEM 해석을통한 Design Time 단축 제품화공정개발 탄소섬유복합재료신뢰성 Test DB 확보 일진테크 o 탄소섬유를이용한그린카용경량외판부품개발 고속성형기술을이용한 CFRP 소재의자동차용 Hood 개발 - 성형시간 10 분이내 - 인장강도 1,000Mpa 이상 원광이엔텍 브레이딩공법을이용한 CFRP Drive Shaft 개발 기존금속소재의드라이브샤프트에 CFRP 를적용하여기계적특성보전및경량화 금속소재와 CFRP 의이종소재간결합에따른성능개선 브레이딩공법을이용하여경량고강도의 CFRP Drive Shaft 개발 한국산업기술평가관리원

121 ISSUE 5 탄소섬유강화복합재 (CFRP) 산업의동향과기술개발방향 제이엠씨 Carbon Fiber Block (CFB) 을이용한선박해수펌프용 CFRP 임펠러개발 Carbon Fiber Block 적층성형및제작 임펠러성능해석및최적성능형상도출 해수용임펠러시제품제작및성능테스트 CFRP 임펠러피로특성및염수분무실험수행 씨티엠 경량화및내구수명향상을위한 탄소섬유재질의 ROBOT 용 트랜스퍼모듈개발 수직다관절로봇의 Boom, Arm 등제품이송용부품을기존의 Steel 과알루미늄재질에서탄소섬유재질을이용하여 경량화하기위한국산화기술개발 라컴텍 진동감쇠성능이 20% 이상 향상된 Pitch 계탄소섬유 - 아라미드하이브리드복합재적용 LCD 이송용로봇핸드개발 피치계탄소섬유 - 아라미드하이브리드복합재료적용 LCD 이송용로봇핸드성형공정개발 에폭시 / 아라미드섬유간계면접착력향상을위한첨가제기술개발 일방향아라미드프리프레그제조기술개발 적층방법및합지조건 (laminate) 에따른프리프레그복합재의기계적평가 대산플랜트 고인성 Low Limb Brace 모듈 개발을위한국산탄소섬유 복합소재기술개발 근육및관절손상, 인대파열, 노령화에따른근력부족등보행에장애를초래하는문제발생시관절 ( 무릎, 발목등 ) 을 지지해주는의료용보조기개발 ( 경량화, 고강도, 내구성향상, 모듈화 ) 윈앤윈 수직인발공정이용과나노 카본이함유된탄소섬유기반 Compound 화살개발 기존수평인발의단점을보완하여 Epoxy 수지를이용하여탄소섬유및나노카본을이용한수직인발로써화살 shaft 를 생산 개발 코스텍 유한회사 T-700 고성능탄소섬유를적용한 38ft 급경량 플레저보트개발 탄소섬유복합재료적용선체설계및제작 경량화 20%, 연비효율 15% 이상, 선속 30 knots 이상 해상시운전및인증 우남마린 Resin film 진공성형공법및구조보강재일체화성형기술을 적용한 13 인승제트보트개발 CFRP 소재를적용한드라이프레그성형기술개발과 13 인승제트보트제작 드라이프레그용수지및필름제조기술개발 현대성우 오토모티브 코리아 ( 주 ) 열경화성탄소섬유복합재를 이용한 50% 이상경량화 모노타입판스프링개발 기존금속부품경량화율 50% 이상의탄소섬유강화복합재료판스프링개발 고속열경화성프리프레그중간재및고속성형공정개발 티포엘 초경량일체형 CFRP 프로펠러 샤프트용 3 차원프리폼소재개발 프로펠러샤프트용 3 차원프리폼개발을위한 3 차원 Braiding (Interlock Layer to Layer Braiding) 개발 시편물성평가및기초성형기술확립 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 121

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123 KEIT PD ISSUE REPORT VOL 15-6 특집 첨단제조기술과 3D - 프로스트앤설리번

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125 첨단제조기술과 3D l저자l 최재호팀장 / 프로스트앤설리번 (jaeho.choi@frost.com, 02) ) 이종현연구원 / 프로스트앤설리번 (jonghyeon.lee@frost.com, 02) ) SUMMARY 목적 3D 를이용한첨단제조기술에는어떤기술들이있는지짚어보고, 이들의개발상황과기능, 활용분야에대해 설명함 주요현황 3D 프린팅과적층가공방식의꾸준한발전과활용도가급증하면서 3D 프린팅에서사용되는소재들역시도다양해짐디자인소프트웨어개발은환자용교정장치등헬스케어제품개발에주요역할을함센서와로봇을이용해장애물이나물체움직임을파악해구조작업에나선소방관들의안전성을높혀줄수있음 시사점및정책제안 헬스케어제품뿐만아니라, 구조장비등, 다양한제품들에서 3D 의활용도가높아지고있음. 그만큼급속도로 변화하는 3D 에대한트렌드와기술개발, 고객니즈들에만반의준비를해야함

126 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL D 프린팅 3D 프린팅은물론, 적층가공 (additive manufacturing) 방식개발에힘입어 3D 프린팅소재들이다양해짐 3D 프린팅사용소재에따라 LS(Laser Sintering), FDM(Fused Deposition Modeling), SL(Stereo Lithography), LOM(Laminated Object Manufacturing) 등, 3D 프린팅기술방식이달라짐 LS(Laser Sintering, 레이저소결조형 ) 방식미국텍사스오스틴대학교가개발한 LS(Laser Sintering, 레이저소결조형 ) 방식은보통 CO2 레이저 (Carbon Dioxide Laser) 를이용해열을발생시켜플라스틱과금속, 세라믹, 유리분말의자그마한입자들을 3D 포맷에맞게처리, 융합시킴 LS 방식은구성단계에서손상없이도용해점 ( 溶解點 ) 에가까운온도를견뎌낼수있는분말입자들을사용함고온기능과난연성, 유연성, 충격강도, 연성, 인장강도면에서뛰어난소재들이사용됨 LS 방식에서는주로 Polyamide (nylon) 12가쓰여짐 Polyamide 6 역시고온에대한저항력과강도가높아 LS 방식에활용될수있지만, Polyamide 12보다가공처리하기가어려움항공우주산업이나메디컬임플란트분야에서는 PEEK (polyetheretherketone) 와 PAEK (polyaryletherkeone), 또는 PEKK (polyetherketoneketone) 소재가응용됨. 이들은비용절감과공정효율향상에기여함이소재들은탄소나노튜브가보강된 PEEK FDM(Fused Deposition Modeling) 방식에서도쓰여질수있음 DM(Fused Deposition Modeling, 수지압축적층조 ) 방식 FDM 방식에서는탄소섬유가보강된 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 과폴리락트산 (PLA,Polylactic Acid) 뿐만아니라, 더욱강력하고열가소성면에서더욱유연하며, 감기도쉬운폴리페닐렌설파이드 (polyphenylene sulfide) 와같은신소재들이사용됨 FDM에서는각층 (layer) 을형성하기위해교차해칭 (Cross-hatching) 방식을쓰며, 열가소성폴리머 (Thermoplastic polymers) 의얇은필라멘트를녹여선택적으로침전시킴한번에한층씩형성됨플라스틱필라멘트나금속와이어는흐름을조절할수있도록가열된압축노즐을제공함. 이노즐은소재들을녹이기위해가열됨 FDM 소재들의인장이나충격, 굽힘강도, 정확성, 내구성, 안정성, 소재접착력과다공성이덜한모델생산기능들이더욱개선될전망임 126 한국산업기술평가관리원

127 특집첨단제조기술과 3D SL(Stereo lithography) SL 방식으로처음상용화된 3D 프린팅이나고속프로토타이핑기법의모델들은대개광경화폴리머 (Photocurable Polymer) 를사용함자외선의집속빔 (A focused beam) 으로자외선레이저가첫번째층을따라움직이고, 슬라이드단면의전체영역이굳어질때까지수지는보존처리됨 SL에서는보강된광경화성수지 (Photopolymer Resins) 와함께향상된강도와용이한가공처리, 개선된열변형온도 ( 폴리머가변형되는온도 ) 등, 여러장점을지닌복합성수지의활용도가높아질전망임 LOM(Laminated Object Manufacturing) LOM은 3D 물체의연속적횡단면 (Successive Cross Sections) 을만들기위해이산화탄소가스레이저를이용하는 3D 프린팅또는적층가공방식을말함. 뒷면이폴리에틸렌 (polyethylene) 으로코팅된종이레이어로만들어짐점착성의페이퍼라미네이트층은연속적으로붙을수있으며, 레이저칼로절단하고접착제로접합하는방식임 LOM 방식은인쇄용지처럼저가의재료를사용할수있고, 물체들이나무처럼보이거나느껴질수있음. 하지만특정물질의여분을제거하는데에시간이다소걸릴수있음현재 LOM 장비를상업용으로제공하는업체들이많지않기때문에 Mcor Technologies Ltd사는각페이퍼층을절단하기위해레이저대신텅스텐카바이드블레이드칼날 (Tungsten Carbide Blade) 을이용한 SDL(Selective Deposition Lamination) 기술을제공하고있음수성접착제가필요하다면선별적으로사용할수있음 2. 디자인소프트웨어 디자인소프트웨어발전이환자용보조장치를비롯한헬스케어제품개발에매우중요함 의료보조장치를위한디자인소프트웨어영국의컴퓨터용소프트웨어기업인 Delcam은의료목적의맞춤형교정신발깔창을설계하고제조할수있는소프트웨어프로그램인 OrthoMODEL 의새로운버전을개발함가장최신버전의 OrthoMODEL 소프트웨어는작업흐름을단순화시키고설계시간을줄이기위해사용자인터페이스를광범위하게개선시킨것과더불어 2D와 3D 모델들을동시에보여주는기능을가지고있음 2D 이미지와 3D 스캔데이터, 이두가지형식의데이터를사용자들에게보여줌으로써, 사용자들이보조장치에필요한기능들을결정하는데도움을줄수있음 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 127

128 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2015 VOL 15-6 여러 2D 이미지들을 3D 스캔데이터에가져오기와덮어쓰기가가능함. 이에 3D 모델과 2D 이미지가보여주는정보들을해석할수있는사용자용동적데이터를만들수있게됨또한다른차원 (extra dimension) 들을보여주는기능으로여러이미지들을동시에볼수있음. 일례로, 사용자는발바닥표면사진이미지에압력시스템 (pressure system) 으로받은이미지를덮을수있고, 중첩된이두이미지로부터얻은데이터들도볼수있음전체설계에영향을미치는다양한요인들에대한자세한정보들을사용자들에게제공함. 이정보들을보면서사용자들은다양한니즈와요구사항들에따라설계변경이가능함 3. 로봇통제 (Robotic Rein) 응급상황발생시, 이에대한대응속도가인명피해정도에주는영향이매우크기때문에전세계어디에서나응급상황에대한신속한대응이가장최우선으로여겨짐특히소방관처럼비상사태에전면에서대응해야하는이들을대상으로엄격한훈련이항상이루어지고있지만, 진화작업이나구조작업중사고로이어지는경우도있음. 이런사고로많은소방관이나구조원들이육체적, 정신적고통을겪기도함특히나연기가가득한건물화재구조작업현장에서물체를제대로인지하기가힘들어많은사고가발생함. 이로인한진화작업속도가더뎌지고, 인명피해가발생할수있음이와같은문제를해결하고자전세계관련자들이솔루션개발에나섬. 소방관들이안게되는위험을최소화시키고자센서와로봇사용에주목하게됨 구조작업용센서와로봇킹스칼리지런던 (King s College London) 과셰필드할람대학교 (Sheffield Hallam University) 연구원들이협력하여안내견을대신해물체나장애물들을쉽게식별할수있는로봇통제 (Robotic Rein) 기술개발에나섬연기로가득찬건물안에서로봇이소방관들을안전하게안내해, 진화및구조작업에무리가없도록하기위함영국공학자연과학연구회 (EPSRC, Engineering and Physical Science Research Council) 의자금지원으로촉각센서가장착된소형모바일로봇이개발됨로봇을통제하는사이소방관들에게길을안내할수있음. 센서로장애물을확인하고소방관에게진동으로신호를보냄. 장애물의크기나모양, 강도와같은자세한정보를소방관에게제공해위험도를최소화시켜무사히구조작업할수있도록도와줌소방관들의소매부분을특별한소재로만들어, 로봇이보낸신호들을해석할수있는전자마이크로진동기 (Electronic Microvibrators) 가장착시킴. 이신호들은세부적인데이터로변환되며, 소방관들이이정보를훈련을통해분석할수 128 한국산업기술평가관리원

129 특집첨단제조기술과 3D 있음로봇은사용자의어떤망설임이나저항역시도감지할수있어, 이로인해바뀌어진사용자움직임속도에맞추는기능역시도갖추고있음사용자의이전행동을통해다음행동을예측할수있는프로그램도장착되어있음연구팀은컨셉증명단계를완료하고실제상황시나리오에서실효성테스트를위한프로토타입 (prototype) 개발계획을세우고있음. 또한다양한나라들이이로봇을사용할수있도록시각언어개발에도참여하고있음 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 129

130 작성자 / 문의처 PD운영지원단TF 박동규단장 dkpark@keit.re.kr 이성덕수석 sdlee@keit.re.kr 하종현책임 jhha@keit.re.kr 정해근책임 chung007@keit.re.kr 백승철책임 warren@keit.re.kr 전자전기산업 PD 그룹 의료기기 PD 실 허영 PD yhuh@keit.re.kr 도정회수석, 김유곤선임 ( , 9253) 반도체공정 / 장비 PD 실 양지운 PD hjlee1825@keit.re.kr 배근식책임 ( ) 시스템반도체 PD 실 손광준 PD kwangjune@keit.re.kr 전준표선임 ( ) 디스플레이 PD 실 이정노 PD jnlee123@keit.re.kr 전호승책임 ( ) 임베디드 SW PD 실 이규택 PD gtlee@keit.re.kr 이건재책임 ( )

131 산업융합 PD 실 한상철 PD 장종찬책임 ( ) LED/ 광 PD 실 전기영 PD 김유곤선임 ( ) 홈 / 정보가전 PD 실 윤기권 PD kkyun@keit.re.kr 이연옥책임 ( ) 창의산업 PD 그룹 바이오 PD 실 최수진 PD biopd@keit.re.kr 정인수책임, 권소현선임 ( , 8272) 지식서비스 PD 실 한형상 PD hshahn@keit.re.kr 박지훈책임 ( ) 나노 PD 실 고병철 PD bcko@keit.re.kr 김병재선임 ( ) 디자인 PD 실 허석 PD heotwo@keit.re.kr 조재훈책임 ( ) 특허 PD 실 백온기 PD look123@keit.re.kr

132 작성자 / 문의처 시스템산업 PD 그룹 스마트카 PD 실 문종덕 PD jdmoon@keit.re.kr 이재득책임 ( ) 그린카 PD 실 손영욱 PD ywson@keit.re.kr 서재익책임 ( ) 조선 PD 실 김종현 PD jhkim@keit.re.kr 정지홍책임 ( ) 플랜트 PD 실 이공훈 PD konghoon@keit.re.kr 권철민선임 ( ) 산업용기계 PD 실 김선창 PD ksc6128@keit.re.kr 이민규선임 ( ) 생산장비 PD 실 남성호 PD godbros@keit.re.kr 이호준전임 ( ) 로봇 PD 실 박현섭 PD robotpd@keit.re.kr 심창섭책임 ( ) 임강수책임 ( )

133 소재부품산업 PD 그룹 생산기반 PD 실 김성덕 PD 신용관책임, 성기온전임 ( , 8362) 금속재료 PD 실 장웅성 PD 장경미선임 ( ) 화학공정 PD 실 한정우 PD 조혜영선임 ( ) 섬유의류 PD 실 김익수 PD 조상희책임 ( ) 세라믹 PD 실 정봉용 PD 양미성책임 ( )

134 PD 이슈리포트발간목록 발간호발간분야이슈제목 10-1호 10-2호 10-3호 10-4호 10-5호 10-6호 10-7호 10-8호 SW 로봇 IT융합 BcN RFID USN DTV 차세대컴퓨팅지식정보보안홈 / 정보가전로봇이동통신 IT융합 BcN DTV 홈 정보가전기획총괄 SW 차세대컴퓨팅지식정보보안로봇 RFID USN 표준PD DTV 방송 IT융합이동통신기획총괄 모바일산업환경에서의 SW발전및육성방향웨어러블로봇의개발현황및전망차량용 S/W 플랫폼표준화동향 Mobile Backhaul 장비의시장동향및기술개발전략화물컨테이너용보안장치기술동향및국제표준화이슈방송용카메라시장및연구개발동향모바일클라우드기술현황및전망스마트폰보안및모바일산업활성화홈네트워크상호운용성확보를위한한국형표준플랫폼수술로봇의개발현황및전망모바일산업동향및분석조선산업의 e-navigation 현황및대응방안패킷-광통합전달망장비기술동향및시장전망국내모바일방송기술의해외진출현황및추진전략실감 감성형정보가전기기의현재와미래특허정보를활용한 IT기술수준조사모바일인텔리전스현황및발전방향감성 ICT산업현황및전망국가안전관리를위한홈랜드시큐리티현황및대응방안로봇 SW 플랫폼의현황과발전방향국내ㆍ외 USN용센서산업동향및활성화전략표준특허분쟁과대응방안스마트TV 현황및발전전략 IT와주력산업의융합사례차세대이동통신현황및발전방향 2009년도 IT산업원천기술수준조사방법론및결과

135 발간호발간분야이슈제목 10-9호 10-10호 10-11호 10-12호 11-1호 11-특집호 SW 차세대컴퓨팅지식정보보안 IT융합 RFID USN 기획총괄이동통신 DTV 방송 BcN 홈 정보가전 SW 차세대컴퓨팅지식정보보안기획총괄 IT분야 PD 전체기획총괄기획총괄기획총괄 가상제조기술의현황및발전방향 CPS(Cyber-Physical Systems) 기술현황및전망금융 IC카드위협, 부채널공격현황및대응방안인체기반에너지하베스팅기술현황및전망 USN과 M2M(Machine to Machine) Backcasting을활용한기술예측방법론국내융 복합모바일통신기기종합시험현황및시사점디지털라디오방송기술및정책동향서비스전달플랫폼기술현황및시장전망제로에너지하우스현황및전망동향분석및예측기술현황과발전방향매니코어시스템기술현황및전망프라이버시보호및사이버보안이슈와대책방안 2011년 IT 핵심이슈및트랜드분석 IT 기술분야별 2010년주요성과및 2011년연구계획 2011년도 IT기술진흥시행계획 2010년도 IT기술수준조사결과 2010년도 IT특허경쟁력분석결과 기획총괄 IT 융합미래기술예측조사 호 로봇 RFID USN 홈 / 정보가전 IT융합 IT분야 PD 전체 재난대응로봇의개발현황및전망 NFC 국내ㆍ외동향및발전방향 Digital Holography 기술동향및전망 X-ray 검사시스템기술현황및전망 [ 부록 ] IT분야주요이슈및타산업간융 복합필요사항

136 PD 이슈리포트발간목록 발간호발간분야이슈제목 11-4호 11-5호 11-6호 11-7호 11-8호 나노융합디스플레이반도체 LED 광차세대컴퓨팅 SW BcN 지식정보보안차세대이동통신 DTV 방송바이오의료기기생산기반플랜트엔지니어링 IT기획운영PD IT분야반도체디스플레이 LED 광나노융합 SW 표준로봇 IT 융합 RFID USN 차세대이동통신 BcN 탄소나노튜브 (CNT) 의상용화현황및시장전망 OLED 조명기술동향및전망차세대반도체공정 / 소자개발동향 LED 시스템조명기술의전망그린 IDC 기술동향과인증제추진방안빅데이터산업현황및대응방안캐리어이더넷 (Carrier Ethernet) 기술동향및시장전망지능형영상보안기술현황및전망한 중 일차세대이동통신정례표준협력회의 UHDTV 기술동향과산업전망바이오화학산업의현황과전망초음파의료기기의기술및산업동향제조업의원천, 뿌리산업의현황과발전전략플랜트안전설계기술개발현황및전망 2012년산업융합원천기술개발사업정보통신분야 R&D 기획방향차세대 TV 칩셋개발동향 3D 디스플레이기술동향및전망가시광통신 (VLC) 기술및산업전망차세대나노바이오의료융합기술의개발동향다국어자동통번역기술현황및대응방안산업융합기술분야표준화동향인간로봇상호작용 (HRI) 기술의현황과발전방향농업 IT 융합기술의동향및전망 RFID기반물류정보동기화기술및산업전망이동통신트래픽증가와주파수확보방안광대역가입자망을위한차세대 Optic 액세스및부품기술현황및전망

137 발간호발간분야이슈제목 11-9 호 호 SW 홈 정보가전로봇 DTV/ 방송바이오의료기기기획총괄플랜트엔지니어링차세대컴퓨팅 SW 지식정보보안생산기반 공개SW 기반국가 R&D 추진및글로벌 R&D 능력향상전략 WPAN기술표준화동향클라우드기반로보틱스의현황과발전방향스포츠와방송기술동향유전자치료제개발의현황및전망 X선의료영상기기기술및산업동향특허분석을통한지식정보보안분야메가트랜드해양시추시스템기술현황및전망클라우드컴퓨팅이슈및현황국가 SW R&D 품질관리적용현황및향후추진방향인터넷트래픽분석의기술동향및발전방향주요제품서비스화사업에대한성장가능성평가와시사점 12- 특집호 18 대분야 2011 년연구개발주요성과및 2012 년추진계획 12-2 호 기획총괄신산업 IT 융합시스템반도체반도체공정 장비 2011, 25대기술분야기술수준조사결과섬유패션 IT 융합기술의현황및확산발전전략 SSD(Solid-state Drive) 기술및시장동향반도체웨이퍼 450mm 대구경화동향 기획총괄 IT 미래기술예측 호 FOCUSING ISSUE 나노융합스마트카그린카디스플레이주력산업 IT 융합 지식기반서비스산업으로의발전, 플랜트 - IT 융합그래핀응용기술연구개발동향및사업화전망지능형자동차연구동향및지식경제부 R&D 지원현황그린카기술의현재와미래동북아디스플레이산업현황조선 IT 융합기술의현황과발전방향

138 PD 이슈리포트발간목록 발간호발간분야이슈제목 12-4 호 12-5 호 12-6 호 FOCUSING ISSUE 의료기기로봇조선생산기반금속재료 DTV 방송홈네트워크 정보가전 LED 광 FOCUSING ISSUE 표준기술지식서비스화학공정 BcN RFID USN 특집 FOCUSING ISSUE 산업용기계차세대이동통신시스템반도체 SW 차세대컴퓨팅지식정보보안특집 굴뚝없는황금시장, 줄기세포치료제의미래재활의료기기기술동향및전망로봇콘텐츠저작환경기술의현황과발전방향선박수중소음기술동향과산업전망자연에서얻은지혜, 자연모사기술 (Nature Inspired Technology) 의현재와미래에너지산업전망에따른 4G 금속소재개발전략디지털라디오기술동향스마트가전현황및발전방향초강력레이저기반펨토과학기술의동향과발전전망의료기기강국으로도약하는대한민국 FTA 시대의국가 R&D와표준화전략지식서비스시대의인재상과교육지식서비스석유화학산업의현황과발전방안네트워크운영체제에대한국내ㆍ외기술동향과 R&BD 성공전략유통정보공유를위한공통표준플랫폼기술동향융합기술 R&BD 활성화추진전략동반성장의시금석, 나노융합산업친환경난삭재가공기술개발동향모바일기기용무선충전기술및표준화동향모바일 CPU 기술동향및산업전망증강현실과스마트안경기술및제품동향터치기반스마트단말 UX 기술클라우드컴퓨팅보안기술동향과산업전망 2013년산업융합원천기술개발사업과제기획추진계획

139 발간호발간분야이슈제목 12-7 호 12-8 호 12-9 호 FOCUSING ISSUE 생산기반섬유의류디스플레이 LEDㆍ광신산업 IT 융합특집 1 특집 2 FOCUSING ISSUE 나노융합로봇플랜트엔지니어링스마트카그린카홈네트워크 정보가전주력산업 IT 융합특집 FOCUSING ISSUE 바이오의료기기차세대이동통신네트워크반도체공정 장비특집 시스템반도체연구개발패러다임변화해야지식경제 R&D PD가바라보는유망뿌리기술과정책제언고성능섬유소재의시장현황과발전방안터치산업기술현황및전망특수광섬유의연구동향및발전전망촉감 ( 햅틱, haptic) 기술현황과 IT로의응용전망 u-healthcare 융합기술활성화방안그간의지식경제 R&D 정책추진현황및전략우리는미디어생태계의퍼스트무버나노코리아2012를통하여본나노기술 R&D 및산업동향로봇자율주행기술의현황과발전방향비전통자원개발기술및발전전망지능형자동차주요안전시스템기술개발현황전력기반그린카표준화동향및과제가전제품접근성향상기술동향섬유IT 융합기술의현황과발전방향중국의 12.5( 十二五 ) 통신업중장기발전계획조사대형 OLED 성패가격성능에달려개량신약개발현황및전망레이저광의료기기기술및산업동향한국의 ETRI와대만의 ITRI 엔터프라이즈망과클라우드연결형가상사설클라우드 (VPC) 기술현황및전망반도체산업구조혁신을위한파운드리산업현황및현안최근 4년간 ( ) 의지식경제 R&D 추진성과

140 PD 이슈리포트발간목록 발간호발간분야이슈제목 호 FOCUSING ISSUE 지식서비스산업용기계조선금속재료화학공정섬유의류 DTV 방송 SW 차세대컴퓨팅지식정보보안 RFID USN 특집 융합기술강국이되는선결조건불확실성을고려한물류네트워크최적화를위한 Stochastic Capacity ptimization기술개발동향굴착용천공장비의기술개발동향및건설기계산업의발전방향조선산업에서의클린쉽기술현황한국금속산업의현황분석과대응전략디스플레이소재의발전동향섬유 의류산업의표준화전략클라우드방송기술동향가상데스크톱인프라기술의현황과전망클라우드컴퓨팅기술스택및산업현황사용이편리한모바일인증기술동향개방형 IoT 플랫폼기술동향국가 R&D와표준연계정책 13- 특집호 28 대분야 2012 년연구개발주요성과및 2013 년추진계획 13-2 호 FOCUSING ISSUE 그린카생산기반화학공정시스템반도체신산업 IT 융합특집 1 특집 2 지식정보보안산업에대한단상주요국가별 ( 미 일 독 ) 그린카분야 R&D 지원정책청정생산 3.0, 진화하는청정생산의미래셰일가스와화학산업의대응방안실감멀티미디어 UI/UX와고성능컴퓨팅을위한 GPU 기술및산업동향건축물의안전관리를위한 IT융합기술동향 2013년도정보통신기술진흥투자방향및추진계획전문가 - 논문 - 특허 -시장관점에서바라본 S/W, 시스템반도체분야기술수준

141 발간호발간분야이슈제목 13-3 호 FOCUSING ISSUE 바이오스마트카디스플레이반도체공정ㆍ장비주력산업 IT 융합특집 1 반도체산업견인하는스타팹리스기업더욱육성해야바이오기반작물보호제의개발현황과전망 2013 CES를통해살펴본스마트카기술개발동향 OLED 주조명신산업화전략극자외선리소그라피기술의현황조선해양산업에서의 IT융합을위한국제표준의통합데이터모델고위험 (High Risk) 에대한 R&D 투자활성화방안 특집 2 산업별산업융합원천 R&D 전략 ( ) FOCUSING ISSUE 소재부품키워야무역적자던다 호 13-5 호 로봇나노융합 DTV 방송네트워크 PD 특집 FOCUSING ISSUE 의료기기지식서비스플랜트엔지니어링조선홈네트워크 정보가전 생체신호인터페이스및재활보행로봇에의적용기술나노기업의기술혁신역량조사분석결과스마트실감미디어산업동향세이프네트워크 (Safe-Network) 기술기획단계 R&D과제경제성분석방법론및사례스마트카가달린다 PACS(Picture Archiving and Communication System) 기술및산업동향고령친화형정보서비스의현황과시사점유동안정성확보기술및발전전망북극항로개방현황및관련조선산업기술동향스마트홈미들웨어기술동향및산업융합전략 LED 광레이저산업의부활 (I. 통신용레이저 )

142 PD 이슈리포트발간목록 발간호발간분야이슈제목 13-6호 13-7호 13-8호 13-9호 FOCUSING ISSUE 산업용기계금속재료차세대컴퓨팅지식정보보안 RFID USN 특집1 특집2 FOCUSING ISSUE 섬유의류그린카차세대이동통신 SW 신산업IT융합 FOCUSING ISSUE 바이오스마트카시스템반도체산업융합특집1 특집2 FOCUSING ISSUE 나노생산기반화학공정홈 / 정보가전 인류편익을높이는컴퓨팅원심및사류펌프설계기술개발동향 3D 프린팅제조혁명에대한한국금속산업의대응전략웨어러블컴퓨터의현황과전망산업제어시스템보안기술동향과산업전망개방형시맨틱 USN 서비스플랫폼기술동향국가표준코디네이터분야 R&D 연계표준화트렌드세계 LED 시장전망분석새로운패러다임, 지식서비스 Techtextil 2013 전시회를통해본고성능 고기능성섬유기술개발동향차량용배터리기술개발및시장전망통신사별주파수할당과 LTE 주파수재분배진화형지식처리인공지능기술의동향과산업전망농식품위해인자관리를위한 IT융합기술동향창조경제, ' 서비스R&D' 가견인한다개인맞춤형암유전체연구동향및전망 교통사고제로 를위한자율주행자동차의기술개발동향자동차용시스템반도체기술및산업동향 2014년산업핵심기술개발사업과제기획추진계획농식품위해인자관리를위한 IT융합기술동향모바일기기와의료산업 :What's New, What Fits, and How Do You Decide? 창조기술새롭게디자인하자거시적관점에서본나노물질및제품의관리동향자동차경량화를위한유망뿌리기술국내세라믹원료산업동향과전망스마트홈기기표준화현황및 KAS인증제운영방안

143 발간호발간분야이슈제목 호 FOCUSING ISSUE 지식서비스로봇조선디스플레이임베디드SW 특집 1 특집 2 FOCUSING ISSUE 바이오 R&D는지속가능한성장동력인간친화형모빌리티서비스육성추진방안원격조종로봇및원격제어기술과응용분야조선기자재산업의특성및현황분석플렉서블디스플레이기술현황및전망 IFA 2013 및 IBC 2013으로본 ICT융복합동향 R&D Portfolio Management 미래의자동차주차생산장비산업은제조업의토대바이오테크니카 2013 : 의약바이오패러다임전환, 개인맞춤의료지속가능한바이오경제, 바이오화학산업 호 디자인 창조경제시대新시장창출형 R&D 혁신의핵심조건 디자인중심의미래가치예측 LED/ 광레이저산업의부활 (II. 산업용레이저 ) 의료기기 개인건강기록 (PHR) 서비스기술및산업동향 섬유의류코스메틱섬유 ( 입는화장품 ) 특집 FOCUSING ISSUE 디자인플랜트 반도체장비산업현황및발전방안 R&D와히든챔피언소비자관점의 3D 프린팅의활용해저생산플랜트산업현황및전망 호 산업용기계 메탈적층제조기술및응용제품동향 LED/ 광 LED 융합산업 ( 두바이국제건축기자재전참가기 ) 금속재료 임베디드 SW 국내외철강산업동향과향후대응전략 자동차안전지능주행전장시스템의동작신뢰성향상을위한 SW-SoC 기술동향 특집전기차및하이브리드차량의리튬이온배터리활용부상 ( 리튬을공급하는남미국가들의역할이중요해짐 ) 14- 특집호 FOCUSING ISSUE 2020 년세계시장을선도할대한민국이차전지산업 22 대분야 2013 년연구개발주요성과및 2014 년추진계획

144 PD 이슈리포트발간목록 발간호발간분야이슈제목 14-2 호 14-3 호 14-4 호 FOCUSING ISSUE 지식서비스로봇홈정보가전의료기기특집1 특집2 특집3 FOCUSING ISSUE 바이오산업융합생산기반그린카산업용기계특집 FOCUSING ISSUE 나노반도체공정장비시스템반도체플랜트특집1 철강산업의지속성장을위한 R&D전략가상훈련시스템현황과전망국방로봇기술의현황과발전방향 CES'2014, 콘텐츠와기기의만남치과의료기기의기술및산업동향중국의한국추격, 기술수준에서드러났다특허전략과접목된 R&D가답이다새로부상하는스마트펌프산업블루오션창출하는퍼스트무버로가는길바이오센서신기술소개해양플랜트통합운영및유지보수를위한 IT융합기반예지보전시스템특허관점에서바라본미래유망청정생산기술수소연료전지차기술현황및전망프리프레그 (Prepreg) 생산시스템기술동향한국형선도전략수립을위한탐색 ( I ) - 일본의선도전략벤치마킹스마트카산업, 계속손놓고있다면 광결정소재의다양한응용분야및상용화가능성실리콘광인터커넥트 (Optical Interconnect) 기술의현황모바일 CPU코어기술개발동향극한환경해양플랜트기술개발현황및전망 R&D와함께하는특허성공스토리 특집 2 Big Data 및 N-S Chain 분석을활용한기술예측조사방법론 ( 바이오분야적용사례 ) 특집 3 3D 프린팅의도약

145 발간호발간분야이슈제목 14-5 호 FOCUSING ISSUE 디자인화학공정디스플레이 소재 부품산업육성해야경제도약기술개발-디자인융합프레임워크의이해화학산업동향및선진기업들의대응전략사례스트레쳐블디스플레이기술개발동향 LED/ 광레이저산업의부활 (III. IT 컨슈머용레이저 ) 14-6 호 14-7 호 14-8 호 특집 FOCUSING ISSUE 지식서비스금속재료섬유의류조선홈 / 정보가전특집 FOCUSING ISSUE 나노의료기기시스템반도체임베디드SW 특집 FOCUSING ISSUE 바이오스마트카화학공정디스플레이반도체공정 / 장비특집1 특집2 한국형선도전략수립을위한탐색 (Ⅱ) - 새로운기회의창그린패러다임특허전쟁승리위한 R&D전략빅데이터분석의현황과발전전략국내타이타늄산업생태계현황및발전전략 JEC Europe 2014 전시회를통해본탄소섬유강화복합재료기술개발동향선박안전및해양환경보호를위한 IMO( 국제해사기구 ) 의동향무선전력전송기술동향및전망웨어러블전자기기시대가도래하다자율주행자동차는위기이자기회다 나노코리아 2014 를통해본나노융합 R&D 및산업동향최신의료기기기술및산업동향전력반도체신산업창출및육성전략에너지최적화서비스를제공하는클라우드환경기반통합빌딩자동화시스템기술한국형선도전략수립을위한탐색 (Ⅲ) - 미국주도의글로벌분업구조구축전략분석시스템반도체생태계가필요하다미래소비자중심의헬스케어의방향을제시하는웨어러블기기 교통사고 를줄이기위한의무장착, NCAP 등의글로벌안전규제동향 3D 프린팅고분자소재의현황과연구방향 SID 2014(Display Week) 를통해본디스플레이산업동향집적회로제작을위한압축모델기술동향 - 설계와공정의소통방식특허빅데이터를활용한 R&D 전략과특허분쟁바이오배터리, 미래소형전자기기휴대용전지로부상

146 PD 이슈리포트발간목록 발간호발간분야이슈제목 14-9 호 FOCUSING ISSUE 디자인로봇금속재료 바이오꽃을따려면산업생태계를살려라신상품기획을위한이종간협업아이데이션방법무인항공기의활용현황및발전방향사용후핵연료저장현황및소재기술동향 LED/ 광레이저산업의부활 (IV. 광계측 / 센서용중적외선레이저 ) 산업융합특집 FOCUSING ISSUE 지식서비스조선플랜트 웨어러블, 패션과융합하다 2015년산업핵심기술개발사업과제기획추진계획자동차기술혁신과산업간융합인지공학의응용과최근기술동향 LNG 연료추진선과벙커링기술동향연료전지하이브리드발전기술현황및전망 호 생산장비 스마트공장의국 내외현황과전망 생산기반핵심뿌리기술, 과거와현재의만남 (Part I. 금속활자와방짜유기 ) 호 섬유의류홈ㆍ정보가전특집 1 특집 2 FOCUSING ISSUE 바이오그린카산업용기계임베디드SW 의료기기 PAN계탄소섬유산업의동향과기술개발방향스마트홈무선화를위한광역 WPAN 솔루션개발동향 R&D & Business, DNA를공유하다나노제조 : 첨단제조를위한나노기술의혁신이제는가벼운 OS와가벼운 AP이다초고감도분자및세포측정용분광이미징장비전기자동차시대에대비한 R&D 전략액체식제습기술개발동향주력산업지원을위한시스템재구성기반공통활용형임베디드플랫폼기술체외진단기기 (In Vitro Diagnostics) 현황및전망

147 발간호발간분야이슈제목 호 FOCUSING ISSUE 나노스마트카로봇반도체공정 / 장비디스플레이 LED/ 광특집 밀크런 으로의료기기생태계구축하자인쇄전자용나노잉크기술동향산업부의자율주행자동차기술개발방향공연로봇기술의활용현황및발전방향 Advanced Packaging Technologies for the System Level Integration 교육용디스플레이기술개발동향 OLED 조명의시장기회창출방안원격진료 - 미래형의학및진단기술 15-1 호 FOCUSING ISSUE 産 硏융합 R&D, K 테크웃거름 23 대분야 2014 년연구개발주요성과및 2015 년추진계획 15-2 호 FOCUSING ISSUE 스마트카플랜트로봇 중소 중견기업세계로뻗어가야 2015 CES의자율주행기술동향및시사점부유식해양발전플랜트기술현황및전망농업로봇기술동향과산업전망 홈정보가전 CES 2015, Expect the Unexpected( 상상도못할신기술을기대하라 ) 15-3 호 특집 1 특집 2 FOCUSING ISSUE 산업융합바이오지식서비스그린카조선 아이디어를자산화하자스마트병원-미래병원구현기술정부 R&D의새로운도전자동차증강현실기술현황과전망 3세대 Digital PCR platform을이용한분자진단기술인간공학의현황과전망엔진열효율 60% 를위한차세대엔진연소기술개발무인선기술개발동향및산업현황

148 PD 이슈리포트발간목록 발간호발간분야이슈제목 FOCUSING ISSUE 반도체공정 / 장비 임베디드 SW 투명한연구비사용, 인식전환이우선 Monolithic 3D Integration 최신기술동향 스마트공장기술동향 의료기기스마트헬스케어기술동향과산업전망 (IoT, 빅데이터, SNS 를중심으로 ) 15-4 호 15-5 호 나노산업용기계생산장비특집 1 특집 2 FOCUSING ISSUE 시스템반도체디스플레이 LED/ 광디자인플랜트소재부품산업화학공정특집 FOCUSING ISSUE 홈ㆍ정보가전 나노융합산업통합정보시스템 ( 나노인 ) 과 NT융합분야 KC(Killer Contents) Report 재난대응관련장비의연구개발및기반구축현황워터젯을이용한탄소섬유복합소재 (CFRP) 가공기술동향사회적책임표준의동향과시사점헬스케어바이오센서의미래자율주행차연구개발집중투자를차세대스마트디바이스를위한지능형가속기의현황과발전방향디스플레이산업의표준화전략 LED 광원산업의시장현황및전망서비스디자인과제조업혁신플랜트핵심시스템산업동향분석산업엔진프로젝트와첨단뿌리기술과의연계성조사 분석일괄인쇄공정을통한 OLED 화소형성기술의필요성및현황창조경제시대창의비즈니스모델탐색웨어러블, 플랫폼화에집중하자 3D 프린터최근개발동향 지식서비스 The Internet of Things(IoT 기술개발동향 ) 15-6 호 조선금속재료섬유의류특집 중소형조선현황과생산성개선국내항공소재산업생태계현황과육성전략탄소섬유강화복합재 (CFRP) 산업의동향과기술개발방향첨단제조기술과 3D

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151 KEIT PD Issue Report 발행일 2015년 6월 발행처 한국산업기술평가관리원 (KEIT) 주소 ( 대구본원 ) 대구광역시동구첨단로 8길32( 신서동 1152번지 ) TEL ( 계룡사옥 ) 대전광역시문정로 48길 48( 단방동 647) 계룡빌딩 3층 TEL 홈페이지 이책자의저작권은한국산업기술평가관리원에있습니다. 무단전재와복제를금합니다. ISSN

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