3D 프린팅의 개요

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은별 추
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1 Full Printed 3D 모델링 3D 프린팅제품 3D Printing

2 100 년만의산업혁명 3D 프린팅 3D 프린팅이인터넷이일으킨변화보다더영향력이클것이다 년 7 월 Financial Times 3D 프린팅이제조업의총아로떠올랐다 년포브스, 니혼게이자 인더스트리 4.0 관점의산업혁명단계 2013 년세상을바꿀 10 대기술, 3D 프린팅 년 MIT

3 3D 프린팅 으로인하여, 전통적인산업구조에일대 혁신이일어날것으로예측하고있다. DEALIM I&S

5 국내외 3D 프린팅특허동향 최근주요원천기술이만료됨에따라미국, 한국등 5 년간특허출원증가 역기능 ( 지적재산권 ) 문제대두 : 불법도용, 개량특허사용, 무단사용등 출원현황 : 미국, 유럽, 일본, 중국등의순으로특허출원 특허추이 특허효력 특허분쟁사례증가 : : : 3D 프린팅시장의영역확대 ( 의료등 ) 및기업의특허리스크예방차원등으로최근 5 년간특허출원증가 FDM( ), SLS( 14.2), DMLS( 14.8) 등주요원천특허가만료됨에따라개인용 3D 프린팅시장의확대예상 최근 3 년사이시장주도권확보를위한특허소송이급증, 대부분 3D 프린팅선도기업중심으로발생

6 수요공급의변화에따른기업전략변화과정 공급곡선 수요 / 공급 품질의개념변화 초과공급량 수정수요 / 공급곡선 단순 ( 생산자위주 ) 복잡 ( 소비자위주 ) 수요곡선 Industry 4.0 with 3D Printing 생산위주제품위주판매주의마케팅주의개인화 / 맞춤형 원가절감 품질향상 Not bought but sold - 판매후생산 - 팔릴수있는것을만들어라 - 생산이전의중요 2020 시간

7 Bits Atoms 3D Printing

8 3D Printing 이란? - 가상의 3D CAD 데이터를손으로만질수있는물리적인모델로빠르게제작하는조형기술 STL 모델링하기.STL 로저장 Slicing( 슬라이싱 ) 평면화작업 G-Code 경로화작업

9 시제품화 제조업 3D 프린팅 상품의컨셉트 소량화 기하학적인복잡성 3D 프린팅 최적화 제품출시소요시간 검사 유통비용

[ 세계시장현황및전망 ] ( 단위 : 억달러 ) 연도 2013 2014 2015 2016 2017 2018 CAGR 3D 프린팅산업관련 세계시장합계 30.7 50 53 70 94 125 33% 제품관련시장 15.5 20.2 26.8 35.4 47.3 63.2 서비스시장 15.2 19.8 26.2 34.6 46.2 61.

10 [ 세계시장현황및전망 ] ( 단위 : 억달러 ) 연도 CAGR 3D 프린팅산업관련 세계시장합계 % 제품관련시장 서비스시장 AM 제품및서비스시장의성장 - (AM 제품 ) 전세계매출이 2014년에약 19억9천7백만달러 ($1.997 billion) 이며, 2013년 ($1.518 billion) 에비해 31.6% 성장 AM 제품시장은 2013년에 41.3% 증가, 2012년에는 28.8% 증가, 2011년 28.0% 증가하면서꾸준히증가 - (AM 서비스 ) 전세계매출이 2014년에약 21억 5백만달러 ($2.105 billion) 로성장했으며, 2013년 ($1.516 billion) 에비해 39.9% 증가 AM 서비스시장은 2013년 26.3% 증가, 2012년 36.4% 증가, 2011년 30.7% 증가 - 위와같이, 최근 5년동안상당한성장을경험하였으며, 사실상시장은 5년동안시장크기가 4배로성장 ( 차트 ) 전세계 AM 제품및서비스의총수입

11 3D 프린팅국내시장 13 년이후급격한성장세에있으나, 국내업체의시장점유율이 10% 불과하여, 해외기술에의존적인실정임 일부중소 / 벤처기업중심으로제품개발, 상용화초기단계진입하였으나, 시장을선점하기에는역부족 [ 국내시장현황및전망 ] ( 단위 : 억원 ) 연도 CAGR 3D 프린팅국내시장 ,160 2,260 3,160 40%

시장점유율 - (Stratasys) 2014 년에산업용 AM 시스템 6,665 개를판매이추정치는 FDM 및 PolyJet 시스템판매와 Solidscpae(Stratasys 사 ) 의기기판매도포함하며, MakerBot 사의판매는제외 - Stratasys 사의점유율은 2013 년 54.7% 에비해 2014 년 51.

12 시장점유율 - (Stratasys) 2014 년에산업용 AM 시스템 6,665 개를판매이추정치는 FDM 및 PolyJet 시스템판매와 Solidscpae(Stratasys 사 ) 의기기판매도포함하며, MakerBot 사의판매는제외 - Stratasys 사의점유율은 2013 년 54.7% 에비해 2014 년 51.9% 로다소하락하였으나, 13 년연속판매량선두를지키고있음 년에 Stratasys 사는가장큰설치기반을가진기업으로성장하였으며, 꾸준히선두를지키고있어시장에서영향력을확대하고있음 년말까지, Stratasys 사는 41,869 개산업용시스템를판매 (Object, Solidscape 의판매량포함 ) 3D Systems 사는산업고객중에서약 17,792 개의산업용시스템을가지고있으며, 두번째로큰설치기반을가지고있음 (Z Corp. 의판매량포함 ) 산업용 AM 시스템제조업체중 2014 년판매량에따른시장점유율

캐논코리아 3D 프린터 마브 전자업계대형기업들도속속 3D 프린터산업에손을뻗고있다.

구글의자회사인모토로라도모듈형 ( 조립식 ) 스마트폰개발프로젝트인 ' 아라 (Ara)' 에 3D

이는사실상 3D 프린팅에의한스마트폰이나태블릿제조가능성을시사하는것으로받아들여진다.

13 캐논코리아 3D 프린터 마브 전자업계대형기업들도속속 3D 프린터산업에손을뻗고있다. 글로벌 PC 시장의강자였던휴렛팩커드 (HP) 는내년중반에 3D 프린터시장진출을선언한상태며, 구글의자회사인모토로라도모듈형 ( 조립식 ) 스마트폰개발프로젝트인 ' 아라 (Ara)' 에 3D 시스템스의 3D 프린터와협력체제를구축하기로했다. 애플도 3D 프린팅시장에눈독을들이고있다. 최근애플은리퀴드메탈 ( 액체금속 ) 을이용한 3D 프린팅기술 5 건에대해특허를출원한것으로알려졌다. 이는사실상 3D 프린팅에의한스마트폰이나태블릿제조가능성을시사하는것으로받아들여진다. AutoDesk 의 3D 프린터 UPS 3D 프린팅서비스샵 휴렛페커드 (HP) 3D 프린터 멀티제트퓨전 반면국내를대표하는삼성전자, LG 전자등은여전히 3D 프린터와관련해논의중인사실이없다고밝혔다. 특히최근업계에서제기된삼성전자의 3D 프린터사업진출설과관련해삼성전자측은 " 사실무근이며 3D 프린팅사업과관련해진행중인사안이전혀없다 " 고전했다. 때를놓칠수도있다는지적이다. 이미전세계는제 3 의산업혁명채비를마쳤다.

14 소재의형태와파워소스에따른기술 / 방식분류표

Material Extrusion Dual Extruder 방식의 3D 프린터

15 Material Extrusion Dual Extruder 방식의 3D 프린터 Material Extrusion 기술로분류되는대표적인 3D프린터로는 FDM(;Fused Deposition Modeling) 방식이다. FFF(;Fused Filament Febrication) 라고도불리며재료는필라멘트라고부르는플라스틱와이어를사용한다. 재료는가열된압출기를통과하면서용융이되고노즐을통해흘러나온재료를출력판에적층하여필요한형상을조형하는방식으로가정에서접착용도로사용하는글루건과방식이유사하다. 직접압출방식 ( 좌 ) 과보우덴방식 ( 우 )]

빛이투광될수있는수조에액상재료를담고아래쪽에서 DLP엔진을통해조형대상물의단면영상을재료에투사함으로써필요한부분만경화시킬수있다.

16 Vat Photopolymerization DLP방식의 3D프린터 Vat Photopolymerization 기술로분류되는대표적인 3D 프린터는 DLP(;Digital Light Processing) 방식이있다. 빛에의해고체화되는액상의광경화수지를재료로하며, 경화를시키기위한 DLP엔진을내장하고있다. 빛이투광될수있는수조에액상재료를담고아래쪽에서 DLP엔진을통해조형대상물의단면영상을재료에투사함으로써필요한부분만경화시킬수있다. SLA방식의 3D프린터 Vat Photopolymerization기술을대표하는또다른방식으로 SLA (;Stereo Lithography Apperatus) 가있다. 3D 프린터가최초로발명되었을때개발된방식이기도하며 DLP와같이액상의광경화수지를사용하고빛을투사하여경화시키는것은동일하다. 다른점은 DLP엔진을사용하지않고레이저를광원으로스캔하여재료를경화시한다는점과광원의위치가상부에있다는것이다

17 Video 쌓지않고뽑아서 100 배빨라진 3D 프린트기술, 카본 3D CLIP Joseph DeSimone( 조셉데시몬 )

18 Powder Bed Fusion Powder Bed Fusion 기술은 SLS(;Selective Laser Sintering) 방식에대표적으로사용되고있다. 고체입자의파우더를재료로사용하며레벨링롤러에 의해평평하게정리된재료위에레이저광원을 선택적으로조사함으로써재료가부분적으로용융이 일어나접합되게되는방식이기때문에 선택적소결방식이라고도한다. SLS 방식역시높이 방향으로적층하는원리이기때문에 Z 축구동부와 레이저광원과레이저를조절하는스캐닝장치가 주요부를구성하고있다. 다양한소재를사용할수 있으며, 금속소재를다루는대부분의 3D 프린터가이 방식을사용하고있다. 항공기용부품제작이나의료용 보철물제작에주로사용되어지고있다. SLS 방식의 3D 프린터

멀티젯퓨전 (HP Multi Jet Fusion) ㅇ (HP) 멀티젯퓨전 (Multi Jet Fusion) 라는새로운기술발표

- 열가소성분말의얇은층위에용해제 (Fusing agent) 와세부물질 (detailing agent) 을인쇄하기위해 HP

ㅇ멀티젯퓨전 (Multi Jet Fusion) 프로세스소요시간 - 잉크젯배열은초당 3000 만입자가각영역의 25mm(1 인치 )

19 멀티젯퓨전 (HP Multi Jet Fusion) ㅇ (HP) 멀티젯퓨전 (Multi Jet Fusion) 라는새로운기술발표 (2014 년 10 월 ) - 레이저소결 (LS) 과유사하게열가소성분말로부터부품을생산하지만, 멀티젯퓨전은레이저없이부품을생산하는기술 - 열가소성분말의얇은층위에용해제 (Fusing agent) 와세부물질 (detailing agent) 을인쇄하기위해 HP 열전잉크젯배열 (Thermal inkjet arrays) 을사용 - 에너지소스는물질들이증착되어지는영역들이융해하는곳에사용 ㅇ멀티젯퓨전 (Multi Jet Fusion) 프로세스소요시간 - 잉크젯배열은초당 3000 만입자가각영역의 25mm(1 인치 ) 에증착가능 - 테스트결과, 멀티젯퓨전방식은결과물을얻기까지 3 시간소요 - 같은결과물을얻기까지 FDM 방식은 83 시간, 레이저소결 (SL) 은 38 시간필요

20 Video Direct Energy Deposition Direct Energy Deposition 기술은금속소재를사용하며부분적으로용융을하는 SLS와는달리높은에너지로완전히용융을하여전레이어또는금속모재에접합을하는방식이다. 분말소재를가스와함께일정하게주입시키고재료가접합부에닿는지점에높은에너지의레이저빔을쏴서완전히용융시켜접합을하기때문에공극이없고강도또한우수하다. 용융접합이되는동안산화를막고접합성을높이기위해차폐가스가노즐주변에서유로를형성하는데주로아르곤가스를사용한다 DED 방식의 3D 프린터

Video Hybrid Metal Systems 하이브리드금속시스템 (Hybrid Metal systems) ㅇ 2011 년하반기, Matsuura 사는주기적 CNC 밀링 (periodic CNC Milling) 과금속분말베드용융 (metal powder bed fusion) 을결합한기기로생산된금속부품을전시 ㅇ 2013 년, 하이브리드제조기술시대도래 -

2013 에서선보임 ㅇ 2014 년하이브리드금속시스템의홍수시대 - 산업용기계제조사인 Mazak, Fonon Technologies, Sodick, Hurco, Hermle 사는하이브리드 AM 금속시스템을위한계획을발표 ^ Lasertech 65 Hybrid - RPM Innovations 사및 Flexible Robotic Environment

21 Video Hybrid Metal Systems 하이브리드금속시스템 (Hybrid Metal systems) ㅇ 2011 년하반기, Matsuura 사는주기적 CNC 밀링 (periodic CNC Milling) 과금속분말베드용융 (metal powder bed fusion) 을결합한기기로생산된금속부품을전시 ㅇ 2013 년, 하이브리드제조기술시대도래 - DED(Directed enegrgy deposition) 방식을이용하여거의모든 CNC 머시닝센터를하이브리드시스템으로변환이가능한 AMBIT 도구변환가능분말증착헤드 (AMBIT toolchangeable powder deposition head) 를개발 - DMG 사모리세이키 (Mori Seiki) 곧이어 Lasertech 65 하이브리드시스템을유로몰드 2013 에서선보임 ㅇ 2014 년하이브리드금속시스템의홍수시대 - 산업용기계제조사인 Mazak, Fonon Technologies, Sodick, Hurco, Hermle 사는하이브리드 AM 금속시스템을위한계획을발표 ^ Lasertech 65 Hybrid - RPM Innovations 사및 Flexible Robotic Environment 사가새로운금속및금속하이브리드시스템을다년간발전시키며시장에출현 ㅇ정밀가공과최종제품에가까운형상 (near net shape) 금속증착의장래성은헤아릴수없지만, 여전히미검증 - 레이어간금속접합의품질, 미세구조의제어, 프로그래밍의복잡함, 공구경로 (tool path) 의최적화의잠재적문제를가짐 - 미세금속분말은잠재적마모를가속시킬수있고, 다른문제를일으킬수있는정밀기기부품의동작과불화가능성이높음 - 유동체 (fluid) 및금속칩의절단의문제및비싼분말의재사용문제

Voxel8 과함께 3D 프린터출력을위한전자설계 CAD 소프트웨어는오토데스크의 SP APK

( 현재는오토데스크 Wire 3D Electronics S/W 로 Voxel8 구매시번들로제공 )

22 Voxel8 과함께 3D 프린터출력을위한전자설계 CAD 소프트웨어는오토데스크의 SP APK 플랫폼을기반으로한 프로젝트와이어 를이용할수있다. ( 현재는오토데스크 Wire 3D Electronics S/W 로 Voxel8 구매시번들로제공 ) 와이어는기존의 CAD 로만들어진모델링데이터를읽어들인후, 여기에장착할부품과배선및회로도를배치하여전자제품을출력할수있도록설계할수있다. 또한다양한전자부품데이터가들어있는라이브러리와 3D 배선툴등기능을지원하며미리보기기능을통하여설계디자인과출력결과물이일치할지점검할수있으며수작업으로부품을끼워넣을수있도록 3D 프린터의출력을중지시킬수있다. 외형이나외관제작에서그치는것이아니라전자제품제작의전과정에걸처 3D 프린팅을이용할수있을것으로기대된다. Video Voxel8 - 새로운복합소재전자프린터 Voxel8 은전자제품을출력하는 3D 프린터로고전도성잉크를사용하여제품의내부전자회로를출력하는방식으로 LED 램프, 반도체칩과같이 3D 프린팅이용이하지않은전자부품은 3D 프린팅중에작업을중단하고부품을끼워넣은후, 다시프린팅을재개하여다양한전자제품을출력할수있다. 전자제품을출력할수있는 3D 프린터인 Voxel8 의핵심기술은하버드대학의제니퍼루이스교수의연구진이개발한고전도성잉크로기존의필라멘트와비교하여약 5,000 배높은전도성을가지고있으며내부부품을고정시키는역할뿐만아니라안테나와같은전자부품을만들때도사용가능하다.

23 Twinsumer 를찾아서 cloud Market 으로.. 생산자 Korea 소비자 Korea China Japan China Japan Sweden 유통 America Sweden 전송 America France Germany France Canada Germany Canada ~ 현재 : 생산자 소비자생산기술독점화사회원거리생산 : 상품의흐름 대량생산 Mass Production 가까운미래 : 생산자 = 소비자생산기술보편화사회자가생산 / 근거리생산 : Data 의흐름 대량맞춤 Mass Customization

24 Figure Food 기술촉발부풀려진기대의정점환멸단계계몽단계생산성안정단계 2 to 5 years 5 to 10 years More than 10 years time Time

Food 내추럴머신즈푸디니 3D 프린팅결과물 ( 사진 = 내추럴머신즈 ) 3D

25 Food 내추럴머신즈푸디니 3D 프린팅결과물 ( 사진 = 내추럴머신즈 ) 3D 시스템즈쉐프젯 3D 프린팅결과물 ( 사진 =3D 시스템즈 ) 미국코넬대학교에서제작중인음식 3D 프린터결과물 ( 사진 = 현재킥스타터업체인내추럴머신즈를비롯해다양한업체가음식 3D 프린터개발에한참이다. 여기에는 3D 시스템즈와같은 3D 프린터명가와네슬레, 허쉬등이름높은식품제조사도포함된다. 3D 프린팅리딩브랜드, 3D 시스템즈는 CES 에서음식 3D 프린터쉐프젯을발표했다. 3D 시스템즈쉐프젯은설탕을사용해디저트를만들어낸다. 네슬레는개인의영양상태에맞는음식을만드는 3D 프린터를, 허쉬는초콜릿전용 3D 프린터를개발중이다.

Animation Contour Crafting Construction 3D 프린터로 찍어낸 집에서살게될날이머지않아보인다.

건물은 6 층규모이며면적은총 1100 m2다. 바닥부터벽까지모두 3D 프린터로제작됐다.

윈선관계자는 건물바닥과벽은모두공장에서 3D 프린터로제작한후적당한크기로분리해건축예정지로가져온다 며

26 Animation Contour Crafting Construction 3D 프린터로 찍어낸 집에서살게될날이머지않아보인다. 영국일간텔레그래프는 20 일 ( 현지시간 ) 중국장쑤성쑤저구공업단지에서 3D 프린터로지어진거주용빌라가공개됐다고전했다. 건물은 6 층규모이며면적은총 1100 m2다. 바닥부터벽까지모두 3D 프린터로제작됐다. 건물을제작한건중국 3D 프린팅건축기업 윈선 이다. 윈선은 6 층빌라와함께 2 층으로이루어진호화저택도선보였다. 윈선관계자는 건물바닥과벽은모두공장에서 3D 프린터로제작한후적당한크기로분리해건축예정지로가져온다 며 현장에서벽과바닥을조립해완성된건물로만든다 고설명했다. 3D 프린터로찍어낸 6 층빌라 ( 사진 = t Contour Crafting

27 Clothing 아시아 3D 프린터전시회가 3 월 12 일상하이 ( 上海 ) 에서막을올렸다. 3D 프린터로출력한두벌의웨딩드레스가현장에전시되어사람들의이목을집중시켰다. 이런 3D 프린터웨딩드레스는나일론토너를이용해출력한것으로일반웨딩드레스와같은부드러운질감과내구성을지니고있다고한다. 한벌의웨딩드레스를출력하는데는일주일의시간이소요되며원가는 2 만위안 ( 한화약 360 만원 ) 정도로가격이좀비싼편이다.

28 Bioprinting 오가노보의 노보젠 MMX 세계최초의상용 3D 바이오프린터 신약개발에도움을줄간조직생성

3D 프린터, 레이저절삭기등을이용한직접제작까지학습 (1~2 학년 ) 구조물을만드는방법과안정감있게강화하는방법학습 (3~6 학년 ) 보다복잡한구조물, 회로및모터와같은전기장치학습

29 Education 3D Printing 교육동안보고만지며직접조작평면스케치과정에서입체스케치로의전환 3D 프린터로혁신적인수업프로젝트진행으로사고력확장 3D 프린터사용을통해창조과정을경험하고문제해결능력배양 아이디어 - 디자인 - 제작 의전과정을포함한 디자인과기술 과목도입 - 디자인과기술 은학생들이자신의아이디어를시각적으로구현하는데그치지않고 3D 프린터, 레이저절삭기등을이용한직접제작까지학습 (1~2 학년 ) 구조물을만드는방법과안정감있게강화하는방법학습 (3~6 학년 ) 보다복잡한구조물, 회로및모터와같은전기장치학습 (7~9 학년 ) 진보된디자인기술과 3D 모델링, 수학모델을학습하며, 3D 프린터를활용해실제디자인한것을제작 아이디어구현과정에서부딪히는잠재적문제들의해결능력배양 - 실물제작에서나타나는문제경험을통해보다실제적인아이디어구상

30 Figure 아트토이 아트토이는 ' 플랫폼토이 ', ' 디자이너토이 ' 라고도불리는데, 기존의장난감에아티스트나디자이너의그림을입히거나, 디자인에일부변형을입힌장난감을통틀어이르는말, 히카모토리 - 일본에서에니메이션을보면서그에관련된물건 [ 피규어, 캐릭터상품등 ] 을수집하는사람들을일컫는용어이다. 히카모토리를오타쿠와동일하다생각하는사람이많은데히카모토리는애니오타쿠를지칭하는말이고오타쿠는무언가의전문가 [ 페인 ] 을지칭하는말로서로다르다.

31 aerospace 유럽우주기구 (ESA) 가 3D 프린터로봇을이용한달기지건설구상을공개했다고 9 일 ( 현지시간 ) 영국일간인디펜던트가보도했다. 이기술이실현되면이르면 40 년후인류의달기지생활이시작될것으로보인다. ESA 는최근 3D 프린터로봇이달표면흙을채취, 기지건설재료를생산하고구조물을짓는달기지건설동영상을공개했다.

32 Dental 3D Systems ProJet 1200, ProJet D 프린터로 3D 프린팅한풀크라운 과치아모형

33 Jewelry

Orthopaedics 장애를가진아이들이 이 - 네이블링더퓨처 에서제작한 3D 프린터의수를착용한모습. 22 일외신에는 울버린의수 ( 義手 ) 를착용하고장난스럽게웃는아이의모습이소개됐습니다. 분명의수인데사람손과전혀다릅니다. 영화엑스맨시리즈의주인공울버린처럼날카로운손톱세개가그럴듯하게부착돼있거든요. 언뜻보면장난감처럼보이는이의수는 3D 프린터로제작됐습니다.

34 Orthopaedics 장애를가진아이들이 이 - 네이블링더퓨처 에서제작한 3D 프린터의수를착용한모습. 22 일외신에는 울버린의수 ( 義手 ) 를착용하고장난스럽게웃는아이의모습이소개됐습니다. 분명의수인데사람손과전혀다릅니다. 영화엑스맨시리즈의주인공울버린처럼날카로운손톱세개가그럴듯하게부착돼있거든요. 언뜻보면장난감처럼보이는이의수는 3D 프린터로제작됐습니다. 이 - 네이블링더퓨처 (E- Nabling The Future) 라는비영리단체의작품입니다. 이단체는손가락이없는아이들에게무료로의수를만들어주고있습니다. 3D 프린터로제작하자 3000 만 5000 만원이었던비용이 5 만원정도로저렴해졌거든요. 디자인도다양합니다. 알록달록한색깔은물론아이언맨의손처럼빛이나오는의수도있습니다. 재질도플라스틱부터나일론까지다양하게시험중입니다. 3D 프린터기술의특성덕분입니다. 설계도가오픈소스로공개돼가족들이둘러앉아아이의손을조립하는풍경도벌어집니다.

35 감사합니다

Art & Technology #5: 3D 프린팅 - Art World | 현대자동차

Art & Technology #5: 3D 프린팅 - Art World | 현대자동차 Art & Technology #5: 3D 프린팅 새로운 기술, 새로운 가능성 미래를 바꿔놓을 기술 이 무엇인 것 같으냐고 묻는다면 어떻게 대답해야 할까요? 답은 한 마치 한 쌍(pair)과도 같은 3D 스캐닝-프린팅 산업이 빠른 속도로 진화하고 있는 이유입니 가지는 아닐 것이나 그 대표적인 기술로 3D 스캐닝 과 3D 프린팅 을 들 수 있을 것입니 다. 카메라의