포럼의의 1
2 포럼진행방식 참석범위 추진방식 주제선정 강연내용 포럼진행순서 로킷유석환회장, 기계연구원김완두박사, 서울대주영창교수
3 차세대 3D 프린팅기술 문명운, KIST 미래창조과학부 2014-01-28 발표순서 3D 프린팅기술이란무엇인가? 3D 프린팅관련산업및연구동향 3D 프린팅장 / 단점및경쟁력확보방안 차세대 3D 프린팅원천기술개발제안
4 3D 프린팅기술 정의 : 3D + Printing - 3D 디지털정보를이용하여물질을층층이쌓으면서 3차원입체를만들어내는적층제조기술의일종 (Additive manufacturing) - 복잡형상, 맞춤형, 고부가가치제품제작및 NBICT 융합기술 - 1984년 Charles Hull, 3D systems에서시작, Stereolithography - 1990년대 bio 3D 프린팅시작, 2010년대금속프린팅, 개인프린팅기술 7 Hot topic: 3D Printing http://skt.innored.co.kr/happinessfactory
5 3D 프린팅기술적용분야 I ( 산업 ) 자동차 우주 / 항공 건축 나노 / 에너지 9 3D 프린팅기술적용분야 II ( 생활 ) 의료 / 복지 음식 / 패션 모형 10
6 3D 프린팅방법및응용 IDA 2013 11 3D Printing : 적층방식 Selective laser sintering (SLS) Fused deposition modeling (FDM) 파우더기반, 파우더형태원료 ( 메탈, 폴리머 ) 에레이저조사, 바인더 Stereolithography (SLA) 고체기반, 고체필라멘트, ABS, PLA, 왁스, 등 3 Dimensional Printing(3DP) 액체기반, 저전력고밀도 UV, 세밀구조 Photopolymer 파우더기반, 석회, 녹말, 설탕, 나무, 고분자바인더사용 12
7 발표순서 3D 프린팅기술이란무엇인가? 3D 프린팅관련산업및연구동향 3D 프린팅장 / 단점및경쟁력확보방안 차세대 3D 프린팅원천기술개발제안 13 미국 2013 년기조연설중 14
8 우리나라 2014 년과학기술 정보통신인신년인사회 2014.1.10, news Y 15 국가별정책 / 산업동향 미국 : 오바마의신성장동력역설, MAMII 설립, MAP 2.0 발족 유럽 : Amaze, 금속 3D 프린터로우주선, 제트기, 핵융합부품용금속가공 일본 : 경제산업성, 3D 프린팅연구회설치, 제도및법정비나서 중국 : 최대형 3D 프린터개발 한국 : 박대통령신산업발전역설, ROKIT, 캐리마등자체개발상품판매 16
9 세계 3D 프린팅시장 시장규모 활용분야별비중 현재일반프린터시장의 1/100 수준이나매년연평균 30% 이상고속성장 50% 이상이맞춤형소량고부가가치산업 [Wohlers report, 2012] 17 18
3D printing Impacts 국방 / 항공 틈새혹은작은부품 비행기날개프린팅 전쟁터에서프린팅 군용차량자가치료 자동차 설계 / 프로토타입제작 혁신자동차 복지 / 건강 정형, 치과, 이빨단순장기생체티슈나노메디슨 복잡기관프린팅 소비자 / 도매 일반제조업 RP / 설계툴 혁신적인제품출현 3D 프린터제조업실현 공급망 직접적공급, 설계공급 상업분야 3D 프린팅기술에의한창업열풍 신산업으로자본재편 Source: CSC 2013 19 3D 프린팅 R&D 현황 국내 국외 소재 시스템 소자 LG화학은미국 Stratasys 사 ( 세계 2위 ) 에플라스틱소재납품을추진중 캐리마는광조형기술을이용한산업용장비기술보유 Rokit등데스크톱 3D 프린팅기술보유 서울대에서하이브리드 나노스케일 3 차원프린팅시스템 연구진행중 포항공대에서맞춤형 3차원세포프린팅기술개발 연구를수행중 KIMM에서는바이오티슈를제작할수있는 3D 바이오프린팅시스템을개발 유럽의 EOS, ConceptLaser 등의 3D 프린터업체에서고가로독점적제공 금속 / 세라믹등의소재를개발하기위한연구활발히진행중 미국오크리지내셔널랩에서프린팅일렉트로닉스적용공정기술개발중 독일 nanoscribe는리소그래피와 DLP 방식응용나노 3D 프린팅기법개발 펜실베니아대의연구팀은설탕으로인공혈관모형및인공간제작 하버드대학대학에서는 3D 프린터로가장작은리튬이온배터리제작 20 10
11 발표순서 3D 프린팅기술이란무엇인가? 3D 프린팅관련산업및연구동향 3D 프린팅장 / 단점및경쟁력확보방안 차세대 3D 프린팅원천기술개발제안 21 3D 프린팅기술의장단점 구분장점단점 혁신성확장성생산비용 - 복잡한구조가공가능 ( 혁신적제품 ) - 제조업의위험성감소 - 맞춤형제품생산가능 - 무한한응용가능성 (open source) - 재료의절약 ( 저렴한생산비용, 에너지절약 ) - 원거리생산가능 ( 제조업의혁명 ) - 생산가능크기의제약 - 품질의한계 ( 최소선폭 : 16-400μm, 거친표면 ) - 기능성의한계 ( 프로토타입중심 ) - 응용분야의한계 ( 시장의한계 ) - 소프트웨어의미흡함 - 불법행위위험 ( 무기제작, 무단복제 ) - 한정된소재 ( 소재개발및이에따른프로세스개발필요 ) - 후처리의번거로움 ( 보급용의한계 ) - 낮은생산성 ( 낮은속도 ) 22
12 국내관련산업현황 우리나라 3D 프린팅현황 : - 일부회사에서데스크톱 3D 프린터기술개발중 - 기초기술이매우취학한실정 - 소재원천기술 ( 특허 ) 개발과응용기술개발필요 강점제조업의강한경쟁력나노소재, 인쇄전자기술 ICT/ 스마트기술인프라경쟁력참신한아이디어및추진력우수연구인력 약점원천특허의부재 ( 기술후발주자 ) 취약한 3D 기초기술 ( 소재및시스템 ) 산업계와연구계의괴리주변기술 (3D 스캔너등 ) 개발요구응용분야의다변화필요 23 국가별 3D 프린팅특허보유인분포 52 16 231 2451 IDA paper, 2013, Nov 24
13 3D 프린팅기술의한계및경쟁력확보방안 기술동향제약사항 현재 미래 느린조형속도 반나절 ~ 하루소요 20cm 제품기준 3cm/hr 수분 ~ 한시간이내제작 동시에여러제품제작 ( 멀티 ) 제한적재료 주로플라스틱류중심 (ABS, 아크릴등 ) 일부메탈등가능후처리필요 다양한재료 ( 메탈, 세라믹, 바이오소재등 ) 다양한색깔및기능성 후처리없는 1 process 최대크기 / 정밀도 약 1,000cm 3 미만 0.01~0.5mm 해상도 수십 m 3 이상 반도체레밸의나노급해상도 CAD 전문가중심 일반인도사용가능한 SW 설계 / 디자인 / 기능 외형디자인에집중 복잡한내부형상 : 부품 기능화불가능 제품기능화 ( 소자화 ) 25 발표순서 3D 프린팅기술이란무엇인가? 3D 프린팅관련산업및연구동향 3D 프린팅장 / 단점및경쟁력확보방안 차세대 3D 프린팅원천기술개발제안
14 3D 프린터수익구조 3D Systems 사의 Gross Profit 12 11 (M$) Printer 126 (35%) 67 (23%) Materials 108 (30%) 71 (42%) Services 124 (35%) 94 (35%) 2012 년 : 기계 1 조 4 천억원, 재료 1 조 2 천억원, AS 1 조 4 천억원 출처 : McKinsey Report, 2013 & 홀러어소시에이츠, 2011 27 소재현황및한계 생체소재 o o Si/Bovine Tissue, Hydrogel, Silicone 등 인공간, 인공귀, 인공치아, 인공뼈, 의족등 금속소재 o o 임플란트용금속 (Ti 합금 ), 액체금속 (Ga-In 합금 ) Steel 의료용임플란트, 자동차부품, 자전거등 고분자 / 기타소재 o o ABS, PLA, PC, HDPE, UV 레진, 폐품플라스틱제활용 의료용구조체, 모형, 스마트기기케이스등 생체소재, 고융점금속소재, 기능성고분자소재의개발이요구됨 28
방식 / 소재 15 프린팅스케일현황및한계 Nano/microscale o 해상도 10 nm ~ 100 nm o 크기수 um ~ 수백 um o 나노기반, 에너지, 바이오분야 Micro/mesoscale o 해상도 8 um ~ 500 um o 크기수 mm ~ 수십 cm o 대부분의 3D 프린터응용분야 Macroscale o 크기수 m~ 수십 m o 건축, 항공, 우주산업분야특화 나노 3D 프린팅기술, 대형 3D 프린팅기술개발이요구됨 29 차세대 3D 프린팅원천기술 : 크기, 소재, 속도 ICT 응용 기존소재 기존소재 초고속 / 다차원 / 복합프린팅기술 기존소재 나노마이크로메조 / 매크로 크기스케일 30
16 차세대원천기술 (1): 나노, 소재 나노소재분야기술력 철강, 합금, 투명전극, OLED, 광섬유, 그래핀, Li-ion 배터리소재등 의기술력은세계 1 위 인쇄소자 (applications) 국가별점유율 ( 출처 : 차세대투명전극핵심특허분석, 디스플레이뱅크, 2011) ( 출처 : 특허청 DB) < 국가별기능성나노소재특허보유건수 > < 합금기술특허출원건수 > 31 차세대원천기술 (1): 나노, 소재 구조 소재개발설계및가공기술응용 ( 시스템 ) 유효면적 3D 2D 1D 그래핀 탄소나노튜브나노입자 다공성탄소 초고효율시스템 80% 20% 5% 나노마이크로메조매크로 스케일 나노물질 scale-up 기술, 3D 프린팅용스마트소재개발 32
17 차세대원천기술 (2): 공정 / 시스템 인쇄전자분야한국기술력 전체출원인수는일본 > 한국 > 미국 > 유럽국순임 05 년이후, 한국이특허출원량이 1 위로부상 33 차세대원천기술 (2): 공정 / 시스템 초고속, 다차원아키텍처링, 복합공정시스템 34
18 차세대원천기술 (3): ICT 융합휴먼기술 ICT 융합휴먼소자 인공코제작 : 포항공대조동우교수팀, 2013. 12 자기치료 / 재활 / 복구 / 자유곡면 3D 프린팅소자기술 35 차세대 3D 프린팅원천기술 인쇄전자 / 반도체기술, 나노소재, ICT 기술, 바이오기술등의탄탄한인프라바탕 스마트소재, 초고속 / 복합공정프린팅시스템및, ICT 융합휴먼소자원천기술개발 ICT 융합맞춤형제조기술 3D 프린팅원천기술 우리나라선진보유기술 36
3D 프린팅추진기구제안 산 / 학 / 연 / 정협의회통한중장기사업기획및산업화추진 장기적학술교류를목적으로 3D 프린팅학회 ( 연구회 ) 구성 3D 스캔, 소프트웨어, 프린팅등관련산업컨트롤타워역할 국제표준 (ISO) 제안을위한전문위원회구성 구성주체보유기술보완정책 산업체요소 / 응용기술기초기술및연구인력 대학연구인력 / 기초기술개별연구 / 연구비 연구소기초기술 / 종합적접근산업계요구대응 정부다양한지원정책지원타당성검토시간 37 3D 프린팅산업발전전략 3D 산업생태계구축 - 산 / 학 / 연 / 정협의체구성 원천기술확보 - 기초원천분야과제창출 - 산업계요구대응창구구축비즈니스모델발굴 - ICT/NT/ 제조기술활용 3D 프린팅원천기술개발 - 차세대 3D 프린팅위한재료, 크기, 속도극복기술개발 - 3D 프린팅주변기술개발 3D 프링팅 경쟁력확보 & 신산업창출 - 국민행복기술발굴 - 고부가가치응용발굴 - 관련주변기술발굴 38 19
창조경제견인제조플랫폼구축 - 혁신적 3D 산업생태계 - 경청해주셔서감사합니다 20