3D 프린터최신기술동향 2013. 10. 28.
I. 개요 프린터가세상을바꿀날이다가오고있다. 기존프린터와차이점이라면잉크대신 빛을이용해액체플라스틱을고체로만들고높이조절용모터가달린것뿐이다. 바 로 3 차원 (D) 프린터다. 3D 프린팅이세상곳곳을변화시킬조짐이다. 3D 프린팅기술은생활용품, 식품, 앤터 테인먼트, 가전, 의료, 기계및건축등다양한산업분야에응용되고있다. 3D 프린팅기술은고분자물질이나프라스틱및금속성가루등의소재를 3 차원설 계데이터를기반으로적층제조법 (Additive Manufacturing) 으로실물모형, 프로토타 입, 툴및부품등을형상화하는것이다. 3D 프린터유형은사용하는조형재료에따라액체 / 분말 / 고체기반형으로, 프린팅방 식에따라레이저소결 / 수지압출 / 박막 / 잉크젯적층방식등으로분류할수있다. CAD 및 ICT 기술력의발전과함께연구자, 개발자, 작업자및기업가등이모두연결 되는초연결사회가형성되면서획기적인기술혁신을일으키고있다. - 1 -
II. 3D 프린터란 3D 프린터는특정소프트웨어로제작된 3 차원설계도로실제물건을만들어출력하 는프린터를뜻한다. 기존프린터가 PC에있는문서를바탕으로그림이나글자를종이에인쇄하는것과달리, 플라스틱이나금속을녹인잉크를사용해 3차원도면을바탕으로그릇, 신발, 장난감과같은입체적인물건을만들어낸다. 마치찰흙을이용해도자기를빚는것처럼플라스틱이나금속을층층이쌓아올리는방식으로입체형물체를만든다. 이는잉크젯프린터가잉크를뿌려서인쇄하는것처럼, 가루나액체로된원료물질을아주얇은층으로반복적으로층층이쌓아올려가면서물체의입체형상을만드는방식이다. 만약유리컵이있다면유리컵의아랫부분부터윗부분으로서서히물질을쌓으며조형하는방식으로인쇄한다. 3D 프린터의물건제작은먼저원형을 3D 디자인프로그램으로컴퓨터스크린안에서만드는것부터시작한다. 견본은 1만 5000장이상의디지털층으로쪼개진다. 디지털층 1장은두께가 0.1mm이다. 그후압출기노즐을통과한녹은상태의폴리머필라멘트가가느다란층을쌓고, 노즐은그위에새로운층을쌓는다. 이렇게한층한층쌓는방식으로견본속내부구조도똑같이재현할수있다. 또한, 기존의프린터가다양한색상과잉크를사용한것처럼 3D 프린터역시다양한재료 와색상으로물체를만들전망이다. 산업통상자원부는 2013년 7월학계연구계산업계등에서 200여명이참석한가운데 '3D 프린팅산업발전전략포럼 ' 을열었다. 하지만미국유럽일본등선진국이내달리는속도를감안할때 '3차산업혁명 '( 영국이코노미스트지전망 ) 으로도불리는 3D 프린팅의새트렌드에 ' 제조강국 ' 한국이둔감한것아니냐는지적이나오고있다. 전문가들은 3D 프린터가제조업의새패러다임을주도하는핵심기술로수년내급 부상할수있는만큼그에대한대비가필요하다고입을모은다. 전체 3D 프린터시장에서미국업체비중은 40% 에육박한다. 일본이 10.2%, 독일이 9.3%, 중국이 8.6% 등을차지하고한국은 2% 수준에불과하다. 삼성전자 LG 전자현대자동차등일부대기업연구소나개발팀이 3D 프린터를활용 - 2 -
해테스트용시제품이나목업 (mock-up ㆍ제품개발단계에서필요한모형 ) 을만들고 있는것으로알려졌지만 3D 프린터에대한업계와일반인들의인식도는전반적으로 매우낮은편이다. 산업통상자원부측은 " 국내에서는스트래터시스, 3D 시스템스등고가의외산제품을 중심으로일부시장이형성돼있으며캐리마, 인스텍등소수업체가제품개발과생 산에나서는단계 " 라고설명했다. III. 3D 프린터기술동향 1. 글로벌기술개발동향 3D 프린팅기술을적용하여제조시간을단축하고, 가격경쟁력을향상시키며아울러 견고성이탁월한상용화단계의글로벌기술개발사례를간단히요약하면다음과같 다. # 미국코넬대학 최근미국코넬대학의생명의학과로런스보나사교수팀은 3D 프린팅기술을이용해사람에게이식할수있는인공귀를만드는데성공했다. 교수팀은콜라겐과살아있는연골세포가들어있는 바이오잉크 로귀구조물을쌓았다. 인공귀는고무나플라스틱이아닌, 살아있는세포로만들었기때문에몸에이식하면자랄수있다. 두달정도자라덩어리지면몸에이식할수있는상태가된다. 현재쥐실험에성공한교수팀은 5년내에임상시험에돌입할계획이다. 코넬대연구팀에서는음식재료를잉크처럼넣고요리법을입력하면음식이만들어지는 3D 음식프린터를개발한상태이다. 아직은음식출력에쓰이는원료가주사기에넣을 - 3 -
수있는가루나액체형태로제한되어있어초콜릿, 치즈같은비교적간단한음식만 만들수있는수준이지만, 앞으로케이크나바비큐와같은복잡한요리도만들어낼 수있다. # 독일브라운호퍼연구소 독일의프라운호퍼연구소는국제생명공학전시회를통해세계에서처음으로 3D 프린터로만든인공혈관을공개했다. 이혈관은프린터노즐에서플라스틱의일종인고분자물질을쌓아혈관을만든뒤전자빔을쏘아굳힌것이다. 혈관은프린터로만들었음에도불구하고우리몸의혈관과같은탄력을갖고있다. # 스트래터시스 (Stratasys) 현재세계 3D 프린터산업의선두주자로꼽히는곳은 1989년설립된미국스트래터시스다. 2011년기준으로 38% 의세계시장점유율을차지한스트래터시스는지난해이스라엘 3D 프린터업체인오브젝트의합병을추진하면서관련시장절반이상을차지하는메이저업체로영향력을키웠다. 스트라타시스는두가지방식의 3D 프린팅을지원한다. 우선, 경화성수지를미세노즐로분사해이를굳히는잉크젯방식을들수있다. 잉크젯방식 3D 프린팅은표면을매끄럽게가공할수있어정밀한조형을표현하는데알맞다. 스트라타시스가새로선보인 FDM(Fused Deposition Modeling) 기법은고체플라스틱재료를액화해압출, 3D 모델을층단위로성형하는방식이다. 이기법은강한내구성을필요로하는프로토타입제작시유용하다. # 쉐입웨이즈 (Shapeways) 미국쉐입웨이즈 (Shapeways) 는 3D 프린팅기술을적용하여반도체제조기술을상용화단계에진입시켰으며, 시제품으로배터리를제조하였다. 이처럼반도체와배터리와를제조할수있다면이들을조립하여반도체장비를제조할수도있을것으로평가받고있다. # 큐비파이 미국라스베이거스에서열린 CES 2013 에서큐비파이는 3D 프린터큐브 X 와 2 세대 큐브를공개한바있다. 이는최대 1070 인치까지인쇄가가능하고한번에 3 색을출 - 4 -
력할수있으며, 크기가작고와이파이기능이있어컴퓨터에서바로원본디자인을 다운로드받을수도있기에업계의주목을받고있는제품이다. # 쿠니코드 (Cunicode) 스페인의쿠니코드 (Cunicode) 디자인회사는아동교육용만화나그림을 3D 프린터를 이용하여피규어 (figure) 로제작하는혁신적인서비스를제공하고있으며, 카메라, 자 전거및비행기등다양한제품을제작하고있다. # 에이비 (Abee) 일본컴퓨터부품제조회사인에이비 (Abee) 는개인소비자를겨냥한 3D 프린터 ' 스쿠보 (SCOOVO)' 를 18 만 9000 엔에출시했다. 모형물을출력할때쌓이는층의두께는 0.1mm 로 30 만엔이상가격대인제품과동일한수준이라고회사측은설명했다. 또한, 영국에서는 3D 프린팅기술을적용하여티타늄으로항공기부품을제조하는방법을개발하고있다. 이는티타늄가루를레이저나전자빔으로녹여서부품을제조하고여분의티타늄가루는재활용될수있어상용화의가치가매우큰것으로평가받고있다. 한편, 3D 프린터를통해총기를제작하는사례도발생하고있다. 특히 3D 프린터로 제작된플라스틱총기는공항검색대에서도적발이어려워우려의목소리가높게나 오고있다. - 최근미국의무정부주의조직디펜드디스트리뷰티드그룹이 3D 프린터로권총을 만들어시험발사에성공했다는보도가있었다. - 영국맨체스터경찰청에따르면, 최근맨체스터시배글리지역의범죄조직거점을 수색하는과정에서 3D 프린터를이용한총기제작시설을발견했다고밝혔다. 2. 국내기술개발동향 현재 RP(Rapid Prototyping) 및 AM(Additive Manufacturing) 등 3D 프린팅기술과 관련된국내기술개발현황은미미한실정이다. - 5 -
2000 년초반에 RP 관련기술이일부개발되었으나, 시장성의한계와기반기술이성 숙되지않아개발기술이효과적으로활용되지못하고있다. 2013 년들어서겨우몇몇전문업체에서제품개발이이루어지고있다. # 신도리코 프린터및복사기제조전문업체인신도리코는세계최고 3D프린터제조업체 3D시스템스 와손잡고 3D프린터사업에본격진출을선언했다. 신제품 큐브 (cube) 는일반소비자용모델로써제품가격은 200만원안팎. 신도리코는자사홈페이지를통해 3D프린터용다양한콘텐츠를제공할예정이며본사전시장에 3D프린터무료체험관을운영하여대중화를이끌계획이다. # 하이비젼시스템 하이비젼시스템 ( 대표최두원 ) 은산업용 3D프린터개발을완료하고 10월 31일시연회를앞두고있다. 하이비젼시스템이개발한 3D프린터큐비콘 (Cubicon) 은 FDM( 고체기반 ) 방식으로연구개발과소규모 RP(Rapid Prototype) 산업용을타겟으로개발된보급형제품이다. # 크리에이터블랩스 (Creatable Labs) 크리에이터블랩스 ( 대표고산 ) 는 3 차원 (D) 프린터신제품 ' 크리에이터블원 '(Creatable One) 을 10 월 25 일전문전시회에서첫선을보였다. 우주인후보에서벤처사업가로깜 짝변신한고산씨가가격경쟁력을무기로 100 만원대제품으로개발했다. # 국가 R&D 추진사업 3D 프린팅기술관련국가 R&D 과제도일부추진되고있다. 2000 년부터꾸준히 3D 프린팅기술관련국가 R&D 과제가진행되고있다. - 주요주관기관으로는가이아쓰리디, 아이비씨쥬얼리, 프리닉스, 유일뱅킹앤시큐리티 등이있다. - 가장최근에는 3D 시스템즈코리아를주관기관으로 3D 프린팅기반디지털설계및 제조환경구축을위한융합데이터처리개발과제를 2013 년 6 월 ~ 2017 년 5 월까지 - 6 -
를일정으로진행중이다. 하이비젼시스템, 산업용 3D 프린터 큐비콘 하이비젼시스템이개발한 3D프린터큐비콘 (Cubicon) 은 FDM(Fused Deposition Modeling: 고체기반 ) 방식으로연구개발및소규모 RP(Rapid Prototype) 산업용을타겟으로개발된보급형제품이다. 330Wx230Dx230Hmm의넓은출력영역을확보했고, 출력노즐을최대 3 개까지지원한다. 사출원료는 1.75mm의 PLA와 ABS필라멘트를사용할수있으며, 원료를분사하는노즐에자동청소기능을적용하여출력시작또는컬러변경시깨끗하고선명한제품출력이가능하다. 특히최대 300 의고속히팅기능으로출력시작및진행속도를높인점이강점으로꼽힌다. 회사는 3D프린터시장의성장속도및니즈조사를통해지속적으로제품라인업을강화할방침이다. 특히귀금속, 치의료등을적용할수있는 DLP(Digital Light Processing) 프린터와산업용전문부품의생산까지가능한금속용 3D프린터를하이비젼만의고유방식으로개발할계획이다. 내년초부터본격적으로판매될예정인 3D 프린터큐비콘은동일사양의 고가의외산 3D 프린터를대체하고국내 3D 프린터시장의확대에기여할 수있을것으로기대되고있다. 회사관계자는 FDM방식은합리적인가격과다양한공급업체가형성되어있을뿐만아니라다양한컬러가개발되어있어시장성이높고, 프린터구조적으로도하이비젼의핵심사업인카메라모듈장비에적용한기술을응용할수있어개발효율을높일수있는방식 이라며 3D프린터시장이초기단계인만큼이번개발및판매는당장의성장보다는중장기적으로또하나의성장엔진확보를위한적극적인행보가될것 이라고말했다. - 7 -
IV. 향후기술전망 ICT 시장에 3 차산업혁명이라불리는 3D 프린팅기술이등장하면서전세계적으로 빠르게확산되고있다. 3D 프린터는물체를원형에가깝게만들어공유와수정이용이하며, 어디서나원하 는형태의제품을빠른시간에생산할수있다. 이러한획기적인특장점은국내제조 업계에도커다란변화를가져다줄것으로예상하고있다. 쿼츠등 IT 전문매체들에따르면 3D 프린터특허가운데핵심인레이저소결 (Laser sintering) 특허가 2014년 2월만료될예정이다. 3D 프린터업체세이프웨이즈 (Shapeways) 의디자인책임자두안스콧은이에따라 3D 프린터가격이급속히떨어지게될것으로예상했다. 이에앞서 3D 프린트기술인 FDM(Fused Deposition Modeling) 특허는 1992년등록된것으로 20년이지나특허가만료됐고, 이에따라저가의 3D 프린터가대량생산돼가정용이나취미를위한제품으로보급될수있었다. FDM 기술및 FDM이란이름의제품을갖고있는스트래터시스 (Stratasys) 는최근관련기술을갖고있는메이커봇 (Makerbot) 이라는 3D 프린터업체를인수하기도했다. 쿼츠는 FDM 특허만료로인해 FDM 프린터가격이 5년전 1만4000달러였던것이현재불과 300달러까지떨어진것을상기하면레이저소결특허만료를통해서도가격이크게떨어질수있을것으로봤다. 또한오픈소스 (open-source) 제조로옮겨갈것으로내다봤다. 중국의등장역시 3D 프린터가격이떨어지게하는데일조하고있다. 중국산업정보부는지난해 3D 프린팅기술개발을위해 10개연구센터에 2억위안 (3200만달러) 를지원키로한바있다. 이에따라중국에서덜비싼가격의 3D 프린터들이대량생산되고있다. 3D 프린팅산업은전통적인생산기술이이루지못했던영역에서새로운가능성을시사하면서제조업의가치창출을변화시켜나갈것으로예상된다. 이에장기적인관점에서차세대생산기술로서 3D 프린팅의잠재력에주목하고산업적역량을강화해나가야할것이다. - 8 -
[ 참조자료 ] 3D 프린팅표준기술및시장동향, TTA Journal Vol.149 3D 프린터, 생활을인쇄하다, TTA Journal Vol.149 3D 프린팅산업동향, 정보통신산업진흥원내년부터 3D 프린터가격크게떨어진다, 뉴스핌국내 3D프린터시장기지개, 이투데이 3D프린터돌풍거센데 제조강국한국은여전히탐색중, MBN 미리본 3D프린터산업... 옆나라일본은?, 머니투데이 3D프린팅뜨니소재시장도뜬다, 전자신문 출처. 아이씨엔 - 9 -