ISSUE PAPER 2014-344 산업창조화시리즈 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 조은정 이훈혜 2014. 2.

차례 제 1 장서론... 7 제2장 3D 프린팅의특성과경제적효과... 11 1. 3D 프린팅의개념... 11 2. 3D 프린팅을이용한생산과정과필요요소... 17 (1) 생산과정... 17 (2) 필요요소... 18 3. 3D 프린팅의특징... 22 (1) 강점... 22 (2) 약점... 25 (3) 응용분야... 29 (4) 혁신요소... 31 4. 경제적효과... 33 (1) 사회적잉여증가... 33 (2) 절삭공정및뿌리기술에대한보완성존재... 36 (3) 3D 프린팅생산비용부담해소및숙련인력필요성증가... 37 (4) 3D 프린팅기술경쟁확산... 38 제3장 3D 프린팅산업의현황과전망... 40 1. 해외... 40 (1) 3D 프린팅산업현황과전망... 40 (2) 제조업의 3D 프린팅활용사례... 48 2. 국내... 53 (1) 3D 프린팅산업현황... 53

(2) 시사점... 56 제4장창조산업화를위한과제... 58 1. 창조산업화를위한기본방향... 58 (1) 주요국의관련정책... 58 (2) 우리나라의정책기본방향제언... 61 2. 창조산업화를위한세부과제... 63 참고문헌... 68

표차례 < 표 2-1> 주요 3D 프린팅기술및기술보유업체... 14 < 표 2-2> 뿌리기술과 3D 프린팅간의보완성... 37 < 표 3-1> 해외주요 3D 프린팅업체... 45 < 표 3-2> 3D 프린팅업계 M&A 현황... 47 < 표 3-3> 제조업의 3D 프린팅활용사례... 52 < 표 3-4> 3D 프린팅관련미국공개특허보유기업... 55 < 표 3-5> 국내주요 3D 프린팅업체... 56 < 표 4-1> 주요국의 3D 프린팅육성정책현황... 60

그림차례 < 그림 1-1> 최근 3D 프린팅확산배경... 9 < 그림 2-1> 벌집구조제조과정비교... 16 < 그림 2-2> 3D 프린터에대한일본제조기업의관심동향... 17 < 그림 2-3> 물리적 3D 스캐너... 19 < 그림 2-4> 3D 디자인파일... 20 < 그림 2-5> 3D 프린팅을이용한생산과정과필요요소... 21 < 그림 2-6> 치아임플란트제조과정비교... 23 < 그림 2-7> 부품제조비교... 24 < 그림 2-8> 기존제조업공정과 3D 기술활용공정의비교... 25 < 그림 2-9> 건축 3D 프린팅개념도... 26 < 그림 2-10> 3D 프린팅응용분야... 30 < 그림 2-11> 3D 프린터를활용한주문생산시대... 32 < 그림 3-1> 세계 3D 프린팅시장현황과전망 (2011~2021)... 41 < 그림 3-2> 주요국 3D 프린터시장점유율 (2012년누적설치수기준 )... 42 < 그림 3-3> 10만달러미만 3D 프린터시장현황과전망 (2012~2014)... 43 < 그림 3-4> 미국 3D 프린팅업체매출현황과전망... 43 < 그림 3-5> 분야별세계 3D 프린팅 (AM) 시장현황과전망... 44 < 그림 3-6> 3D 프린팅관련미국공개특허보유국및기관... 54 < 그림 4-1> 3D 프린터로제작한커피용설탕... 62

제 1 장 서론 연구의필요성 3D 프린팅 (3D printing) 은 3차산업혁명에서요구하는에너지절약과네트워크활용의이념을수행할수있는첨삭가공 (Additive Manufacturing, 이하 AM) 1) 기술 - 3D 프린팅은각종소재 ( 플라스틱, 금속, 생체소재등 ) 를사용하여디자인아이디어를단기간에 3차원실물로구현할수있는기술과기기를포함하는개념 2) - 첨삭가공은절삭가공 (Subtractive Manufacturing, 이하 SM) 의일부를대체하거나보완하면서공정혁신을일으키고제조업혁명 1) 플라스틱, 금속등의재료를층층이쌓아 3 차원으로구현하는공정. 2) 본보고서에서말하는 3D 프린팅은 소재와 3D 프린터를이용하여 3 차원인쇄 ( 이하 3D 프린트 ) 를하는전과정 을말하며, 3D 프린팅산업은 3D 프린터생산과 3D 프린팅및대행서비스와관련소재전체를포괄하는개념임.

8 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 의기폭제로작용할가능성존재 최초의 3D 프린팅아이디어는 Charles W. Hull( 현 3D Systems CTO) 이 1986년광조형 (Stereolithography, 이하 SLA) 3) 방식으로취득한미국특허 (4575330) 를기반으로상용화 - 최초로특허가등록된미국을중심으로, 분말형 (Selective laser sintering, 이하 SLS) 4), 압출형 (Fused deposition modeling, 이하 FDM) 5) 등의원천기술을업체별로보유 활용중 2012년플라스틱압출형방식의특허기간 6) 이만료되면서가장활용이쉬운기술이개방 메이커스플레이스 (Makers Place) 7) 와네트워크가결합하면서 3D 프린팅활용의개인화, 저가화, 대중화진행중 - 2014년 6월경에는분말형 (SLS) 제조방식의특허가만료될예정이라개인이활용할수있는기술의범위가더욱확대될전망 3) 통속에담긴액상소재를빛에노출시켜원하는형태로굳히는방식. 4) 분말로된재료를레이저를쏘아소결시켜 3 차원으로제작하는방식. 5) 가열된노즐을통해필라멘트형태의재료가압출되어나오면서층층이쌓아제작하는방식 6) Scott Crump(Stratasys 社공동설립자 ) 가 1989 년미국특허 (5121329) 를통해물체를겹치는증착방식을통한 3 차원제조기기의특허를출원하였으며, FDM 이라는제조법명칭은 Syratasys 社의고유상표로 1991 년 11 월미국의상표등록을출원 (1663961) 함. 3D 프린터의오픈소스프로젝트인 RepRap 에서는법적인분쟁을회피하기위해비슷한원천기술에대해 FFF(Fused Filament Fabrication) 라고칭하면서 2007~2008 년경부터프린터의자가제조에활용해왔음. 7) 메이커스플레이스 (Makers Place) 는해커스페이스 (Hacker Space) 라고도하며, 개인이능동적으로제품을생산하는데필요한아이디어및생산장비 (CNC 머신, 레이저커터, 3D 프린터, 3D 스캐너등 ) 의공유의장을말함 (Steven Kurutz, The Rise of the Hacker Space : One Big Workbench, The New York Times, 2013.3.1.).

제 1 장서론 9 < 그림 1-1> 최근 3D 프린팅확산배경 Tech (3D Printing; FDM) Place (Makers place) 3D printing 의 개인화 저가화 대중화 Network (Online Community) 자료 : 산업연구원 (2013). 이러한 3D 프린팅확산기조속에서미국정부도금융과재정위기 (2008, 2010) 이후제조업의중요성을재인식하고미국내제조업부활을위한투자실시중 - 2012년 7월미국정부는 선진제조업 (Advanced Manufacturing) 육성에관한이니셔티브를발안하였으며, 제조업혁신역량강화의일환으로 3D 프린팅을주목 - 2012년부터 15개제조혁신센터와네트워크 (National Network for Manufacturing Innovation, NNMI) 구축을위해 10억달러를투자하는등본격적인첨삭제조 (AM) 투자시작 - 2013년오바마대통령이연두국정연설에서 3D 프린팅을 거의모든것을제조하는방법의혁신 으로언급하면서전세계적인이슈로부상

10 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 3D 프린팅을통한제조업패러다임변화는규모의경제, 저임노동비우위와같은전통적인제조업경쟁력요인에영향을미칠것으로예상 - 따라서 3D 프린팅이제조업에가져올영향을해당산업과연관산업측면에서분석하고, 향후국내수요및공급활성화에대한모색필요 연구목적 본연구는 3D 프린팅의특징, 생산과정과필요요소에관한분석을바탕으로제조업에미칠경제적효과를살펴보고, 국내외시장현황과제조업활용사례연구를통해 3D 프린팅산업과연관분야의창조산업화방안을모색하고자함. - 3D 프린팅기술의활용에필요한요소와도입제약요인을분석하여타산업과 3D 프린팅의융합을통한창조경제실현정책도출

제 2 장 3D 프린팅의특성과경제적효과 1. 3D 프린팅의개념 3D 프린팅의정의와 3D 프린터 3D 프린팅은 3차원을기준으로디자인된설계도를 3D 프린터에전송하여플라스틱, 금속, 세라믹, 세포등의각종소재를층층이쌓아제조하는생산방식 을말하며, 이러한제조법을첨삭가공 (AM) 으로명명 소재를출력하는방식에따라크게압출형, 분말형, 층층형, 광조형으로구분 - 현재전세계적으로플라스틱필라멘트를녹여압출 8) 하는방식의 FDM(Fused deposition modeling), 분말로된소재를레이저 8) 재료를녹여틀이나좁은구멍으로밀어뽑아내는것.

12 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 로소결 9) 하는방식의 SLS(Selective laser sintering), 빛으로소재를굳히는방식의 SLA(Stereolithography) 등이널리사용중 해당기술을보유한업체 (3D systems, Stratasys 등 ) 를중심으로산업용시제품제조를위한 B2B거래형태의산업용 3D 프린터시장활성화 - 각기술별특허에따른기술사용제한으로인해지금까지는산업용시제품제조를위한기기거래 (B2B) 를중심으로시장이형성되었으며, 산업용 3D 프린터는차지하는공간이크고가격이비싼편 2012년 FDM 원천기술의특허가만료되면서해당기술을적용한데스크톱크기의개인용 3D 프린터가저렴한가격으로판매되고, 메이커스플레이스 (Makers Place) 와네트워크가결합하면서대중화가속 * 예 : MakerBot 社의 Thing-o-matic, 3D systems 社의 Cube X 등 - 장비의공동사용이가능한메이커스플레이스가증가하면서 3D 프린터사용비용이낮아지고사용경험이증가 * 예 : 회원제로운영되는 Techshop 10) - 또한온라인커뮤니티를통해 3D 프린터및프린팅제품생산을 9) 분말형상의재료를압축하여가열하였을때분말이녹으면서고형으로굳는것. 10) 테크숍 (Techshop) 은 2006 년캘리포니아州에 1 호점을개설한회원제메이커스플레이스로, 1 개월에 175 달러를지불하고생산장비 (CNC 머신, 레이저커터, 3D 프린터, 3D 스캐너등 ) 를이용할수있으며 2013 년현재 8 호점까지개설 ( ゼットロセンサー (2013), 대덕특구에美, 테크숍설치, 대전연합뉴스, 2013.11.25.).

제 2 장 3D 프린팅의특성과경제적효과 13 위한설계아이디어를공유하고피드백하는과정에서개인의프린팅수요도증가 * 예 : 3D Systems 社의 Cubify 프린터제조업체외에도개인용 3D 프린터를 DIY(Do-It-Yourself, 자가제조 ) 하기위해부품설계도와개발정보를공유하는 RepRap 커뮤니티도존재 - 개인용수요가증가하면서책상이나사무공간에비치할수있을만큼 3D 프린터의크기가작아지고, 산업용에비해낮은품질의인쇄를구현하는대신에기기가격도하락하면서 B2C 거래증가 - 프린팅뿐만아니라설계도를작성하기위한 3D 스캔 디자인 설계 S/W 개발, 맞춤형 3D 디자인컨설팅, 고급 3D 프린팅대행등과같은서비스제공업체도등장 * 예 : Materialise 社, Shapeways 社, Quirky 社등 3D 프린터의기계적특성은기존공작기계와거의유사하며, 기본적으로 3개의축을가진 CNC(Computerized Numerical Control, 컴퓨터수치제어 ) 기계라고할수있음 11) - 종이에활자를인쇄하는 2 차원프린터에 Z 축을추가하고모터헤 드가이동하면서찍어낼수있다는점에서인쇄의기능을가진프 린터 (Printer) 로볼수있음. - 2 차원프린터와마찬가지로컴퓨터소프트웨어 ( 이하 S/W) 를통 11) 메이커스 (2013) 인용.

14 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 해제어할수있으며, 토너를교체하는것과마찬가지로소재의 지속적인보급과관리필요 < 표 2-1> 주요 3D 프린팅기술및기술보유업체 압출형 (Extrusion) 분말형 (Granular) 층층형 (Laminated) 3D 프린팅기술별상세세부기술명업체명 가열된노즐을통해필라멘트 ( 실 ) 형태의재료가압출되어나오면서이전의층위에재료가얹혀지는방식 플랫폼 3) 위에얹혀있는분말층에레이저가물체의단면을그리면서분말을녹여제품이형성되는방식 제품의윗부분이먼저형성되고아래로플랫폼이이동 플랫폼위에재료가한장올려지면레이저가그림을그려잘라낸후합판처럼층층이재료가합쳐지는방식 통속에있는액체를빛에노출시켜서원하는모광조형양을굳히는방식 (Light 플랫폼이조금씩아래로 polymerized) 이동하고마지막단계에서물체를제외한액체배출 Fused deposition modeling(fdm) Melted and Extruded Modeling(MEM) Direct metal laser sintering(dmls) Laser-aided direct metal tooling(dmt) Selective laser sintering(sls) Laminated object manufacturing(lom) Stereolithography (SLA) Digital light processing(dlp) 자료 : 각업체별홈페이지를참조하여산업연구원작성. 주 : 1) 업체가보유한복수기술중주력기술. 주 : 2) 직접개발한원천기술이아니라, M&A 를통해보유하게된신기술. 주 : 3) 여기서플랫폼은 3D 프린팅을위한바닥구조물을의미. 주 : 4) 음영처리된세부기술은각분야대표기술. Stratasys( 미국 ) 1) 3D systems( 미국 ) Tiertime( 중국 ) EOS( 독일 ) Morris Technologies( 미국 ) Insstek( 한국 ) 3D systems( 미국 ) 2) Mcor( 아일랜드 ) 3D systems( 미국 ) 1) Stratasys( 미국 ) 2) Carima( 한국 ) Envisiontec( 독일 )

제 2 장 3D 프린팅의특성과경제적효과 15 기존공정과의차별성 층층이쌓는첨삭가공 (AM) 은덩어리소재를늘리고다듬고깎아내는 절삭가공 (SM) 과차별적 - 절삭가공은선사시대부터 깎고다듬는 방법이진화해온것으로, 현대제조업공장에서는 CNC기계 (Computerized Numerical Control machine), 밀링머신 (Milling machine) 등에기술적용 - 절삭가공을이용하면생산품및제조기기의표준화와함께대량생산을통해생산량이증가할수록비용이줄어드는규모의경제달성가능 제조공장에서는절삭가공으로규모의경제가발생하지않는시제품 (Prototype) 제작과콘셉트디자인구현에있어 3D 프린팅첨삭가공 (AM) 이필요 - 실제절삭가공은대규모양산시에규모의경제가발생하며, 양산전시제품제작단계에서가령 100개미만을제작할경우잦은설계변경과기능시험으로재료와기기활용에비효율발생 - 따라서양산전비효율을줄이는데첨삭가공 (AM) 을활용한시제품제작이경제적 - 현재자동차및항공기부품, 전자제품등의여러제조업분야에서제품설계를최적화하기위한사전단계인 쾌속조형 (Rapid

16 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 prototype, 이하 RP) 12) 분야에활용중 금형제작, 사출, 레이저절단, 밀링등부품제작과정에필요한틀 (Mold) 형성과깎아내기공정의일부는첨삭가공을통해대체가능 - 공학적으로는효율적이나재료를깎아서만들경우재료낭비가심하고제작도어려운벌집구조 (Honeycomb structure) 부품의경우, 3D 프린팅으로쉽게제작가능 (< 그림 2-1> 참조 ) 절삭가공강국인일본에서는일반기기산업에서 3D 프린팅에높은관심을가지고동향을지켜보는중 13) < 그림 2-1> 벌집구조제조과정비교 기존벌집구조 구조적으로분리해서성형한철판또는육각기둥을용접해서구현 3D 프린팅벌집구조 3D 설계단계에서내부구조를벌집으로설계하고동시에프린트 자료 : Thomas Net News(2010) 14), Daily Mail Online(2013) 15). 12) RP 는 제품개발에필요한시제품을빠르게제작할수있도록해주는전체시스템 을구현하는기술을의미 ( 한국디자인진흥원 (2010)). 13) KOTRA(2013) 참조. 14) Kris Jommersbach, New Lightweight Honeycomb Structure Made with Victrex APTIV(TM) Film Fills Performance Gaps, While Enhancing Design Freedom and Reducing Production Costs, Thomas Net News, 2010.4.9. 15) Eddie Wrenn, Clever the 3D printing is! Yoda helps explain the latest technology innova-

제 2 장 3D 프린팅의특성과경제적효과 17 < 그림 2-2> 3D 프린터에대한일본제조기업의관심동향 (%) 화학공업 (n=142) 14.1 철강업 (n=84) 33.3 비철제품 (n=73) 금속제품 (n=443) 41.1 43.3 일반기기 (n=408) 51.7 전기기기 (n=395) 운송용기기 (n=323) 45.1 48.3 0 20 40 60 관심이있음 자료 : 일본경산성 (2012); KOTRA(2013) 에서재인용. - 주조, 금형등일부공정을대체하고상충할가능성이있어중소기 업의 3D 프린팅기술활용이낮을가능성염두 (< 그림 2-2> 참조 ) 2. 3D 프린팅을이용한생산과정과필요요소 (1) 생산과정 3D 프린팅을이용한생산과정은제품구상및설계 3D 프린트 (3차원인쇄 ) 후처리및배송의순서로이루어짐. - 제품구상및설계단계에서, 개인창업자의경우에는온라인커뮤니티를통해제품아이디어의실효성과디자인, 소재, 가격등 tion, Daily Mail Online, 2012.6.18.

18 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 의피드백을반영 * 예 : Kickstarter 16), Quirky 17), Cubify 18) 등 - 3D 프린트단계에서는제품수요자가 1) 고사양의 3D 프린터기기를보유한업체에고품질 고사양제품인쇄를의뢰하거나 ( 전문인쇄 ), 2) 완성된 3D 디자인파일을이용해개인이보유한프린터로직접인쇄 - 후처리및배송단계에서는전문인쇄의경우, 의뢰된제품의표면마감, 조립, 구동테스트등을완료하여수요자에게배송하거나방문픽업을통해전달 (2) 필요요소 각단계별로 3D 구현 S/W, 특수소재, 기기제어및표면처리기술 등의요인이필요 1) 설계필요요소 : 3D 스캐닝, 3D 디자인, 프린팅용소재 3D 프린터에제품인쇄를명령하기위한설계과정에서 3D 스캐닝, 3D 디자인, 프린팅용소재필요 (3D 스캐닝 ) 기존의레이저나카메라기술을바탕으로입체를스캔 16) 아이디어피드백및클라우드펀딩사이트. 17) 벤처창업아이디어피드백, 3D 프린팅서비스제공. 18) 3D Systems 의 CubeX 와결합된온라인커뮤니티.

제 2 장 3D 프린팅의특성과경제적효과 19 하는물리적스캐너가먼저도입되었고, 최근에는모바일기기의카메라를이용하는애플리케이션 (App) 으로진화 * 예 : Z corp. 社 Z scanner, Autodesk 社 123D Catch 등 (3D 디자인 ) 제품아이디어의콘셉트디자인구현이나 3D 스캐닝입체의프린팅을위해서는 3D 프린터의각축에정확한명령을전달할수있는 3D 절개 (Slice) 디자인이필요 - 모니터상의디자인화면을 3D 절개디자인으로바꾸기위해서는별개의 S/W가필요하며, 특정 3D 프린터의경우에는제조업체의자체파일포맷에최적화 * 예 1) 3D 디자인 S/W : Microsoft 3D Builder, Autodesk 123D 등 * 예 2) 3D 디자인파일포맷 : *.stl, *.zpr(z corp. 전용 ), *.mgx, *.amf 등 ( 소재 ) 현재 3D 프린터에사용할수있는소재는필라멘트형태의플라스틱폴리머, 플라스틱분말, 금속분말, 나무분말등이있으며, 점차세라믹, 나노소재, 생체세포, 식재료등으로소재영역확장중 < 그림 2-3> 물리적 3D 스캐너 자료 : Z corp.(2009); 한국디자인진흥원 (2010) 에서재인용.

20 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 < 그림 2-4> 3D 디자인파일 자료 : CAD STUDIO blog(2012) 19). 2) 프린팅필요요소 : 3D 프린터조작및제품후처리기술 3D 프린팅과정에서는프린터의기계적제어기술이필요하며, 프린팅완료된제품을실제사용하기위해서는후처리기술이필요 ( 제어기술 ) 아직까지는 3D 프린터를조작하기위해기계를제어하는훈련이필요하며, 실제완성품제작에바로성공하기는어려움. 20) - 따라서숙련된기기제어인력과고급형프린터를보유한업체에 19) Autodesk 123D Make - not only for 3D toys, CAD STUDIO blog, 2012.1.30., http:// budweiser.cadstudio.cz/2012/01/autodesk-123d-make-not-only-for-3d-toys.html 20) LGERI(2013) 참조.

제 2 장 3D 프린팅의특성과경제적효과 21 < 그림 2-5> 3D 프린팅을이용한생산과정과필요요소 제품구상및설계 3D 스캐닝 기존 3D 스캐닝기술분야활용 최근모바일앱과결합 3D 디자인 3D 절개디자인.stl,.zpr 등프린터별상이한포맷 디자인상시수정 소재선정 ( 현재 ) 플라스틱, 금속분말, 목분 ( 木粉 ) ( 향후 ) 나노소재, 생체세포, 식재료등 온라인공유 ( 창업시 ) 제품아이디어의온라인공유 디자인, 소재, 제품가격선정 3D 프린트 전문인쇄 첨삭가공 (additive manufacturing) 을이용한 3 차원구현 전문인쇄 : 인쇄의뢰된제품을고품질 고사양으로인쇄 ( 산업용프린터활용 ) 수요자직접인쇄 3D 디자인파일과프린트소재를업체로부터구매 수요자개인이보유한 3D 프린터를이용하여인쇄 ( 산업용에비해저렴 ) 후처리및배송 마감후배송 ( 완제품 ) 표면마감처리 ( 부품 ) 조립 구동테스트 수요자에게직접배송, 또는픽업숍운영 마감후사용 수요자직접마감, 조립, 테스트 자료 : 산업연구원 (2013). 서 3D 프린팅을대행하는서비스시장형성 ( 후처리기술 ) 3D 프린터가소재를적층하는정밀도차이에따라인쇄된제품표면에결이남아있는경우가많아실사용을위한표면의마감처리필요 - 부품을인쇄해서조립하는경우에는구동여부에관한테스트가필요하며, 디자인및기능구현에실패할시재설계 재인쇄필요

22 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 3. 3D 프린팅의특징 (1) 강점 높은디자인가변성 3D 프린팅기술을활용할경우, 디자인의반복적인수정이용이하여제품디자인에소요되는시간을단축 - 과거제품디자인에 1년가량소요되었으나, S/W 발달과쾌속조형 (RP) 등시제품제조방법이보급되면서 3개월정도로단축 규모의경제가발생하지않거나제품특성상대량생산할수없는맞춤디자인제품의생산이용이 - 의족, 보청기, 임플란트와같이재료와기본적인디자인틀 ( 인체 ) 은존재하지만개인별차이때문에 1:1 맞춤생산이필요한제품을 3D 스캔과 3D 프린트를통해쉽고빠르게맞춤제작 - 수작업대비투입되는재료와노동시간이단축되어생산비용은감소하고, 신체맞춤형제품덕분에기능과제작시간, 안정성측면에서소비자의만족도는증가 * 예 1) Materialise Dental 社 SimPlant, SurgiGuide 등 * 예 2) 서울성모병원, 포항공대 : 3D 프린트로환자맞춤형금형 (mold) 제작 실리콘호흡기 ( 비강지지대 ) 이식성공 21) 21) 유근형, 3D 프린트인공신체국내첫이식, 동아일보, 2013.11.25.

제 2 장 3D 프린팅의특성과경제적효과 23 < 그림 2-6> 치아임플란트제조과정비교 기존임플란트제조 1. 환자에게서치아본뜨기 2. 치아본에따른임플란트주문제작 : 치기공소및임플란트제조업체대행 ( 수제작 ) 3. 치아이식 환자피드백 4. 재검을통한이식확인 필요한경우재제작 3D 스캐닝임플란트제조 1. 치아 3D 스캔 2. 턱및두개골상태에기반한치아이식가이드작성 3. 환자의피드백을통한최종수술계획작성 4. 수술가이드 (Surge Guide) 제작 : 3D 프린터이용 5. 정확한보철물이식및고난도수술성공 자료 : 강남세브란스치과병원임플란트클리닉 (2013), Materialise Dental(2013). 기존공정으로생산불가능한제품의효율적인구현 공학적합리성에의해설계가복잡하고, 내부가비어있으면서기존제품과같은강도를구현하는플라스틱 금속제품의제조가능 - 기존절삭공정으로구현할수없는구조의사출금형몰드 (injection mold) 22) 와완성부품, 완제품생산 - 소재의낭비를줄이고복잡한구조를구현하면서, 강도와기능은향상되고무게는감소한제품생산가능 * 예 : GE Aviation 社는차세대항공엔진 LEAP, GE9X에 3D 프린팅한부품사용 22) 용융된재료를압출하여원하는형태로만드는사출공정에사용되는금형틀.

24 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 < 그림 2-7> GE 부품제조비교 기존 GE 엔진연료노즐 19 개연료노즐 25% 경량화 5 배효율 3D 프린팅제작엔진연료노즐 자료 : GE aviation; Digital Manufacturing report(2013) 23), ENGINEERING.com(2013) 24) 재인용. 제조업공정단축 후처리공정을거치면완제품을바로생산할수있는 3D 프린팅의특성상시험생산및신제품출시기한을단축하고관련제조비용절감 - 기존제조업공정대비시장출시에도달하는시간과부품제조인건비, 조립비, 물류비가상대적으로경감 3D 프린팅서비스업체인 Shapeways 社의경우, 2010년애플의 ipads 발매 4일후맞춤형커버를생산 25) 23) Chelsea Lang, GE Turns to Makers to Bring 3D Printing to Aerospace, Digital Manufacturing report, 2013.6.17. 24) Kyle Maxey, GE Aviation Looking to Speed Up 3D Print Times, ENGINEERING.com, 2013.3.30., http://www.engineering.com/3dprinting/3dprintingarticles/articleid/5776/ GE-Aviation-Looking-to-Speed-Up-3D-Print-Times.aspx 25) Economist(2012).

제 2 장 3D 프린팅의특성과경제적효과 25 < 그림 2-8> 기존제조업공정과 3D 기술활용공정의비교 기존제조업의공정 제품구상및생산계획수립 소재확보및 1 차가공 ( 주물가공 ) + 부품, 완제품설계 시제품생산및성능시험 3D 기술활용공정아이디어도출후제품구상반복수정후 3D 디자인설계부품및완제품생산 양산 : 소재가공및부품생산 ( 금형, 사출, 절삭가공공정 ) 디자인파일전송또는완제품배송 부품마감및완제품조립 출하 : 물류, 배송 * 수요자의피드백반영시전공정반복 - 구조적성능업그레이드 - 소재, 디자인변경요구 - 불량, 설계결함발생 자료 : 산업연구원 (2013). (2) 약점 기기에의한제작속도와제품크기 완성도제약 ( 속도 ) 소모품을시장에론칭하기위한완제품제조시간은전반적으로단축되지만, 단계별프린트가필요하기때문에개당생산에필요한속도는기존자동화생산기계에비해느림. * 예 : 가정용 FDM 제품의경우 1시간에 3cm 작업가능 ( 재료사용의비경제성 ) 단일제품을생산할때와 100개를생산할때단위당재료투입량의변화가없이고정적으로재료를소모함으로써, 대량생산으로발생하는규모의경제달성불가능

26 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 * 예 : (3D 프린팅 ) 1개생산 : 100달러 100개생산 : 1만달러 ( 단위당생산비고정 ) ( 기존대량생산 ) 1개생산 : 100달러 100개생산 : 500~600 달러 ( 단위당생산비감소 ) ( 제품크기 ) 3D 프린터헤드가움직일수있는범위에서생산품의크기가제한되며, 따라서산업용 3D 프린터에비해개인용 3D 프린터로인쇄할수있는제품크기축소 - 최근 3D 프린팅으로범퍼, 가구, 벤치, 건축물을인쇄하는프로젝트에서도완성품보다큰 3D 프린터의설치가우선 ( 제품완성도 ) 개인용제품의경우 3D 프린팅후제품의디테일이부족해바로사용할수없으며, 산업용제품역시후처리공정이필요한수준 < 그림 2-9> 건축 3D 프린팅개념도 Contour Crafting(CC) 프로젝트 연구자 : Behrokh Khoshnevis (University of Southern California) 목표 : 20 시간안에 230 m2집을건축 조건 : 사람보다큰 3D 프린터의설치, 내구성을보완할구조적프린팅설계 활용 : ( 단기 ) 개도국이나재해지역주택건설, ( 장기 ) 우주정거장, 달 / 화성기지등의건설, 세라믹소재활용 자료 : Contuor Crafting(2013).

제 2 장 3D 프린팅의특성과경제적효과 27 - 표면처리등의 후처리공정은숙련곡선이필요한기술 26) 사용가능한소재의한정으로내구성부족 현재상용화되어활용가능한소재는플라스틱, 종이, 목재와일부금속분말로제한되어있으며, 구조적으로보완하더라도강철, 세라믹과같은강성소재대비제품의내구성부족 - 소재에의한내구성제약을극복하기위해강화플라스틱, 세라믹, 탄소섬유, 티타늄, 전자복합소재의활용방안연구개발중 27) - 1회프린팅을통해전자회로까지동시에포함하여전력으로구동할수있는제품개발도활발히진행중 28) 그외에도식품프린팅을위한식품소재 ( 초콜릿, 밀가루, 버터등 ), 신체장기의바이오프린팅을위한생체소재 ( 활성세포, 조직등 ), 맞춤약제조를위한화합물, 각종소재를혼합하여복합적으로프린트할수있는복합가능소재의필요성확대전망 - 프린팅가능한소재의물성도분말, 필라멘트형태에서액상 ( 시멘트, 식품반죽등 ), 판형 ( 종이, 플라스틱, 금속 ) 등으로범위확대중 26) 메이커스 (2013) 인용. 27) 2014 년 1 월, Mark Forged 社는 SolidWorks World 2014 에서세계최초로탄소섬유, 유리섬유등을이용한적층인쇄 3D 프린터를발표 (GMA News, 2014). 28) Optomec 社는기기케이스에전도성은잉크 (silver ink) 를사용한회로를동시에인쇄하여모바일기기제조업체에제공중 (Economist, 2013).

28 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 지적재산권침해및안전성이슈 ( 지적재산권침해 ) 3D 스캐닝을통해기존에출시된제품의구조를설계도로옮겨 3D 프린트를해보는역공학을통해완제품의외부디자인뿐만아니라부품의구조와기능을파악하여물리적으로복사가능 - 색상, 두께, 각도, 조립구조등과같은세부디자인의복제가쉬워짐에따라타인의지적재산권침해가더욱용이 - 향후디자인의독창성경쟁이심화되면서지재권관련분쟁도증가할우려 29)30) - 3D 프린팅의확산과더불어지적재산권의표기방법으로 CCL (Creative Commons license) 31) 이더욱확대되면서저작자가저작물의활용조건을지정하는방식이전세계적으로확산될전망 ( 안전성 ) 1~3회가량발사가능하고실제상해를입힐수있는총기류의설계도가웹에공유되자제작이활발해지고금속탐지기로총기를검출할수없어서테러또는사고방지문제대두 29) 2013 년 8 월 3D 프린팅인쇄업체 Shapeways 社사이트를통해개인아티스트가제작한일본게임 (Final Fantasy VII) 의캐릭터피규어가개당 13~19 달러로판매되었다가, 저작권자인 Square Enix 社의이의제기로인해판매중지됨 (Nick Statt, Print chop: How copyright killed a 3D-printed Final Fantasy fad, CNET, 2013.8.16.). 30) imaterialise 의경우, 디즈니 ( 미키마우스外 ), 픽사 ( 토이스토리外 ) 등과같이저작권자가분명한제품의개인인쇄의뢰는내부논의를통해거절중 ( 산업연구원인터뷰, 2013.10.2.). 31) CCL 은자신의창작물에대하여일정한조건하에다른사람의자유로운이용을허락하는내용의자유이용라이선스 (License) 를말함. 자세한내용은 CC 라이선스코리아의이용허락조건 (http://cckorea.org/xe/?mid=ccl) 참조.

제 2 장 3D 프린팅의특성과경제적효과 29 - 실제 3D 프린팅을대행해주는 Materialise 社에서는매월 2~3회정도총기류인쇄의뢰가접수되고있으며, 법적인제재가없는상태지만내부검토후해당의뢰는거절하고있는실정 - 개인용맞춤약물을 3D 프린팅할수있을경우에는불법약물의제조가지금보다더욱용이해질수있으며, 이는비단불법복제약뿐만아니라마약제조등으로인해국민건강과안전에위험요인으로작용할가능성존재 (3) 응용분야 3D 프린팅의응용분야는기존제조업분야 ( 시제품, 목업, 콘셉트디자인등 ) 외에도바이오 의료, 생활용품등분야로확장추세 (< 그림 2-10> 참조 ) ( 일반제조 ) 전체제조업분야에서고루활용되어온시제품제조 ( 쾌속조형, RP) 외에도목업 (Mock up) 32), 콘셉트디자인제품구현과함께사출금형용몰드 (injection mold) 제조에 3D 프린팅사용중 ( 바이오 의료 ) 디자인변경이용이한 3D 프린팅의장점을극대화할수있는분야로, 환자맞춤형제품과서비스를적기에제공가능 ( 생활용품 기타 ) 구매자의주문에맞추는디자인의공예품 ( 인테 32) 최종디자인의형태를확인하기위한모형으로실제작동하지않는디자인목업 ( 휴대폰등 ) 과실제작동되는워킹목업 ( 기구설계등 ) 으로나눌수있음.

30 제조업 공정혁신의 기폭제 3D 프린팅 산업 <그림 2-10> 3D 프린팅 응용분야 일반 제조 (전체) 시제품, 목업, 사출금형몰드 (항공) 제트엔진 부품, 공조부품, 날개 등 (자동차) 엔진부품 바이오 의료 생활용품 및 기타 의지장구 : 의수/의족 의료보조기구 : 수술 가이드, 임플란트, 보청기 생체조직 : 귀, 간, 피부 공예품 : 액세서리, 인테 리어 용품 생활용품 : 구두, 컵, 펜, 안경, 옷 등 교보재 : 건축/시뮬레이션 3차원모형(디오라마) 장난감 : 인형, 조립장난감 기타 : 식품, 복제유물, 건물 등 자료 : Z corp.브로슈어(2008), 두산 인프라코어(2009), Bespoke; Bloomberg Buisiness week(2012) 재인용, Shapeways; Flickr(2012) 재인용, GE aviation(2013), 삼성서울병원(2013), Princeton Univ.(2013), Nike inc.(2013). 리어 용품 등)과 각종 생활용품, 장난감에 활발히 활용 중 - 3D 스캔 기술을 이용한 유물의 복제품 제작을 통해 고고학 연구 에 활용하는 등 소량의 주문제작이 필요한 분야에서 활용 중33) 33) 2011년 내셔널 지오그래픽이 주최하는 <투탕카멘 미라>의 뉴욕 전시를 위해 3D 프린팅을 이 용해 레플리카를 제작 전시(Materialise, 2011).

제 2 장 3D 프린팅의특성과경제적효과 31 (4) 혁신요소 공정혁신 ( 다품종주문생산시대 ) 3D 프린팅은디자인변경성이용이하고복잡한구조를구현하고, 제조단계를단축시키면서소비자의만족감을높이고제조업효율성에기여 - 그러나 3D 프린터의기기와소재의제약으로제품의내구성및완성도는낮으면서, 단위당생산시고정비용이발생하여제품의단가가대량생산제품에비해상대적으로높게책정 - 따라서현시점에서는자본재 ( 부품, 완제품 ), 소비재를막론하고맞춤형제품이필요한주문생산시장에적합한실정 제조업생태계변화 ( 기타 3D 기술과의연계성 ) 3D 프린터만으로는소비자에게바로판매가능한완제품을생산할수없으며, 3D 스캐너와디자인 S/W, 후처리가공기기 (CNC기계, 레이저커터, 표면연마기등 ) 필요 - S/W를제작하는 IT산업, 디자인응대수요에따른관련산업과의시너지효과발생가능 디자인혁신 ( 기존산업에서의응용 ) 디자인혁신에관한수요가존재하는기존산업에서의응용을통한추가적인생산효율성확보

32 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 - 공장내에서필요한맞춤공구를직접생산하거나, 재료를절감하 는형태의디자인제품생산가능 < 그림 2-11> 3D 프린터를활용한주문생산시대 자료 : Ian Whadcock(2012); Economist(2012.8.21) 에서인용.

제 2 장 3D 프린팅의특성과경제적효과 33 4. 경제적효과 (1) 사회적잉여증가 맞춤형주문생산을통한소비자잉여증가 소량의맞춤형생산에적합한 3D 프린터가확산될경우, 주문양산 (Mass Customization) 을넘어수요자의기호에적합한주문생산 (Build to Order) 시대가전개될전망 - 주문양산을통해소비자의선택다양성이늘어났다고해도개인맞춤형제품이줄수있는만큼의만족도는제공할수없는현실 - 이런상황에서 3D 프린팅이사용하는재료와제조시간은줄이고, 사용자의만족도를높일수있는맞춤형제품을생산함으로써소비자잉여가증가 - 향후 3D 프린터가각가정에보급될경우, 소비자가생산자에게디자인파일을전송하는것만으로제품거래실현가능 비효율성보완을통한생산자잉여증가 ( 제조업 ) 제조기업에 RP 속도향상, 베타테스트기간단축, 재료낭비소거는비단생산비용의감소뿐아니라시장변화대응에유리 - 특히동일아이디어라도테스트기간이짧고상용화가빠를수록

34 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 선점자의이익이증대되는스마트프로덕트 34) 구현시장에활용가능 - 설비비, 물류비의아웃소싱이가능한주문생산은제조업생산기반이없는곳에서도제품생산과소비를가능하게할것으로예상 - 아프리카, 중동과같이정치적위험이나자본의부족으로안정적인대량생산공장이들어서기힘든지역에서 3D 프린터를병렬화한제작소는비교적쉽게설립가능 * 예 ) 남아프리카공화국의 Aeroswift 프로젝트 (2011~2015) : 레이저로티타늄분말을소결하는분말형 3D 프린팅기술을이용하여 대형티타늄부품 을설계, 제작하는시스템구축 35) - 1990년대중국으로대량생산제조업공장이빠져나가면서공장부지는있으나설비의재사용이어려운미국디트로이트등지에서 3D 프린터를이용한생산및창업활동활성화 ( 대기업 ) 복잡한형상의제품을구현하고, 소량생산수요에대응하여재고관리와 RP 효율성증대 ( 중소기업 ) 굳이대량생산을하지않아도특징적인제품을소량으로생산해서시장입지확보가능 - 3D 프린터의병렬화와네트워크클라우드를이용하여마이크로 34) 스마트모바일기기와접속하여각종기능을수행하는제품 ( 예 : 스마트카드결제단말기 ). 35) Robert Grace, China aims to be global 3D printing leader by 2016, Plastics & Rubber Weekly, 2013.6.26.

제 2 장 3D 프린팅의특성과경제적효과 35 팩토리로수요대처가능 다만해당시장은대기업이진출한시장과중복되지않고이익을낼수있으며, 지속적으로발전가능 (developable) 해야만고착화를피하고확산이상쇄되는것을방지할수있음. ( 벤처기업 ) 틈새시장에서의창업을통해대량수요가발생할경우에는자동화제조공장신설과노동자의신규고용이증가할가능성존재 - 현재개인용 3D 프린터의가격이점차하락하고있어벤처창업자에게는아이디어의상용화에필요한설비비, 물류비등진입장벽상쇄효과발생중 기존창업시에는아이디어제품을판매하기위해부품수급, 수요예측과같은공급망관리가필요하며, 이에따라설비도입, 홍보비등의자본비용이발생 3D 프린팅과결합할경우, 디자인파일을업로드해서직접 3D 프린터로인쇄하거나전문적인 3D 프린팅서비스를이용하여소비자에게배송가능 ( 제작및물류의아웃소싱 ) 미국의경우, 소기업이나개인이클라우드펀딩사이트에생산전제품아이디어를공개하고, 일반인에게서투자를받아일정수요를달성하면생산하는제조방식이확산되면서정부에서도제도적으로지원중 * 2012년 4월 JOBS법 (Jumpstart Our Business Startups Act) 을발효시켜소기업이웹클라우드펀딩사이트에서일반인에게 100만달러까지투자받을수있도록허용

36 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 (2) 절삭공정및뿌리기술에대한보완성존재 기존절삭공정제조에비해소재의낭비를줄이고, 강도를향상시키며수시로디자인을변경하고생산기간까지단축되면서기존제조방식이가진비효율성을보완하고시너지효과발생가능 - 제품판매후사후관리를위해각업체에서는기한을두고각종제품별부품의수급을관리해야하는데, 향후에는해당부품의 3D 디자인파일을보유하는것으로대체가능 - 각지점의부품재고를찾고, 배송시키는대신 3D 디자인파일을다운로드해현장에서 3D 프린팅해서바로사용하는현지생산을통한재고비용절감가능 제조업생산에있어가장기반이되는주조, 금형, 소성가공등의뿌리기술은절삭가공공정과더불어 3D 프린팅기술간에일부대체성이있으나, 보완성이더욱부각 (< 표 2-2> 참조 ) - 3D 프린팅은압출과완성품의빠른생산을통해사출성형과용접부문과대체성이큰편 36) 이나, 3D 프린팅을발전시킬경우복합사출성형부문에서원천기술과상용화기술개발가능성존재 - 3D 프린팅후처리공정에서는뿌리기술전분야와보완성을가지며시너지효과도발생가능 3D 프린팅완제품은외장재로서의내구성이기존절삭공정제 36) 조수현, D 프린터혁명 뿌리산업에약될까독될까?, 대덕넷, 2013.6.20. 참조.

제 2 장 3D 프린팅의특성과경제적효과 37 < 표 2-2> 뿌리기술과 3D 프린팅간의보완성 절삭가공과뿌리기술절삭가공주조 ( 주물 ) 금형 ( 사출성형 ) 뿌리기술소성가공용접열처리표면처리자료 : 산업연구원 (2013). 3D 프린팅의보완성 복잡구조부품의경량화구현, 맞춤형치공구등을이용한보완성 일본의주물제작용 3D 프린터개발사례에서볼수있듯이자동차, 가전용주물부품제조비절감가능 3D 프린트기술자체는사출성형을대체할수있으나, 현재제조업에서는금형 (mold) 제작이현실적 3D 프린팅에반드시필요한후처리공정에서활용가능 품에비해부족하여완제품보다는부품제조가현실적 3D 프린팅으로기존공정의제조비를절감하면서동시에 3D 프린트된제품에필요한가공을더함으로써제조업전체의경쟁력향상 (3) 3D 프린팅생산비용부담해소및숙련인력필요성증가 다품종주문생산에뛰어드는사업자의안정적인성장을담보하기위해서는먼저 3D 프린터와재료가격등생산관련비용의하락이필요 - 개인이나기업이부담없이사용하면서 3D 프린팅관련기술의사용빈도가증가할수록다양한사용방법이개발되고, 3D 프린터

38 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 및관련서비스에대한수요가증대되어야국내에서도 3D 프린터생산이증가 - 특히개인용저가 3D 프린터확산을통해아이디어사업화및시제품제작시스템지원을통해벤처창업활성화가능 현재는주로고가의수입산 3D 스캐너와프린터가시장을점유하고있고, 자유로운프린팅경험공간이부족하여사용자의경험과숙련도가부족 - 2012년경기지방중소기업청에서는미국의 Techshop을모델로하는 시제품제작터 를운영하면서전문가와일반인의시제품제작경험공간을제공중 - 3D 프린터사용에필요한제어기술과후처리기술은숙련곡선을따르고있어, 해외에서도해당기술보유인력에대한수요존재 (4) 3D 프린팅기술경쟁확산 최초기술특허를보유한만큼미국에서가장많은 3D 프린팅기술을보유 각국에서는신기술뿐만아니라디자인포맷, 소재, 프린팅서비스개발에매진하면서점차 3D 프린터생산외의분야에서경쟁이심화될것으로예상 - ( 중국 ) 7년간 15억위안 (2,450만달러 ) 을투자해신기술을개발중

제 2 장 3D 프린팅의특성과경제적효과 39 이며, 이미티타늄을이용한 3D 프린팅에성공 - ( 일본 ) 2013년 5월부터산학연공동프로젝트로 초정밀입체조형시스템기술개발 프로젝트진행중 - ( 싱가포르 ) 2013년 3월부터 5년간 5억싱가포르달러 (4억 300만달러 ) 를투자하여 제조의미래 (Future of Manufacturing) 프로젝트실시중 - ( 유럽 ) Materialise 社 ( 벨기에 ) 나지금은미국으로이동한 Shapeways 社 ( 네덜란드 ) 와같이프린팅서비스기업이다수존재하며, 바이오프린팅을주도하고있는 Fraunhofer 연구소 ( 독일 ) 등디자인포맷 37) 과프린팅서비스, 소재개발에매진중 37) *.mgx 는 Materialise 社의고유디자인포맷임.

제 3 장 3D 프린팅산업의현황과전망 1. 해외 (1) 3D 프린팅산업현황과전망 해외시장현황 Wohlers Associates에따르면 2012년 3D 프린터생산과서비스를포함한 3D 프린팅시장규모를전년대비 28.6% 증가한 22억달러로추산 - 지난 25년간 38) 3D 프린팅은연평균 25.4% 의성장세를보이고있으며, 특히최근 3년간 (2010~2012) 은연평균 27.4% 로급격히성장중 2008~2011년도에는 5,000달러미만의개인용 3D 프린터가 38) 1987 년부터 2012 년까지를말함.

제 3 장 3D 프린팅산업의현황과전망 41 < 그림 3-1> 세계 3D 프린팅시장현황과전망 (2011~2021) 120 100 ( 억달러 ) 108 80 80 60 60 40 20 17 22 37 0 2011 년 2012 2015 2017 2019 2021 자료 : Wohlers Associates(2013). 취미 DIY, 공학실습용으로주로판매되면서매출이연평균 346% 씩급격히성장하다가 2012년에는전년대비 46.3% 로성장세둔화 산업용 3D 프린터와관련서비스는항공, 방산, 자동차등의제조업체시제품제작과치과, 정형외과등의료업계수술용가이드및교재용, 건축업계모형제작및대학교학습용등으로판매 - 앞으로 3D 프린팅시장은 2017년까지 60억달러, 2021년까지는 108억달러규모로성장할것으로전망 2012년현재 3D 프린터누적설치대수 (56,856대) 를기준으로본시장규모는미국, 독일, 일본, 중국, 영국순으로나타났으며 5개국이전체시장의약 70% 를차지

42 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 < 그림 3-2> 주요국 3D 프린터시장점유율 (2012 년누적설치수기준 ) 기타 20.7% 한국 2.3% 프랑스 3.2% 미국 38.0% 이탈리아 3.8% 영국 4.2% 중국 8.7% 일본 9.7% 독일 9.4% 자료 : 지식경제부 한국산업기술진흥원 (2012). Gartner에서는 2013년현재대당 10만달러 ( 약 1억 500만원 ) 미만의 3D 프린터시장의규모를 4억 1,200만달러수준으로, 2012년대비 43% 증가한것으로추정 - 2014년에는 3D 프린터판매가전년대비약 75% 가량증가할것으로전망 - 3D 프린팅관련개발과도입이활발한미국의시장규모는 2012 년현재 24억달러로추정되며, 2017년까지서비스와제조장비를포함하여연평균 14% 씩성장할것으로전망 39) Credit Suisse의경우, 2020년까지세계 3D 프린팅시장에대해 3D 프린터와같은제조장비와더불어, 소재와 A/S 서비스분야의성 39) GE capital(2013).

제 3 장 3D 프린팅산업의현황과전망 43 < 그림 3-3> 10 만달러미만 3D 프린터시장현황과전망 (2012~2014) 800 ( 백만달러 ) 600 133 400 200 288 87 325 536 0 2012 2013 2014 산업용 개인용 자료 : Gartner(2013). 주 : 2012 년은산업용과개인용의합임. < 그림 3-4> 미국 3D 프린팅업체매출현황과전망 6 ( 십억달러 ) 5 4 3 2 1 0 2012 2013 2014 2015 2016 2017 서비스 제조장비 자료 : IBIS World(2013); GE capital(2013) 에서재인용. 장이두드러질것으로전망 40) 40) Rob Wile, CREDIT SUISSE: 3D Printing Is Going To Be Way Bigger Than What The 3D Printing Companies Are Saying, Business Insider, 2013.9.17.

44 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 < 그림 3-5> 분야별세계 3D 프린팅 (AM) 시장현황과전망 12,000 ( 백만달러 ) 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0 2009 2010 2011 2012 2013E 2014E 2015E 2016E 2017E 2018E 2019E 2020E 서비스 & 부품 제조장비 소재 시스템 자료 : Credit Suisse(2013); Business Insider(2013) 에서재인용. - 특히 IDTechEx에서는 2025년까지 3D 프린팅관련소재시장이 6억 1,500만달러에이를것이라고전망 2013년현재 3D 프린팅소재중포토폴리머와열가소성플라스틱이 96% 를차지하고있으며, 금속및플라스틱분말과잉크형태는 4% 미만수준으로향후발전가능성이높을것으로예상 주요업체 2013년현재산업용및개인용 3D 프린터와 3D 프린팅서비스를제공하는주요업체는각분야별로 Stratasys 社, RepRap, Shapeways 社등이활동 주요산업용 3D 프린터제조업체는 3D 프린팅원천기술을보유한 Syratasys 社, 3D systems 社, Beijing Tiertime 社등을중심으로구성

제 3 장 3D 프린팅산업의현황과전망 45 < 표 3-1> 해외주요 3D 프린팅업체 산업용 3D 프린터 개인용 3D 프린터 3D 프린팅서비스 주요업체주요제품비고 Stratasys Objet 3D systems Beijing Tiertime Z corp. Organovo FORTUS( 최종재, 치공구생산 ) Dimension 3D Printer, MoJo( 산업용 ) uprint Personal 3D Printer( 개인용 ) 프린터용소재 ( 필라멘트外 ) Objet30 Orthodesk( 치과전용데스크톱 ) Objet EdenV 치과용 3D 프린팅재료 Projet 시리즈 ( 산업용, 개인용 ) Cube/CubeX( 개인용 ) Inspire 시리즈 ( 프린터 ) S-1 3D Scanner( 스캐너 ) 프린터용필라멘트소재 Z buider Ultra 外프린터 Z 스캐너 바이오잉크 ( 세포 ) 바이오프린터시제품공개 개인용 3D 프린터도함께생산 - Cubify( 온라인커뮤니티 ) 서비스도제공 - MIT 에서설립 RepRap 프로젝트 RepRap 시리즈 : Rostock 개인용 3D 프린터제조를위한오픈소스프로젝트 MakerBot Bits From Bytes Replicator 시리즈 Thing-O-Matic Cupcake CNC Digitizer( 스캐너 ) 3D Touch 3D Printer RapMan/RapMan pro Thingiverse 온라인커뮤니티서비스포함 PrintrBot 조립용 3D 프린터키트 - Shapeways Materialise Quirky 3D 프린팅서비스 ( 산업용, 개인용 ) 개인디자인제품오픈마켓운영 Rapid fit( 산업용 RP서비스 ) i.materilise( 개인용서비스, 디자이너용오픈마켓 ) 의료용서비스 ( 정형외과, 치과협업 ) 벤처창업아이디어공유및피드백커뮤니티서비스 3D 프린팅서비스및오픈마켓 - - - - 2013 년현재커뮤니티에약 42 만 5,000 명등록 자료 : Wohlers Associates(2013), IRS Global(2013), ゼットロセンサー (2013) 를참고하여산업연구원작성.

46 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 - 산업용 3D 프린터제조업체는 RepRap의오픈소스커뮤니티를통해개인용 3D 프린팅수요가증가하자개인용도함께생산중 - 3D Systems는개인용 3D 프린터 Cube의출시와함께 Cubify라는온라인커뮤니티서비스도제공하여사용자간설계및디자인정보의공유기능도제공 개인용 3D 프린터의경우, 프린터설계자체를공유하고소재아이디어를피드백하는 RepRap 프로젝트를통해 MakerBot 社와같은업체파생 - 오픈소스커뮤니티가있어도원천기술특허 (FDM, SLA 등 ) 로인해기간만료전까지는활용범위의한계존재 최근 3년간전체 3D 프린팅시장의규모가커지면서 3D 프린터제조업체도함께성장 - 동시에산업용과개인용으로분리된시장구조를통합하고시너지를얻기위해업계 M&A가활발히진행중 (< 표 3-2> 참조 ) - M&A는주로산업용 3D 프린터제조업체가개인용 3D 프린터및 S/W기술, 소비자연결플랫폼보유업체를인수하는형태 * 단, GE는 3D 프린팅기술의내부화를위해 3D 프린팅기술보유업체를직접인수 또한 2D 인쇄기기업체와마찬가지로자사의기기에호환되는소재카트리지 ( 필라멘트, 바이오잉크등 ) 판매시장구축

제 3 장 3D 프린팅산업의현황과전망 47 < 표 3-2> 3D 프린팅업계 M&A 현황 2013.9 Pexco 인수업체피인수업체피인수업체의주요업무 Spectrum Plastics Group 쾌속조형 (RP) 서비스 2013.9 3D Systems The Sugar Lab 3D 프린팅식용제품제조업체 2013.8 3D Systems CRDM 쾌속조형 (RP) 서비스 ( 영국 ) 2013.8 3D Systems TeamPlatform 융합디자인및프로젝트매니지먼트플랫폼 2013.7 3D Systems Phenix Systems 분말소재받침장비 / 설비제조 2013.6 Stratasys MakerBot 개인용데스크톱 3D 프린터제조선두업체 (2011 년개인용 3D 프린터시장점유율 2 위 ) 2013.5 3D Systems RPDG 수요분야특화서비스부서 2013.3 Massive Dynamics Print Forge 3D 2013.1 3D Systems COWEB 2013.1 3D Systems Geomagic 2012.11 General Electric Morris Technologies & Rapid Qualirt Mfg. 2012.10 3D Systems Rapidform 2012.10 3D Systems 2012.9 In Tech Industries The Innovative Modelmakers Vista Technologies 3D 프린터제조업체 ( 프린터및잉크카트리지 ) 3D 제품용플랫폼출판및콘텐츠호스팅 3D 디자인및사이트구축소프트웨어 고품질부품의 3D 프린팅서비스 3D 스캔을 CAD 로전환하는소프트웨어 3D 프린팅서비스 ( 네덜란드 ) 3D 프린팅및 RP 서비스제공 ( 금형, 사출성형몰드 ) 2012.7 SPEX services Cognity Ltd. 3D 프린팅및 RP 서비스제공 2012.7 3D Systems Viztu Technologies 사진 / 영상의 3D 화온라인플랫폼 2012.5 3D Systems Bespoke Innovations 개인맞춤형의족제작 ( 계속 )

48 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 인수업체피인수업체피인수업체의주요업무 2012.5 3D Systems Fresh Fiber 3D 프린팅소비재제작 2012.4 Stratasys Objet 2012.4 3D Systems Paramount Industries 폴리젯 (Polyjet) 3D 프린터제조선두업체 (2011 년산업용 3D 프린터시장점유율 2 위 ) 항공및의료용디바이스특화서비스 2012.4 3D Systems Resolutex 50-2012.4 3D Systems My Robot Nation 소비자중심의 3D 플랫폼 2011.11 3D Systems 자료 : GE Capital(2013). Z corp. & VIDAR Systems 멀티젯 (Multijet) 3D 프린터제조업체 (2011 년산업용 3D 프린터시장점유율공동 3 위 ) - 2013년현재원천기술을보유한선도자 (First Mover) 들이자사가보유한원천기술특허를이용해산업표준을확립중 이는개인용 3D 프린터및관련소재기술발전에제약요인으로작용 (2) 제조업의 3D 프린팅활용사례 특수부품생산 : 생산효율화및단종부품생산 기존절삭가공공정으로생산이어렵거나혹은생산시효율성이떨어지는특수부품과단종부품을주로생산 - 수요산업은 3D 프린팅의역량을활용할수있는소량맞춤형생산에적합한항공, 방산, 특수차량분야임.

제 3 장 3D 프린팅산업의현황과전망 49-3D 설계도와 3D 프린터, 후처리기술보유자만있으면필요한현장에서바로부품을제작할수있어, 지역에구애받지않는엔지니어의교육이가능하며업체의부품재고관리효율개선가능 포드社의경우, 사원 2,000명에게테크숍 (Techshop) 의무료이용자격을주고신규개발을장려 41) 1) 생산효율화사례 ( 보잉 ) 10개의민간항공기플랫폼에 200개부품을프린트해서사용하고있으며, F-18의경우 90개의 3D 프린팅부품을사용중 ( 록히드마틴 ) F-35에 900개부품을 3D 프린팅으로생산 ( 포드, 페라리 ) 특수차량의복잡한패널부품을기존대비 30~40% 절감된비용으로생산 (GE) 무인자동차및항공기용특수엔진의부품경량화를위해 3D 프린팅기술보유업체를인수하였으며, 2020년까지수만개부품생산이가능할것으로전망 2) 단종부품생산사례 ( 맥도널더글러스 ) 생산이중단된 MD80 제트기의플라스틱부품 을 3D 프린팅으로생산해서대체 41) ゼットロセンサー (2013).

50 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 개인용맞춤제품생산 : 휴대폰, 공구, 의료기기, 소비재 1) 휴대폰 ( 모토로라 ) IT기업인구글에인수된모토로라는안드로이드플랫폼 42) 을이미보유한상태에서, 3D Systems와함께조립형스마트폰을제작하는 Ara 프로젝트 를진행중 - 단순히소비자의기호에맞는디자인과애플리케이션선택뿐아니라, 부품기능 (GPS, 카메라, 스피커등 ) 을소비자가직접선택하여조립 ( 노키아 ) 2013년루미아 820 기기의커버케이스에대한상세디자인데이터 ( 사양, 소재, 치수등 ) 를 3D 디자인파일형태로공개 - 노키아역시현재는 Microsoft에인수된상태이며인수전에도윈도폰플랫폼의대표적인파트너였음. - 마케팅담당자인존닐란드에따르면, 앞으로는단말기생산에필요한정형데이터만을판매하고, 이에기반하여세계각지의기업들이해당지역의수요맞춤형단말 ( 방수, 태양광전지부착등 ) 을개발하도록하는아이디어가있음 을밝힘. 43) 42) IT 에서플랫폼이란해당 S/W 를구동시킬때그기반이되는 OS( 안드로이드, 윈도, ios 등 ) 를의미. 43) 노키아블로그 (2013); ゼットロセンサー (2013) 재인용.

제 3 장 3D 프린팅산업의현황과전망 51 2) 공구 (BMW) 생산공장에서노동자들의손에맞춘공구와포지션부품을직접디자인하고현장에서 3D 프린팅하여사용 - 공장에서직접프린팅한플라스틱모듈과다이 (die) 를이용하여신규시험생산라인을구축하고, 초기셋업 (Set-up) 속도향상 - 기존에는전체수리또는재구매가아니면대체하기어려웠던강철도구도 3D 프린팅을통해대체 3) 의료기기및소비재 ( 의료기기 ) 맞춤형보청기는 2011년현재 100만개이상판매되었으며, 고관절구체는약 4,000개, 치과용제품은매일 5만 ~6만개가 SLA(3D 디자인 ) 파일방식을이용한 3D 프린터로생산 * 주요업체 : 포낙社 ( 보청기 ), 짐머 / 바이오멧 / 신텍스社 ( 정형외과, 치과용임플란트 ) - 이외에도사용자맞춤형의족이생산중이며, 세포를이용한바이오프린팅제품 ( 인공혈관, 인공귀등 ) 은시제품단계 * 주요업체 : Bespoke 社 ( 의족, 3D Systems 社에인수 ), 바이오프린팅은시제품단계 ( 소비재 ) 아이패드발매 4일만에출시된아이패드케이스, 선수의발에맞춘구조적축구화바닥판과생산비용을절감한장난감생산사례등존재

52 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 < 표 3-3> 제조업의 3D 프린팅활용사례 제조유형및분야업체명제품생산사례 특수부품생산 개인용맞춤제품생산 생산효율화 단종부품제조 휴대폰휴대폰 공구및부품 의료기기 보잉 민간항공기부품 F-18 록히드마틴 F-35 900 개부품 포드, 페라리 GE 맥도널더글라스 특수차량의바디패널 무인자동차경량부품, LEAP/ GE9x 제트엔진부품 모토로라 Ara 프로젝트 노키아루미아 820 BMW 10 개의항공플랫폼에 200 개부품을프린트해서사용 콕핏, 쿨링덕 (cooling ducts) 등 90 개부품 이미조립된개별파트를통합하는복잡한패널을기존대비 30~40% 절감된비용으로생산 Morris Technologies 인수, 2020 년에는제트엔진에수만개의부품을 3D 프린터로생산할것으로전망 MD80 제트기 생산이중단된플라스틱부품을 3D 프린팅으로생산해서대체 노동자맞춤형도구, 포지션부품 3D Systems 와함께조립형휴대폰생산 커버케이스의 3D 디자인데이터 ( 사양, 소재, 치수 ) 공개 공장에서직접 3D 프린팅한플라스틱모듈과다이 (die) 를이용하여신규시험생산라인구축 대체하기어려운부서진강철도구를공장에서직접 3D 프린팅 포낙보청기 2011 년현재 100 만개이상판매 짐머, 바이오맷外 고관절구 4,000 여개생산및판매 신텍스外치과용제품 5 만 ~6 만개가매일 SLA 로프린트 Bespoke 의족 개인맞춤형디자인의족 ( 계속 )

제 3 장 3D 프린팅산업의현황과전망 53 제조유형및분야업체명제품생산사례 개인용맞춤제품생산 의료기기 소비재 프라운호퍼연구소 프린스턴대학연구소 Shapways 인공혈관, 배아줄기세포 인공귀 아이패드케이스 세포의바이오프린팅 나이키축구화 특수밑창 청각기능을삽입한개인용맞춤귀 아이패드발매 4 일만에케이스생산및판매 마텔장난감 왁스인형, 모형자동차생산 자료 : Economist(2013), McKinsey(2013), Wohlers Associates(2013), ゼットロセンサー (2013) 를참고하여산업연구원작성. * 주요업체 : Shapeways 社 ( 아이패드케이스 ), Nike 社 ( 축구화 ), 마 텔社 ( 장난감 ) 2. 국내 (1) 3D 프린팅산업현황 국내시장현황 IRS Global에따르면 2012년국내 3D 프린팅시장규모는약 300억원규모로추정되며, 판매중인프린터의 90% 가수입품으로구성 - 국내에는약 20년전부터 RP장비 라는명칭으로자동차업체등에시제품제조를위한산업용 3D 프린터가도입되었으며, 기술고등학교의학습이나대학교건축학과졸업작품제작을위해교육기관에서도구입

54 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 < 그림 3-6> 3D 프린팅관련미국공개특허보유국및기관 미국 일본 세계특허기구 중국 유럽특허기구 한국 호주 독일 영국 러시아 0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 ( 건수 ) 자료 : 영국특허청 (2013). 주 : 1980 년부터시작하여, 2012 년현재를기준으로미국에서공개된특허기준. - 최근가장활발하게 3D 프린팅수요가발생하는분야는치과와정형외과등의료분야이며, 병원수술에필요한환자맞춤형수술가이드와임플란트제조에활용중 44) 기술수준의경우, 2012년현재미국에공개된 3D 프린팅관련특허를기준으로상위 10개국 ( 기관포함 ) 중 6위수준 (< 그림 3-6> 참조 ) - 삼성전자와 LG디스플레이를중심으로특허를보유중이며, 각각미국특허를 48건, 41건씩보유중 (< 표 3-5> 참조 ) 주요업체 국내에서 3D 프린터관련원천기술을보유한업체는 캐리마 와 인 44) 산업연구원 Materialise 社인터뷰, 2013.10.2.

제 3 장 3D 프린팅산업의현황과전망 55 < 표 3-4> 3D 프린팅관련미국공개특허보유기업 순위특허보유업체공개특허수 ( 건 ) 1 Fujitsu 92 2 Stratasys 92 3 3D Systems 91 4 NEC 67 5 삼성전자 48 6 LG 디스플레이 41 7 Objet 38 8 Univ Texas System 36 자료 : 영국특허청 (2013). 주 : 1980 년부터시작하여, 2012 년현재를기준으로미국에서공개된특허기준. 스텍 으로산업용 3D 프린터와스캐너제조 - 캐리마는프린터기기의세분화와기존광학기기제조노하우를바탕으로 3D 스캐닝기술에서두각을나타내고있으며, 인스텍은금형생산분야를개척 개인용 3D 프린터는주로오픈소스에기반을두며, 커뮤니티와결합하여완제품, 키트, 설계권을거래하는시장형성 국내 S/W기업으로 3차원역설계기술을개발한아이너스기술의경우, 3D Systems 社에 390억원에인수되어해당기술이전세계적인솔루션에통합

56 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 < 표 3-5> 국내주요 3D 프린팅업체 산업용 3D 프린터 개인용 3D 프린터 3D 소프트웨어 주요업체주요제품비고 캐리마 인스텍 로킷 오픈크리에이터 윌리봇 아이너스기술 자료 : IRS Global(2013). Master, Master-Plus ( 광학적층 DLP 3D 프린터 ) D 스캐너 DMT 장비 프린터가격 4,000 만 ~6,000 만원 프린터의경우일반형, 의료용 ( 치과적합 ), 보석디자인용으로구분 일본, 호주, 벨기에, 이집트, 러시아에수출중 금속분말과레이저를이용한금형생산장비 EDISON+ 싱글, 듀오 프린터가격 200만원내외타입 ( 프린터 ) 오픈소스바탕 EAWYSKAN( 스캐너 ) 사용자편의성을높인 S/W와결합 RepRap 프로젝트에서파생 개인용 3D 프린터조 2012년중소기업청 예비기술창업자립키트육성사업 에선정되어초기금액을지원받음 BWillyBot Rapidform : 3 차원역설계및품질검사 S/W 3D 프린터제작동호회 ( 오픈소스 ) 바탕 워크숍교육을통해공유된설계자료를바탕으로개인이제조 2012 년 10 월 3D Systems 社에 3,500 만달러 (390 억원 ) 에인수됨. 현재해당기술은 3D Systems 內 Geomagic Solutions 에통합 (2) 시사점 원천기술보유와기술확산성의문제로세계시장뿐아니라국내 에서도기술표준과사용경험측면에서선도자 (First Mover) 가시 장을점유

제 3 장 3D 프린팅산업의현황과전망 57 - 기존기술의세계특허로인해현재사용중인기기시장의접근이어렵고, 미국시장특허를꾸준히보유하는등기업차원의노력은진행되고있으나국가적으로원천기술 R&D 개발지원미비 - 아이너스기술 의사례에서볼수있듯이, 세계적인기업이기술을탐낼만한 IT S/W 분야의잠재적인역량이높은편 - 따라서국내 3D 프린팅산업의성장을위해서는 3D 프린터자체의생산은장기적인원천기술개발로접근할필요가있으며, 우선적으로는 S/W 및스마트프로덕트 ( 스마트폰스캐닝 디자인앱등 ) 측면에서접근이용이할것으로판단 3D 프린터나 S/W 개발은이루어지고있으나 3D 프린팅용신소재관련개발시스템부족 - 미국은탄소섬유, 중국은티타늄, 일본은모래, 독일은생체조직등각국에서는원천기술개발과함께신소재개발부문에서도국가또는업체주도로 R&D 활발 - 국내는소재개발업체도전무하며, 산학연이협동하여 3D 프린팅신소재를개발하는 R&D 시스템도 2014년들어시작 45) 45) 김준배 이상호, 3D 프린팅활성화정책, HW( 산업부 ) SW( 미래부 ) 함께나온다, 전자신문, 2014.1.22.

제 4 장 창조산업화를위한과제 1. 창조산업화를위한기본방향 (1) 주요국의관련정책 미국을중심으로일본, 영국, 독일등선진국과중국, 싱가포르등아시아신흥국이 3D 프린팅및첨삭제조 (AM) 관련기술확보를위해투자중 - 1990년대제조업기반이중국및아시아신흥국으로이동하면서 2000년대들어영미권선진국의제조업펀더멘털약화 - 선진국은 2008년과 2010년세계금융및재정위기를경험하면서아웃소싱을통한비용의절감보다제조업기반의직접보유가국가경제회복과고용창출에필요함을재인식하고 선진제조업 (Advanced Manufacturing) 또는제조업고도화등의이름으로

제 4 장창조산업화를위한과제 59 제조기반회복방안모색 미래제조기술중두각을나타낸분야가미국과유럽이원천기술을보유하고있는첨삭제조 (AM) 기술이며, 실제로해당국가업체들의성장이가장뚜렷한추세 첨삭제조 (AM), 즉 3D 프린팅관련스타트업기업에대한지원과유치도활발 * ( 벨기에 ) Materialise 社의벤처창업지원, 대사관주최리셉션등에서벨기에왕족에의한업체홍보및거래미팅주선, 정부차원의거래주선등 * ( 미국 ) 생산부지및세제지원혜택을제공함으로써네덜란드기업인 Shapeways 社를미국으로유치 - 독일정부는경찰분야에서 3D 프린팅의실용적인활용과함께, 바이오프린팅분야에서독자성을확보하는방향으로투자 기존제조업기반을보유한일본과중국, 싱가포르는미래경쟁력확보를위해산학연프로젝트를중심으로원천기술 R&D 투자중 - 산업용 3D 프린터제조업체인 Beijing Tiertime 社의성장세에서도볼수있듯이, 중국은우주 항공기술에이용하기위한개발부터시작하여상업화수준에달할정도로성공적으로투자중이며, 혁신센터연결을통한기술확산실시중 * ( 중국 ) 단거리여객기용티타늄날개 동체부속제작, 우주비행사용맞춤형좌석제작 46) 46) Economist(2013).

60 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 < 표 4-1> 주요국의 3D 프린팅육성정책현황 미국 일본 영국 담당부처해당정책및주요내용실행기관 상무부 (DOC) 5개부처 ( 기관 ) 협동으로 선진국방부 (DOD) 제조업 (Advanced Manufacturing) 포털사이트운영에너지부 (DOE) NASA NAMII에 3,000만달러투자국립과학재단 (NSF) 경산성제조산업국 2013 년 5 월 초정밀입체조형시스템기술개발프로젝트 진행중 1 억 5,000 만엔을투자하여 < 주물양산용 3D 프린터 > 개발 ( 산학연공동프로젝트 ) 영국전체첨삭가공투자금 1조 Technology Strategy Board 4,000만달러 (TSB) TF 및부처간협동운영부재중 (2012.10 월 ) - NNMI - NAMII - DOD 제조연구소 - DOE 제조연구소 - 산업기술종합연구소 (AIST) - 시메트 (3D 프린터업체 ) - 와세다대학 - Komatsu, 닛산자동차 - 노팅엄, 셰필드대학 3D 프린터연구센터 독일 중국 싱가포르 경찰청 경찰의 3D 프린팅권총사용여부검토중 Fraunhofer 연구소 인공혈관바이오프린팅성공 과학기술부공업정부화부 싱가포르경제개발위원회 7 년간 15 억위안 (2,450 만달러 ) 투자 2013 년 3 월, Future of Manufacturing (FoM) 발표 향후 5 년간 5 억싱가포르달러 (4 억 300 만달러 ) 투자발표 - 경찰청 - Fraunhofer 연구소 - 中国 3D 打印技术产业联盟 (3D 프린터기술산업연맹 ) - 청화대, 북경항공대등공과대학 - 쓰촨성, 산둥성등지방정부주도혁신센터 - 난양기술대학첨삭제조센터 (NAMC) 자료 : Wohlers Associates(2013), IRS Global(2013), ゼットロセンサー (2013) 를참고하여산업연구원작성.

제 4 장창조산업화를위한과제 61 (2) 우리나라의정책기본방향제언 주문생산시대를대비한표준선점및핵심소재개발 ( 표준선점 ) 3D 스캐닝및절개디자인파일의포맷선점은궁극적 으로 S/W 패키지와함께관리 서비스와같은새로운형태의수요 부문창출가능 - 단순한 S/W 의개발을넘어 3D 디자인파일의표준선점은궁극 적으로 S/W 서비스와패키지의판매까지확장가능 ( 핵심소재개발 ) 스마트폰수요확대에트위터, 카카오톡, 페이스 북과같은 SNS(Social Networking Service) 가킬러애플리케이션 (Killer application 47) ) 으로작용한것과같이, 3D 프린팅을반드시 사용하도록유도하는킬러앱으로서핵심소재발굴필요 - 전자기기에익숙하지않은우리나라중년층에서도, 카카오톡 을 통한교류를위해스마트폰을구매하면서앱사용자확대 - 현재세계적으로주목받고있는 3D 프린팅의핵심소재분야는 식품 과 의료 바이오프린팅 이며, 식품 의세부재료중에 서는비용이적게들고제조가간편한설탕과초콜릿 48) 이높은 가능성보유 47) IT 부문에서특정플랫폼 (MS 윈도 / 오피스, 안드로이드, ios 등 ) 을반드시사용하게만들정도의능력이있는 S/W 를의미하며, 마케팅측면에서는특정산업군의성장을이끌어내는원동력역할을하는상품을의미함. 48) 초콜릿제품은반액상의상태에서열을가했다가식히는과정이필요한데, 이는 3D 프린팅의제조과정에서이미구현가능하며, 비용이낮고생물학적위험성도낮아핵심소재로활용이증가 (EPSRC, 2011; Emma Woollacott, 3D Printing - in chocolate, TG daily, 2011.7.5. 에서재인용 ).

62 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 < 그림 4-1> 3D 프린터로제작한커피용설탕 자료 : Chefjet(2014); TreeHugger(2014) 49) 에서재인용. 대중화를위한산학연관협력강화 ( 수요창출 ) 3D 프린팅의대중화를위해서는개인의창의성을바탕으로대중소기업등이아이디어를교류하고, 이를공동상용화할수있는장을마련할필요 - 이를통해개인이나기업, 공공단체등이주문한소량의제품을저렴한비용에신속히생산해공급할수있는시스템구축필요 50) ( 대중화 ) 저가프린터보급및프린팅플레이스의구축을통해개인의 3D 프린팅접근성을높여대중화를유도 49) Lloyd Alter, At CES: 3D printing grows up, but still looking for the killer app, TreeHugger, 2014.1.14., http://www.treehugger.com/gadgets/ces-3d-printing-grows-still-lookingkiller-app.html 50) 현재조립형휴대폰 (Ara 프로젝트 ; < 표 3-3> 참조 ), 스마트기기케이스, 취미용피규어및조립용키트, 인테리어용품등과같이맞춤생산에대한수요의범위와종류는점점확대되고있음.

제 4 장창조산업화를위한과제 63 - 대중화과정에서창출되는아이디어에대한사업화유도시스 템을마련하여지원할경우, 벤처및소기업창업확대효과발생 2. 창조산업화를위한세부과제 잠재역량이높은 S/W 디자인산업과의융합지원 세계유수의 3D 프린팅기업이인수를고려할만큼국내기업들의 3D 프린팅관련 S/W 잠재역량은높은수준 - 특히 S/W의표준선점이중요한데, 선점자의 3D 디자인포맷에우회적인접근만시도하는제3자 51) 로만남아있으면자유로운디자인수정및프로그램구동, 서비스지원에한계존재 따라서기본역량을보유한 S/W 및디자인업체의 3D 프린팅시장진출을촉진하기위한지원전략필요 기존산업에의응용방안모색 일본의 주물양산용 3D 프린터 개발계획등주요국이각종산업분야에 3D 프린팅을적극활용하여산관협력을강화하고있는바기존산업분야에 3D 프린팅을응용할수있도록산학협력및지원 51) S/W 의포맷이란 *.hwp, *.pdf, *.xlsx, *.psd 등과같이특정업체 (Leader) 가제작한프로그램을통해생성된파일에붙이는양식을말하며, 한글 이나 어도비 외에도해당포맷프로그램을볼수있게호환되는 S/W 나파생상품제조업체를제 3 자 (Third Party) 라고함. 3D 프린팅 S/W 분야에서는 *.stl, *.zpr, *.mgx 등과같이특정프로그램이나기업전용포맷이시장을선점중임.

64 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 시스템구축이필요 - 최근휴대폰에이어자동차산업에서도조립제작을모색 52) 중이며, 향후모듈화및조립제작이가능한모든분야로 3D 프린팅의활용범위가확대될가능성존재 타산업에서 3D 프린팅을활용하거나, 3D 프린팅을활용하고자하는기술적인시도에대한지원과제를발굴하고지원방안모색 저가프린터보급및프린팅플레이스홍보 미국의경우개인용 3D 프린팅의확산은프린터공유공간을통한사용경험확산이네트워크와결합했기때문에가능 - 국내에도이미경기중소기업청의 시제품제작터 와같이미국의 메이커스플레이스 기능을하는공간이존재하나, 홍보가부족하여사용자들의접근성이낮은편 미국정부는 America Makes 사이트를운영하면서첨삭제조 (AM) 산학연프로젝트 (NAMII, National Additive Manufacturing Innovation Institute) 에개인과중소기업이참여할수있도록회원및비회원에게시설 기술 정보를지원하는메이커스플레이스운영중 - 이미존재하는공간의활용도를높이는것을우선으로한홍보가필요하며, 향후사용자가늘면프린팅플레이스의추가마련모색 52) LGERI(2014).

제 4 장창조산업화를위한과제 65 3D 프린팅숙련인력양성을위한교육훈련시스템마련 3D 프린팅을이용한생산과정에서볼수있듯이사용에필요한제어기술과후처리기술이숙련되어야만완성품생산이가능하므로성인이상의교육훈련과미래세대교육시스템마련필요 - 이는생산자동화과정에서구조적실업자가되는인력에게신기술을습득하는재교육의기회제공가능 저가 3D 프린터와 3D 디자인 S/W를중고등학교교육용으로보급하여미래수요와숙련인력발굴필요 - 미국, 영국, 일본에서는중고등학교과정에서 3D 프린팅을위한 3D 모델링, 3D 프린터를이용한과학실습등의교육프로그램을도입 - 미국에서는 MakerBot 社의주도로최종적으로미국내모든학교에서 3D 프린팅을교육하여제조혁신을가르치는 MakerBot Academy 프로그램을운영중이며자금은기업의펀드와기부를통해확보중 - 영국교육부는 21개지역중등학교에서 3D 프린터를이용한수업의파일럿프로젝트를시작하였으며, 2013년 50만파운드의교육용시스템구축용펀드를마련 53) - 일본경산성에서는현재총 2억엔의예산기금을확보하여 3D 프 53) Graeme Paton, 3D printers to be introduced into the classroom, The Telegraph, 2013.10.9.

66 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 린팅을활용할대학과기술대학을선정하여프린터구매비용의 2/3를보조금으로지원하고, 2015년부터는전국중고등학교를대상으로확대할계획 54) - 이와같이주요국에서는미래세대를 3D 프린터에친숙하도록함으로써개인의수요도늘리고, 숙련도도높이는일석이조전략을채택중 3D 프린팅플레이스사용경험과교육훈련의결합, 3D 프린터조작능력향상과함께 S/W 및디자인인력을양성할경우시너지효과발생 아이디어의사업화지원제도마련 3D 프린터를이용하는대중소기업은물론, 프린팅플레이스의개인이용자와실습학생들이실제로 3D 프린팅을하는현장에서신제품아이디어발생가능성존재 - 단기적으로신제품의사업화를통해 3D 프린팅산업의범위를확대할수있고, 장기적으로재료의새로운사용법발굴등을통해원천기술역량확보가능 - 현재는 3D 프린팅관련기술특허만등록되어있어공학적인지식이없는개인사용자에게는원리도이해하기어려운상태 아이디어사업화 지원을위해아이디어를정기적으로 ( 예 : 월 1 54) Govt intends to utilize 3-D printers in education, The Yomiuri Shimbun, 2014.2.1.

제 4 장창조산업화를위한과제 67 회, 분기 1회등 ) 공모하여, 사업화가능성이존재할경우에는벤처창업지원과연계하는제도마련필요 - 아이디어사업화 지원은창업자의시제품제작에대한신속한제조지원이가능한역할을수행할것으로예상되며, 나아가핵심소재개발에의기여도가능할것으로전망 미국에서는국가차원의사업화지원보다는개인이모인클라우드펀딩사이트가그역할을대신하고있으며, JOBS법을통해소기업에연간 100만달러까지지원가능한제도시행중 우리나라의클라우드펀딩사이트 ( 유캔펀딩등 ) 는현재제조상품아이디어보다는사회공공활동아이디어나엔터테인먼트관련펀딩성공률이더욱높은편이므로, 3D 프린팅아이디어의사업화를위해서는공공부문의직접지원필요 특허만료기술의보급과원천기술 소재활용능력선제적확보 ( 단기 ) 특허만료 3D 프린터의기술을빠르게개선하여저가로보급 활용할수있는상용화지향형 R&D 전략필요 ( 장기 ) 3D 프린팅의핵심원천기술과더불어소재활용능력을선제적으로확보하여특허와함께 S/W 포맷과핵심소재, 기술등의표준선점을위한원천기술 R&D 전략필요

68 참고문헌 1. 국내문헌 대한무역투자진흥공사 (2013), 日, 3D 프린터산업발달시작되나, KOTRA. (2013), 日제조혁명, 3D 프린터가만드는시장과가능성, KOTRA. 박광순외 (2012), 기계산업의국제경쟁력분석과전략적발전방안, 산업연구원. 박기임외 (2013), 미국제조업, 드디어동면에서깨어나는가?, Trade Focus, Vol.12-49, 한국무역협회국제무역연구원. 산업통상자원부 (2013), 3D프린팅산업의미래를준비하다, 2013.7.9. 보도자료, 산업통상자원부. 이덕근 (2012), 우리나라뿌리산업의현황과발전방향, 월간 KIET산업경제 163호, 산업연구원. 장웅성외 (2013), 3D 프린팅제조혁명에대한한국금속산업의대응전략, KEIT PD Issue Report, Vol.13-6, 한국산업기술평가관리원. 정보통신산업진흥원 (2013), 독일, 호주경찰청, 3D 프린터로직접총기제작및테스트, 주간기술동향, NIPA. 제러미리프킨 (2012), 3차산업혁명, 민음사. 지식경제부 (2013), 정부, 뿌리산업육성에본격착수, 2013.1.30. 보도자료, 지식경제부. 크리스앤더슨 (2013), 메이커스 : 새로운수요를만드는사람들, 알에이치코리아. 한국기계연구원전략연구실 (2013), 글로벌 3D 프린터산업 기술동향분석, 기계기술정책, No.71, 한국기계연구원. 한국디자인진흥원 (2010), 글로벌디지털디자인성공사례. 호드립슨 멜바컬만 (2013), 3D 프린팅의신세계 : 미래를바꿀 100년만의산업혁명, 한스미디어.

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ISSUE PAPER 2014-344 산업창조화시리즈 제조업공정혁신의기폭제 3D 프린팅산업 인쇄일 2014 년 2 월 24 일발행일 2014 년 2 월 26 일발행인김도훈발행처산업연구원등 록 1983 년 7 월 7 일제 6-0001 호주 소 130-742 서울특별시동대문구회기로 66 전 화 02-3299-3114 팩 스 02-963-8540 문 의자료 편집팀 02-3299-3151 인쇄처이호문화사 값 5,000 원 ISBN 978-89-5992-646-6 93320 내용의무단복제와전재및역재를금합니다.