이슈 하이라이트 제조업 본부 리더 김준철 전무 02-6676-3170 junckim@deloitte.com 3D 프린팅산업과 기업의 대응 전략 24 Deloitte Anjin Review
3D 프린팅은 생산혁명을 유발할 혁신적인 기술로 주목받고 있다. 3D 프린팅은 2013년 미국 정부에 의해 미국 제조업 부흥을 위한 10대 핵심 제조 기술로 선정되어 관심이 집중된 바 있으며, MIT, 매킨지(McKinsey Global Institute), 다보스포럼의 유망 기술 글로벌어젠다카운슬 등에서 주목받는 기술로 선정된 바 있다. 또한 세계미래학회는 3D 프린팅에 의한 생산혁명 유발을 2025년 실현될 20대 미래 예측 중 하나로, 타임(Time)은 2012년 최고의 발명품 26선 중 하나로, 이코노미스트(Economist)는 2012년 내연기관 컴퓨터에 이은 제3차 산업혁명의 주역으로 꼽은 바 있고, 파이낸셜타임스(Financial Times)는 2012년 6월 인터넷보다 더 영향력이 클 것으로 예상한 바 있다. 이 글에서는 3D 프린팅에 대한 일반적인 이해, 제조업에 미치는 영향 및 기업 관점에서의 대응 전략 방향 순으로 3D 프린팅산업에 대해 정리해보기로 한다. 1. 3D 프린팅 3D 프린팅은 적층 방식으로 3차원 물체를 제조하며, 제조 비용 및 시간 절감 등의 장점이 있다. 1) 3D 프린팅에 대한 이해 3D 프린팅이란 적층가공(Additive Manufacturing AM)이라고도 불리며, 디지털 디자인 데이터를 이용, 소재를 적층( 績 層 )해 3차원 물체를 제조하는 프로세스 1) 를 말한다. 이전까지의 제조 기술이 입체 형상의 재료를 기계가공 등을 통해 자르거나 깎는 방식으로 입체물을 생산하는 절삭가공(Subtractive Manufacturing) 형식이었다면, 3D 프린팅에서는 이와 반대로 적층 방법을 취하며, 쾌속조형(Rapid Prototyping), 첨삭가공, Additive Fabrication, Layer Manufacturing, Freeform Fabrication 등의 용어와 함께 사용되기도 한다. 3D 프린팅 공정은 1 디자인 SW 또는 3D 스캐너를 통한 3차원 디지털 도면 제작을 하는 모델링 2 프린팅 3 서포터 제거, 연마, 염색, 표면 재료 증착 등 최종 상품화를 위한 마무리 공정의 3단계로 구분할 수 있다. 이러한 3D 프린팅의 장점으로는 1 시제품의 제작 비용 및 시간 절감 2 다품종 소량 생산 손쉬운 맞춤형 제작 3 복잡한 형상 제작 및 재료비 절감에 기여 4 제작 시 제조 공정 간소화 및 이에 따른 인건비, 조립 비용 절감 등이 꼽히고 있다. 또한 제품 대신 디지털 도면을 유통할 수 있으며, 원하는 장소에서 출력도 가능하다. 1) 3D 프린팅산업 발전전략(안), 2014년 4월 관계부처합동(미래창조과학부 산업통상자원부) July 2014 No.2 25
3D 프린터는 산업용 위주로 성장했으나, 개인용 시장 성장이 가속화되는 추세이다. 2) 기술 동향 프린터 및 소재의 관점에서 본 3D 프린팅 관련 산업 기술 동향은 다음과 같다. 3D 프린터 시장 동향 2) 3D 프린터는 산업용을 중심으로 성장해 왔으나 최근 규모의 경제 효과 및 기술 발달로 인한 원가 절감 등으로 주로 압출적층방식(Fused Deposition Modeling FDM)에 의한 개인용 시장의 성장이 가속화되는 추세이다. 이러한 흐름의 이면에는 FDM 관련 특허, 선택적 레이저소결조형방식(Selective Laser Sintering SLS)의 주요 핵심 특허 만료로 진입 장벽이 어느 정도 낮아진 점도 작용했다. 다양한 프린팅 기술이 적용되고 있으며, 적용 기술에 따라 장단점이 존재한다. 한국기계연구원 3) 에서는 3D 프린팅에 사용되는 기술을 압출(Extrusion: FDM 기술), 분사(Jetting: MJM Polyjet 3DP 기술), 광경화(Light Polymerised: SLA DLP 기술), 파우더 소결(Granular Sintering: SLS SHS SLM DMLS EBM 기술), 인발(Wire: EBF 기술), 시트 접합(Sheet Lamination: LOM 기술), 직접 에너지 증착(Direct Energy Deposition: DMD 기술) 등으로 구분, 정리하고 있는데, 각각의 기술 방식에 따라 활용되는 소재에 차이가 있고 특성 면에서 장단점이 존재한다. 소프트웨어(SW) 면에서는 대부분 독자 SW를 사용하고 있으며, 일부 업체들은 SW의 중요성을 인식하고 오픈 소스 플랫폼 4) 을 만들어 세를 규합하고 있다. 모델링(설계 기술)과 관련해 이미 인터넷에서는 3D 프린터로 제작할 수 있는 여러 사물 및 상품들의 도면을 검색하고 공유하는 웹사이트들이 등장하고 있다. 씽이버스 5) 가 대표적인 사례다. 현재 플라스틱, 금속이 주로 3D 프린팅을 위한 소재로 사용되고 있으나, 소재 개발이 계속 이루어지고 있다. 소재 3D 프린팅을 위한 소재로는 현재 플라스틱과 금속이 주로 사용되고 있으나, 비싼 소재 가격이 사용 확대의 큰 걸림돌로 지적되고 있다. 현재 3D 프린팅의 한계로 지적되는 제조 시간, 해상도, 강도, 표면 특성 등의 문제는 프린터의 문제와 소재의 문제가 결합된 문제로 볼 수 있다. 그러나 기술 개발에 따라 거의 모든 종류의 소재가 3D 프린터 소재로 활용 가능할 것으로 예상된다. 2) http://www.stratasys.co.kr/ 3) 한국기계연구원, 글로벌 3D 프린터산업 기술 동향 분석, 기계기술정책 No.71, 2013년 9월 4) 렙랩(reprap.org), 이벤트오봇(www.eventorbot.com), 탄틸러스(www.tantillus.org) 등 5) http://www.thingiverse.com/ 26 Deloitte Anjin Review
구분 폴리머(Polymer) 금속(Metal) 종이(Film) 기타 종류 PLA, ABS, HDPE, 폴리스티렌, 나일론, 수지(Resin) 티타늄, 알루미늄, 코발트, 스테인리스 스틸 등 거의 모든 금속 종이, 필름 형태 플라스틱 목재, 식재료, 아크릴, 석회가루, 왁스(밀랍) 최근에는 여러 재료의 조합 등으로 새로운 재료를 만들어 각각의 개별 성분만으로는 제작이 불가능한 정밀한 재료 특성을 모사함으로써, 사용자가 의도한 최종 제품을 재현할 수 있는 디지털 재료 의 개발도 이루어지고 있다. 국내 기업들도 3D 프린터에 활용이 가능한 소재를 차세대 먹거리로 인식하고 적극적인 투자 노력을 하고 있다. 6) 소비재 및 전자장치, 의료, 자동차산업 순으로 활용되고 있는 3D산업의 전 세계 규모는 2021년 108억 달러로 성장할 것으로 예상된다. 3) 시장규모 점유율 미국 컨설팅기업 홀러스어소시에이츠(Wohlers Associates)에 따르면 장비, 소재 및 관련 서비스를 포함한 3D산업의 규모는 2012년 기준 프린터 시장 9.8억 달러, 관련 서비스 8억 달러 및 소재 4.2억 달러 규모로 총 22억 달러 7) 에서 2021년 108억 달러로 고속 성장할 것으로 예측되고 있다. 영국의 시장조사기관 캐널리스(Canalys)는 3D 프린터, 소재 및 관련 서비스 시장은 2013년에 25억 달러에 달했고, 2014년에 38억 달러, 2018년에 162억 달러에 이를 것으로 예측했다. 8) 현재 프린터 시장은 미국 시장이 중심이 되고 있으며, 세계 상위 8개 업체 중 5개 업체가 미국 기업이다. 특히 3D시스템스(3DSystems) 와 스트라타시스(Stratasys) 는 최근 제품군을 다양화하고 시장 지배력을 확고하게 하기 위해 공격적인 인수 합병(M&A)을 활발하게 하고 있다. 9) 그리고 휴렛팩커드(HP) 등 기존 업체들도 3D 프린터 시장에 진출 움직임을 보이고 있다. 또한 2013년 3D 프린팅은 소비재 및 전자장치, 의료 치과, 자동차사업, 산업용 기계산업 순으로 활용되는 것으로 홀러스어소시에이츠는 보고 있다. 국내의 경우 주로 산업용 3D 프린터를 중심으로 수입에 의존하고 있으며, 장비제공업체 주도의 교육 등이 이루어지는 수준으로 파악된다. 6) 소재기업, 3D 프린터 시장 주목 합성수지 금속 등 올해 투자 본격 http://www.etnews. com/20140415000181 7) 3D 프린팅산업 발전전략[안] 미래창조과학부, 산법통상자원부 2014년 4월에서 재인용 가트너그룹은 3D 프린팅 시장규모를 2016년에는 31억 달러로 매년 평균 20~30% 성장을 예상한 바 있으며, 마켓앤드마켓(Markets and Markets)에서는 AM 시장을 2013년부터 2017년까지 3.47억 달러로 성장, 13.5%의 CAGR를 예측한 바 있다(http:// www.marketsandmarkets.com/market-reports/additive-manufacturing-medical-devicesmarket-843.html). 8) http://www.canalys.com/newsroom/3d-printing-market-grow-us162-billion-2018 9) http://www.etnews.com/20140528000056 참조 July 2014 No.2 27
3D 프린팅은 맞춤형 제작, 원가 및 시간 절감, 일체화 생산에 기여하고 있으며, 최근 식품 제조에도 활용되기 시작했다. 4) 3D 프린팅 활용 사례 3D 프린팅의 활용 사례를 보면 다음과 같다. 런던올림픽: 육상, 사이클, 올림픽 경기장 디자인 등 다양한 영역에서 3D 프린팅을 활용했으며, 프랑스 디자이너 뤽 푸사로(Luc Fusaro)는 육상선수의 발을 스캔해 러닝화를 제작, 러닝화 무게를 96g으로 줄였다. 영국 사이클 팀은 각 선수의 헬멧을 3D 프린팅으로 제작해 사용했다. 람보르기니: 전통적인 방식으로는 4만 달러와 120일의 시간이 걸리는 시제품의 제작을 FDM 방식의 3D 프린팅을 이용해 3천 달러의 비용과 30일의 기간에 처리함으로써 93%의 비용 절감과 83%의 시간을 절약할 수 있었다. 유럽항공우주방위산업체(EADS): 다양한 부품을 금형을 이용해 찍어 만들고 조립하던 자전거를, 3D 프린팅을 이용해 단번에 생산하는 에어바이크(Airbike) 를 만들었다. 기존 공정보다 원료의 10분의 1가량만 사용하며, 무게도 일반 자전거의 65% 수준으로 조립 과정이 없어 고장 가능성도 줄게 되었다. MIT: 3D 푸드 프린터(3D Food Printer)의 일종인 초콜릿 제조기 디지털 쇼콜라티에(Digital Chocolatier)를 발표 10) 했으며, 스페인의 식품회사는 음식을 만들어주는 3D 프린터를 공개하면서 향후 모든 음식을 프린트할 수 있도록 하겠다고 한 바 있다. 11) 3D 프린팅에 대해 조형 속도, 표면 해상도, 가공 재료의 제한 등이 한계로 지적되기도 한다. 그러나 이런 한계들은 시간이 지남에 따라 극복이 가능할 것으로 보인다. 5) 3D 프린팅 기술이 가진 한계 12) 및 주의점 일부 전문가들은 1980년대에 소개된 3D 프린팅이 최근에 각광을 받고 있는 현상을 일종의 유행으로 생각하며 3D 프린팅이 가진 한계를 지적하기도 한다. 조형 속도가 매우 느리고 규모가 큰 물체의 프린팅에 한계가 있다. 표면 해상도가 아직 높지 않다. 적층방식 제조로 단층 방향의 힘에 약하고 조형물 강도가 약하다. 광경화성 수지, 레이저 소결 수지, ABS 필라멘트 및 금속 소재 일부만 활용 가능하고 가공 재료에 한계가 있다. 하이엔드 (High-End) 장비 재료는 kg당 100~300달러, 로엔드(Low- End) 개인용 장비는 kg당 15~35달러에 달하는 등 재료비가 많이 든다. 높은 디자인 해상도로 인해 상당한 컴퓨팅 능력을 요구하며 이러한 10) http://www.newsis.com/ar_detail/view.html?ar_id=nisx20140103_0012636649&cid=1 0105&pID=10100 11) Http://web.media.mit.edu 12) 한국기계연구원, 글로벌 3D 프린터 산업기술 동향분석, 기계기술정책 No.71, 2013년 9월 참조 28 Deloitte Anjin Review
능력을 가진 전문 인력이 부족하다. 소멸된 특허권 등이 있기는 하나, 성격상 특허의 경계가 모호하고 이로 인한 지적재산권 분쟁의 소지가 잠재되어 있다. 또한 이런 분야는 국가 간 분쟁도 많을 수 있는 영역이다. 소재와 공정에 대한 규격이나 표준이 정립되어 있지 않아 다양한 형태의 소규모 시도가 빈발하지만 아직 큰 흐름을 잡지 못하고 있다. 그러나 전반적인 산업의 흐름에 비추어보면 이러한 한계는 대부분 기술의 진화 및 시간의 경과에 따라 극복될 수 있는 문제로 보이며, 본질적인 한계로 보기는 어렵다. 한편, 전문가들은 3D 프린팅산업에 뛰어들기 전에 유행에 휩쓸려 시장에 뛰어드는 것은 아닌지 몇 가지 상황을 점검해보기를 권유하고 있다. 현 재 3D 프린터는 기술 기대의 정점에 위치하고 있고, 실제 기술 능력보다 과도한 관심이 집중되어 장비산업 규모(2012년 10억 달러)에 비해 참여 업체 수(100여 개)가 과도하게 많은 경쟁 상황이다. 성급한 진입에 따른 상용화 실패 시 시장의 기대가 급감할 가능성이 있으며, 제품 서비스 상용화에 실패하는 기업은 시장으로부터의 퇴출이 불가피할 것이다. 미국을 비롯한 여러 나라들은 3D 프린팅산업에 대한 투자 및 개발 정책을 수립, 지원하고 있다. 6) 세계 각국의 3D 프린팅산업 관련 정책 동향 3D 프린팅산업이 가진 잠재력이 적지 않은 것으로 판단됨에 따라 각국은 국가 차원에서 3D 프린팅산업의 발전을 위한 정책을 수립하고 지원하고 있다. 미국은 저임금 국가로 이전된 제조업의 부활을 위한 투자 대상으로 3D 프린팅산업을 선정하고, 2012년 대규모 투자 계획을 발표했으며, 과거 제조업의 중심지였던 오하이오에 3D 프린팅 기술 발전을 위한 연구기관(National Additive Manufacturing Innovation Institute NAMII)을 설립했다. 중국은 과학기술부의 국가발전 연구계획 및 2014년 국가과학기술 프로젝트 지침 에 3D 프린팅을 포함시켰으며, 3D 프린터 기술의 산업화 등을 목표로 설립된 중국의 기술산업연맹은 2016년 중국 3D 프린터 시장규모가 100억 위안(1조6,455억 원)에 달해 미국을 앞지를 것이라고 발표했다. 유럽위원회는 성장이 둔화된 제조산업의 재활성화 및 경제성장을 목표로 3D 프린팅 기술을 제조업의 주요 트렌드로 육성하기 위한 전략 개발 및 개발 자금 투자를 논의 중이며, 영국은 3D 프린터 기술 July 2014 No.2 29
분야 18개 연구 개발 (R&D) 프로젝트 지원계획(840만 파운드)을 2013년 6월 발표했다. 한편, 일본은 민 관이 역할을 분담해 주물용 모래형 제작 3D 프린터 개발 과제(2013~2017년 30억 엔)를 추진하고 있다. 한국은 3D 프린팅산업 발전 전략을 수립해, 2020년 3D 프린팅산업 선도 국가로의 도약을 비전으로, 세계 시장점유율 15%를 목표로 삼아 11대 과제를 제시했다. 우 리 나 라 는 3D 프린팅산업에 대한 인식 제고 요청에 따라 산업통상자원부와 미래창조과학부가 공동으로 2014년 4월 23일 3D 프린팅산업 발전 전략 을 국가과학기술심의회에서 의결했으며, 범 부처 3D 프린팅산업 발전협의회를 구성했다. 3D 프린팅산업 발전 전략에서는 2020년 3D 프린팅 국제적 선도 국가로의 도약 을 비전으로 제시하고, 세계적 선도 기업 5개, 독자 기술력 확보를 통한 세계 시장점유율 15% 달성을 목표로 한다. 이를 위해 1 수요연계형 성장 기반 조성 2 비즈니스 활성화 지원 3 기술 경쟁력 확보 4 법 제도 개선을 4대 전략으로 두었으며, 기업 제조혁신 지원, 국민 참여 환경 조성, 비즈니스 모델 발굴 및 사업화 지원, 3D 프린팅용 콘텐츠 시장 활성화, 3D 프린팅 소재, 장비 기술 개발 등 11대 과제를 제시하고 있다. 2. 제조업에 미치는 영향 3D 프린팅산업의 영향으로 1) 기술집약형 산업화가 이루어지고, 2) 제 조업과 정보통신기술(ICT) 융합 등 새로운 산업 형태가 생기며, 3) 프로슈머 및 컨슈팩처러의 등장과, 4) 집단지성 협업 문화 확산이 이루어질 것으로 예측되고 있다. 이제까지는 3D 프린팅산업의 동향을 개괄해 보았는데, 과연 3D 프린팅산업이 앞으로의 생활에 미칠 수 있는 영향은 무엇일까? 3D 프린팅산업의 영향력을 예측하는 사람들은 3D 프린팅산업이 1차적으로는 개도국보다는 선진국에 영향을 줄 것이고, 소비 패턴에 변화를 야기할 것이라고 한다. 또한 창업 활성화 및 신제품 서비스 창출로 생산성이 증가될 것으로 예측한다. 3D 프린팅산업은 전자, 항공, 자동차, 의료, 교육 등 전통 산업에 재도약 기회를 제공할 것이고, 기술집약형 산업구조화에 기여할 것이다. 3D 프린팅으로 인해 제조업과 정보통신기술(ICT)의 융합 등 새로운 산업 형태가 창출될 것이다. 누구나 설계와 디자인, 서비스를 활용해 개인맞춤형 생산 및 거래가 확산되어 혁신에 기여하며, 디지털데이터를 중심으로 한 제품 설계, 시제품 제작, 제조 생산, 유통 등이 통합되는 디지털 시대가 개막될 것이다. 이를 제조업의 민주화라 부르기도 한다. 아이디어 제품, 부품, 취미활동용 장식품 등을 3D 프린팅으로 직접 제작, 생산, 소비하는 프로슈머(생산적 소비자)를 촉진할 것이고 책상 위 프린터에서 물건을 뽑아내는 데스크톱(Desktop) 공장이 실현된다. 30 Deloitte Anjin Review
전통적인 기획, 생산, 유통 단계에서 기획, 유통, 생산 방식으로 변화해 수요처에서 즉시 원격 생산을 하는 소비지 생산 방식이 확산될 것이다. 혹 자 는 생 산 자 (Producer)와 이용자(User) 조합을 의미하는 인터넷 소셜네트워크서비스(SNS)상 개념인 프로듀저(Produser) 에 대응해 소비자와 제조업자의 결합을 의미하는 컨슈팩처러(Consufacturer) 가 3D 프린팅으로 인해 새로이 등장할 수 있다고 이야기한다. 산업, 문화적으로는 온라인 또는 공용 제작 공간에서 소통해 창의적 결과물을 산출하는 집단지성 협업 문화가 확산될 것이다. 한편, 3D 프린팅산업의 발달은 1) 저임금에 기반한 제조 국가의 위상을 약화시킬 수 있고, 2) 고임금 노동자인 숙련 노동의 영역을 축소시킬 가능성이 높다. 3) 지적재산권에 대한 보호 문제를 이슈화시킬 것이고, 4) 사회적 가치 판단 문제를 부각시킬 수 있다. 한편, 3D 프린팅 기술이 가져올 수 있는 어두운 면이 예측되기도 한다. 에드 포레스트와 용 카오 13) 는 3D 프린팅은 지리, 경제적 영향을 미칠 것으로 예상한다. 디자인 도면만 존재하면 세계 어디서든 제조할 수 있기에 저임금에 기반한 국가의 경제적 위상이 약화될 수 있다고 보고 있다. 이는 소위 제조업 리쇼어링(Reshoring)을 가속화하는 촉매로 작용할 수 있을 것이다. 이에 따라 자유무역협정(FTA) 등 무역 관련 정책의 장점이 없어질 수도 있다는 성급한 예측이 나오기도 한다. 이런 시각을 대기업과 중소 중견기업의 관계에 적용시켜 보면 대기업의 아웃소싱 감소 시 중소 중견기업 경쟁력이 약화될 수 있다는 우려가 나올 수 있다. 미국 비즈니스 전문 온라인 잡지 아비트리지 매거진은 3D 프린팅 공정은 고기능 노동력 시장은 창출하겠지만, 저임금 일자리를 위협한다 14) 고 진단했다. 고임금 노동이 담당해왔던 숙련 노동의 영역도 복잡하게 변할 가능성이 높다고 했다. 3D 프린팅산업은 디지털(Digital) 기반이기 때문에, 프린터 및 소재 기술이 발전되는 과정에서 제조기업의 설계 역량은 더욱 강조될 것이다. 따라서 지적재산권 보호가 중요한 과제가 될 수 있을 것으로 예측되고 있다. 한편, 지적재산권에 대한 과도한 보호 요구는 지적재산의 권리성에 대한 논의를 촉발할 가능성도 있다고 보인다. 그런가 하면 최근 일본에서 3D 기술로 제작한 총기를 소지한 사람이 붙잡혔다. 3D 기술을 활용해 인체 조직을 제조하는 것이 윤리적인가 하는 논란도 있다. 이렇듯 3D 프린팅산업은 사회적 가치 판단에 해당하는 문제를 수면 위로 끌어올리고 있기도 하다. 13) Ed Forrest & Yong Cao, Digital Additive Manufacturing: A Paradigm Shift in the Production Process and Its Socio-economic Impacts, Engineering Management Research; Vol. 2, No. 2, 2013년 14) http://www.arbitragemagazine.com/technology-2/on-labour-unions-and-3d-printing/ July 2014 No.2 31
3. 규모 및 범위의 경제측면에서 본 3D 프린팅의 의미와 기업 전략에 미치는 시사점 기업의 가치는 이익, 위험 및 시간의 함수이며 기업은 성과, 혁신 또는 성장을 추구한다. 3D 프린팅 기술은 규모의 경제와 범위의 경제라는 두 가지 기본적인 측면에서 변화를 요구한다. 먼저 3D 프린팅은 규모(Scale)의 경제를 달성하기 위해 쓰여야 할 자본 규모를 감소시켜 준다. 3D 프린팅 기술은 과거에는 필요했던 상당한 규모의 노동력이나 자본 없이도 소비자들의 요구 사항을 만족시킬 수 있도록 해준다. 이런 부문은 장비의 준비나 가동 준비에 많은 비용이 들어가던 과거의 생산 방식과는 차별되는 점이다. 3D 프린팅은 규모의 경제와 범위의 경제의 경계를 허물어 버림으로써 성장 또는 혁신할 수 있는 기회를 기업에 제공할 것이다. 또한 3D 프린팅 기술의 유연성은 범위(Scope)의 경제 15) 를 달성시키기 위해 필요한 비용을 감소시킨다. 3D 프린팅 기술은 다른 구조를 가진 제품을 낮은 배치 전환 시간과 비용으로 생산할 수 있도록 하는 다양성을 제공한다. 범위의 경제는 동일한 장비, 원재료와 프로세스를 활용해 다양한 종류의 다른 제품을 생산할 수 있게 해주는 것이다. 또한 전통적 제조 방식하에서는 불가능하거나 비현실적인 제조 방식을 구현할 수 있게 한다. 예를 들어 전통적 제조 방식하에서는 복잡한 기하학적 구조를 가진 부품을 한번에 제작할 수 없었으나, 3D 프린팅 기술하에서는 보다 쉽게 처리할 수 있다. 16) 3D 프린팅 기술로 인한 범위의 경제의 혜택은 규모의 경제로 인한 혜택보다 더 클 수 있다. 3D 프린팅 기술은 규모의 경제와 범위의 경제의 경계를 허물어 버림으로써 성과를 향상시키거나 성장하거나 또는 혁신할 수 있는 기회를 기업에 제공할 것이다. 기업은 전략적 명제(Strategic Imperative)를 가지고 공급사슬을 바꾸거나 제품을 변경한다. 전략적 명제는 일반적으로 성과(Performance), 혁신(Innovation) 또는 성장(Growth)이라는 세가지 범주 중 하나에 속하며, 기업이 추구하는 가치(Value)는 이익(Profit), 위험(Risk), 그리고 시간(Time)의 함수로 표현될 수 있다. 딜로이트에서는 이러한 전략적 명제와 가치 기준을 가진 기업이 비즈니스 전반에 3D 프린팅 기술을 적용하는 프레임워크(Framework)로 다음의 네 가지 방향(Path)을 제시하고 있다. 15) 한 기업이 2종 이상의 제품을 함께 생산할 경우, 각 제품을 다른 기업이 각각 생산할 때보다 평균 비용이 적게 드는 현상. 16) 제너럴일렉트릭(GE)에서는 과거의 방식에 따르면 20개의 작은 부품을 용접해 만들어야 하는 차세대 항공기 엔진의 연료분사 노즐을 하나의 부품으로 만들 수 있었다. 32 Deloitte Anjin Review
Path I 현재의 공급망이나 제품을 급격히 변경할 예정은 없으나 기존 공급망 내에서 현재 제품의 가치 전달 방식 개선을 위해 AM 기술에 대한 관심 유지. Path II 제공하는 제품의 공급망의 변환을 가능하게 하는 잠재적 수단으로 AM이 제공하는 규모의 경제를 활용. Path III 제공하는 제품의 새로운 수준의 성과 및 혁신 달성을 위해 AM 기술이 제공하는 범위의 경제를 활용. Path IV 신규 비즈니스 모델을 추구하는 과정에서 공급망과 제품을 모두 변경. 적층가공 경로 및 가치 이해를 위한 프레임워크 High Product Change No Supply Chain Change Path Ⅲ: 제품 진화 전략적 과제: 성장, 혁신, 성과의 균형 가치 동인: 이윤, 리스크, 시간의 균형 핵심 역량: - 고객 요구 사항에 대한 맞춤화 - 제품 기능의 증가 - 시장 반응성 - 증가한 복잡성에 대한 비용 없음 Path Ⅰ: 안정 상태 전략적 과제: 성과 가치 동인: 비용에 초점을 둔 이익 핵심 역량: - 디자인과 빠른 프로토타이핑 - 생산과 맞춤화된 공구 세공 - 보충하는 또는 보험 성격의 능력 - 낮은 비율의 생산 전환 없음 Path Ⅳ: 사업 모델의 진화 전략적 과제: 성장, 혁신 가치 동인: 매출에 초점을 둔 리스크를 수반한 이익 핵심 역량: - 대규모 맞춤화 - 사용 시점에 제조 - 공급망 중간 단계 제거 - 고객에 권한 부여 Path Ⅱ: 공급망 진화 전략적 과제: 성과 가치 동인: 비용과 시간에 초점을 둔 이익 핵심 역량: - 사용 시점에 가까운 제조 - 반응성과 유연성 - 수요 불확실성 관리 - 필요 재고의 감축 High Supply Chain Change 출처: Deloitte University Press DUPress.com No Product Change July 2014 No.2 33
4. 산업별 영향의 분석 가트너는 3D 프린팅이 소비재 및 제조산업에 가장 큰 영향을 미치며 건설, 교육, 에너지, 정부, 의약품, 군, 소비, 통신, 교통 및 유틸리티산업에는 중간 정도의 영향을, 은행 및 금융, 보험산업에는 미미한 영향을 미칠 것 이라고 한 바 있다. 앞서 소개한 딜로이트의 프레임워크를 적용해 우리나라가 경쟁력을 가지고 있는 것으로 인식되는 공구산업과 자동차산업에 3D 프린팅이 미치는 영향을 간단히 살펴보자. 3D 프린팅은 리드타임 감소, 원가 절감, 기능성 제고, 맞춤 제작의 용이성 측면에서 공구산업에 영향을 줄 수 있다. 1) 공구산업 공구산업에 3D 프린팅 기술이 미치는 영향은 딜로이트의 프레임워크상 어느 영역이라도 해당될 수 있겠지만, 제품이 다른 용도로 쓰이거나 공급망에 영향을 줄 가능성이 상대적으로 낮을 것이므로, 대부분은 Path I의 영역에 해당될 것이다. 제품이 3D 기술로 만들어졌다고 해서 기존 방식하에서 제조된 제품과 현저히 다를 가능성은 낮겠지만 1 리드타임 감소 2 원가 절감 3 기능성의 제고 4 맞춤형 제작 용이성 측면에서 공구산업에 영향을 줄 수 있다. 1 리드타임 감소: 공구 제조에 필요한 리드타임을 40~90% 줄일 수 있다 17). 3D 기술을 이용한 제조 방식은 노동력을 덜 필요로 하고 가공 공정을 줄여주며, 디지털 디자인 파일의 활용은 설계도 해석 절차를 없앰으로써 설계를 생산 공정에 쉽게 적용할 수 있게 해준다. 2 원가 절감: 가공 과정에서 재료의 낭비를 줄여주고, 생산수율을 높여주며, 인력 투입을 감소시켜 줌으로써 원가 절감에 기여할 수 있다. 3 기능성의 제고: 과거에는 실현할 수 없었던 디자인의 공구를, 불량은 적으면서 빨리 생산할 수 있도록 할 것이다. 그리고 공구를 보다 쉽게 개선할 수 있도록 해 준다는 장점도 있다. 4 맞춤형 제작 이상의 낮은 원가, 짧아진 리드타임, 그리고 향상된 기능성은 사용자 맞춤형 공구 제품을 지원할 수 있게 된다. 사용자 맞춤형의 장점은 의료용 기계 및 건강 관련 제품에 특히 유용하다. 자동차산업에서 3D 프린팅은 가볍고 효율적인 미래 자동차 생산에 중요한 역할을 할 것으로 예상되며, 리드타임 감소 및 원가 절감 등을 가능하게 할 것이다. 2) 자동차산업 자동차산업에서 3D 기술을 이용하면, 과거 전통 방식하에서는 불가능했던 중공구조(Hollow Structure)를 이용한 와이어링(Wiring)이나, 격자구조(Lattice Structure)를 이용한 경량화, 복잡한 기하구조의 17) Joe Hiemenz, 3D printing jigs, fixtures and other manufacturing tools, Stratasys, Inc., http://www.stratasys.com/~/media/main/secure/white%20papers/rebranded/syswp3 DPrintingJigsFixtures0313. pdf, accessed November, 27 2013. 34 Deloitte Anjin Review
적용을 통해 기능성을 향상시킬 수 있다. 3D 기술은 보다 빠르고 안전하며 가볍고 효율적인 미래 자동차를 생산하는 데 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 최종 부품을 만드는 데 필요한 공작 도구의 필요성을 없앰으로써 리드타임을 줄일 수 있고, 부스러기(Scrap) 없이 필요한 만큼의 재료만을 사용함으로써 원가를 낮추며, 3D 기술로 소재가 경량화되어 취급 비용을 줄이는 동시에, 요청에 따라 직접 현장에서 만들 수 있어 재고 비용이 줄어들 것이다. 딜로이트의 분석틀에 대입하면 이는 Path I의 영역에 해당된다. 1) 손쉬운 제품 디자인이 가능해짐에 따라 새로운 제품 개발이 용이해진다. 2) 신속한 프로토타이핑으로 본 제품 개발 전 테스트를 통해 품질을 개선할 수 있다. 3) 공작용 기구를 상황에 맞게 제작해 취급 비용을 줄일 수 있다. 4) 제품 디자인에서 공작용 기구 비용을 줄일 수 있다. 실제로 BMW는 상황에 맞게 제작된 공작 기구를 이용해 관련 비용의 58%를 줄이고, 프로젝트 소요 기간을 92% 줄였다고 한다. 포드(Ford) 역시 3D 기술을 이용해 프로토타입을 제작하고 공작용 기계 작업을 생략할 수 있도록 함으로써 수백만 달러를 줄였다고 한다. Path II에 해당하는 예로는 부품의 재고를 줄일 수 있다는 것과, 현장 제조를 통해 정비와 수리를 쉽게 해결할 수 있다는 것이다. July 2014 No.2 35
배송 시간 및 부품 조달 능력은 자동차산업에서 중요한 경쟁 요소이다. 3D 기술을 이용하면 요청 즉시 생산이 가능하므로 재고 유지비용 등을 줄일 수 있다. 또한 높은 정밀도의 성형이 가능한 기술인 LMD(Laser Metal Deposition)를 활용하면 제품 복잡도가 중 하 수준인 부품은 현장에서 수리가 가능하다. LMD는 부품의 수명을 연장시키거나 교체를 불필요하게 해 비용 절감이 가능하다. Path III의 예로는 속이 꽉 찬 구조 대신 격자구조의 부품을 활용해 경량화된 복잡한 디자인의 제품을 생산할 수 있도록 하는 것과 부품의 단순화를 통해 조립과 생산비용을 줄이는 것 등이 있다. 델파이(Delphi)는 복잡한 형상의 금속 제품 생산이 용이한 것으로 알려진 SLM(Selective Laser Melting) 방식으로 알루미늄 디젤펌프를 생산했는데, 이 방식으로 디젤펌프의 부품 수를 줄이고 조립 공정을 없애서 하나의 통일된 부품(Single Piece)으로 만들었을 뿐 아니라 생산비용을 크게 줄였다. 또한 하나의 부품으로 생산된 펌프는 누출 현상도 줄었다. 고객맞춤형 대응과 시장 대응 속도 향상 및 공급망 단축과 주문자상표부착생산(OEM)업체의 향상된 가치 기여를 가능하게 하는 Path IV 영역도 있다. 레이싱 팀인 조깁스 레이싱(Joe Gibbs Racing)은 3D 기술을 이용해 덕트 아웃렛(Duct Outlet)을 만듦으로써 디자인과 기계 가공 시간을 33일에서 단 3일로 줄였다. 포드는 2012년에 1,250개 이상의 부품공급업체 등과 거래를 했는데, 2013년 10월 이 숫자를 40% 정도까지 줄이겠다고 발표했다. 2002년 기준으로는 자동차산업에서 OEM업체가 전체 부가가치의 35%를 차지하고 부품공급업자가 부가가치의 나머지 부문을 차지하는 것으로 나오는데, 다른 외부 변화가 없다면 OEM업체가 차지하는 비중은 2015년까지 23%로 떨어질 것으로 예측된다. OEM업체는 3D 프린팅을 이용해 파트너십을 구축하고 내부 역량을 강화함으로써 이러한 트렌드에 대항할 수 있을 것이다. 과거와는 다르게 다양한 재료(소재)를 활용할 수 있게 되고, 제품 품질의 향상과 후공정을 줄일 수 있는 3D 기술이 발전되면서 자동차산업에 적용된 것이다. 3D 프린팅산업이 미치는 영향에 대해서는 여러 가지 예측이 있으나 기업 경영뿐 아니라 미래 사회 전반에 걸쳐 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 5. 결어 3D 프린팅산업은 이를 통해 제조업의 경쟁력을 다시 회복하려는 오바마 정부의 노력 등이 알려지며, 최근 상당한 주목을 받는 산업이 되었다. 3D 프린팅산업은 제조업뿐 아니라 삶의 방식에 혁명적인 영향을 끼칠 것이라는 예측에서부터 대량 생산에 적용하는 데는 36 Deloitte Anjin Review
한계가 있을 것이므로 프로토타입 제작 위주로 활용될 것이라는 예측까지 다양한 범위의 예측이 있다. 현재 3D 프린팅산업에 대한 관심이 일시적으로 높아져 거품이 끼어 있을 가능성도 있으나, 낙관론자와 제한적 활용론자 중 어느 쪽 예측이 실현될지는 시간이 지나면서 윤곽이 잡힐 것이다. 전문가들은 일반적으로 3D 프린팅이 기존 제조 방식을 완벽하게 대체할 수 없다는 점에 대해서는 공감하지만 3D 기술로 생산할 수 있는 제품과 그렇지 않은 제품이 공존할 것으로 생각한다. 하지만 일각에서는 현재의 3D 프린팅산업이 가진 한계를 뛰어넘는 4D 프린팅을 이야기 18) 하는 상황이고 3D 기술을 부문적으로나마 활용하면서 효과를 보고 있으며, 더욱 활용 범위를 넓히려는 시도들이 활발하다는 점을 감안하면, 기업 경영뿐 아니라 미래 사회의 예측에 있어서도 3D 프린팅산업이 미칠 영향은 클 것으로 판단된다. 군사적 목적에서 도입된 인터넷이 자원의 분산이라는 최초의 기대 역할을 넘어서 정보의 급속한 전달 기능, 네트워크형 산업의 발전, 나아가 체제 붕괴의 도구로서의 역할까지 하고 있다는 점은 3D 프린팅산업의 영향에 대한 분석에도 시사하는 바가 있다고 보인다. 18) http://news.mk.co.kr/newsread.php?year=2013&no=1001508 참고 문헌 3D opportunity in the automotive industry, 2014년, Deloitte University Press 3D opportunity in medical technology, 2014년, Deloitte University Press 3D opportunity in tooling, 2014년, Deloitte University Press The 3D opportunity primer, 2013년, Deloitte University Press 3D opportunity; additive manufacturing paths to performance, innovation, and growth, 2014년, Deloitte Anjin Review 글로벌 3D 프린팅산업 및 정책 동향, IT R&D 정책 동향, 2013년 1월, 정보통신산업진흥원 산업부-미래부, 3D 프린팅 성잠 잠재력 키운다, 2014년 2월 24일, 산업통산자원부 보도자료 제조업 공정 혁신의 기폭제 3D 프린팅산업, 산업창조화 시리즈 2014-244, 2014년 2월, 산업연구원 글로벌 3D 프린터 산업기술 동향 분석, 기계기술정책 No. 71, 2013년 9월, 한국기계연구원 3D 프린팅 제조혁명에 대한 한국 금속산업의 대응 전략, KIET PD issue report vol. 13-6, 한국산업기술평가관리원 4 2 1 3 INTRODUCTION TO INDUSTRY 제조업(Manufacturing) 1 김준철 전무 제조업 본부 리더 T. 02-6676-3170 E. junckim@deloitte.com 2 전용석 전무 자동차산업 부분 리더 T. 02-6676-1524 E. yjhun@deloitte.com 3 길기완 상무 화학산업 부분 리더 T. 02-6676-1585 E. kkil@deloitte.com 4 홍창식 전무 기타 제조업 부분 리더 T. 02-6676-1517 E. chahong@deloitte.com July 2014 No.2 37