ICT와 3D 프린팅에 의한 제3차 산업혁명 KEY MESSAGE 이보경, 심수민, kt 경제경영연구소 김형수, 이정환, kt 종합기술원 3D 프린팅, 제3차 산업혁명을 불러올 혁신적 신기술로 부상 18세기 말 등장한 방직기계는 섬유산업을 기계화하면서 제1차 산업혁명을 가져왔고, 20 세기 초 포드사의 컨베이어벨트 시스템은 대량생산의 시대를 열면서 제2차 산업혁명을 유발했다. 그리고, 최근 3D 프린팅은 제3차 산업혁명이라고 불릴 만큼의 혁신을 가져 올 잠재력을 가진 기술로 주목 받고 있다. 기존 제조업에서는 금형을 제작하여 주물을 찍어내고 이들을 모아 나사로 조이거나 용 접하는 방식으로 제품을 만들었다. 하지만 3D 프린터는 재료 물질을 층층이 쌓아 올려 제품의 형태를 만든다. 컴퓨터로 디지털 3D 도면을 수정하면 바로 개선된 제품생산이 가능하고, 소량 생산의 비용 효율성이 높아지며, 3D 도면을 인터넷으로 전송하면 세계 어디에서나 3D 프린터로 즉시 제품을 제작할 수 있다. 음악, 도서, 신문과 같은 미디어 산업이 디지털화로 변혁을 맞이한 것처럼, 3D 프린팅은 제조업을 디지털화하여 인터넷 을 통해 글로벌 생산, 유통, 소비가 가능하도록 한다. 3D 프린팅은 제조업과 ICT의 융합을 통해 새로운 산업 형태 창출 3D 프린팅은 소량 맞춤형 생산을 대중화하여 Mass Production의 시대를 Mass Customization의 시대로 바꾼다. 또한 기존 제조공정으로는 구현할 수 없었던 제품 성능의 향상을 가능하게 함으로써 전자, 자동차, 항공 등 기존 산업에 재도약의 기회를 제공한 다. 의료 산업에서는 환자의 신체에 맞추어 인공 뼈, 관절, 장기를 제작할 수 있으며, 교 육 산업에서는 실험 및 교육 보조재로 활용하면서 교육의 질을 향상시킬 수 있다. 새로운 사업모델도 탄생시킬 수 있다. 네덜란드의 3D 프린팅 통합플랫폼 사업자 Shapeways는 제품 아이디어만 가진 개인이 디자인, 판매, 제조, 배송을 One-stop으 로 해결할 수 있는 통합 서비스를 제공한다. 이 업체는 도시 근교의 공장에 다양한 제품 을 생산할 수 있는 On-demand 제조설비를 가지고 있다.
KEY MESSAGE 제조업에서 규모의 경제 법칙이 약해지고 창의적인 아이디어가 중요한 요소가 되면서 제조업 벤처 창업이 활성화될 수 있다. 현재 실리콘밸리에서는 3D 프린팅으로 시제품 제작 비용을 40~50배 줄인 제조업 벤처에 대한 투자가 급증하고 있다. 노동 집약적이 던 제조업이 ICT 산업과 같은 창의 산업으로 변모하여 양질의 일자리가 창출된다. 3D 프린팅 산업은 아직 성장의 초기단계 3D 프린팅 기술은 아직 극복해야 할 많은 장벽을 가지고 있다. 20cm 높이의 물건 하나 를 만드는데 6~7시간이 소요되고, 물건의 제작 가능한 최대 크기도 30cm 3 수준이다. 제품의 정밀도와 강도도 기존 제조공정보다 떨어진다. 하지만 이는 극복 불가능한 장벽 은 아니다. 대학 및 산업체의 연구소에서 다양한 기술 발전이 이뤄지고 있으며, 향후 3D 프린팅의 상업성이 높아지고 대기업의 투자가 이루어질 경우 빠른 속도로 성장할 수 있 을 것으로 기대된다. 미국은 이미 정부 차원에서 3D 프린팅 산업 육성을 위한 지원 정책을 실행하고 있고, 수천만 달러의 기금을 관련 프로젝트에 투자할 계획이다. 오바마 정부는 3D 프린팅이 미국의 제조업을 부흥시킬 핵심 기술이라고 보고 산업 클러스터 형성 및 관련 법령, 표 준 체계에 대한 정비를 시작하였다. 정부와 산업계의 3D 프린팅 산업 육성을 위한 준비 필요 3D 프린팅은 우리나라에도 양질의 일자리 창출, 제조업 혁신 등의 새로운 기회를 제공 할 것이다. 임금 상승으로 인해 해외로 공장이 이전하는 문제를 극복하고, 젊은이들이 도전할 수 있는 창업의 기회를 열어 줄 것이다. 기존 제조업의 경쟁력이 한 단계 더 상 승하고, 관련 SW, 솔루션 등 ICT 산업이 발전할 수 있는 기회도 제공할 것이다. 미국, 유럽, 일본 및 중국은 3D 프린팅 관련 산업이 활성화되기 시작하였다. 국내에서 도 정부와 산업계가 나서 3D 프린팅 산업 육성을 위한 준비를 시작해야 할 시점이다.
제조업에 등장한 혁신의 신기술, 3D 프린팅 3D 프린팅의 개념과 의미 3D 프린팅은 3차원의 물체를 프린트하는 프로세스를 지칭한다. 3D 프린팅은 제조업을 디지털화시켜 산업을 새로운 방식으로 변화시킬 잠재력을 갖고 있다는 점에서 최근 주목받고 있다. 3D 프린팅에 대한 언론의 관심 최근 WSJ, Businessweek, CNN, Forbes 등 주요 언론의 3D 프린팅 관련 기사가 급증하고 있으며, The Economist는 지난 4월 특집기사로 심층 분석한 바 있다.
3D 프린터 기술 개요 디지털 3D 디자인은 수평의 얇은 층으로 나뉜 데이터 형태로 프린터로 전송되어 출력된다. 적층 방식 과 재료에 따라 다양한 기술 유형이 존재하는데, 현재는 정밀성과 효율성이 높은 SLS, FDM 방식이 시 장의 주류를 이루고 있다. 3D 프린터 제조 업체 현황 3D 프린터 업체는 산업용 프린터를 중심으로 성장하여 왔으나 최근 개인용 프린터 시장으로의 진출이 확산되고 있으며, Major 업체간 M&A를 통해 대형화 추세이다.
3D 프린팅 연계 서비스 업체 현황 CAD, Co-design툴, 스캐너 등 3D 프린팅을 인터넷과 모바일로 연계하는 다양한 형태의 파생 서비스 가 창출되고 있다.
3D 프린팅의 산업 영역별 적용 현황 전자산업 개발 및 생산 공정상의 비용과 시간을 줄이고 새로운 제조방식과 수요시장을 창출하고 있다. 항공/자동차 산업 복잡한 설계/제작을 요하는 항공/자동차 산업에서 개방성을 높이고 효율성과 성능을 향상시키며, 단종 된 부품 제작에도 활용된다.
의료/제약 산업 의료, 제약 산업은 환자마다 다른 신체와 증상에 맞춤화된 제조가 필요한 산업분야로서, 의술의 발전에 기여하고 고급 의료서비스에 대한 접근성을 높인다. 교육/패션 산업 교육산업에서는 수요자 중심의 콘텐츠 및 교육 보조재 등을 저렴한 비용으로 개발하며, 패션산업에서 는 제작/유통 단계 혁신으로 빠른 트렌드를 효율적으로 수용할 수 있게 한다.
3D 프린팅이 바꾸는 산업의 미래 3D 프린팅, 전통 제조업의 한계를 뛰어넘는 재도약의 기회 제공 3D 프린팅은 제조업 프로세스에서 개발/생산뿐만 아니라 전 단계에 변화를 가져와 Market, Economics, Performance, Process 측면에서 제조업 재도약의 기회를 제공한다. 3D 프린팅, 산업의 속성 변화 및 새로운 시장 창출 3D 프린팅은 새로운 시장을 창출하고 제조업을 ICT화하여 산업의 속성을 변화시킬 것이다.
1) 제조업 벤처 창업 열풍 벤처, 창업가의 Start-up cost가 감소하여 제조업 진입장벽이 낮아질 것으로 예상된다. 이미 실리콘밸 리에서는 소셜에 이어 HW 창업에 투자가 집중되고 있다. 2) 다양한 분야의 Niche market 등장 의료, 패션, 교육, 엔터테인먼트 등 다양한 분야에서 새로운 형태의 제조시장이 발굴될 것이며, 이로 인 해 시장 fragmentation과 다각적인 경쟁이 유발될 것이다.
3) On-demand 제조시장의 탄생 Mass customization에 적합한 새로운 형태의 제조모델이 등장하여, 제조설비를 기존의 제품중심에서 지역중심으로 재편할 것으로 예상된다. 4) 3D 프린팅과 인터넷이 연계된 New BM 탄생 수천 개의 신생 기업 및 New BM이 등장할 것이며, 특화 또는 통합 플랫폼 두 가지 방향으로의 BM 발 전이 예상된다.
[소셜 3D 프린팅 플랫폼 사례: Shapeways] Shapeways는 3D 프린팅 서비스의 선두주자로서, 가장 큰 Marketplace를 보유하고 있다. (6천여 개의 Shop, 회원 수 10만 명) 5) 글로벌 제조업 지도 재편 3D 프린팅은 지적 재산권, 산업 클러스터, 정부 지원 등을 통해, 저임금 국가에 집중된 제조업 패권이 선진국으로 회귀할 수 있는 기회를 제공한다. 이에 따라 중국/인도 등 기존 제조업 강국도 축적된 산업 경험과 노하우로 대응할 것으로 예상된다.
3D 프린팅 향후 시장 전망 산업 규모 전망 3D 프린터 제조 시장 및 관련 서비스 시장은 2019년 61억 달러로 전망되나, 3D 프린팅으로 제조된 제 품의 가치를 더할 경우 133억 달러에 달할 것으로 추정된다. 그러나 3D 프린팅 산업은 아직 초기단계 로 시장 전망치는 기관마다 다른 상황이다.
가격 전망 3D 프린터의 가격은 일반 소비자가 구매할 수 있을 정도로 빠르게 하락하고 있다. 프린터 가격 인하 외 에 재료물질의 가격 인하 역시 3D 프린터 보급 확산의 관건이 될 전망이다. 기술 전망 현재 3D 프린터는 재료/속도/크기/경도/정밀도 등 기술적 측면에서 제한적인 성능을 보이고 있다. 그 러나 신기술 개발, 재료물질의 발전 및 핵심 특허권 만료 등의 긍정적 요인들로 인해 수년 내 빠른 속 도의 발전이 예상된다.
종합 전망 기술 개발, 상업화 경쟁력 및 응용 분야의 확대 여부가 3D 프린팅 시장의 성장 속도를 좌우할 것이며, 잠재 위험 요소들을 줄여나가는 것이 관건이 될 전망이다.
한국에 주는 새로운 기회와 시사점 기존 산업의 새로운 성장과 함께 산업구조 재편을 통한 경제적/사회적 파급효과 기대 3D 프린팅은 혁신의 한계에 도달한 전자, 자동차 등 기존 산업에 새로운 부가가치 창출의 기회가 되고, ICT 산업에는 제조업과 협업하여 글로벌 경쟁력과 수익성을 높일 수 있는 기회가 된다. 그리고, 파생 서비스 및 의료, 교육 등에서도 새로운 시장이 발굴되고, 우수한 인재들에게 창업의 기회 를 제공함으로써, 국가의 신성장 동력 육성에도 기여할 것으로 기대된다. 3D 프린팅 산업은 기존의 저임금 제조업 일자리와 달리 고급인력의 수요가 증가하여 양질의 일자리를 창출함으로써, 사회문제 해결에도 기여할 것이다. 미국은 정부차원에서 3D 프린팅 산업을 지원하고 있음 미국은 3D 프린팅을 저임금 국가로 이동한 제조업의 패권을 다시 미국으로 가져올 핵심기술로 간주하 고, 관련 법령 정비와 산업 클러스터 형성, 산학연계 연구를 지원하고 있다. 특히 미국이 강점을 가진 의료, 제약업계에서는 기술 응용에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 오바마 정부는 지난 3월 3D 프린팅을 포함한 제조업 혁신 국가 네트워크 법령 초안을 국회에 제출하 였으며, 지난 8월 연방정부, 대학, 지방정부가 모여 만든 제조업 혁신을 위한 컨소시엄 의 설립을 발표 하였다. 그리고, 관련 파일럿 프로그램으로 오하이오의 Youngstown(제조업이 흥했으나 공장이전으로 쇠퇴한 도시)을 선정하여 3D 프린팅을 중심으로 투자할 계획이다. 한국의 정부와 산업계도 3D 프린팅 산업 육성을 위해 준비해야 할 시점 미국, 유럽, 일본, 중국 등은 관련 산업이 활성화되기 시작하고 응용 분야의 확대가 이루어지고 있는 반면, 국내는 3D 프린팅에 대한 준비가 아직 미흡한 상황이다. 한국의 제조업 경쟁력과 우수한 인력, ICT 인프라를 고려할 때, 3D 프린팅은 한국이 글로벌 경쟁력을 가질 수 있는 분야이다. 벤처, 중소기업을 위한 3D 프린팅 설비 지원, 선제적 기술 연구, 응용 분야 연구 및 정부의 정책적 지원이 시작되어야 할 시점이다.
[ 별첨 : 3D 프린터 형상 ] 개인, 사무용 3D 프린터 산업용 3D 프린터