2013.08.19 YUHWA Securities Research 21세기의 연금술 3D Printing Overweight Analyst 이성호(IT/반도체/디스플레이) 02) 3770-0453 ur_value@naver.com 단언컨대, 3D Printer는 가장 완벽한 장비입니다 최초의 컴퓨터가 보급된 후 30년동안 기술 발달을 통해 다양한 산업에 컴퓨터가 접목되 면서 사용되기 시작했다. 그 이후 또다시 30년동안 인류는 컴퓨터라는 기기의 보급으로 인해 많은 생활의 변화를 누리게 되었고, 이제는 손안의 컴퓨터로 불리는 스마트폰을 통해 생활의 혁신 을 누리고 있다. 3D 프린터 역시 다양한 산업과 융합되며 첨단 기술의 대중화로 인한 수요 폭발의 시점이 도래하고 있다. 제 1, 2의 산업혁명 이후 3D 프린터 로 인해 제 3의 산업혁명이 촉발될 수 있을 것으로 판단됨에 따라 관련 산업의 흐름을 짚어볼 필요성이 대두되고 있다. 3D 프린터를 전략적 국가 산업으로 육성하기 위한 움직임 - 미국은 3D 프린팅을 통한 제조업의 부활로 차세대 산업환경에서 위치 선점을 위해 국가적 산업으로 육성 계획. - 유럽은 GDP내 제조업 비중 확대의 중점과제로 3D 프린터 육성을 내세움. - 중국 역시 제조업 강국의 장점을 최대한 활용하기 위한 민관 합동 클러스터 조직. - 일본 등 기타 국가들 역시 3D 프린터 기술 연구 Plan 가동. 산업의 새로운 패러다임을 가져올 3D 프린터 - 금형 제작 수정의 Cycle을 탈피, 소모적인 공정/재료 없이 바로 제작 가능함에 따른 전통적인 제조업의 한계 극복. - 일반제조, 자동차, 항공, 의료, 건설 등 다양한 산업과의 융합을 통한 부가가치 창출. - 산업에서 일상생활까지 첨단 기술의 보급화를 통해 제 3의 산업혁명 도래. 시장 확대에 따른 Top Picks : 기기 보급 이후 소재들의 수요 증가 패턴에 따른 점진적 시장 확대 가능성. 현재 수준 에서는 3D 프린터 보급에 따른 1차 수혜는 장비주로 판단. 기본 원리 응용 가능한 업체 에 주목 필요. - 하이비젼시스템(A126700) : 디스펜싱, 본딩, 얼라인 기술 및 X,Y,Z 축 컨트롤 기술을 바탕으로 3D 프린터 사업 진출. 연말 시제품 양산 가능으로 새로운 도약 기대. - TPC(A048770) : 3D 프린터의 기본 원리인 X,Y,Z 축의 움직임과 그 움직임을 제어하는 모션컨트롤 부품 및 기술 보유. 3D 프린터의 제작 활성화에 따른 부품 적용 확대 기대. 이 조사자료는 고객의 투자에 참고가 될 수 있는 각종 정보제공을 목적으로 제작되었습니다. 이 조사자료는 당사의 투자분석팀이 신뢰할 수 있는 자료 및 정보로부터 얻어진 것이나, 당사가 그 정확성이나 완전성을 보장할 수 없으므로 투자자 자신의 판단과 책임하에 종목 선택이나 투자시기에 대한 최종 결정을 하시기 바랍니다. 따라서 이 조사자료는 어떠한 경우에도 고객의 증권투자 결과에 대한 법적 책임소재의 증빙자료로 사용될 수 없습니다. 이 자료는 당사 홈페이지(http://)에서도 이용하실 수 있으나, 당사의 사전동의 없이 어떤 형태로든 복제 또는 대여될 수 없습니다
1. Welcome to 3D Printer World 영화가 현실이 되다 영화 미션 임파서블 에서 주인공인 톰 크루즈가 사진 파일을 이용해 정밀한 마스 크를 제작하는 장면이 나온다. 또한 영화 리얼스틸 에서는 실물감이 넘치는 로봇 파이터들이 실제 경기와 같은 생생한 싸움을 벌인다. 이러한 장면을 본 독자들은 영화 속 재미있는 상상 혹은 단순 CG 처리 정도로 느꼈을 것이다. 그러나 3D 프린터의 본격적 등장으로 인해 이러한 장면들은 더 이상 영화 속 상상이 아닌 현실이 되었다. 실제로 미션 임파서블의 하드케이스 역시 3D 프린터 의 일종이며, 영화 리얼 스틸에서는 최대한 실감나는 로봇을 만들기 위해 3D 프린터로 모델을 만든 후 영화 제작에 사용하였다. 쥬라기공원 3, 아이언맨, 아바 타와 같은 영화에서도 3D 프린터를 이용한 기능성 커스텀 부품들이 쓰이는 지금, 3D 프린터는 더 이상 상상이 아닌 현실이 되고 있다. 3D 프린터란? 3D 프린터는 플라스틱 액체 혹은 기타 원료를 사출하거나 적층, 응고시켜 3차원 모양의 고체 물질을 자유롭게 찍어내는 기기를 말한다. 3D 프린팅의 과정은 크게 1) 물체의 3D 도면을 만드는 모델링 2) Layer를 적층하는 프린팅 3) 프린팅 된 제품을 다듬거나 경화, 코팅이나 페인팅을 하는 후처리 단계로 나뉜다. 모델링의 경우 CAD나 3D 스캐너를 통해 물체의 모양을 3차원으로 구성하여 STL 과 같은 파일 포멧으로 변환시킨다. STL 파일은 3D 모델 표면을 수많은 삼각형들 의 집합으로 쪼갠 후 각 꼭지점들의 위치 데이터를 저장하고 있다. 파일 포멧에는 STL이 가장 일반적이며.ZPR,.OBJ,.VRML,.3DS 등의 다양한 포멧이 존재한다. 이렇게 변환된 포멧을 바탕으로 3D 프린터에서는 형상을 수많은 얇은 막으로 나누어 데이터를 분석하게 되며 데이터에 맞게 물건의 형태를 16~100 μm씩 프린 팅한다. 프린팅된 제품은 지지대를 제거하거나 추가적인 경화 과정을 거치는데 표면처리와 페인팅 과정을 거친 후 제품이 완성된다. [그림 1] 영화속 3D 프린터 응용 사례 [그림 2] 3D 프린팅 제품 제작 과정 자료 : 영화 캡쳐, 자료 : 캐리마, 2
2. 3D 프린팅의 방식 분류 재료, 성형 방식에 따라 20여가지의 방식 개발 3D 프린터는 원료에 따라 액체, 파우더, 고체로 나뉘며, 레이저, 열, 빛 등 소스를 기반으로 응고/적층 하는 다양한 방식이 존재한다. 3D 프린팅 방식은 현재까지 약 20여가지가 개발되어 있으며 각각의 방식은 제품 제작에 있어 장단점을 가진 다. 각 분야마다 다른 형태의 프린터가 사용되고 있지만, 대부분 SLA(Stereo Lithography Apparatus), FDM(Fused Deposition Modeling), SLS(Selective Laser Sintering), PolyJet(Photopolymer Jetting Technology), DLP(Digital Light Processing), DMT(Direct Metal Tooling), PBP(Powder Bed & inkjet head 3d Printing), LOM(Liminated Object Manufacturing) 등의 방식이 적용되고 있다. SLA (Stereo Lithography Apparatus) 광경화 수지 조형방식으로 액체 형태의 재료를 레이저나 강한 자외선을 이용해서 순간적으로 경화시켜 형상을 제작하는 방식이다. 먼저 조형판 위에 지지대를 조성 하고 만들고자 하는 모델 모형의 아랫부분부터 레이저가 디지털 스캔 미러를 통 해 투영된다. 투영과 동시에 모델의 제작 모양에 맞춰 조형판이 하강하며 모델 모형의 윗 부분까지 제작되는 방식이다. 막이 만들어지면 표면을 매끄럽게 만들기 위해 칼날이 표면을 다듬는다. 레이저를 사용하여 정밀도가 높으며 표면이 매끄럽 지만 장비가 고가이고 조형속도가 비교적 느리다. DLP (Digital Light Processing) 마스크 투영 이미지 경화 방식으로 SLA방식처럼 액체 기반의 소재를 사용한다. 이미징 프로세스 칩을 장착, 제작하고자 하는 형상의 이미지를 광경화성 수지에 자외선을 투영하여 경화 시키는 방식이다. 일반적으로 조형판이 하강하며 제품을 생산하는 것과 달리 DLP 방식은 조형판이 위로 이동하며 아래방향으로 제품을 생성한다. 표면 조도가 우수하고 낮은 소음과 별도의 부재료가 필요하지 않으며 사진과 같은 면 단위(Cross sectional) 조형방식으로 작업 속도가 균일하다. 다만 현 시점에서는 제품 가격이 상대적으로 고가이고 빌드 사이즈가 작으며 DLP 전용 수지 재료가 필요하다. [그림 3] SLA 방식 [그림 4] DLP 방식 자료 : 캐리마, 자료 : 캐리마, 3
SLS (Selective Laser Sintering) SLA 방식과 유사한 방식이지만 레이저 종류에 있어 CO 2 방식의 강한 레이저를 사용한다. 파우더 원료에 레이저를 조사하여 막을 형성하고 다시 그 위에 파우더 를 도포한 후 레이저를 조사하는 공정을 반복하며 제품 구조를 생성한다. 소결되 지 않은 원재료 분말이 지지대 역할을 하기 때문에 타 방식에는 필요한 제품 지지대가 불필요하다. 나일론, 유리섬유, SOMOS, 트루폼과 같은 다양한 원료와 함께 금속성 원료를 사용할 수 있다. 메탈 원료의 경우 메탈 파우더 위에 플라스틱이 얇게 도포되어 있어 레이저를 쏴서 막을 형성시킨다. 모형이 완성된 후에 900도 이상의 용광로에 모형을 넣어 플라스틱 막을 분해시키고 금속을 침윤시켜서 결합시킨다. 조형속도가 빠르지만 레이저 장비와 같은 고가 부품의 사용으로 장비가격이 높다. 2014년 특허 만료 예 정으로 3D 프린터의 대중화에 기여할 것으로 예상된다. FDM (Fused Deposition Modeling) 용융 수지 압출 조형 방식으로 Scott Crump가 출원한 FDM 방식의 특허가 2007 년 만료되면서 대부분의 3D 프린터들이 채택하는 방식이다. X, Y, Z 축을 기반으 로 노즐의 움직임을 미세하게 제어하며 막을 형성한다. 소재는 핫플레이트와 노즐 을 거쳐 용융되어 통과하며, 노즐을 통과한 소재는 적층과 동시에 경화되며 제품 형태를 만들어 간다. 간단한 구조와 광원 같은 부가 요소를 필요치 않으며 오픈 소스 하드웨어 기반으 로 대중화에 용이하다. 노즐을 통해 소재가 공급되므로 플라스틱에서부터 음식까 지 다양한 소재 적용이 가능하며 단순한 구조로 인해 대형화에 용이하다는 장점 이 있다. 때문에 다양한 산업 분야에 쉽게 상용화 될 수 있다. 또한 리니어 모션 및 모션 컨트롤의 정밀도에 따라 고 퀄리티의 제품 양산이 가능하기 때문에 실용성 측면에서도 긍정적 평가를 받고 있다. 소재가 경화되는 시간에 있어 흘러내림을 방지하기 위한 지지대의 필요성으로 부 재료의 소모가 크다는 단점이 있지만 이 부분은 소재 및 온도 조절 등의 급속 경화 기술 개발을 통해 해결할 수 있을 것으로 기대된다. [그림 5] SLS 방식 [그림 6] FDM 방식 자료 : 캐리마, 자료 : 캐리마, 4
Poly Jet (Photopolymer Jetting Technology) FDM 방식과 유사하지만 잉크젯과 광조형의 혼합방식이다. 모델 part 및 서포트 광경화성 수지를 잉크젯 프린터처럼 분사함과 동시에 UV 램프를 통한 광원으로 수지를 경화시켜가면서 제품을 제작한다. 소음이 작아 사무 사용 환경에 적합하 다. 치수정밀도가 0.025mm ~ 0.05mm로 뛰어나 별도의 후처리가 필요 없을 정도 의 우수한 표면 조도를 나타내기 때문에 정교한 부품 및 쥬얼리 제품 제작에 적합하다. 투명재질로 제품을 제작할 수 있어 유체흐름 시험관이나 배기관 등 속이 보이는 제품이나 정밀파트의 구조분석을 위한 제품에 활용도가 높다. PBP (Powder Bed & inkjet head 3d Printing) 잉크젯 프린터의 원리를 이용한 기술로, 프린터 헤드의 노즐에서 액체상태의 컬러 잉크와 접착물질(바인더)를 분말 원료에 분사하여 조형하는 방식이다. 출력 과정이 완료되면 분말을 제거하고 표면 처리를 한다. 2D 인쇄에 사용되던 컬러 잉크를 그대로 사용할수 있기 때문에 조형하고자 하는 컬러를 거의 그대로 출력 이 가능해 최상의 디테일을 얻을 수 있다. 다만 조형후에 분말을 제거하고 표면 처리를 해야하는 번거로움이 있다. LOM (Laminated Object Manufacturing) 종이, 플라스틱, 금속 라미네이트 층 등의 필름 형태의 재료를 칼이나 레이저로 절단하며 접착제로 접합하여 조형하는 방식으로 마치 합판을 붙여서 조각한 것과 같이 나타난다. 종이를 이용할 경우 내구성이 약하다는 단점이 있지만, 기타 화학 용제가 필요치 않아 제작비용이 저렴하고, 실사와 같은 색상을 인쇄할 수 있다는 장점이 있다. 또한 작업공정에 있어 수축이 적고 잔여물이 붙지 않으며 조작이 간단하다. DMT (Direct Metal Tooling) 작업 플렛폼에 한층에 해당되는 두께만큼 미세한 메탈 파우더를 제품의 생산성과 품질에 맞게 얇게 도포한 후 도포된 파우더 위에 정밀한 레이저가 조형하고자 하는 영역을 선택적으로 조사하면 조사된 파우더 부분이 용융되며 제품을 만들게 된다. 레이저가 파우더를 용융하고 있는 동안 산화 방지를 위해 불화성 가스(아르 곤)가 챔버 내에 공급되며 한층 한층 플렛폼을 내려가면서 위와 같은 공정을 반복하는 방식이다. 순수 메탈 금속 재질의 제품의 제작이 가능하다. [그림 7] Poly Jet 방식 [그림 8] PBP 방식 자료 : 캐리마, 자료 : Google, 5
[그림 9] LOM 방식 [그림 10] DMT 방식 자료 : Google, 자료 : Google, [표 1] 3D 프린터 주요 방식 자료 : 업계, 6
3. 3D 프린터 산업 동향 Global Hot Icon 3D Printer 최근 산업계에서는 3D프린터에 대한 내용이 화제가 되고 있다. 세계 경제 포럼에 서는 미래 10대 유망기술 중 하나로 3D 프린터를 선정했으며, 세계 미래학회 역시 3D 프린터가 생산 혁명을 유발할 것으로 평가하고 있다. 미국의 오바마 대통령도 3D 프린터가 제조방식의 혁신을 가져올 것이며 미국의 산업 부활에 도움을 줄 것이라고 평가했다. 대중의 관심도 뜨겁다. UCC에서는 연일 3D 프린터에 관한 동영상이 올라오고 있으며, 검색엔진 Google에서 3D 프린터라는 단어의 검색수가 기하급수적으로 늘어나고 있다. 3D 프린터가 새로운 산업혁명을 도래할 것으로 예측한 미국의 저널리스트 크리스 앤더슨의 Makers 라는 저서는 출시 후 베스트 셀러에 등극해 사람들이 무엇에 관심이 있는지를 명확히 보여주고 있다. 이렇듯 3D 프린터는 세계 유수 기관에서부터 대중들에게 까지 Hot Issue로 자리잡고 있다. 세계 각국의 정책동향 미국은 제조업의 부활을 위한 수단으로 3D 프린터 육성 미국 정부는 이미 2012년 8월에 3D 프린팅 기술의 다양한 활용 가능성을 연구하 기 위해 오하이오에 전문 연구소를 설립했다. 또한 추가적 지원 방안과 기술 개발에 가장 적극적으로 나서고 있다. 미국은 제조업의 부활과 그로 인한 고용창 출효과에 Focus를 맞추고 있다. 글로벌 금융 위기에서도 스위스, 한국과 중국이 버텼던 이유가 탄탄한 제조업 기반이라는 사실과 제조업이 육성되면 미국의 고질 적인 문제인 실업문제를 자연스럽게 해결 할 수 있기 때문이다 기존 제조업의 단순한 부활 보다는 3D 프린팅 기술을 활용한 경쟁력을 강화시켜 차세대 산업환 경에서도 글로벌 절대 강자의 지위를 유지하겠다는 전략이다. 정부적 차원이 아닌 GE와 보잉등의 대기업들도 3D 프린팅 기술을 적극 도입/ 연구하고 있는 추세이며, 학계에서도 MIT, 하버드등을 비롯한 수십개 대학이 이미 3D 프린팅 기술 연구에 들어가 있다. MIT는 팝팹(PoPFab)이라는 손으로 들고 다니는 서류가방 사이즈의 3D 프린터를 개발하였고 네바다 주립대는 미국 최초로 지난해 3D 프린터 실험실과 제품 전시실을 만들어 개방하고 있다. [그림 11] 3D 프린터 Google 검색 추이 (최고 검색량 100 기준) [그림 12] MIT가 개발한 초소형 3D 프린터 PoPFab 자료 : Google, 자료 :동영상 캡쳐, 7
EU, 중국, 일본을 중심으로 정부 차원에서 빠르게 대응 중국은 2012년 10월, 3D 프린터 기술의 산업화와 시장화를 추진하고 국제교류를 가속화 하기 위해 베이징에 3D 프린터 기술 산업 연맹을 설립했다. 산관학 협력 을 가속화 하고 산업표준을 조속히 제정하기 위한 움직임을 보이고 있다. 일본 역시 5월말에 경제 산업성 산하 연구소를 중심으로 2018년까지 빠르고 저렴한 3D 프린터를 개발하겠다는 계획을 밝혔다. 중국제품에 가격 경쟁력을 잃어가고 있는 주물 산업의 경쟁력을 강화하기 위해 주조용 사형을 빠르고 저렴 하게 개발하고자 하는 일본 정부의 의지를 엿볼 수 있다. EU는 저성장 기조와 실업률 문제를 해결하기 위해 3D 프린터에 주목하고 있다. 지난해 10월 EU는 첨단 기술 육성을 통해 2020년까지 GDP내 제조업 비중을 20%까지 늘리는 프로젝트에 3D 프린팅을 중점과제로 내세웠다. 특히 영국은 6월 초 영국 정부가 신기술 산업에 참여하는 3D 프린팅 업체들의 부담을 덜어주고 장기적으로 육성하기 위해 대규모의 펀드 조성 계획을 발표하였다. 국내는 아직 걸음마 단계로 육성정책이 필요할 전망 국내는 이제 막 3D 프린터 시장에 대한 관심을 보이고 있는 단계이다. 금년 6월 초 3D 프린팅 산업 발전전략 포럼을 열고 3분기까지 3D 산업 육성을 위한 구체 적인 정책을 마련하기로 했다. 다른 나라에 비해 아직까지 정부적 차원의 정책이 미흡한 편이지만 민간 기업 위주의 연구는 꾸준히 진행되고 있다. 국내 시장의 대부분이 해외 제품의 수입이지만 국내 몇몇 업체들을 위주로 자체 생산 및 개발 을 하고 있으며, 해외 수출까지 하는 등 활발한 활동을 하고 있다. [표 2] 3D 프린터에 대한 국가별 정책 방향 자료 : 인터넷, 8
4. 3D 프린터 산업 규모 연평균 18% 이상의 꾸준한 성장 예상 시장 조사기관에 따르면 3D 프린터 시장 규모가 2012년 22억 달러에서 2019년 65억 달러 규모로 성장할 전망이다. 제조된 제품의 가치를 더할 경우 2019년 133 억달러 규모로 추정된다. 일반 프린트시장 규모의 1%에 불과하지만 일반 프린트 시장은 정체된 반면 3D 프린터는 연평균(CAGR) 18%의 성장 속도로 지속 성장할 전망이다. 높은 가격대로 인해 보급에 한계가 있었지만, 최근 저가 보급형 제품이 등장함에 따라 시장 성장 규모는 더 커질 수 있을 것으로 예상된다. 특히 아시아 지역의 경우 성장성은 더욱 커질 전망이다. 중국은 현재 제조업에 있어 3D 프린터에 대한 정부의 지원을 바탕으로 2012년 기준 1,600만 달러 수준 에서 2016년 16억달러 수준의 성장을 전망하고 있다. 일본 역시 2012년 시장규 모 9,500만 달러에서 2016년 1억 5,900만달러로 성장이 전망됨에 따라 3D 프린 터를 비롯한 기타 부가 산업 역시 동반성장이 예상된다. 선두 업체가 과점 체제를 유지하는 상황으로 미국, 유럽 중심의 성장세 현재 3D 프린터 생산업체로는 미국의 Major 기업인 Stratasys와 3D Systems가 대표적이다. 3D 프린터 세계 시장 점유율을 살펴보면 Stratasys가 53%로 1위를 차지하고 있으며, 그 뒤를 이어 3D Systems가 22%로 글로벌 M/S 70% 이상을 장악하며 시장을 선점하고 있다. 이들 업체는 인수합병을 통해 규모를 점점 키워나가고 있다. Stratasys는 2012년 시장점유율 15%를 차지하고 있던 이스라엘의 Objet을 인수했으며 올해는 MakerBot까지 인수하며 규모를 키워나가고 있다. 3D Systems역시 최근 2년간 24 건에 달하는 인수합병을 통해 몸집 불리기에 나서고 있다. 이들 업체 외로는 독일의 Envision Tec이 8%, Beijing Tiertime사가 4%, 기타 업체들이 11%로 미국, 유럽이 대부분의 M/S를 차지하고 있다. 1988년부터 2011 년까지 누적 보급율 역시 미국, 유럽의 전통적 강세에 일본과 중국이 더하여 이들 지역을 중심으로 3D 프린터가 발달해 왔다고 볼 수 있다. [그림 13] 3D 프린터 시장 규모 (단위 : 억 달러) [그림 14] 급성장 하는 중국/일본 시장 (단위 : 억 위엔, 억 엔) 자료 : Wohlers Associates, KT경제연구소, 추정 자료 : 中 3D 프린터 기술 산업연맹, 日 Seed Planning, 9
[그림 15] Global 3D 프린터 업체 M/S (단위 : %) [그림 16] 3D 프린터 누적 판매 점유율( 88~ 11) (단위 : %) 자료 Wohlers Associates, KT경제연구소, 자료 : Wohlers Associates, KT경제연구소, 5. 왜 3D 프린터에 주목 해야 하는가? 3D 프린터 첨단 기술의 대중화에 주목하라 3D 프린터는 새로운 기술이 아니다. 최초의 3D 프린터는 1984년 미국의 발명가 찰스훌에 의해 개발되었다. 30년이나 지난 지금에서 주목을 받고 있는 이유는 무엇일까? 1946년 교실만한 컴퓨터가 개발된 후 30여년 동안 관련 기술의 발달과정을 거쳐 상업적으로 사용되었다. 그 이후 또 다시 30년이 지나면서 컴퓨터는 인류에 있어 가히 혁신 이라 할 만한 생활의 변화를 가져다 주었다. 애플 역시 스마트폰이라 는 아이템을 대중화 시킴에 따라 시대의 아이콘으로 급부상했다. 컴퓨터와 스마 트폰의 성공 사례에서 알 수 있듯이 현대 소비사회에서 가장 폭발적인 성장 동력 은 '첨단기술의 대중화'이다. 같은 시각에서 보면 3D 프린터가 가진 성장성은 가히 폭발적이다. 해외에서는 디자인, 항공, 건축, 제조업, 전기전자, 의학 등 다양한 업종의 아이디어와 '융합'하 며 빠른 속도로 산업에 스며들고 있다. 첨단 기술이 산업에 하나 둘씩 쓰이게 되고 누구나 쉽게 쓸 수 있게 되는 시점이 다가오고 있는 것이다. 3차 산업혁명 3D 프린터 18세기말 방적기와 증기기관에 의한 1차 산업혁명이 시작되었고, 19세기말 전기 의 산업화로 인해 2차 산업혁명이 이루어졌다. 이들의 공통점은 방식의 변화이다. 방적기는 손으로 만드는 섬유를 기계로 대량생산하게 만들었고, 증기기관은 소나 말에 의한 동력을 증기의 힘으로 전환시켰으며 전기는 동력원을 다시 한번 변화 시켰다. 3D 프린터 역시 생산방식의 변화 수단으로 주목 받고 있다. 3D 프린터가 도입됨 으로써 개발, 생산단계뿐 아니라 제조업 프로세스의 전체의 변화를 가져올 것으 로 예상되기 때문이다. 이러한 이유로 영국의 시사경제 전문지인 이코노미스트는 스페셜리포트를 통해 3D 프린터 기술은 3차 산업혁명의 대표주자로 포드가 자동차 대량생산을 시작한 것에 맞먹는 파급력을 가져올 것 이라고 평가했다. 10
기술 대중화, 개발 및 가격 하락으로 다양한 산업으로 적용확산 3D 프린터에 관해 일시적 이슈인지 새로운 산업 패러다임의 태동인지를 두고 의견이 많지만 분명한 것은 30년 전보다 훨씬 주변에서 찾아보기가 쉬워졌다는 것이다. 대중화에 대한 이슈는 몇 가지가 존재한다. 우선 기술과 관련된 부분에 있어 대중화가 진행되었다. Scott Crump가 출원한 FDM 방식의 원천기술 특허가 2007년 만료되면서 오픈소스 프로젝트인 RepRap 과 같은 시스템이 가능해졌으며, 그 결과 2011년 2만대 이상의 개인용 3D 프린 터가 보급되었다. 2014년 SLS 기술 특허에 대한 권리도 만료가 예정됨에 따라 3D 프린터 시장은 한 단계 더 발전이 이루어질 것으로 전망된다. 플라스틱부터 금속, 음식물까지 3D 프린팅이 가능한 다양한 소재 및 프린팅 기술 방식 개발에 따라 다양한 산업으로의 적용 가능성이 커지는 것도 대중화에 주요 요인 중 하나 이다. 또한 초기에 산업현장과 전문 연구기관용으로 높은 가격대에 생산되던 3D 프린 터의 가격하락이 지속되고 있다. 2001년 3D 프린터 평균 가격은 11만 7천달러 수준으로 일반적으로 구매하기 어려운 수준이었지만, 10년이 지난 2011년에는 7만 3천달러 수준으로 37%가량 가격이 하락했다. $ 1,000 대의 개인용 프린터가 출시되고 있으며, $ 1,000 미만의 예산으로 직접 DIY가 가능한 시장이 열리고 있다. 이에 따라 많은 업체들이 진출, 활용도의 증가로 3D 프린터의 보급속도는 가속화 될 것으로 예상된다. 동전의 뒷면도 존재하지만 법제도 개선과 기술개발로 충분히 보완 가능 물론 이러한 성장에 대해 회의적인 의견도 있다. 아직까지 기술에 대한 표준화가 이루어 지고 있지 않으며, 크기, 정밀도, 강도, 속도 면에서 기술적으로 개선해야 될 점이 분명 존재한다. 디자인을 100% 카피하는 공정이 가능하다 보니 저작권 침해 및 최근 논란이 되고 있는 총기제작과 같은 기술악용에 대한 우려감도 있다. 그러나 어떠한 기술도 초기부터 완벽한 제도와 밝은 면만 존재하지는 않는 다. 때문에 이러한 부정적 영향보다는 산업에 있어 긍정적인 면이 크다고 판단되 며 체계 정비와 기술 개발로서 충분히 보완 가능한 사안이라 판단된다. [그림 17] 3D 프린터 평균가격 추이 (단위 : $ 1,000) [그림 18] 3D 프린터 용도별 가격 (단위 : $) 자료 Wohlers Associates, KT경제연구소 재인용, 자료 : Sculpteo, KT경제연구소 재인용, 11
6. 3D 프린터, 세상을 Redesign 하다. 제조업의 한계를 극복하다 3D 프린터의 장점은 기존 제조업의 한계를 극복할 수 있다는 것이다. 필요한 모양을 만들기 위한 소모적인 공정/재료 없이 바로 제작이 가능하기 때문에 시간 및 재료비의 절감이 가능하다. 또한 복잡한 설계가 필요한 제품에 있어 어떠한 설계든 생산이 가능하고 단종된 제품과 같은 소량생산도 큰 비용 없이 가능하다. 맞춤형 제품의 제작이 가능하기 때문에 틈새 시장까지도 침투할 수 있어 시장 성장성은 무한하다고 볼 수 있다. 이러한 장점으로 인해 3D 프린터는 다양한 산업 분야에 적용 될 수 있으며 여러 기술과 융합하여 새로운 부가가치를 창출 할 수 있을 것으로 기대된다. 3D 프린터의 활용으로 실생활에 변화를 가져다 줄 분야는 다음과 같다. 제조업의 금형, 시제품 분야 빨라지는 소비자 Needs 변화에 적극 대응 가능 어떠한 신제품이 개발되는데 있어 금형과 시제품의 제작은 필수적이다. 통상적으 로 제품 개발 과정에 있어 시제품 제작 및 수정이 7~8회 이상 반복되는데 이 공정에 있어 소모되는 시간과 비용이 상당하다. 그렇지만 3D 프린터를 활용할 경우 오류를 발견 시 그 자리에서 제품 디자인만 수정하면 손쉽게 다시 제작이 가능하다. 별도의 금형을 제작/수정하거나 절삭과 조립 등 여러 공정을 거치지 않기 때문에 초기 투자 비용 역시 전통적인 공정 대비 낮다. 실제로 람보르기니의 기존 시제품 제작에 있어 총 기간은 4개월, 비용은 4만 달러가 소요되었는데 Aventador의 모델에 3D 프린터를 도입한 결과 기간은 20 일, 비용은 3천달러로 기간과 비용이 각각 83%, 92% 감소하는 효과를 가져왔다. 람보르기니 뿐 아니라 포드, 3M, 지멘스, 나이키 등 도 제품 개발단계에 있어 3D 프린터를 이미 활용하고 있다. 이들은 3D 프린터의 장점을 이용하여 다양한 시제 품들을 빠르게 제작, 테스트 함으로써 소비자들의 Needs변화에 얼마나 신속히 대응할 수 있느냐의 관점에서 3D 프린터의 가능성을 긍정적으로 평가하고 있다. [표 3] 3D 프린터가 가져올 제조업의 변화 자료 : KT 경제연구소, 12
자동차 부품 산업 생산자와 소비자의 요구를 동시에 충족 차량을 오래 소유해 본 사람이라면 누구나 공감하는 문제가 있다. 오래된 모델의 경우 부품 조달이 쉽지 않다는 것이다. 부품을 조달하기 위해 회사의 재고를 문의하거나 폐차장을 뒤지는 경우도 있다. 생산 회사 입장에서는 수요가 많지 않은 부품의 생산을 지속할 수 없는 상황이며, 소비자 입장에서는 부품 수급에 대한 불만이 존재할 것이다. 그러나 3D 프린터가 부품 생산에 도입이 된다면, 필요한 부분을 주문 생산할 수 있는 구조가 형성되어 생산자와 소비자가 모두 만족할 수 있을 것이다. 또한 최근 자동차에 있어 개성이 중요시되면서 튜닝에 대한 수요가 늘어나고 있는데 이 역시 3D 프린터를 통해 각자 개성에 맞는 나만의 튜닝 제품을 만들 수 있다. 자동차 부품 및 액세서리 시장에 영향을 미칠 것으로 기대된다. 우주항공 산업 우주산업의 첨단 기술로 활용 3D 프린터는 항공 분야에도 적극적으로 도입이 추진되고 있다. 2011년 영국 사우 스햄튼대에서는 레이져 소결 방식으로 제작한 14개의 부품으로 비행기 Sulsa를 10분만에 조립한 사례가 있으며 에어버스 및 보잉은 항공기 부품 생산에 3D 프린터 도입을 계획하고 있다. 항공기의 경우 가벼우면서 구조적으로 강도 강한 부품 디자인의 적용이 필요하다. 무게 및 구조의 강도에 있어 수학적으로 최적화 된 구조, 심지어 새의 뼈처럼 내부 공간이 있는 구조까지 3D 프린터를 통해 오차 없이 생산 가능하기 때문에 활용 가능성은 크다고 판단된다. 우주항공에서도 3D 프린터는 중요한 역할을 기대할 수 있다. 우주정거장이나 우주선의 경우 우주 공간에 장기간 체류하게 되므로 수리 및 생활에 필요한 부분 에 대한 물자의 지속적 공급이 필요하다. 그렇지만 3D 프린터의 도입으로 부품수 리에 있어 도면의 전송만으로 볼트나 너트, 고장난 부분의 부품을 맞춤형으로 생산할 수 있다. 기타 필요한 물건 역시 언제든지 프린팅해서 쓸 수 있어 도입이 추진되고 있다. NASA는 우주항공분야에서 적용될 위와 같은 기술을 오래전부터 적용해 왔으며 현재도 지속적으로 연구중이다. 화성 탐사로봇 로버(Rover)에는 3D 프린터를 이용한 부품이 70개나 장착되어 있다. [그림 19] 3D 프린팅으로 제작된 엔진 블록 코어 [그림 20] NASA에서 개발중인 우주용 3D 프린터 자료 : Ford, 자료 : NASA 마샬우주비행센터 영상 캡쳐, 13
의료, 바이오 산업 줄기세포까지 제작가능 현재 3D 프린터의 활용 분야 중 자동차 다음으로 높은 부분이 의료, 바이오 산업 분야이다. 의료, 바이오 분야는 환자마다 신체 및 증상이 다르기 때문에 맞춤화된 제조가 필요하다. 인공 뼈나 관절, 치아의 경우 3D 프린팅 기술을 활용하여 환자 의 몸에 가장 잘 맞는 구조로 제작이 가능함에 따라 이를 활용한 치료가 각광을 받고 있다. 세계 각국에서는 3D 프린팅 기술을 활용한 사례가 지속적으로 증가하고 있다. 덴마크에서는 3D 프린터를 활용하여 환자의 귀에 딱 맞는 보청기를 개발하였고, 네덜란드에서는 3D 프린터로 만든 인공 턱뼈를 교체하는데 성공하였다. 이 외에 도 치아 임플란트, 양악 수술 등 다양한 의료 분야에 활용되고 있다. 3D 프린팅 기술은 이러한 제품 외에도 중요 수술 전 환자의 상황과 같은 구조의 상황을 제작, 충분한 연습을 통해 수술 성공률을 높일 수 있는 등 의학 전반적인 부분의 발전에 기여하고 있다. 바이오 분야에서도 연구가 활발하다. 영국 에든버러 헤리엇와트대 연구진은 줄기 세포와 배양액을 섞은 바이오 잉크를 활용해 3D 프린터로 줄기세포를 만드는데 성공했으며, 독일 프라운 호퍼 연구소는 인공 혈관을 제작하는데 성공했다. 이제 3D 프린팅 기술은 생명과 연관된 부분까지 다양하게 활용되고 있는 것이다. 인테리어, 건설 3D 프린터로 집 짓는 시대 도래 미국 부동산 사이트인 모토보에서는 가정용 3D 프린터로 집을 지으려면 집을 지으려면 220년이 걸린다는 흥미있는 결과를 보도했다. 이 계산은 소형 가정용 프린터로 순수 플라스틱 소재로만 지었을 때를 조건으로 산출된 식이다. 현재 수준에서도 거푸집을 3D 프린터로 제작하여 건축기간을 단축시킬 수 있으며 향후 시멘트와 다른 물질을 사용하는 대형 3D 프린터가 제작이 된다면 기간의 획기적 단축으로 3D 프린터로 집을 건설하는 것은 불가능한 것만은 아닐 것이다. 이 외에도 건축 조감도나 실내 인테리어용 소품 제작에 있어 3D 프린터가 활용 되는 등 다양한 시도가 되고 있어 건축분야에서도 3D 프린터의 쓰임새가 늘어날 전망이다. [그림 21] 3D 프린팅으로 제작된 인공 턱뼈 [그림 22] 줄기세포 3D 프린터 및 만들어진 생체 조직 자료 : Google, 자료 : Google, 14
[그림 23] 건설에도 활용 될 수 있는 3D 프린팅 기술 [그림 24] 3D 프린터를 활용한 건축 모형 자료 : 3D 프린터의 활용 영상 캡쳐, 자료 : 모델지움, 기타 다양한 산업에 활용 가능 언급한 산업 외에도 3D 프린터가 활용되고, 또 앞으로 응용될 수 있는 부분은 무궁무진하다. 고고학 분야에 있어 오래된 화석이나 유물을 복원하는데 사용 되기도 하고 의류나 신발의 제작에도 사용될 수 있다. 심지어 음식도 3D 프린터 로 만들려는 방법 모색되기도 한다. 이웃나라인 일본만 보아도 3D 프린터를 활용해 결혼식 피규어를 제작해 주거나, 자신만이 원하는 액세서리 제품을 도면만 가져오면 언제든지 제작 할 수 있는 3D 프린팅 까페가 존재한다. 이론을 실제로 구현해보는 실험교재의 활용 및 홈스 쿨링 개념으로도 확대되고 있으며 산업 외 민간 수요가 빠르게 창출 되고 있다. 이처럼 3D 프린터는 기존의 산업과 융합되면서 지속적으로 새로운 산업을 태동 시키고 있다. 3D 프린팅 시장은 실생활과 뗄래야 뗄 수 없는 밀접한 관계로 발전 하고 있으며 가까운 미래에 새로운 생활의 패러다임을 형성할 수 있을 것으로 기대된다. [그림 25] 발에 딱 맞는 3D 프린팅 신발 [그림 26] 3D 프린터를 활용한 실사 피규어 자료 : 과학동아, 자료 : 조선일보 재인용, 15
7. 3D 프린팅 관련업체의 성장성에 주목 주가 시장에도 Hot Icon 등극 3D 프린터 산업계뿐 아니라 주식시장에서도 관심이 뜨겁다. 소규모 정밀 3D 프린터의 생산과 수출이 꾸준히 일어나고 있는 일본의 경우 3D 프린터 시장의 확대 소식이 전해지면서 10여개에 달하는 일본 내 3D 프린터 제작사들의 주가가 급등했다. 7월 한달 동안 가장 Hot 한 이슈가 되었으며, 대표적인 업체인 클러스 터 테크놀러지의 경우 7월 한달 동안 163%의 주가 상승을 기록하는 등 3D 프린 터 제조업체 대부분의 주가가 뜨겁게 달아오르고 있다. 대표적 3D 프린터 업체인 3D Systems 및 Stratasys 역시 5월 이후 주당 $ 35 $ 50, $ 63 $103까지 3개월 만에 각각 43%, 63%의 상승을 보였다. 3D 산업에 대한 전망성이 가시화되면서 이들 업체들의 성장성이 주목 받고 있는 것이다. 국내 관련업체 상황은 아직 준비단계 관련 업체의 동향은 크게 부품/장비주와 소재주로 분류할 수 있다. 통상적으로 산업이 확대되는 경우 장비/부품의 확대와 이에 따른 소재의 수요가 증가할 것으 로 기대되기 때문에 두 산업의 분류를 살펴볼 필요가 있다. 실제로 Stratasys의 경우 전체 매출 중 50%가 기기, 25%가 소재, 서비스 부분에서 25%의 수익 구조 를 나타내고 있으며, 3D Systems는 기기 30%, 소재 30%, 서비스 40%로 기기와 소재 부분의 매출기여도가 상당히 높다는 것을 알 수 있다. 현재 3D 프린터는 플라스틱 계열 및 일부 금속계열 소재가 대부분 사용되고 있으며 3D 프린터 제조사에서 소재까지 공급하고 있다. 향후 3D 프린터 시장이 확대 시 관련 소재를 생산할 수 있는 국내 업체로는 파우더 및 플라스틱 고분자 소재 및 경화제 생산이 가능한 SH에너지화학, 코프라, 미원에스씨, 현대EP, 코오 롱플라스틱 등이 있다. 장비의 경우 국내 관련업체가 그나마 존재하고 있다. 비상장인 캐리마와 에디슨 이 3D 프린터를 제작하고 있고 세중은 자회사를 통해 3D Systems의 국내 판권 을 보유하고 있다. [그림 27] 3D 프린터 업체 관련 주가 추이 (단위 : 달러, 엔) [그림 28] 상위 2 업체 매출 구조 (단위 : %) 자료 : 자료 : Stratasys, 3D Systems, 16
3D 프린터의 기본원리 응용 가능한 업체에 주목 3D 프린터의 제작과정은 복잡해 보이지만, 기본적 원리는 단순하다. 앞서 설명한 FDM방식이나, SLS방식이나 재료가 다를 뿐 모두 X,Y,Z축의 움직임을 기본으로 한다. 노즐이든 레이져든 정밀한 성형을 위해서는 원하는 위치에 정확히 정지해 야하며, 3D 성형을 위해 앞뒤 좌우, 위아래의 직교운동을 통한 움직임이 필요하 다. 이러한 움직임의 제어를 통해 원하고자 하는 제품이 오차 없이 만들어지게 되는 것이다. 즉, 한번 Layer를 인쇄 후 다음 각 축이 0.1mm 움직이는지, 0.01mm움직이는지, 다음 층의 두께가 얼마나 세밀한지가 정밀도의 기준이 된다. 하이비젼시스템(126700), 검사장비 기술 활용한 3D 프린터 시장에 진출 하이비젼시스템(126700)은 이러한 원리를 이용해 3D 프린터 산업 진출을 모색하 고 있다. 동사는 디스펜싱, 본딩 기술을 통해 미세한 소재 사출 및 접착 능력을 보유하고 있으며, 렌즈에 쓰이는 얼라인 기술을 통해 오차 발생을 최소화화 시키 는 기존 카메라렌즈 검사장비의 기본 기술을 가지고 있다. 이러한 기술을 3D 프린터에 응용하여 장비를 개발 중에 있다. 특허가 만료된 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식으로 개발하고 있으며, 1,000 ~ 2,000 만원선의 보급형 제품으로 연말쯤 제품 공개가 가능할 전망이다. 2013년 8월 16일 액면병합(100원을 500원으로 변경)을 위해 거래 정지된 상태로 신주상장 예정일은 9월 6일이다. TPC(048770) 모션컨트롤 및 직교로봇 등 3D 프린터에 활용될 핵심기술 보유 TPC(048770)은 3D 프린터의 기본원리인 X,Y,Z 축의 움직임과 그 움직임을 제어 하는 핵심기술인 모션컨트롤 기술을 보유하고 있다. 자회사를 통해 구동모터를 직접 생산하고 있으며, 리니어모션 및 컨트롤 관련 부품은 현재 반도체/디스플레 이/렌즈 검사장비 등의 핵심 부품으로 공급이 되고 있다. 3D 프린터의 국내 제작이 활성화 될 경우 동사의 부품 역시 적용 확대가 될 것 으로 예상되며 현재 대형 스테이지 제작기술을 바탕으로 산업용 대형 3D 프린터 제작 관련 기술의 응용이 가능할 것으로 판단된다. 또한 향후 센서 사업의 진출 로 모션컨트롤 관련 부품의 일관화가 가능할 전망이다. [그림 29] 하이비젼시스템 실적 추이 (단위 : 억 원, %) [그림 30] TPC 실적추이 (단위 : 억 원, %) 자료 : 하이비젼시스템, 추정 자료 : TPC, 추정 17
Compliance 당사는 발간일 기준으로 지난 6개월간 위 종목의 유가증권 발행(DR, CB, IPO 등)에 주간사로 참여한 적이 없습니다. 본 자료에는 외부의 부당한 압력이나 간섭 없이 애널리스트의 의견이 정확하게 반영되었습니다. ( 작성자 이성호 ) 당사는 동 자료에 대한 기관투자가나 제3자에 사전 제공한 사실이 없습니다. 당사는 발간일 현재 동 종목의 지분을 1%이상 보유하고 있지 않으며, 조사분석 담당자는 발간일 현재 동 종목을 보유 하고 있지 않습니다. <기업분석 투자의견 구분> Strong Buy Buy Market Perform Underperform Trading Buy 6개월내 시장 대비 25% 이상의 주가 상승이 예상될 경우 6개월내 시장 대비 10%~25%의 수익률이 예상될 경우 6개월내 시장 대비 10%~10%의 주가등락이 예상될 경우 6개월내 시장 대비 10%이상의 주가 하락이 예상될 경우 향후 1개월내 시장 대비 주가 상승이 예상되나 그 기대수익률 수준을 예측하기 어려운 경우 <산업분석 투자의견 구분> Overweight 자산 포트폴리오상 비중확대를 권유할 산업 Neutral 자산 포트폴리오상 중립을 권유할 산업 Underweight 자산 포트폴리오상 비중축소를 권유할 사업