3D 프린팅산업현황및시장동향 l저자l 전기영 PD / 한국산업기술평가관리원이재득책임연구원 / 한국산업기술평가관리원강승철차장 / KEA SUMMARY 목적 3D 프린팅은기존산업의패러다임을변화시켜제조업혁신및창조경제신시장을창출할핵심기술이나스트라타시스 (Stratasys) 와 3D 시스템즈양사가전체시장의 65% 이상을점유할정도로소수상위기업이시장을독점하는상황임 본보고서에서는국내외 3D 프린팅산업현황및시장동향을분석하고국내 3D 프린팅산업의경쟁력을높이기위한정책방향을제시하고자함 주요현황 3D 프린팅관련시장은 09 년이후큰성장을경험하고있으며, 최근 5 년동안시장크기가 4 배로성장하여, 2015 년에약 51.6 억달러규모를기록 산업용 3D 프린터제조업체중 2015 년판매량에따른시장점유율은스트라타시스 (5,166 대 ), 3D 시스템즈양사가전체판매량의 65% 이상을차지하며, 매출액기준으로도 50% 내외 ( 약 14 억달러 ) 점유 현재국내에서 3D 프린팅관련사업을영위하고있는기업은 190 여개내외로추정되며, 2014 년도국내 3D 프린팅산업총매출액은 1,562 억원으로조사되었음 시사점및정책제안 글로벌선도기업이 3D 프린팅장비관련핵심원천기술 (SLS, SLA 등 ) 을주도중이며, 국내는고부가가치장비개발을위한기술력이미흡한상황임 기업활용여건에서도기구축된장비를기업들이활용하기에전 후처리장비가부족하고, TP 연구기관은산발적으로장비구축 운영중이어서효율성이떨어짐 국내기술력수준및시장흐름등을고려하여, 단기적으로산업용프린터기술개발과시장조성을위한수요창출중점추진이필요함 3D 프린팅기술활용이적합하고, 그에따른파급효과가클것으로기대되는분야 ( 의료기기, 조선부품등 ) 를선정하여우선지원 조선 항공등부품산업의경우최종제품생산이가능한지속적인기술개발추진및시장수요창출을위한기업지원 홍보, 품질인증지원체계구축필요
KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2016 VOL 16-06 1. 3D 프린팅개요 3D 프린팅은기존산업의패러다임을변화시켜제조업혁신및창조경제신시장을창출할핵심기술 3D 프린팅은 3 차원으로디자인된디지털도면정보를 3D 프린터에입력하여입체적인형태로출력하는기술이며, 플라스틱, 금속, 석재, 종이등대부분의소재와색상을구현할수있음 - 3D 프린팅은재료를자르거나깍아생산하는절삭가공과대비되는개념으로공식적인용어는적층제조 (AM, Additive Manufacturing) 또는쾌속조형 (RP, Rapid Prototyping) 임 스캐닝 / 모델링 (3 차원설계 ) 프린팅 (3D 구조제작 ) 후공정 ( 지지물제거 ) 제작완료 그림 1. 3D 프린팅을통한제조프로세스 3D 프린팅은소재형태 ( 액체, 필라멘트, 분말, 시트등 ) 와출력방식 ( 압출, 소결, 경화, 분사등 ) 에따라크게 7 가지기술방식이 존재 기술정의방식재료 광중합방식 (Vat Photopolymerization) 빛을조사하여플라스틱소재의중합반응을일으켜선택적고형화시키는방식 SLA DLP Photopolymer 재료분사분식 (Material jetting) 용액형태의소재를 Jetting 으로토출시키고자외선등으로경화시키는방식 Polyjet MJM Photopolymer, wax 재료압출방식 (Material extrusion) 분말적층용융방식 (Powder bed fusion) 고온가열한재료를노즐을통해압력으로연속해서밀어내며위치를이동시켜물체를형상하는방식 가루형태의모재위에고에너지빔을주사하며조사해서선택적으로소재를결합시키는방식 FDM FFF DMLS EBM SLS Clay, food, metals, Ceramics, metal Metal alloy, Steel, Aluminum,/Metal/ Ceramic Powder 접착제분사방식 (Binder jetting) 가루형태의모재위에액체형태의접착제를토출시켜모재를결합시키는방식 3DP PP Plaster 고에너지직접조사방식 (Direct energy deposition) 고에너지원 ( 레이저, 전자빔등 ) 으로원소재를녹여부착시키는방식 DMT LMD Metal Sheet Lamination 얇은필름형태의재료를열, 접착제등으로붙여가며적층시키는방식 LOM UC Paper, metal foil, Metal foil 70 한국산업기술평가관리원
ISSUE 5 3D 프린팅산업현황및시장동향 2. 3D 프린팅글로벌시장규모 3D 프린팅관련시장은 09 년이후큰성장을경험하고있으며, 최근 5 년동안시장크기가 4 배로성장하여, 2015 년에약 51.6 억달러규모를기록 (3D 프린팅제품 ) 전세계매출은 2015 년약 23.6 억달러 ($2.365 billion) 이며, 2014 년 ($1.997 billion) 에비해 18.4% 성장 - 장비, 시스템업그레이드, 재료, 애프터마켓제품 ( 소프트웨어, 레이저등 ) 등 (3D 프린팅서비스 ) 전세계매출이 2015 년약 28 억달러 ($2.800 billion) 로성장했으며, 2014 년 ($2.105 billion) 에비해 33.0% 증가 - AM 으로제작한부품, 유지보수계약, 교육, 세미나, 컨퍼런스, 전시회, 광고, 출판물, 컨설팅서비스, 연구용역등 구분 2011 년 2012 년 2013 년 2014 년 2015 년 3D 프린팅시장 29.4 32.7 33.4 35.2 25.9 제품시장 28.0 28.8 41.3 31.6 18.4 서비스시장 30.7 36.4 26.3 38.9 33.0 출처 : Wohlers Report 2016 가공 ( 단위 : % ) 표 1. 글로벌 3D 프린팅시장성장률 (2011 년 2015 년 ) $5,500 $5,000 $4,500 $4,000 $3,500 $3,000 $2,500 $2,000 $1,500 $1,000 $500 제품 서비스 $0 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 출처 : Wohlers Report 2016 그림 2. 글로벌 3D 프린팅시장매출 ( 단위 : 백만불 ) Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 71
KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2016 VOL 16-06 3. 3D 프린팅세부시장동향 산업용시장산업용 3D프린터제조업체중 2015년판매량에따른시장점유율은스트라타시스 (5,166대), 3D시스템즈양사가전체판매량의 65% 이상을차지하며, 매출액기준으로도 50% 내외 ( 약 14억달러 ) 점유 - 금속부품제작을위한메탈 3D프린팅기술의수요가증가하고있으며, 808대의금속 3D프린터가 2015년에판매되어 2014년 (550대) 에비해 46.9% 증가 Mcor 5.6% Others 25.1% Envisiontec 10.0% EOS 2.9% Stratasys 41.1% 3D Systems 15.3% 그림 3. 산업용 3D 프린터제조사판매량에따른시장점유율 (2016 년 ) 3D 프린팅은소재형태 ( 액체, 필라멘트, 분말, 시트등 ) 와출력방식 ( 압출, 소결, 경화, 분사등 ) 에따라크게 7 가지기술방식이 존재 주요기업 14 매출 15 매출 16 매출 ( 예측 ) 17 매출 ( 예측 ) 16 성장률 ( 예측 ) 3D Systems 654 666 678 737 2% Stratasys 750 696 714 778 3% ExOne 47 40 51 63 26% Arcam AB 339 576 736 936 28% Voxeljet 19 25 33 43 30% SLM Solutions 34 64 89 22 40% Materialise 98 111 132 157 19% Proto Labs 210 264 335 406 27% ( 단위 : 백만불 ) 출처 : Factset 표 2. 해외주요기업의매출액현황 72 한국산업기술평가관리원
ISSUE 5 3D 프린팅산업현황및시장동향 900 808 800 700 600 550 500 400 353 300 200 177 202 139 101 115 114 125 135 100 16 27 31 47 77 0 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 출처 : Wohlers Report 2016 그림 4. 금속 3D프린팅시장연도별성장추이 ( 판매량 ) 개인용시장개인용 3D프린터 (Desktop 3D Printer) 는 5천달러이하의 RepRap 및 RepRap에서파생된 FFF 방식의장비시장으로정의함 - 메이커봇 (MakerBot), Beijing Tiertime, 3D시스템즈 (3D Systems) 외전세계수많은회사가제품을개발 공급하고있음 - 개인용 3D프린터판매량은해마다급증하고있으며, 2015년에도전년도대비 69.7% 성장한 278,385대가판매된것으로추정되며, - 최근 3년간급속한성장률을보이고있으며, 2012년부터 4년간판매량평균성장률은 87.3% 에이름 320000 280000 278385 240000 160000 163999 120000 87253 80000 40000 66 355 1816 5978 24265 35708 0 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 출처 : Wohlers Report 2016 그림 4. 전세계개인용 3D프린터판매량 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 73
KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2016 VOL 16-06 2015 년시장매출은약 2.9 억달러 ($293.6 million) 규모이며, 이수치는전체 3D 프린팅 ( 산업용, 개인용 ) 장비매출에서 19.4% 를차지 - 2014 년개인용 3D 프린팅시장은 1.8 억달러 ($181.4 million) 규모이며, 전체 3D 프린팅장비시장의 14.0% 수준 기술의활용분야 3D프린팅산업전문조사기업인 Wohlers Report(2016) 에따르면 3D프린팅기술의주요활용분야는산업용기계 (19.9%), 항공우주 (16.6%), 소비재 / 전자제품 (13.1%), 자동차 (13.8%), 의료산업 (12.2%) 등으로나타남 - 산업용기계는주요활용분야로, 2014년 ~2015년에 2.4% 증가하였고, 항공우주분야는 2014년에비해 1.8% 증가, 의료 / 치과분야도지난 10년간꾸준히활용 - 교육기관및정부 / 군사부문의활용도성장하고있으며, 기타 (Other) 부분은석유 가스, 비소비자스포츠용품, 상업용해양제품등넓은범위의산업을포함 Academic institutions 10.5% Architectural Government/military 3.1% 5.9% Other 4.9% Motor vehicles 13.8% Aerospace 16.6% Medical/ dental 12.2% Consumer Products/Electronics 13.1% Industrial/business machines 19.9% 출처 : Wohlers Report 2016 그림 6. 3D 프린팅기술의활용분야 74 한국산업기술평가관리원
ISSUE 5 3D 프린팅산업현황및시장동향 4. 국내 3D 프린팅산업현황 국내 3D프린팅주요업체현황 현재국내에서 3D프린팅관련사업을영위하고있는기업은 190여개내외로추정되며, 이중주요기업의분포는아래 표와같음 구분 서울 경기 충북 충남 경북 경남 전북 전남 강원 제주 계 장비 32 27 2 4 7 4 2 0 0 0 78 소프트웨어 7 1 0 0 0 0 0 0 0 0 8 소재 3 5 1 0 1 0 0 0 0 0 10 활용 34 12 0 4 3 7 3 3 3 1 70 계 76 45 3 8 11 11 5 3 3 1 166 표 3. 국내 3D프린팅주요업체현황 - ( 장비 ) 국산제조사와외산제품판매사로구분되며, 국산제조사는 48개사정도로추정됨. 이중 25개사정도가 지속적인제품판매를진행하고있으며, 나머지는기술개발및시장상황을관망하는것으로조사됨 - ( 소프트웨어 ) 인텔리코리아, 로이비즈, 3D TADA와같은국산소프트웨어개발사와외산소프트웨어판매사로구분됨 - ( 소재 ) 대림화학, 쓰리디코리아와같은 FFF용필라멘트개발사와 SK케미칼, LG화학등원재료개발사및 스트라타시스코리아, 3D시스템즈코리아와같은장비와연계하여재료를판매하는외산장비판매사들로구분 - ( 활용 ) 관련기술활용기업은 3D프린팅대행, 피규어제작, 교육등으로구성 서울 76개사 32 7 3 34 경기 45개사 27 1 5 12 충남 8개사 4 0 0 4 전북 5개사 2 0 0 3 강원 3개사 0 0 0 3 충북 3개사 2 0 1 0 경북 11개사 7 0 1 3 경남 11개사 4 0 0 7 전남 3 개사 장비 S/W 소재활용 0 0 0 3 제주 1 개사 장비 S/W 소재활용 0 0 0 1 그림 7. 주요 3D 프린팅관련기업분포현황 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 75
KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2016 VOL 16-06 국내 3D프린팅분야별매출현황 2015년실시한국내 3D프린팅산업실태조사결과 2014년도국내 3D프린팅산업총매출액은 1,562억원으로조사되었으며분야별로는다음과같음 ( 단위 : 백만원 ) 140,000 126,632 120,000 100,000 80,000 60,000 40,000 20,000 21,522 2,381 5,659 장비 소프트웨어 소재 서비스 그림 8. 2014 년도국내 3D 프린팅산업분야별매출액 국내 3D프린팅장비판매현황 2013년도대비 2014년도의장비판매량은국산장비의경우 192% 성장, 외산장비는 858% 성장을보임에따라평균 235% 의성장률을달성 - 국산제품에비해외산제품의판매량성장률이 4배이상인이유는장비개발에소요되는시간과비용문제로인한국산제품의신제품개발빈도저하및외산제품에대한선호등이주요한요인으로조사됨 2014년도국산제품의수출은 110대규모로총판매대수의약 2% 에불과함. ( 단위 : 대 ) 8000 7000 6776 2013 2014 6000 5000 4000 4072 3000 2000 2118 2704 2433 1000 0 315 국산외산계 그림 9. 2014 년도국내 3D 프린팅장비판매량 76 한국산업기술평가관리원
ISSUE 5 3D 프린팅산업현황및시장동향 국내 3D프린터유형별매출액현황 2014년도 3D프린터매출액을구분하면국산 11.6%, 외산 87.7% 로구분되며, 가장매출액이많은유형은재료분사방식 (MJ, 39.7%) 이며, 그다음은재료압출방식 (ME, 28.9%) 으로조사됨국산제품은 PP, ME에한정되어있으며 BJ, MJ 등의유형은매출이전혀없음 구분 광중합방식 (PP) 재료압출방식 (ME) 접사방식 (BJ) 재료분사방식 (MJ) 분말적층용융방식 (PBF) 고에너지직접조사방식 (DED) Sheet Lamination 계 국산 1.6% 4.7% 0% 0% 0% 0.6% 0% 6.9% 외산 10% 24.2% 17.1% 39.7% 1.7% 0.2% 0.2% 93.1% 계 11.6% 28.9% 17.1% 39.7% 1.7% 0.8% 0.2% 100% 표 4. 국내 3D프린터유형별매출액비중 5. 결론 선도국대비취약한국내기술역량 ( 장비 ) 글로벌선도기업이핵심원천기술 (SLS, SLA 등 ) 을주도중이며, 국내는고부가가치장비개발을위한기술력미흡 * 선택적레이저소결 (SLS; Selective Laser Sintering), 광조형 (SLA;Stereo lithography) - 캐리마, 인스텍등일부기업이독자기술을보유중임에도불구, Stratasys( 美 ) 등해외선진기업대비기술경쟁력은취약 * 디지털광학기술 ( 캐리마, DLP; Digital Light Processing), 레이저금속성형기술 ( 인스텍, DMT; Direct Metal Tooling) ( 소재 ) 플라스틱등에서고부가가치소재 ( 세라믹, 바이오, 복합소재등 ) 로활용분야가다양화되고있으나국내관련연구개발은미흡 - 3D Systems( 美 ), EnvisionTEC( 獨 ) 등글로벌선도장비업체는전용소재만사용가능 (RFID 탑재 ) 하여고부가소재 * 시장의종속우려 * ( 티타늄분말 ) $700/kg, ( 코발트 크롬합금파우더 ) $545/kg, ( 포토폴리머레진 ) $175-225/kg 등 기업활용여건미흡旣구축된장비를기업들이활용하기에전 후처리장비가부족하고, TP 연구기관은산발적으로장비구축 운영중 - 3D프린팅장비는있으나, 메탈제품의서포터를제거하는후처리장비등이종합적으로구축되어있지않아유휴설비많음 - 대부분시제품출력위주로사용되고있으며, 구축된장비의종류 적용범위등정보파악도어려운상황 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 77
KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2016 VOL 16-06 제도기반미비 ( 표준화 품질평가 ) KS규격등표준화전략및품질평가체계미흡 - 3D프린팅관련국제표준이제정되고있으나, 이에대응한 KS규격이없어표준화된국산장비 소재개발지연 - 국내생산장비 소재의성능, 안전성등품질평가체계부재로국산제품의공신력확보애로 국내 3D프린팅산업경쟁력제고를위한정책방향제언국내기술력수준및시장흐름등을고려하여, 단기적으로산업용프린터기술개발과시장조성을위한수요창출중점추진필요 - 3D프린팅기술은금형을통한기존대량생산방식과달리맞춤형또는복잡구조제작방식의소량생산분야에적합 산업분야조선항공우주자동차제조업의료 3D 프린팅응용분야 소량생산되는선박용대형프로펠러 실린더등부품생산 유연한금형변경 일반제조기법으로는불가능한복잡한기하학적부품생산 부품의성능을다양한정도로조절 부품경량화 여러부품을조립하는대신하나의복잡한부품생산 고장시대체할부품생산 제품개발주기단축 MRI 나 CT 를바탕으로정교한해부모델을응용, 수술선계획 개개인에맞는보형물이나인공장기생산 해부실습에인공시신활용 출처 : pwc 보고서, The road ahead for 3D printers 표 5. 3D프린팅적합산업분야 3D프린팅기술활용이적합하고, 그에따른파급효과가클것으로기대되는분야 ( 의료기기, 조선부품등 ) 를선정하여우선지원 - ( 맞춤형 ) 의료산업은개개인의특성에따라차별화된서비스가필요하여맞춤형제품의효용성이크며, 시장수요도존재 * 인체맞춤형치료물적용예시 : 인공관절, 임플란트, 보청기, 인공기도등 * 딜라이트맞춤형보청기 (100~180만원 ), 일반보청기 (34~92만원) - ( 소량생산 ) 복잡한구조, 대형사이즈, 고비용, 제품단종등의원인으로소량생산되는조선 항공 자동차등부품산업분야조선 항공등부품산업의경우최종제품생산이가능한지속적인기술개발추진및시장수요창출을위한기업지원 홍보, 품질인증지원체계구축필요 78 한국산업기술평가관리원