IT Report 주간기술동향 2013. 3. 20. 3D 프린터, 차세대제조업혁신주도전망 * 1. 제조업계의화두 3D 프린터 글로벌화두로부상하고있는 3D 프린터 3D 프린터, 차세대제조업혁신을이끌것으로기대 - 최근 CAD( 컴퓨터이용설계 ) 프로그램으로설계한컴퓨터파일에서입체로된기계 부품등을인쇄하듯실물모형을만드는 3D 프린터의발전과확산이제조업계의화두로등장 실제로세계미래학회를포함한주요기관 / 미디어들이이머징기술혹은미래핵심기술에 3D 프린터포함 (< 표 1> 참조 ) < 표 1> 3D 프린터에대한주요기관 / 미디어의평가기관 / 미디어발표내용세계미래학회 2013~2025 미래예측 20 3D 프린터가생산혁명유발할것세계경제포럼 (WEF) 미래 10 대기술을발표하면서 3D 프린터를두번째로포함 (2013.2.14.) Time 紙 2012 년최고의발명품 26 종에 3D 프린터포함 Foreign Policy 紙 2013 년에주목받을 10 대뉴스 Economist 紙 3D 프린터가내연기관과컴퓨터에이어 3 차산업혁명을이끌것 CNET 이머징기술분야 Best of CES 의하나로 3D Systems 의 CubeX 3D 프린터선정 < 자료 >: 각종언론자료 3D 프린터산업은美오바마정부의일자리창출을위한제조업강화의첨병역할을수행하며업계이목집중 2012 년 8 월, 최초민관공동제조혁신재단으로오하이오주영스타운에 3D 프린팅관련연구전용연구소 NAMII(National Additive Manufacturing Innovation Institute) 설립및운용 * 2013 년 2 월, 첫국정연설에서오바마대통령은 한때폐쇄되었던공장이이제첨단연구소로바뀌어 3D 프린팅관련연구를수행하고있다 고밝히고, 이를벤치 * 본내용과관련된사항은산업분석팀 ( 042-710-1112, ssj@nipa.kr) 으로문의하시기바랍니다. ** 본내용은필자의주관적인의견이며 NIPA 의공식적인입장이아님을밝힙니다. 42
ITReport 마킹하여기업, 국방부, 에너지부가공동으로당해지역을글로벌첨단직업센터 (Global centers of high-tech jobs) 로변모시킬 3 개의제조허브를론칭한다고발표 * 또한, 다음제조업혁명이미국에서일어나도록 15 개제조허브네트워크를구축할것이며이에대한의회의도움요청 3D 프린터의역기능에대한우려도동시에제기되고있는상황 최근미국에서는 3D 프린터로만든총기와탄창까지등장하고있고, 3D 프린터를이용한불법복제문제도제기되는등역기능에대한우려도제기되고있는상황 2. 3D 프린터기술개요 3D 프린팅기술개요 3D 프린팅은 CAD 프로그램으로설계한파일, 산업용스캐너, 의료용스캐너, 비디오 게임등의 3 차원설계데이터를기반으로실물모형, 프로토타입, 툴및부품등을인쇄 하듯만들어내는기술 3D 프린터의유형은사용하는조형재료의형태에따라구분 ( 액체기반형, 분말기반형, 고체기반형등 ) 하거나, 프린팅방식에따라구분 ( 레이저소결적층방식, 수지압출적 층방식, 박막적층방식, 잉크젯적층방식등 ) 가능 < 표 2> 조형재료기반 3D 프린터의분류 재료형태 조형방식 제품예 액체기반형 분말기반형 고체기반형 < 자료 >: 각종자료 - 액체형태의재료사용 - 레이저나강한자외선을이용, 재료를순간적으로경화시켜형상제작 - 미국 3D Systems 의 SLA 시스템 ( 이미지참조 ) - 미세한플라스틱분말 (power), 모래, 금속성분의가루등을재료로사용 - 분말형태의재료를가열, 결합하여조형. 재료형태에따라접착제를사용하는시스템, 레이저를사용하는시스템등이있음 - 미국 3D Systems 의 SLS 시스템, 독일 EOS 의 SLS 시스템 ( 이미지참조 ) 등 - 와이어 (wire) 또는필라멘트형태의재료사용 - 필라멘트등의열가소성재료를열을가해녹인후노즐을거쳐압출되는재료를적층하여조형 - 미국 Stratasys 의 FDM 시스템 ( 이미지참조 ) - 왁스 (wax) 성질을가진패럿 ( 작고둥근알또는공모양의알갱이 ) 을재료로사용하며, 재료를헤드에서녹여노즐을통해분사 - Objet 사 Polyjet 시스템 ( 이미지참조 )(2012 년 12 월, Stratasys 사에인수 ) - 마분지같이얇은플라스틱시트나필름형태의재료사용 - 플라스틱시트를접착하면서칼을사용해절단후적층하여조형 - 미국 Helisys 의 LOM(Laminated Object Manufacturing) 시스템, 일본 KIRA 의 PLT(Paper Lamination Technology) 시스템 ( 이미지참조 ) 등 정보통신산업진흥원 43
주간기술동향 2013. 3. 20. 3. 시장환경및업계주요동향 시장환경 3D 프린팅터는다양한산업분야에서이미활용 1988 년 3D Systems 사의 SLA 시스템이처음시장에도입된이래그동안주로기 업용프로토타입제작등에제한적으로사용 최근에는자동차, 항공 / 우주, 방위산업, 가전제품, 의료및의료장비, 치의학, 건축, 교 육, 애니메이션및엔터테인먼트, 완구류, 패션등다양한산업분야에서제품개발에 활용 < 표 3> 산업분야별 3D 프린터활용사례활용분야사례예활용분야사례예 자동차 의료 ㆍ대시보드, 바디패널등의시제품제작 ㆍ인공치아나인공뼈, 인공관절같은보형물제작 항공 / 우주 건축 ㆍ알루미늄동체등의제작ㆍ무인정찰기ㆍ주요부품제작 ( 보잉 ) ㆍ건축모형제작 패션 ㆍ구두등의시제품견본 엔터테인먼트 ㆍ영화용캐릭터제작 ( 리얼스틸의로봇 ) 완구 ㆍ완구류모형제작 소비자가전 ㆍ GPS 디바이스등각종소비자가전프로토타입제작 < 분야별활용비중 (%) > < 3D 프린팅구글검색추이 > Wohlers Report 2012(BB&T Capital Markets, 2012.12., 재인용 ) < 자료 >: 각종자료 높은가격으로인해보급에한계가있었으나최근저가보급형제품이등장하면서본격적인상용화단계에진입할것으로기대 3D 프린터의가격은크기, 성능등에따라편차가크며, 대개 15,000~600,000 달러수준 44
ITReport * Wohlers 는 3D 프린터가시장에도입된 1988 년이래지금까지 50,000 대정도가보급된것으로추산 (JP Morgan, 2013.1.) 최근 entry-level 수준제품의경우 3,000 달러이하의제품도많이등장하고있고, 이들제품은시장확대에크게기여 * 미국 MakerBot 은 CES 2012 에서 2,199 달러의 3D 프린터 Replicator 2 를전시. 2012 년 5 월 3D Systems 도 1,299 달러의 3D 프린터 Cube 를출시 일반소비자들을대상으로한초저가제품도등장하기시작 * 미국 Solidoodle 은 2012 년 5 월가정용 3D 프린터를 499 달러에출시. 당시까지시장에나온 3D 프린터가운데가장저렴 < 표 4> 3D 프린터시장성장촉진및장애요인 성장촉진요인 - 기술발전 : 3D 프린팅성능및품질향상 기술에대한인지도및관심도향상 - 가격하락 : HW, SW 및공급비용하락 최종제품가격하락 도입촉진 - 사용소재의개발및다양화 : 초기합성수지로제한적이었지만최근나일론, 금속분말, 콘크리트등사용소재의다양화로활용산업분야의범위도확대 - 기본적인 CAD 소양을갖춘인력확대및일반인이사용하기쉬운 3D 모델링 SW(Google 의 SketchUp, Autodesk 의 123D 등 ) 의등장 성장장애요인 - 사용편의성 : 기존프린터대비사용의어려움. CAD 활용역량부족 - 인쇄소요시간 : 기존프린터는인쇄결과물을즉시손에넣었으나 3D 제품의인쇄에는수시간혹은수일소요 - 특정제품인쇄에필요한소재부족및높은소재가격 (high-end 제품용의경우 kg 당 100~300 달러, low-end personal 제품용의경우 kg 당 15~35 달러 ) - 법적문제, 디자인재생산에대한저작권문제등 2019 년 65 억달러규모의시장형성예상 시장조사회사인 Wohlers & Associates 은세계 3D 프린터시장규모가지난 2011 년 17 억달러규모에서 2019 년에는 65 억달러규모로커질것으로전망. 이는연평균 (CAGR) 18% 의성장속도 현재판매수량측면에서는 personal 3D 프린터시장이가장크고, 앞으로도유망 * Wohlers 에따르면, 2011 년기준, 전문가급산업용시스템시장은 6,500 대수준이나 personal 3D 프린터는 2 만 3,000 대가판매 정보통신산업진흥원 45
주간기술동향 2013. 3. 20. < 세계시장 > < 일본시장 > < 자료 >: Credit Suisse, 2012.10.( 원소스 : Wohlers Report 2012), 야노경제연구소 (2013.1.) ( 그림 1) 3D 프린터시장전망 시장선점을위한주도기업간경쟁은치열하게전개 기업차원에서는미국의 Stratasys 와 3D Systems 가주도권경쟁 2011 년기준, 세계적으로 31 개기업이전문가용시스템제조에참여하였으나글로벌 수요의상당부분이미국의 Stratasys, 3D Systems 에집중되는추세 특히, 양사는관련분야기업들에대한 M&A 를적극추진하며동분야양대산맥에 자리매김 * 프로페셔널급이상제품판매량기준업계 1 위인 Stratasys(2010 년세계시장 점유율 41%) 는 Objet 사 ( 동 10%) 와 Solid-scape( 동 5%) 를인수하며업계내위상 을크게강화 * 3D Systems(2010 년세계시장점유율 7%) 는 Z Corporation( 동 12%) 를인수하 며 Stratasys 와양대축형성 < 표 4> Stratasys vs 3D Systems 구분 Stratasys 3D Systems 매출 ( 억달러 ) * 2009 년 1.2 2012 년 (E) 약 2.1 2009 년 1.1 2012 년 (E) 약 3.6 매출구조 기기 50%, 소재 25%, 서비스 25% 기기 30%, 소재 30%, 서비스 40% 최근주요 M&A - 2012.12.: Objet( 이스라엘 ) 인수 - 2011.5.: Solid-scape 인수 - 2012.1.: Z Corporation 인수 세계시장점유율 (2010 년 ) ** 56% 19% * BB&T Capatal Markets, 2012.12. ** 프로페셔널급이상제품판매량기준. JP Morgan, 2013.1.( 원소스 : Wohlers Report 2011) < 자료 >: 각종자료 46
ITReport 미국을비롯한주요국에서연구개발도활발하게전개 미국은오하이오주영스타운에 3D 프린팅관련연구소 NAMII(National Additive Manufacturing Innovation Institute) 를설립하고 3D 프린팅관련연구전개 NAMII 는제조업강화의기치를내건오바마정부최초의민관공동제조혁신재단으로정부 3,000 만달러, 참여컨소시엄이 4,000 만달러를투자하여 2012 년 8 월설립 제조업쇠퇴로 녹슨지대 (rust belt) 로추락한미국중서부지역을 3D 프린터를통해부흥시키겠다는전략 NCDMM(The National Center for Defense Manufacturing and Machining) 주도하에 40 개기업, 9 개종합대학, 5 개지역대학 (Community College), 11 개비영리기관등이컨소시엄을형성하여참여 3D 프린팅분야기초연구와제품개발간의갭축소, 첨단 3D 프린팅기술에대한교육훈련환경조성등을추진 EU 는 2010 년영국노팅엄대와셰필드대등에 3D 프린터연구센터를만들어관련기술을개발 독일의프라운호퍼레이저연구소는이미 20 여대의전용 3D 프린터를설치, 각종금속을소재로한기술연구를진행중 중국은 2012 년 10 월, 3D 프린터기술의산업화와시장화를추진하고국제교류를가속화하기위해베이징에 3D 프린터기술산업연맹 을설립 연맹에는중국내주요 3D 프린터관련교육기관, 협회, 기업등 10 개정도의회원사가참여 중국 3D 프린터기술산업연맹은세계최초의 3D 산업연맹으로산관학협력을가속화하고산업표준을조속히제정하는데중요한역할을하게될것으로전망 중국내아직 3D 프린터산업을지원하는전문정책은없지만관련부처인공업정보화부는향후정책적지원을강화할것이라는입장 국내 3D 프린터시장환경, 활용은증가하고있으나제품개발은미약 국내제조업계에서도제품개발주기단축, 보안성강화등을위해 3D 프린터활용사례 증가 정보통신산업진흥원 47
주간기술동향 2013. 3. 20. 실제 IT 분야 ( 삼성전자 ), 자동차 ( 현대자동차 ), 건설 ( 두산인프라코어 ), 완구 ( 손오공 ) 등의분야에서휴대폰, 주요자동차부품등의신제품개발시활용한것으로보도 이외에대학 ( 서울대학교, 카이스트, 한국폴리텍대학등 ) 은물론의료분야 ( 예, 치과교정장치제작등 ) 등에서도활용 국내 3D 프린터제품개발은아직미약한수준, 국내시장은외국제품이장악 국내기업중 3D 프린터를제품화하여판매하고있는곳은 2011 년양산체제를구축한캐리마가거의유일하나판매실적은아직미약한수준 * 캐리마는 4,000~6,000 만원대의제품라인업을구축하고시장에공급중 이외에일부중소 / 벤처기업들이제품을개발하고있지만대부분양산단계에는도달하지못하고있는실정. 다만, 최근 로킷이 100 만원대데스크탑제품 ( 에디슨 ) 을출시하며시장진입 기술의중요성을고려할때적극적인투자로기술및산업기반육성마련시급 3D 프린터분야는이제막시장을형성하고있고장기적으로커다란시장형성이기대되고있는동시에미래의제조경쟁력을좌우할기술의하나. 특히오랜기간연구가축적돼있어야제품화가가능하여시장진입장벽이높은분야 - Gartner 의 Hype Cycle 상에서는 2026 년본격도입 (mainstream) 이예상되어장기적인성장성기대 반면, 국내기술및산업기반은매우취약한실정. 기술의중요성을고려할때적극적인투자로기술및산업기반구축이필요한시점 48