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[Issue&trend] ict와 3 d 프린팅에 의한 제3차 산업혁명
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[Issue&trend] ict와 3 d 프린팅에 의한 제3차 산업혁명

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3D 프린팅, 제3차 산업혁명을 불러올 혁신적 신기술로 부상 …

3D 프린팅, 제3차 산업혁명을 불러올 혁신적 신기술로 부상
18세기 말 등장한 방직기계는 섬유산업을 기계화하면서 제1차 산업혁명을 가져왔고, 20세기 초 포드사의 컨베이어벨트 시스템은 대량생산의 시대를 열면서 제2차 산업혁명을유발했다. 그리고, 최근 3D 프린팅은 제3차 산업혁명이라고 불릴 만큼의 혁신을 가져올 잠재력을 가진 기술로 주목 받고 있다.
기존 제조업에서는 금형을 제작하여 주물을 찍어내고 이들을 모아 나사로 조이거나 용접하는 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.


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  • 1. ICT와 3D 프린팅에 의한 제3차 산업혁명 이보경, 심수민, kt 경제경영연구소 KEY MESSAGE 김형수, 이정환, kt 종합기술원3D 프린팅, 제3차 산업혁명을 불러올 혁신적 신기술로 부상18세기 말 등장한 방직기계는 섬유산업을 기계화하면서 제1차 산업혁명을 가져왔고, 20세기 초 포드사의 컨베이어벨트 시스템은 대량생산의 시대를 열면서 제2차 산업혁명을유발했다. 그리고, 최근 3D 프린팅은 제3차 산업혁명이라고 불릴 만큼의 혁신을 가져올 잠재력을 가진 기술로 주목 받고 있다.기존 제조업에서는 금형을 제작하여 주물을 찍어내고 이들을 모아 나사로 조이거나 용접하는 방식으로 제품을 만들었다. 하지만 3D 프린터는 재료 물질을 층층이 쌓아 올려제품의 형태를 만든다. 컴퓨터로 디지털 3D 도면을 수정하면 바로 개선된 제품생산이가능하고, 소량 생산의 비용 효율성이 높아지며, 3D 도면을 인터넷으로 전송하면 세계어디에서나 3D 프린터로 즉시 제품을 제작할 수 있다. 음악, 도서, 신문과 같은 미디어산업이 디지털화로 변혁을 맞이한 것처럼, 3D 프린팅은 제조업을 디지털화하여 인터넷을 통해 글로벌 생산, 유통, 소비가 가능하도록 한다.3D 프린팅은 제조업과 ICT의 융합을 통해 새로운 산업 형태 창출3D 프린팅은 소량 맞춤형 생산을 대중화하여 Mass Production의 시대를 Mass Cus-tomization의 시대로 바꾼다. 또한 기존 제조공정으로는 구현할 수 없었던 제품 성능의향상을 가능하게 함으로써 전자, 자동차, 항공 등 기존 산업에 재도약의 기회를 제공한다. 의료 산업에서는 환자의 신체에 맞추어 인공 뼈, 관절, 장기를 제작할 수 있으며, 교육 산업에서는 실험 및 교육 보조재로 활용하면서 교육의 질을 향상시킬 수 있다.새로운 사업모델도 탄생시킬 수 있다. 네덜란드의 3D 프린팅 통합플랫폼 사업자Shapeways는 제품 아이디어만 가진 개인이 디자인, 판매, 제조, 배송을 One-stop으로 해결할 수 있는 통합 서비스를 제공한다. 이 업체는 도시 근교의 공장에 다양한 제품을 생산할 수 있는 On-demand 제조설비를 가지고 있다.
  • 2. KEY MESSAGE제조업에서 규모의 경제 법칙이 약해지고 창의적인 아이디어가 중요한 요소가 되면서제조업 벤처 창업이 활성화될 수 있다. 현재 실리콘밸리에서는 3D 프린팅으로 시제품제작 비용을 40~50배 줄인 제조업 벤처에 대한 투자가 급증하고 있다. 노동 집약적이던 제조업이 ICT 산업과 같은 창의 산업으로 변모하여 양질의 일자리가 창출된다.3D 프린팅 산업은 아직 성장의 초기단계3D 프린팅 기술은 아직 극복해야 할 많은 장벽을 가지고 있다. 20cm 높이의 물건 하나를 만드는데 6~7시간이 소요되고, 물건의 제작 가능한 최대 크기도 30cm3 수준이다.제품의 정밀도와 강도도 기존 제조공정보다 떨어진다. 하지만 이는 극복 불가능한 장벽은 아니다. 대학 및 산업체의 연구소에서 다양한 기술 발전이 이뤄지고 있으며, 향후 3D프린팅의 상업성이 높아지고 대기업의 투자가 이루어질 경우 빠른 속도로 성장할 수 있을 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 프린팅이미국의 제조업을 부흥시킬 핵심 기술이라고 보고 산업 클러스터 형성 및 관련 법령, 표준 체계에 대한 정비를 시작하였다.정부와 산업계의 3D 프린팅 산업 육성을 위한 준비 필요3D 프린팅은 우리나라에도 양질의 일자리 창출, 제조업 혁신 등의 새로운 기회를 제공할 것이다. 임금 상승으로 인해 해외로 공장이 이전하는 문제를 극복하고, 젊은이들이도전할 수 있는 창업의 기회를 열어 줄 것이다. 기존 제조업의 경쟁력이 한 단계 더 상승하고, 관련 SW, 솔루션 등 ICT 산업이 발전할 수 있는 기회도 제공할 것이다.미국, 유럽, 일본 및 중국은 3D 프린팅 관련 산업이 활성화되기 시작하였다. 국내에서도 정부와 산업계가 나서 3D 프린팅 산업 육성을 위한 준비를 시작해야 할 시점이다.
  • 3. 제조업에 등장한 혁신의 신기술, 3D 프린팅3D 프린팅의 개념과 의미3D 프린팅은 3차원의 물체를 프린트하는 프로세스를 지칭한다. 3D 프린팅은 제조업을 디지털화시켜산업을 새로운 방식으로 변화시킬 잠재력을 갖고 있다는 점에서 최근 주목받고 있다.3D 프린팅의 정의 3D 프린팅에 주목하는 이유디지털 디자인 데이터를 사용하여 3D 프린터는 1984년 최초로 개발된 이래 2000년대 초반까지레이어를 적층하는 방식으로 단순히 제품 모형이나 견본을 제작하는 데 소규모로 사용3차원의 물체를 만들어내는 프로세스, 최근 수년간 3D 프린터의 기술진보 및 가격하락으로Additive manufacturing이라고도 불림 활용범위가 확대되면서 광범위한 영향력에 주목하기 시작 ‘네트워크 + 3D 프린팅 + 새로운 소재’의 결합으로 제조업을 디지털화하여 전혀 새로운 생산/유통/소비 방식이 탄생3D 프린팅에 대한 언론의 관심최근 WSJ, Businessweek, CNN, Forbes 등 주요 언론의 3D 프린팅 관련 기사가 급증하고 있으며,The Economist는 지난 4월 특집기사로 심층 분석한 바 있다. Next 3D 프린팅의 프론티어: 항공 우주 부품을 프린터로 인쇄하다(2012.07.14) 소매용 3D 프린팅 시대의 도래(2012.09.21) 3D 프린팅, Shapeways 그리고 개인 생산시스템의 미래(2012.07.19) 3D 프린팅: 당신이 원하는 것을 형상화하다 (2012.07.20) 3D 프린팅: 인터넷보다 더 큰 변화의 시작 (2012.07.06)
  • 4. 3D 프린터 기술 개요디지털 3D 디자인은 수평의 얇은 층으로 나뉜 데이터 형태로 프린터로 전송되어 출력된다. 적층 방식과 재료에 따라 다양한 기술 유형이 존재하는데, 현재는 정밀성과 효율성이 높은 SLS, FDM 방식이 시장의 주류를 이루고 있다. 3D프린터의 동작원리 1) CAD프로그램을 이용하여 PC상에서 3D Design 2) CAD로 제작된 디자인을 많은 수의 수평의 얇은 층으로 나누어 프린터로 전송 3) 액체 또는 분말형태 재료를 분사-경화/본딩 과정을 거쳐 한 층 한 층씩 적층하여 물체를 제조 제품 디자인 슬라이스化 제품생산 기술 유형 분류 재료 물질 주요 특징 및 장점 •Thermoplastic Selective Laser Sintering(SLS) •Metals powders 레이저로 재료를 가열하여 응고시키는 방식으로 높은 정밀성을 가짐 •Ceramic powders •Thermoplastics 고체수지 재료를 녹여 쌓아 만드는 방식으로 제작비용과 시간 면에서 Fused deposition modeling(FDM) •Eutectic Metals 효율적임 •Almost any alloyDirect metal laser sintering(DMLS) 금속 파우더를 레이저로 소결시켜 생산하며 강도 높은 제품 등에 사용됨 metal Stereo lithography(SLA) •Photopolymer 레이저광을 선택적으로 방출하는 방식으로 얇고 미세한 형상 제작 •PaperLaminated object manufacturing •Foil 종이와 같이 층으로 된 물질을 겹겹이 쌓아 만들며 재료물질이 가장 저렴 (LOM) •Plastic film Electron beam melting(EBM) •Titanium alloys 전자빔을 통해 금속파우더를 용해하여 티타늄 같은 고강도 부품을 제조 •Plaster 파우더 베드로 고분자화합물과 금속물질이 이용가능하며Powder bed & Plaster-based(PP) •Colored Plaster 금속 제작방식으로 보편적3D 프린터 제조 업체 현황3D 프린터 업체는 산업용 프린터를 중심으로 성장하여 왔으나 최근 개인용 프린터 시장으로의 진출이확산되고 있으며, Major 업체간 M&A를 통해 대형화 추세이다.
  • 5. 산업용 3D 프린터 시장 현황(2011년) 개인용 3D 프린터 시장 현황(2011년)•’11년 총 판매량 6,500대, 평균 판매가격 $73,220 •’11년 총 판매량 23,000대, Delta 평균 판매가격 $1,122 Micro•상위 10개 업체 중 3개(Objet, Envisiontec, Beijing Factory Tiertime)를 제외하고 모두 미국 기업(점유율 64.4%) •Open source initiative인 5% MakerBot RepRap Project와 이로부터 22% RepRap 파생된 MakerBot, Bits from 60% Solidscape Bytes가 시장의 대부분을 Bits from 4% Bytes Z Corp 형성, 최근 산업용 3D 프린터 13% 11% 업체도 진출 시작 Stratasys 3D Systems 출처: Wohlers Associates, Inc. 2012 38% 11% 3D 프린터 제조 업계 동향 Envisionte 8% •플레이어간의 활발한 M&A 진행 중 Others -’12.1월 3D Systems가 Z Corp 인수 11% Beijing Objet 14% - 산업용 1, 2위 업체인 Stratasys와 Objet 합병 추진 중 Tiertime 4% •시장 형성 초기 단계로 대기업은 진출에 미온적 - HP는 Stratasys OEM으로 3D 프린터 판매 중 출처: Wohlers Associates, Inc. 2012 - Apple 및 Amazon 등도 진출 고려 중3D 프린팅 연계 서비스 업체 현황CAD, Co-design툴, 스캐너 등 3D 프린팅을 인터넷과 모바일로 연계하는 다양한 형태의 파생 서비스가 창출되고 있다. 3D 디자인을 직접 제작할 수 있는 소프트웨어로서 최근 이용자 확대가 기대되고 있음 3D CAD •AutoCAD: 모바일로 인쇄 가능한 CAD 파일 공유 •KARMA: CAD 지식 없이도 3D 콘텐츠 제작/생산 3D Scanning Data의 CAD 이미지 호환을 높이고, 3D Reverse Cloud 위에서 교환 및 편집이 가능하도록 지원 Software •Geomagic의 Direct CAD: 이미지를 CAD로 변환 •Hypr3D: 웹사이트 상에서 파일을 CAD로 변환 Open-source/ Membership 형태로 사용자들이 Open Source/ 직접 제작에 참여하는 기회를 제공(D-I-Y) Co-design •Thingiverse: 사용자의 작품을 공유 Community •Shapeways: 클라우드 상에서 공동 협업작업 CAD 같은 디자인 작업 없이 물리적 대상을 바로 3D Model로 제작 3D Scanner •Autodesk 123D의 Catch: 스마트폰 스캐닝 기술 •Microsoft의 Kinect: $150의 저렴한 3D스캐너
  • 6. 3D 프린팅의 산업 영역별 적용 현황전자산업개발 및 생산 공정상의 비용과 시간을 줄이고 새로운 제조방식과 수요시장을 창출하고 있다. 개발 비용 절감 및 시간 단축 모바일 스마트 기기 시장의 새로운 수요 창출•빠르고 저렴한 시제품을 제작하여 개발주기를 단축 •모바일 스마트 기기를 통한 손쉬운 3D 스캐닝, CAD, 3D 프린터 환경•Cisco는 매주 평균 10건의 디자인과 시제품 개발 수행 보급으로 연관된 새로운 수요 창출 기대 Cisco에서 제작한 무선 라우터 Linksys WRT120N iPhone 앱을 통해 촬영된 20여장의 사진으로 3D 디자인을 설계할 수 있는 Autodesk 123D의 Catch 직접 회로 생산(설계/제조 방식의 변혁) 전제제품을 완제품 형태로 제조•고정밀도 산업에서 부식/절삭 방법 외에 3D 프린팅으로 직접 회로를 •이미 실험실 단계에서는 전자회로, 안테나, 스크린 부품, 배터리 등이 제작하여 전 부품을 저렴하게 생산 제작이 가능(상업화 경쟁력이 관건) 3D 프린팅으로 제작된 전자회로(좌)와 3D 프린터 Aerosol Jet(우) Rice대학의 Spray-on 배터리 개념도항공/자동차 산업복잡한 설계/제작을 요하는 항공/자동차 산업에서 개방성을 높이고 효율성과 성능을 향상시키며, 단종된 부품 제작에도 활용된다. 설계 및 시제품 제작단계의 개방성 증대 3D Scan을 이용한 차량 점검•3D CAD 디자인의 수정, 시뮬레이션 및 다양한 상호작용, 비 전문가도 •차량 전체의 정보를 빠르게 CAD 파일로 저장하여 차량의 점검 및 기존 디자인을 활용하여 실제 항공기 제작 불량 정보를 발견 3D 프린팅을 사용한 날개구조물과 실제 제작된 무인항공기 Rapidform사에서 개발한 3D 스캐닝 기술을 응용한 차량 점검 단일구조부품 제작 단종된 자동차 부품 및 고성능 부품 제작•여러 가지 부품들이 복잡하게 구성되는 항공기 부품을 단일구조로 제작, •실제 고속주행이 가능한 자동차의 차체, 엔진, 주요부품 제작, 단종된 조립기간과 유지보수 비용을 크게 개선 자동차 부품도 언제든지 생산 9개의 부품으로 조립(좌) / 단일부품으로 제작(우) 3D 프린팅 전기자동차 “Areion”(좌) / 자동차 부품들(우)
  • 7. 의료/제약 산업의료, 제약 산업은 환자마다 다른 신체와 증상에 맞춤화된 제조가 필요한 산업분야로서, 의술의 발전에기여하고 고급 의료서비스에 대한 접근성을 높인다. 중요 수술 및 의료 교육에 사용 가능 인공 피부/뼈/관절 제작을 통한 재활 의료•중요 수술의 경우 CT로 스캔한 데이터로 종양을 재현, 수술 전 충분한 •평균 수명연장으로 재활 의료 수요가 증가하면서 3D 프린팅을 통한 연습을 통해 수술 성공율을 높임 재활 치료 증가 예상 CT스캔의 악성종양(좌) / 3D 프린팅으로 인쇄된 종양(우) 3D 프린터로 제작되고 있는 인공피부(좌)와 인공 턱 관절(우) 인공 혈관, 신경 및 장기 배양 환자 중심의 맞춤형 제약산업 등장•인공 혈관, 조직, 세포 등을 제조할 수 있으며 구조물을 만든 뒤 인조혈관과 •5년 내 환자의 신경조직/세포에 맞춘 의약품을 3D 프린터로 제조, 세포를 여러 겹으로 쌓아 인공장기를 배양할 수 있는 기술 실현 처방전이 온라인으로 전송되어 집에서 조제되는 시스템 등장 인공 혈관/조직 샘플(좌) / 인공장기를 인쇄하는 3D프린터(우) 신경조직 3D 인쇄(좌)/ 3D 조제약 인쇄 프린터(우)교육/패션 산업교육산업에서는 수요자 중심의 콘텐츠 및 교육 보조재 등을 저렴한 비용으로 개발하며, 패션산업에서는 제작/유통 단계 혁신으로 빠른 트렌드를 효율적으로 수용할 수 있게 한다. 이공계 교육의 진화된 환경 제공 디자인을 판매하는 구조로 재편되는 의류산업•시제품 및 실험교재를 학생 및 수업의 특성에 맞게 제작, 교육보조재 •소비자가 직접 선호하는 디자인을 지정하면, 업체가 3D 프린팅으로 제작 비용 감소로 교육 기회 평등에 기여 /판매 3D 프린팅 의상 주문 사이트 Constrvct(좌) 항공엔진의 제작 실험(좌) / 초등학교디자인 시제품 제작(우) 3D 프린팅 안경 디자인 판매업체 MakerBot(우) 수요자 중심의 교육 체계 패러다임 설계/개발주기의 단축과 완전 자동화 달성•학교 중심 교육에서 벗어나 가정과 개방된 곳에서 3D 프린팅을 통해 •3D 프린팅을 통해 설계/개발 주기를 몇 개월 단위에서 몇 주로 단축, 교육 콘텐츠를 얻을 수 있는 시스템 구축 급변하는 패션 트렌드를 적시성 있게 반영 가정용 3D Printer(좌)와 홈스쿨링의 교육 포탈(우) 신발 제조업체 Clarks의 3D 프린팅 디자인과 시제품
  • 8. 3D 프린팅이 바꾸는 산업의 미래3D 프린팅, 전통 제조업의 한계를 뛰어넘는 재도약의 기회 제공3D 프린팅은 제조업 프로세스에서 개발/생산뿐만 아니라 전 단계에 변화를 가져와 Market, Economics,Performance, Process 측면에서 제조업 재도약의 기회를 제공한다. 투자 생산 판매 재무 관리 금형비 재고관리비 최소 주문 투자의사 결정 비용 및 디자인 자유도 부품과 완제품의 비용타산이 맞지 않는 높은 초기 투자비용에 따른 측면에서 제품 개발 적정재고 운영 필수 소량주문고객 판매 불가능 의사결정 어려움 및 투자비 단계의 가장 큰 걸림돌 재고유지 및 주문비용, 회수관리 전통 고객만족도 제조업의 수천만원에서 수억원에 이에 따른 기회비용 재고자산의 회수 이르는 금형 제작 비용 맞춤형 제품의 높은 가격 한계 부품수급(SCM) 불확실성 및 수개월의 제작 기간 제조공정의 한계로 다수의 부품을 제작, 현금유동성에 악영향 금형으로 구현 가능하고 Optimum design 구현 경제적인 디자인으로 수급하여 조립하므로 불가능 중소기업의 경우 흑자도산의 타협 필요 SCM 비용이 높고 복잡 원인이 되기도 함 3D 금형 투자의 고정비용을 주문제작으로 재고 최소 주문 수량 감소 투자 실패 리스크 감소 프린팅이 낮춰 소량 생산 가능 수준 낮춤 Mass customization 회수 불확실 자산의 감소로 바꾸는 금형의 디자인 부품을 통합하여 조립 향상된 성능과 디자인 경영 리스크 감소 제조업 한계를 없앰 비용 절감 SCM 단순화3D 프린팅, 산업의 속성 변화 및 새로운 시장 창출3D 프린팅은 새로운 시장을 창출하고 제조업을 ICT화하여 산업의 속성을 변화시킬 것이다. 3D 프린팅의 역할 파급 효과 새로운 변화 제조업 민주주의 •제조업 진입장벽이 낮아짐 시제품 제작 1) 제조업 벤처 창업 열풍 •저가형 가정용 3D 프린터 보급 •Customization, On-demand 제조로 소비자 편익 증진 2) 다양한 분야의 Niche market 등장 직접 부품 제조 제조업 창의 산업화 3) On-demand 제조시장의 탄생 •창의적 아이디어가 중요한 요소로 대두 •ICT와 결합한 다양한 서비스 모델 파생 •단순노동인력 비중 감소, 고급인력 비중 증가 4) 3D 프린팅과 인터넷이 연계된 ICT와의 융합 New BM 탄생 제조업 고부가가치화 •자동차/항공/전자산업 등에서 비용절감 및 소량 맞춤형 생산 산업구조 변화 5) 글로벌 제조업 지도 재편 •의료/엔터테인먼트/교육/패션산업 등에서 새로운 가치 창출
  • 9. 1) 제조업 벤처 창업 열풍벤처, 창업가의 Start-up cost가 감소하여 제조업 진입장벽이 낮아질 것으로 예상된다. 이미 실리콘밸리에서는 소셜에 이어 HW 창업에 투자가 집중되고 있다.자금조달/생산기술/유통/법률문제의 복잡함 때문에 실리콘밸리의 HW 창업 열풍제품발명가의 아이디어가 실현되기 어려웠음대기업 채택, 투자자금 유치, 발명 콘테스트 입상 등 제한적 •스마트 손목시계, 디지털 온도조절장치 등 다양한 소형 가전 •3D 프린터로 인해 시제품을 만드는 시간과 비용 크게 축소 : 기존 $2,000만~$2,500만→현재 $50만(40~50배 축소) •미국 소형가전 Start-up 투자유치 규모 작년 두 배 이상 성장 : 2009년 $1억800만, 2010년 $1억3,000만, 2011년 $2억6,200만공장을 짓거나 외주제작을 할 필요없이 3D프린터를 실리콘밸리 Start-up에서 생산하는 가전제품구매/임대/주문제작 방식으로 경제적으로 제조 가능실리콘밸리 사례에서 시제품 제작 비용 40~50배 축소Tintometer(산업장비 생산업체)는 제품 개발시간 40~60% 단축SW나 서비스 사업 위주의 벤처를 넘어 제조업도벤처 창업이 용이한 분야로 변화실리콘밸리 벤처에서 제작된 음식 중탕기구 ‘노미쿠’는 20대부부가 자신의 집에서 창업 음식 중탕기구 노미쿠(Nomiku, $359) Square사의 모바일 신용카드 리더2) 다양한 분야의 Niche market 등장의료, 패션, 교육, 엔터테인먼트 등 다양한 분야에서 새로운 형태의 제조시장이 발굴될 것이며, 이로 인해 시장 fragmentation과 다각적인 경쟁이 유발될 것이다. Mass customization Performance Entertainment 의료 환자 맞춤형 정밀 인공 장기 항공 보다 가볍고 특수임무에 홈 인테리어 장난감 제작 등 기존에 불가능했던 의술의 특화된 부품 제작 가능(Boeing, GE 진보 가능 Aviation은 이미 적극적으로 채택) 액서서리 캐릭터 모형 패션 개인의 취향에 맞는 옵션들을 교육 이론을 실제로 구현해보는 선물 운동기구 선택하여 적정한 가격에 구매 가능 실험교재 활용 및 홈스쿨링 등으로 전시/예술 음식/식기 (예시: Nike웹사이트) 교육의 질 향상
  • 10. 3) On-demand 제조시장의 탄생Mass customization에 적합한 새로운 형태의 제조모델이 등장하여, 제조설비를 기존의 제품중심에서지역중심으로 재편할 것으로 예상된다. 제조업 Flow 변화 산업 형태의 변화 공구/식기 소비시장 근접 제조설비 항공 부품 •국가/주/도시 단위의 소비시장을 담당 자동차 부품 다양한 제품을 한 공장에서 생산 •다양한 3D 프린터를 구비한 제조설비에서 전자/ 전자 제품 장난감 항공/자동차 부품 및 의류/식기/장난감까지 생산 의류/신발 기존 제조업체 및 OEM 시장 대체 •생산설비 투자 및 관리비용 절감 On-demand •중소기업 및 일부 대기업 생산물량 대체 제조설비 On-demand 제조설비 •기존 OEM 시장의 일부 물량 대체 On-demand 개인도 필요한 제품을 주문 제작 제조설비 On-demand •취미 생활 및 예술 목적 제조설비 •구하기 어려운 가정제품/차량부품 파손 시4) 3D 프린팅과 인터넷이 연계된 New BM 탄생수천 개의 신생 기업 및 New BM이 등장할 것이며, 특화 또는 통합 플랫폼 두 가지 방향으로의 BM 발전이 예상된다. •다양한 시장 참여자간 경쟁 예상 Share Mock- - 이미 전세계 수백 개의 서비스 제공 사업자 존재 Design Produce Sales Modify up - 개인부터 대기업까지 모든 사업자들에게 기회를 제공하여 치열한 경쟁 예상 Thingiverse, Digital Forming •두 가지 형태로 발전하는 New BM Digital Thread - 특화: 특정분야, 특정제품에 대규모로 특화 Shapeways, Quirky - 통합: 다양한 기술과 서비스를 폭넓게 제공 인터넷과 연계된 서비스 모델 사례 Digital Thread Co-design/Co-creation 3D콘텐츠와 On-demand 서비스의 통합 플랫폼 Digital thread는 제조의 모든 단계에서 CAD 전문가가 아니라도 다른 디자이너의 3D Shapeways, i.materialise Data를 사용하고 교환하는 방식을 지칭 모델 수정 툴을 사용하여 Personalize할 수 있음 : 3D 콘텐츠 + Co-creation 툴 + 제조서비스 + 판매장터 항공/국방 제조산업에서 중요하게 부각 Digital Forming(UK): CAD를 사용하지 않고 기존의 3D 모델을 수정하여 주문제작 Thingiverse, Cubify, 3D Warehouse CAD, PLM, enterprise source management, : 3D 콘텐츠 공유 사이트 SCM, manufacturing execution system Quirky(뉴욕): 페이스북에서 Like가 많은 제품을 등이 공동의 포맷과 interface에서 작동 채택, 사용자 리뷰 반영 최종 디자인/가격 결정
  • 11. [소셜 3D 프린팅 플랫폼 사례: Shapeways]Shapeways는 3D 프린팅 서비스의 선두주자로서, 가장 큰 Marketplace를 보유하고 있다.(6천여 개의 Shop, 회원 수 10만 명) 주요 연혁 및 재무 현황 “Shops”(marketplace) 활동성 지수 •2008년 Philips 전자의 lifestyle incubator 사업을 사내 •2009년부터 웹사이트에 “Shops” 도입 독립법인으로 설립, 2010년 Shapeways를 Spin-off •6천여 개의 Shapeways Shops 개설 •2011년 네덜란드 Eindhoven에 첫번째 생산설비, 2012.3월 뉴욕 근교에 새로운 생산설비 추가 •2009년 € 1.4M의 적자 기록, 이후 매출 급증 추세이나 최근의 손익은 미공개 Shapeways가 제공하는 토탈 서비스 개념도 Shapeways 홈페이지5) 글로벌 제조업 지도 재편3D 프린팅은 지적 재산권, 산업 클러스터, 정부 지원 등을 통해, 저임금 국가에 집중된 제조업 패권이선진국으로 회귀할 수 있는 기회를 제공한다. 이에 따라 중국/인도 등 기존 제조업 강국도 축적된 산업경험과 노하우로 대응할 것으로 예상된다. 전세계 제조업 총 생산의 •저작권(Copyright)은 기사/블로그/영화/음악 등과 달리 물리적 제품 국가별 비중(~2010년) (Physical object)에는 창작과 동시에 자동으로 적용되지 않음 30 지적 재산권 •특허(Patent)를 통해 물리적 제품의 지적 재산권 보호가 이루어지나, US 25 20 (Intellectual 등록 절차에 많은 시간과 비용이 소요, 또한 제품 출시 초기에는 특허 Japan China Property) 등록의 가치가 있는지 불확실 15 Germany 10 •상표권(Trademark)이 대안으로 부각, 모방 제품 대비 프리미엄을 5 받을 수 있는 장치 Britain India 0 1970 75 80 85 90 95 2000 05 10 출처: UNCTAD •저임금 지역 제조설비 → 소비시장 근접 제조설비 Urban factory •창의성을 요구하는 새로운 산업의 발달에는 실리콘밸리와 같은 산업 3D 프린터 누적 판매량 & 클러스터 형성이 유리 지역별 비중(~2011년) 산업 클러스터 •고급인력(디자이너/엔지니어/IT전문가/마케팅전문가)과 노하우 집결 Others 4.4% Asia/Pacific •국립 과학 재단 보조금, 중소기업 혁신 연구 보조금, 국방부 계약 등 North America 26.3% •2012.3월 백악관은 제조업 혁신을 위한 미국 국립 기관 네트워크에 40.2% Europe 美 정부 지원 (최대 15개 기관 참여) 10억 달러의 투자 계획 발표 29.1% - 국방부, 에너지, 상무부, 국립과학재단의 4,500만 달러 기금으로 출처: Wohlers Associates, Inc. 3D 프린팅 특화기관 설립(9,000만 달러까지 기금 확대 예정)
  • 12. 3D 프린팅 향후 시장 전망산업 규모 전망3D 프린터 제조 시장 및 관련 서비스 시장은 2019년 61억 달러로 전망되나, 3D 프린팅으로 제조된 제품의 가치를 더할 경우 133억 달러에 달할 것으로 추정된다. 그러나 3D 프린팅 산업은 아직 초기단계로 시장 전망치는 기관마다 다른 상황이다. 전세계 3D 프린팅 및 관련 서비스 시장 규모 전망 (단위: 십억 달러) 점선으로 표시된 부분은 13.3 Wohlers Associates 전망치의 CAGR을 대입하여 추정 3D 프린팅으로 제작된 생산물들의 가치 7.2 •소수의 산업/연구기관에서 사용되었던 응용분야가 교육, 여가, 제조업 생산에 이르기까지의 다양화 CAGR:17.3% 3D 프린팅 관련 2차 서비스 시장 •CAD 디자인을 비롯 제작 환경을 위한 부가 서비스 3.7 3.3 시장은 다양한 사업자의 등장으로 활성화 예상 2.0 3D 프린터 제조 시장 1.1 CAGR:13.0% 0.9 2.8 •대기업의 진출 및 개인용 3D 프린터 보급 확산으로 0.6 3D 프린터 제조 시장 성장률 지속 상승 0.3 0.2 0.8 2001 2011 2019(E) 출처: Wohlers Associates, Inc. 2012 및 당사 추정치 산업별/용도별/국가별 시장 점유율 산업별 점유율(2011년) 용도별 점유율(2011년) 국가별 누적 점유율(’88~’11) •소비재, 전자제품, 자동차, 항공, 의료가 •직접부품생산, 기능성 모델, 시제품 금형 •3D 프린터 누적 판매량은 미국, 일본 전체의 67% 차지 조립공정 등의 용도로 주로 사용 독일, 중국 순 공구제작 산업/비즈니스 2.7% Russia 1.3% Other 10.8% 교육/연구 기타 Taiwan 1.5% 12.9% 직접부품생산 소비재/전자제품 7.0% 1.8% 20.3% 프리젠테이션 19.2% 항공/우주 China 7.8% U.S. 12.1% 8.6% 38.3% 금속 주형 제작 의료/치과 8.9% 기능성 모델 Korea 2.2% 자동차/운송 15.1% 18.4% Japan 19.5% 설계/제작 10.2% 건축업계 10.1% 3.0% 교육/연구 조립공정 시제품 금형 기타 8.0% UK 정부기관 12.1% 12.2% Spain 1.4% Germany Turkey 1.3% 5.3% 4.4% 6.0% Italy 3.9% 9.3% Canada 1.9% France 3.0% 출처: Wohlers Associates, Inc. 2012
  • 13. 가격 전망3D 프린터의 가격은 일반 소비자가 구매할 수 있을 정도로 빠르게 하락하고 있다. 프린터 가격 인하 외에 재료물질의 가격 인하 역시 3D 프린터 보급 확산의 관건이 될 전망이다. 3D 프린터 평균가격 추이 3D 프린터 용도별 가격 추이 재료물질 가격 추이•산업현장과 전문 연구기관용으로 높은 •$1,000 미만의 개인용 프린터는 DIY가 대부분 •$1,000 내외 3D 프린터 모델의 재료 가격으로 생산되던 3D 프린터는 사무, •MakerBot은 ‘12.1월 $1,700짜리 개인용 프린터 가격은 상대적으로 저렴하게 형성 개인용 기기의 보급으로 가격 지속 하락 Replicator 출시, 상반기 1만대가 넘는 판매 기록 •사무용 및 산업용 프린터 재료 가격은 높은 수준$ 117.7 (단위: $1,000) 개인용 3D 프린터 및 재료물질 1lb당 가격 Printer Material Cost/1lb RepRap $300 플라스틱 $14 ($60K~200K) MaukCC $1,450 플라스틱 $17 Bits_Bytes $1,400 플라스틱 $20 사무용 3D 프린터 및 재료물질 1lb당 가격 $ 73.2 Printer Material Cost/1lb ($10K~50K) 3D Systems $9,900 포토폴리머 $850 ($500~$2K) HP $22,000 ABS 플라스틱 $185 Objet Ltd. $19,900 포토폴리머 $175 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 산업용 사무용 개인용 출처: Additive 3D 2012출처: Wohlers Associates, Inc. 2012 출처: Sculpteo, 2011.6월기술 전망현재 3D 프린터는 재료/속도/크기/경도/정밀도 등 기술적 측면에서 제한적인 성능을 보이고 있다. 그러나 신기술 개발, 재료물질의 발전 및 핵심 특허권 만료 등의 긍정적 요인들로 인해 수년 내 빠른 속도의 발전이 예상된다.  제약사항 현재 미래 예측 반나절~하루 소요 수분~한 시간 이내 소요 느린 조형속도 •20cm 조형물 기준 3cm/hr 수준 플라스틱류 중심, 1~2개 재료만 가능 다양한 재료(스태인리스, 티타늄, 유연한 섬유세라믹, 제한적 재료 선택 (ABS, 아크릴 등) Carbon Fiber, 유리, 구리 등), 여러 가지 색깔이 가능 최대조형 사이즈 약 30cm3 박스 크기 미만 수십 m3 큐빅 사이즈 이상 가능 - 3D CAD 전문가들 중심으로 디자인 - 초보자용 S/W 등장으로 쉽게 디자인 복잡도 - 주로 외형 디자인에 집중 - 복잡한 외형디자인과 수백, 수천 개 내부 부품 등 상품 디자인 - 제한된 내부 부품 개수 처리 가능 복잡한 디자인 처리 가능 정밀도 0.5mm~0.01mm 조형 해상도 반도체 집적레벨 나노 스케일 정밀도 가능
  • 14. 기술 관련 주요 이슈 •Scott Crump가 출원한 FDM 제조방식의 원천기술 특허권이 만료되었을 때 오픈소스 프로젝트인 RepRap과 같은 시스템이 가능해졌으며, 그 결과 핵심 특허권의 2011년 2만대 이상의 개인용 3D 프린터가 보급되었음 만료 •Texas 주립대학과 Carl Deckard 교수가 보유한 SLS 기술 특허권이 2014년 만료 예정으로, 새로운 발전이 이루어질 것으로 예상 •수학적 계산을 통해 재료를 배치하여 (뒤) 예전 방식 디자인 제품의 강도, 중량, 소요시간을 (앞) 예전과 동일한 위상기하학 최적화 획기적으로 개선시키는 기술 강도를 갖지만 중량은 절반으로(Topology optimization) •전통 제조 방식에서는 비싸고 줄인 디자인 불가능했으나 3D 프린팅에서는 가능 항공기 엔진 뚜껑에 사용된 금속 경첩 새로운 프로세스 •Loughborrough 대학의 레이저 용형기술: 현재의 SLS 기법보다 빠른 속도 기술 개발 •LuXeXceL 그룹의 Printoptical 기술: 사후 프로세스 생략 가능 •플라스틱에 이어 최근 금속 물질 기술이 빠르게 발전 금속 물질의 진화 •연철 물질과 동일하나 주물 성분의 강도를 뛰어넘는 다양한 재료 등장 (알루미늄 합금, 티타늄 합금, 니켈 성분 초합금 등)종합 전망기술 개발, 상업화 경쟁력 및 응용 분야의 확대 여부가 3D 프린팅 시장의 성장 속도를 좌우할 것이며,잠재 위험 요소들을 줄여나가는 것이 관건이 될 전망이다.  3D 프린팅 산업은 Tipping Point에 도달 성장의 KSF는 상업화 경쟁력을 갖추는 것•기술발전과 프린터 가격 인하로 최근 적용분야가 •기존 공정을 대체할 수 있는 비용/효율/품질 경쟁력이 광범위하게 확대되고 있음 3D 프린터의 채택 기준•’12년 저가형 가정용 3D 프린터의 등장 •상업화 경쟁력과 기술/가격 발전은 상호관계•산업초기단계로 현재의 시장전망은 무의미, 보다 •기존 공작기계도 디지털화를 통해 3D프린터와 유사한 큰 전망치 예측 가능 형태로 발전 •대기업은 아직 3D 프린터 제조에 관망하는 자세 응용 분야 확대와 기술개발 심화 저작권 침해 및 기술악용 우려 등 예상•향후 3D프린팅의 장점을 활용할 수 있는 응용 분야를 •3D프린터의 보급 확산에 따라 제품 디자인에 대한 특허 많이 개척하는 것이 성장의 관건 및 저작권 침해 문제가 주요한 이슈•대학 및 기업체의 연구소를 중심으로 관련 기술 개발과 •총기류와 같은 금지 물품의 불법 생산, 열쇠 복제 등 응용 분야 연구가 활발히 진행 중 예상되는 문제들에 대한 우려도 제기•미국 정부의 지원에 힘입어 빠른 속도의 기술 발전 가능성 •다수의 생산 참여자로 문제 발생시 불명확한 책임 소재에 대한 우려
  • 15. 한국에 주는 새로운 기회와 시사점기존 산업의 새로운 성장과 함께 산업구조 재편을 통한 경제적/사회적 파급효과 기대3D 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 기회를 제공함으로써, 국가의 신성장 동력 육성에도 기여할 것으로 기대된다.3D 프린팅 산업은 기존의 저임금 제조업 일자리와 달리 고급인력의 수요가 증가하여 양질의 일자리를창출함으로써, 사회문제 해결에도 기여할 것이다.미국은 정부차원에서 3D 프린팅 산업을 지원하고 있음미국은 3D 프린팅을 저임금 국가로 이동한 제조업의 패권을 다시 미국으로 가져올  핵심기술로 간주하고, 관련 법령 정비와 산업 클러스터 형성, 산학연계 연구를 지원하고 있다. 특히 미국이 강점을 가진의료, 제약업계에서는 기술 응용에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.  오바마 정부는 지난 3월 3D 프린팅을 포함한 “제조업 혁신 국가 네트워크” 법령 초안을 국회에 제출하였으며, 지난 8월 연방정부, 대학, 지방정부가 모여 만든 “제조업 혁신을 위한 컨소시엄”의 설립을 발표하였다. 그리고, 관련 파일럿 프로그램으로 오하이오의 Youngstown(제조업이 흥했으나 공장이전으로쇠퇴한 도시)을 선정하여 3D 프린팅을 중심으로 투자할 계획이다. 한국의 정부와 산업계도 3D 프린팅 산업 육성을 위해 준비해야 할 시점미국, 유럽, 일본, 중국 등은 관련 산업이 활성화되기 시작하고 응용 분야의 확대가 이루어지고 있는반면, 국내는 3D 프린팅에 대한 준비가 아직 미흡한 상황이다.한국의 제조업 경쟁력과 우수한 인력, ICT 인프라를 고려할 때, 3D 프린팅은 한국이 글로벌 경쟁력을가질 수 있는 분야이다. 벤처, 중소기업을 위한 3D 프린팅 설비 지원, 선제적 기술 연구, 응용 분야 연구및 정부의 정책적 지원이 시작되어야 할 시점이다.
  • 16. [ 별첨 : 3D 프린터 형상 ]개인, 사무용 3D 프린터산업용 3D 프린터

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