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.
REGIONE TOSCANA | Legge Regionale Turismo n° 86, 20 dicembre 2016 BTO Educational
REGIONE TOSCANA
Testo unico del sistema turistico regionale
La Regione, nel rispetto del principio di sussidiarietà, interviene in particolare per:
a) riconoscere il ruolo strategico del turismo per lo sviluppo economico sostenibile, la promozione e la valorizzazione del territorio;
...
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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.
REGIONE TOSCANA | Legge Regionale Turismo n° 86, 20 dicembre 2016 BTO Educational
REGIONE TOSCANA
Testo unico del sistema turistico regionale
La Regione, nel rispetto del principio di sussidiarietà, interviene in particolare per:
a) riconoscere il ruolo strategico del turismo per lo sviluppo economico sostenibile, la promozione e la valorizzazione del territorio;
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2. 1
(2013-077호)
3D 프린터란
○ 3D 프린팅(3D Printing)은 3차원 설계 데이터를 기반으로 고유의 소재를 층층이
쌓아 입체 형태의 제품을 제작하는 기술을 일컬음
전통적인 제품 생산방식은 재료를 자르거나 깎아서 생산하기 때문에 절삭가공
(subtractive manufacturing)이라 불리는 반면, 3D 프린팅은 재료를 한 층씩 쌓아
제작하는 방식으로 적층가공(additive manufacturing)이라고도 불림
- 절삭가공 방식은 일반적으로 원재료의 95%가 버려지나 3D 프린팅 방식은 필요
한 만큼의 원재료만 이용하여 원재료 절감이 가능
3D 프린팅에는 액체 형태의 재료나 종이, 금속분말, 플라스틱, 모래 등이 이용되며
층의 두께는 약 16~100 마이크로미터(0.016~0.10 mm) 정도임
제작시간은 제품의 크기와 복잡한 정도에 따라 수 시간에서 수 일까지 소요
[표 1] 3D 프린터 분류
재료 형태 재료 종류 조형 방식 제품 예
액체 기반형 액체 형태의 재료
레이저나 강한 자외선을 이용하여 재
료를 순간적으로 경화시켜 형상 제작
미국 3D Systems의
SLA 시스템
분말 기반형
미세한 플라스틱 분말
(powder), 모래, 금속
성분의 가루 등
분말 형태의 재료를 가열한 후 결합하
여 조형. 재료 형태에 따라 접착제를
사용하거나 레이저를 사용하는 프린
터가 있음
미국 3D Systems의
SLS 시스템
독일 EOS의 SLS
시스템
와이어(wire) 또는 필라멘
트 형태의 재료
필라멘트 등의 열가소성 재료를 열해
가해 녹인 후 노즐을 거쳐 압출되는
재료를 적층하여 조형
미국 Stratasys의
FDM 시스템
왁스(wax) 성질을 가진
패럿(작고 둥근 알 또는
공 모양의 알갱이)
재료를 헤드에서 녹여 노즐을 통해
분사
이스라엘의 Objet사
의 Polyjet 시스템
고체 기반형
얇은 플라스틱 시트나 필
름 형태의 재료
플라스틱 시트를 접착하면서 칼을
사용해 절단 후 적층하여 조형
미국 Helisys사의
LOM 시스템
자료: 정보통신산업진흥원
3. 2
(2013-077호)
○ 관련 기술 발전에 따라 3D 프린터의 활용성이 증가하면서 이에 대한 관심이 고조
3D 프린터는 비용과 시간을 절약하기 위해 주로 기업의 시제품 제작에 이용
- 전통적인 시제품 제작 방식은 여러 단계를 거쳐야 하는 반면 3D 프린터를 이용
할 경우 설계 데이터만 있으면 제작이 가능하고 디자인 수정도 용이
- 람보르기는 시제품 제작에 4개월의 제작기간과 4만 달러의 비용이 소요되었으
나 스포츠카 Aventador의 시제품 제작에 3D 프린터를 이용해 제작 기간과 비
용을 각각 20일과 3,000달러 수준으로 줄일 수 있었음
최근에는 첨단 산업을 비롯한 다양한 산업분야에서 활용되면서 관련 기술에 대한
관심 급증
- 3D 프린터는 완구류, 패션, 엔터테인먼트 산업과 기술적 난이도가 높은 자동차,
항공/우주, 방위산업, 의료기 등 다양한 분야에서 제품 개발에 활용되고 있음
○ 3D 프린터 산업은 초기 성장 단계로 기술 발전에 따라 높은 성장이 기대
올해 초 오바마 미 대통령은 국정연설에서 3D 프린터가 제조방식의 혁신을 가져올
것이라고 언급하며 3D 프린터 산업 육성을 계획
영국의 The Economist는 3D 프린터가 내연기관과 컴퓨터에 이어 3차 산업 혁명
을 이끌 기술 중 하나로 소개
기술 발전에 따라 활용도가 높아지고 가격이 하락하면서 개인이 이용할 수 있는 모
델이 등장하는 등 3D 프린터의 보급이 확산될 것으로 전망
[표 2] 산업별 3D 프린터 활용 사례 [그림 1] 분야별 3D 프린터 활용 비중
산업 사례
자동차 대시보드, 바디패널 등의 시제품
의료
인공 치아, 인공 뼈, 인공관절 등
보형물
패션 구두 등의 시제품 견본
항공/우주 알루미늄 동체 등 주요 부품
건축 건축 모형
엔터테인먼트 영화용 캐릭터 ex)리얼스틸 로봇
소비자 가전
휴대폰 케이스, GPS 디바이스 등
각종 소비자 가전의 시제품
자동차
20%
소비재
20%
의료/치과
15%
항공우주
12%
산업장비
11%
학교
8%
정부/군대
6%
건축
3%
기타
5%
자료: 정보통신산업진흥원 자료: Wohlers Report 2012
4. 3
(2013-077호)
3D 프린터 시장 현황
○ 3D 프린터 시장 규모는 일반 프린터에 비해 미미한 수준이나 두 자리수의 높은 성
장세가 기대됨
컨설팅 기업 Wohlers Associate에 따르면 3D 프린터 시장 규모는 2009년 11억
달러에서 2011년 17억 달러로 증가하였으며 2019년 65억 달러 수준까지 증가할
것으로 전망
- 일반 프린터 시장 규모가 2010년 기준으로 1,500억 달러 수준임을 감안할 때
3D 프린터 시장 규모는 일반 프린터 시장의 약 1/100 규모로 미미
- 그러나 일반 프린터 시장이 정체되어 있는 반면 3D 프린터 시장은 연 평균
20% 수준의 높은 성장률을 기록할 것으로 전망
높은 가격의 부담으로 보급이 제한적이었으나 최근 저가 보급형 모델이 개발되면서
저변이 확대될 것으로 예상
- 3D 프린터는 크기와 성능에 따라 가격 차이가 크며 산업용은 1만~100만 달러
수준으로 고가임
- 최근 일반 소비자를 대상으로 한 1,000달러 이하의 저가 모델이 출시됨에 따라
3D 프린터 수요가 큰 폭으로 확대될 것으로 기대
○ 미국의 두 기업이 글로벌 시장의 70% 이상을 장악하여 시장 선점을 위한 주도권
경쟁에 돌입
미국의 Stratasys와 3D Systems는 적극적인 M&A를 통해 각각 세계 시장의
53%와 22%를 점유하며 선두 기업을 형성
- 2012년 Stratasys는 이스라엘의 Objet(시장 점유율 15%)를 인수하였으며 3D
Systems도 미국의 Z Corporation(11%)을 인수
전체 시장 규모가 크지 않아 소규모의 기업들은 수익을 내기 힘들어 경쟁력 강화
및 생존을 위해 대형기업과의 인수합병이 활발하게 진행되고 있음
- 스마트폰과 같이 급격한 시장 성장은 어려울 것으로 예상되는 가운데 한정된 시
장 규모에 따라 자금 조달이 어려운 영세 기업들은 대형 기업에 인수되는 전략
을 취할 것으로 예상
두 기업은 3D 프린터와 더불어 제품 생산에 필요한 재료 판매를 통해 수익을 확대
- 2012년 3D Systems는 총 매출의 29%를 재료 판매를 통해 달성
5. 4
(2013-077호)
[그림 2] 3D 프린터 시장 성장 전망 [그림 2] 3D 프린터 세계 시장 점유율
11
17
65
0
15
30
45
60
75
2009 2012 2019
(억 달러)
3D Systems
22%
Stratasys
53%
Envison Tec
8%
EOS
2%
Beijing Tiertime
4%
기타 11%
자료: Wohlers Report 2012 자료: Wohlers Associate
예상 파급 효과
○ 3D 프린터 확산에 따른 생산 방식의 변화가 예상
3D 스캐너와 CAD 프로그램의 고도화로 개인의 취향이나 욕구를 반영한 제품 생
산이 가능해지면서 기존 대량생산 방식과 다른 맞춤형 생산이 증가할 전망
- 보청기, 치아, 의족 등 의료용 제품 생산에 이용되고 있으며 휴대폰 케이스, 악
기, 운동기구 등 다양한 상품에도 개인의 취향을 반영하여 생산이 가능해질 것
온라인으로 설계 데이터의 공유 및 상거래가 활성화될 것으로 예상
- 인터넷 웹사이트를 통해 다른 사람이 디자인한 설계 데이터를 공유하거나 전자
상거래를 통해 구매하여 3D 프린터를 통해 직접 생산할 수 있을 전망
- 전자제품 중 재고가 없거나 수리가 어려운 부품은 홈페이지를 통해 설계 데이터
를 다운받아 생산할 수 있을 것
○ 지적재산권 보호 등 관련 제도 정비가 필요
3D 프린터를 이용하여 권총을 비롯한 각종 불법 무기를 생산할 수 있어 이에 대한
규제가 필요할 것으로 예상
웹에서 설계 데이터를 불법 다운로드하거나 3D 스캐너를 이용하여 제품 디자인을
무단 도용할 가능성이 있어 지적재산권 등 관련 법안의 정비가 필요해질 전망
<연구원 김홍태(hongtae.kim@kbfg.com) ☎ 2073-5789>