영국의 경제전문지 이코노미스트(The Economist)지는 3D프린터산업이 내연기관, PC를 넘어 제3차 산업혁명을 가져올 것이라고 예측했다. 최근에는 보급형 3D프린터 기술의 원천기술 특허가 풀리면서 3D프린터 장비 제작업체들도 증가추세에 있다. 전문가에 따르면 2년 전에는 손에 꼽을 정도로 적던 업체수가 현재 30여 개로 급증한 상황이다. 설문조사기관 가트너의 발표에서도 2014년 7천600만 달러의 시장규모가 2018년에는 1억7천500만 달러로 23.2% 성장할 것으로 전망되고 있다. 아직까지 피부로 와 닿지는 않고 있으나 그 성장가능성은 여러 여건상 충분하다고 할 수 있다.
3D 프린팅 원천기술 만료
최근 3D프린터가 각광받고 있는 이유는 원천특허 기술이 상당부분 만료되었기 때문이다. 최초로 3D프린팅 기술을 선보인 사람은 일본 나고야시 공업연구소의 고다마 히데오 연구원이다. 그는 1981년 다소 원시적으로 3D프린팅 입체물을 내놓았지만 특허출원은 하지 못했다. 현재 3D프린팅 기술은 FDM, SLA, SLS, LOM, 3DP, DLP, DMLS, LENS, Polyjet 등 다양한 방식이 존재한다. 그 중 일반적으로 FDM, SLA, SLS 방식이 보편적으로 사용되고 있다.
1984년 미국 3D System의 공동설립자인 Carles Hull이 개발한 SLA(광경화성 액상수지) 방식은 1986년에 3D프린터 기술 최초로는 특허출원을 획득했다. SLA 방식은 액상의 소재를 자외선이나 레이저로 순간적으로 경화시켜 제조하는 방식이다. 다음으로 주목받은 기술은 1989년 미국 스트라타 시스(Stratasys)의 설립자인 Scott Crump가 개발한 FDM(압출적층) 방식이다. FDM 방식은 고체 필라멘트 재료를 열을 가해 녹여 노즐을 통해 압출하여 형상을 제조하는 방식이다. 스콧 크럼프는 딸에게 글루건으로 개구리 장난감을 제작해주다가 아이디어를 얻어서 이 방식을 개발했다는 일화가 있다.
현재 스트라타시스의 3D프린터는 전 세계적으로 51.9%의 시장점유율로 1위를 유지하고 있다. SLS(선택적 레이저소결) 방식은 1994년 텍사스대 학의 Carl Deckard 박사와 Joe Beaman에 의해 개발되었다. SLS방식은 레이저를 이용하여 분말(파우더) 형태의 소재를 선택적으로 녹인 후 다시 응고시켜 형상을 제조하는 방식이다.
미국의 특허기간은 20년이어서 SLA방식은 2006년, FDM의 원천기술은 2009년, SLS 방식은 2014년에 원천특허 존속기간이 만료되었다. 특허청 이상호 사무관은 3D프린팅 세미나에서 “3D프린팅 특허권 만료는 개인용 3D프린터를 개발하는 창조기업의 활성화로 이어졌다”고 밝혔다. 특히 특허권 만료는 수천만원 대이던 3D프린터의 가격을 100만원 대로 낮춤으로써 보급형 프린터 제작이 가능하도록 만들었다.
한계에 다다른 모바일 시장
에이팀벤처스의 고산 대표는 “모바일 시장이 한계에 다다랐다”고 말했다. 이제 웬만한 앱은 개발되었고 새로운 시장 창출이 점점 힘들어지는 상황이라는 설명이다. 반면 3D를 주축으로 한 하드웨어 쪽이 각광받는 추세라고 말했다. 그가 2010년 미국 하버드대학 케네디스쿨에 진학했을 때도 이런 움직임은 뚜렷했다. 미국에서는 이미 30년 전부터 3D프린터 기술이 개발되어 다양한 분야에 사용되고 있었다.
고 대표는 2011년 국내로 돌아와 창업지원 비영리 법인인 타이드인스티튜트를 설립했다. 그런데 아직까지 국내 창업여건이 모바일앱이나 인터넷 비즈니스에 초점이 맞춰져 있는 것이 안타까웠다. 자신이 미국에서 경험한 바에 따르면 SNS나 모바일앱은 포화상태가 되어 창업자들이 새로운 개척산업을 찾고 있다고 했다. 평소에도 하드웨어에 관심이 많던 고 대표는 3D프린터산업이 새로운 성장동력이자 하드웨어를 선봉에서 견인하는 역할을 한다는 확신을 갖고 있었다.
그래서 세운상가에 팹랩서울이라는 공공디지털제작소를 운영하기 시작했다. 과거 ‘한 바퀴만 돌면 잠수함도 만들 수 있다’는 말이 있을 정도로 국내제조업의 중흥을 가져왔던 곳이다. 고 대표는 제조업에 필요한 산업기자재가 모인 세운상가에서 팹랩서울을 운영함으로써, 3D프린터 산업이 다시 한 번 국내 제조업을 끌어올리길 바라고 있다. 팹랩서울에는 3D프린터, 레이저커터, CNC 밀링 등 시제품을 제작할 수 있는 각종 장비들이 있어서, 이용자들은 컴퓨터 도면만 있으면 얼마든지 시제품을 만들 수 있다. 팹랩서울에서는 소위 아이디어만 있으면 누구나 몇 시간만 투자해서 그 아이디어를 현실화시킬 수 있는 것이다. 이 모든 것은 3D프린터가 있기에 가능한 일이기도 하다.
고 대표는 아예 3D프린터 제작에 나섰다. 지난해 에이팀벤처스를 설립한 후 스프린터라는 첫 모델을 내놓았고, 11개월의 개발기간을 거쳐 지난 5월14일 ‘Creatable D2’를 내놓았다. 이 제품은 Delta-FDM 방식으로 최대 0.06mm 두께로 적층할 수 있다. 고 대표는 고해상도 조건에서 출력할 경우에는 경쟁 제품에 비해 평균 1.5배가 빠른 속도를 낸다고 소개했다.
‘소비자’에서 ‘생산자’로의 이동
고산 대표는 3D프린터는 단순한 ‘소비자’를 주체적인 ‘생산자’로 변화시킬 수 있을 것이라고 강조했다. 기존의 제조공정으로는 사람들이 무엇을 생각하든 그 아이디어를 직접 구현해 내기가 힘들었다. 하지만 3D프린터는 아이디어만 있으면 그걸 직접 만 들 수 있게 한다. 그것이 가능한 이유는 제조상의 간편함도 있지만 시간단축에도 있다. 실제로 기존의 금형제작방식으로는 2~3개월 걸리던 시제품 제작이 3D프린팅 기술로는 6~7일이면 충분하다.
정보통신기술진흥센터 김영명 R&D기획본부장은 “3D프린팅이 상상과 현실의 연결채널이기 때문에 그 가치가 충분하다”고 밝혔다. 산업교육연구소가 주최한 ‘3D프린팅 최신 산업분석 세미나’에서 김 본부장은 자신이 머리에 그려본 것을 직접 만들어 볼 수 있다는 점에서 이런 연결점을 발견했다고 전했다. 또한 맞춤형 제작도구로의 가치가 있다. 아이디어 구현자가 원하는 물건은 무엇이든지 만들 수 있다.
3D프린터는 플라스틱, 나무와 섞은 플라스틱, 금속 재료 등 소재의 한계가 없기 때문에 맞춤형 제작은 그 어떤 제작기구보다 그 실현 가능성은 크다. 김 본부장은 3D프린터는 초기 단순 시제품 제작에서 향후 다양한 디바이스와의 연결 융합을 통해 지능형 제품과 서비스를 촉진시킬 것이라고 전망했다.
세계 각국의 3D프린팅 육성책
3D프린터의 발전 가능성에 주목한 세계 각국은 앞 다투어 3D프린터 산업 육성에 나서고 있다. 미국은 가장 먼저 3D프린팅 기술개발 및 기반 조성에 나섰다. 2012년 3월에는 3D프린팅 산업 육성을 위해 10억달러 투자를 발표했다. 그해 8월에는 오하이오주에 전문 연구기관인 NAMII(국립첨삭가 공혁신연구소)를 설립했다. NAMII는 오바마 정부의 첫 민관 공동 제조혁신재단으로 정부에서 3천만 달러, 참여 컨소시엄이 4천만달러를 투자해 설립한 회사다. 또한 오하이오주와 웨스트버지니아에 걸친 3D프린팅 테크벨트를 건설할 계획이다.
KDB대우증권 권명준 애널리스트는 ‘3D프린팅 최신 산업분석 세미나’에서 “미국이 이처럼 3D프린터 산업 육성에 적극적으로 나서는 이유는 현재 미국 내에서 제조업이 다 해외로 빠져 나가서 이를 다시 끌어들이기 위한 것”이라고 지적했다. 그 예로 오바마 정부는 제조업의 쇠퇴로 녹슨 지대로 추락한 미국 중서부 지역을 3D프린터를 통해 부흥시키겠다는 전략을 수립해 놓았다.
일본은 일본 경제산업성이 지원해서 산학연연구 프로젝트로 사형주조형 3D프린터 기술을 개발하고 있다. 민간 소재와 주물 기업 등이 역할을 나눠 개발하며 개발 예산은 30억 엔이다. 또한 2013년부터 5년간 총 30억 엔을 투자해 모래형 소재 및 프린터 개발에 집중하고 있다. 미래성장동력으로 발전시키기 위해 중등 및 대학교 등에도 2020년까지 22조8천조엔을 지원할 방침도 세우고 있다.
중국은 3D프린터 기술 산업연맹을 설립했으며, 이 연맹에는 중국 내 주요 3D프린터 관련 교육기관 및 협회, 기업 등 10개 정도의 회원사가 참여하고 있다. 2014년에는 국가과학기술 제조영역 프로젝트에 3D 프린터 사업을 포함했다. 더불어 3D프린터 기술에 기초한 항공기술 및 고정밀 부품 제조연구 개발 등 4개 방면 연구에 총 4천만 위안의 연구자금을 지원할 계획이다.
국내에서는 2014년 12월 3D프린팅 산업 육성을 위한 ‘3D프린팅 전략기술 로드맵’을 발표했다. 2017년까지 장비, 소재, 소프트웨어 관련 전략기술 기반을 마련하여 2020년 상용화를 거쳐 선도형 기술로 발전시켜 나간다는 추진전략을 갖고 있다.
김영명 R&D기획본부장(정보통신기술진흥센터)은 “정부에서 향후 3D 기초·전문 인력을 양성하기 위해 맞춤형 교육 커리큘럼을 개발하고 보급할 계획”이라고 밝혔다. 이를 위해 2017년까지 교육기관에 800개를 보급하고, 초중고교생을 대상으로 방과 후 학습을 통해 3D프린팅 응용 및 심화교육을 진행할 예정이다.
3D프린터의 한계점
세계 각국이 이처럼 3D프린터 산업에 매달림에도 불구하고 우리의 피부에는 와 닿지 않는 것이 현실이다. 아직 3D프린터가 성장하기에는 한계점이 존재하기 때문이다. 첫째, 제품의 완성도가 떨어진다. 3D프린터의 출력물은 해상도와 내구성에서 결정된다. 3D프린터가 소재를 하나하나 적층구조로 쌓는 구조이다 보니까 미세하게 그 층이 보이게 마련이다. 또한 기존의 사출방식보다는 내구성이 떨어지는 실정이다.
둘째, 제조시간이 오래 걸린다. 물론 기존의 제작방식에 비해서는 속도가 상당히 개선되었다. 그럼에도 불구하고 이를 일반인들이 활용하기에는 아직까지 제조시간이 길다. 어느 정도 규모가 있는 출력물을 뽑기 위해서는 저녁에 걸어 놓고 아침에 확인하는데, 예상치 못하게 고장이 나는 경우에는 다시 그 작업을 수행해야 하는 한계점이 있다. 최근에는 미국의 한 벤처회사가 기존보다 100배 빠르게 출력물을 찍어내는 3D프린터도 개발했다고 하니 향후 제조시간의 단축이 기대된다.
셋째, 대형제품의 제작에 한계가 있다. 현재 보급형으로 제작되는 200만원대의 3D프린터기의 크기는 책상 위에 얹어놓을 수 있는 크기다. 이런 크기로는 대형 출력물을 제작하는데 한계가 있을 수밖에 없다. 대형 출력물을 제작하려면 3~5억원의 3D 프린터기를 구입해야 하므로 비용 상의 문제가 발생한다. KIST 문명운 박사는 “3D프린터를 응용할 수 있는 아이템이 나와야 이 산업이 활성화될 수 있을 것”이라고 분석했다. 시쳇말로 3D프린터 산업에서 ‘대박상품’이 나와야 한다는 얘기다. 최근에는 3D프린터를 활용해 팔이 없는 이들에게 의수를 만들어주고, 몸에 흡수되는 인공장기를 개발하고, 키덜트족을 위한 맞춤형 아트토이도 만드는 등 그 활용범위가 확대되고 있다.
맞춤형 소량생산에 적합한 3D프린터 산업은 지금의 한계점에도 불구하고, 그 활용가능성은 누구도 예측할 수 없을 만큼 무궁무진하다. 앞으로 3D프린터를 통한 제3차 산업혁명이 기대되는 이유이기도 하다.
MeCONOMY Magazine June 2015
