지금까지는 시제품이나 디자인개발 영역에서 사용되어왔던 3D프린팅 기술이 산업거점기술로 육성된다. 울산시는 오는 2019년까지 친환경자동차부품에 적용할 수 있는 3D프린팅 활용 기술 개발을 지원할 계획이다. 외국에서는 이미 3D프린팅 기술을 활용해서 자동차 차체를 만들고 있다. 3D프린팅을 활용해서 대형 제품을 만드는 기술을 어느 나라에서 선점하는지가 3D프린팅를 활용한 산업기술 판도를 좌우할 전망이다.

미국에서는 3D프린터 기술을 활용해서 전기차를 만들고 중국에서는 3D프린터 기술을 활 용해서 건물을 짓는다. 그러나 국내에서는 아이들 의 장난감 정도를 만들고 있다. 이에 정부는 3D프린터 기술을 활용해서 산업화에 기여할 수 있는 산업클러스터를 만들 계획이다. 울산시에서는 산업 기관 거점기술 지원사업을 추진하고 있다. 3D프린팅 기술을 이용해 자동차 부품의 경량화와 생산공정의 친환경화와 관련 중소기업의 기술개발을 지원 하는 사업이다. 그렇다면 왜 자동차 부품의 경량화와 생산공정의 친환경화에 3D프린팅 기술을 활용 한 기술개발사업이 필요할까?

기존 기술의 한계를 극복하는 3D프린팅 활용 기술

김남훈 울산과학기술대학교 교수는 “기존의 생산 기술을 적용한다고 하면 경량화에서는 신소재를 써야 하는데 자동차 부품의 생산공정에서는 신소재를 사용하면 생산이 복잡해진다”고 말하면서 “제품을 만들 때 공정에 따라서 만들 수 없는 형상이나 다룰 수 없는 재료가 있는데 3D프린팅 기술 은 이런 한계를 극복할 수 있다”고 설명했다.

부품을 경량화하기 위해서는 속을 완전히 비운 부품 형상이 나와야 하는데 과거에는 이런 기술이 불가능했지만 지금은 3D프린터를 사용하면서 가능해졌다. 이와 같이 3D프린팅을 활용하는 기술은 시제품뿐만이 아니라 일부제품의 양산 개념에도 적용할 수 있다. 자동차에 들어가는 친환경부품에는 자동차부품 중에 차체 구조 지탱 범퍼라든지, 플라스틱 소재에서 내부를 비운다든지, 외벽만 있고 내부는 비었는데, 이런 것들을 패턴 가공을 하는 경우 기존의 사출가공으로는 불가능했었다는 얘기다.

특히 특수차량 부품은 대량으로 찍어내는 것이 아니라 기존의 양산시스템에서 소량을 찍어내야 하기 때문에 3D프린팅 기술을 활용하는 것이 적합할 수 있다. 김 교수는 3D프린팅 활용기술개발사업이 향후 5년 정도 지속할 것으로 내다봤다. 그러면서 기술개발사업 기반을 구축하고 기술개발을 하게 되면 자동차산업에 기여하는 바가 클 것으로 기대했다.

산업화 공정에 적용하는 첫 사례

3D프린팅 기술을 산업화 공정, 그것도 국가 수출주력산업인 자동차 공정에 적용하는 것은 이번이 처음이다. 기존에는 개인맞춤형 튜닝부품과 같은 중소규모 사업은 있었지만 양산을 목적으로 산업 인프라를 구축하고 클러스터를 구성해서 산업을 지원한다는 개념은 처음이라는 게 김 교수의 설명이다.

김 교수는 “전기차, 하이브리드차 등 동력원과 무관하게 친환경이라고 한다면 입력 대비 출력이 좋아야 한다”고 말하면서 “이렇게 하기 위해서는 낭비요소들이 제거되어야 한다”고 설명했다. 따라서 이번 사업에서 개발하는 기술은 전기차, 연료전지차, 기존의 가솔린차에 동일하게 적용할 수 있다. 경량화 부품, 친환경 부품들을 똑같이 전기차에도 적용할 수 있다는 얘기다. 그러므로 어떤 동력원을 사용하는가 보다는 근본적인 친환경화에 포커싱하고 있다는 게 김 교수의 얘기다.

외국에서는 많이 공개되어 있지는 않지만 비공식적으로 본다면 독일계 회사들이 3D프린팅 활용 기술을 많이 사용하고 있다. 신차 테스트를 위해서 적용 하는 경우는 거의 없었지만 최근 독일 BMW 등의 회사들은 차체에 적용하는 등 3D프린팅 활용에 대한 시도가 늘고 있다.

부품 경량화 혁신

이번에 개발하는 기술은 기존의 대량생산체제에서 사용하는 기술과는 다르다. 자동차 모델과 옵션이 다양해지고 커스터마이징이나 연비 때문에 자동차 부품이 경량화되어야 하고 특수소재가 들어가야 하는 등 기술수요가 복잡해지고 어려워지면서 기술개발이 경제적으로도 어려움이 따른다. 독일에서는 레이저를 이용한 메탈 프린팅을 적극적으로 이용하고 있으며 부품 경량화 혁신 등에도 많은 관심을 갖고 있다. 국내에도 메탈 프린팅을 주력으로 하는 업체가 금형 분야 어플리케이션을 갖고 있다.

김 교수는 “자동차 일부 부품에 적용하기 위한 테스트 정도는 했지만 본격적인 활용사례는 많지 않은 것으로 알고 있다”고 말했다. 국내의 인스텍, 독일 유에스, 디엠지 등은 부품 분 야에서 3D프린팅 활용기술에 관심이 많고 어플리케이션을 많이 다루는 만큼 기술에 대한 니즈와 시 장에서의 잠재력도 크다.

기술개발사업의 포커스

‘3D프린팅 기술과 관련된 특허 중 기본적인 특허들이 올해 만료되는 것으로 알려져 있는데 국내에서 특허 관련 개발이 필요하지는 않은가’라는 질문에 김 교수는 “기본적인 특허들이 만료됐다고 한다면 기회가 있다고는 할 수 있지만 기회가 반드시 경쟁력이 되는 것은 아니다”고 답했다. 그들이 이미 가지고 있는 시장과 장비, 재료도 중요한 만큼 재료와 관련된 응용기술특허가 중요한데 이런 기술들은 원천기술 업체들이 독점하고 있어 시장이 무너지지는 않는다는 설명이다. 그러나 응용기술에 대해서는 여지가 많은 상황이다. 개발된 기술의 특정응용 분야가 확정되고 특정응용기술이 확정되면 다른 업체들도 피할 수 있는 상황이라는 게 김 교수의 설명이다.

따라서 이번 기술개발사 업은 특정기술을 이용하는 중소기업들이 자체 기술력을 가지고 성장하는 인프라 구축에 초점을 두고 있다. 장비나 소재 개발 사업이 아니므로 특허가 풀린다고 해서 이점이 있는 것은 아니지만 기술개발에 여지가 많아서 시장상황은 매우 탄력적일 수 있기 때문이다. ‘국내의 3D프린팅 업체들은 대부분 외국계 에이전트이고 산업에 적용하려면 정교하고 기술적인 장비가 필요한 상황이다. 3D프린터 개발부터 필요하지는 않은가’하는 질문에 김 교수는 “장비에 대한 기술개발사업부터 들어가게 되면 활용기술개발사업이 너무 늦을 뿐만 아니라 원천기술도 없는 상태에서 힘들다”고 말했다.

국내 업체이건 국외 업체이건 장비를 선정해서 도입한 다음에 장비 자체를 개발하는 기술보다는 장비를 활용하는 최적화 생산기술에 초점을 두고 있다는 얘기다. 애초 이 기술은 현대차에 적용하는 친환경부품 개발사업으로 알려졌지만 김 교수의 얘기는 달랐다.

‘기존의 현대차 협력업체들이 기술개발에 참여 하는가’라는 질문에 김 교수는 “일반 기업들의 참여는 표면적으로 배제되어 있으며 중소기업, 부품업체를 위한 사업이다 보니까 비영리기관이 주관하고 연구소와 지자체내 기관(테크노파크, 울산경제진 흥원)들이 포함되어 있다”고 말했다. 기술개발사업의 수혜기업들은 울산지역에 기반을 둔 부품업체들이 될 예정이고 최종소비자, 최종수요기업들은 현대차나 삼성차 등 완성차 업체들이 될 것이라는 얘기다. 김 교수는 “최종수요기업을 특정 짓지 않고 이 사 업을 통해 수혜기업이 되는 기업들이 부품업체이므로 다양한 판로 개척이 필요할 것이라고 생각한다”고 설명했다.

지금은 부품개발사업이지만 나중에는 차체 전체에 적용하는 것도 가능할 수 있다는 것으로 풀이된다. 전기차를 만드는 로컬모터스에서는 모터나 배터리는 기존 제품을 사용하지만 전기차 차체는 100% 3D프린터 기술을 사용한다. 김 교수는 이와 같이 실현가능성이 있는 기술개발 사업도 구상 중이라고 했다. 아울러 사업계획안에 대형 3D프린팅 장비를 도입하는 것도 고민 중이다. 김 교수는 “2~3년 정도 지나서 실제 산업에서 니즈로 인해 대형부품의 경량화, 복합소재를 대형으로 만들어야 하는 경우에 기존의 컨설팅이 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 든다면 3D프린팅 기술을 이용해 제작하고 산업에 이용하는 기술도 개발할 계획”이라고 말했다.

내년부터 본격적인 기술개발 시작

이번 사업은 크게 나눠 기반구축사업과 기술개발 사업의 두 가지 축이 있다. 올해부터 시작되는 게 기반구축사업이다. 기술개발 사업은 내년부터 시작되는데 사업계획서가 아직 나오지 않은 상태이다. 주관기관이나 기업들은 중소, 중견기업들이 될 것이고 완성차 업체들은 최종 제품, 최종 기술의 수요기업이 될 전망이다. 이번 기술 개발사업의 전체 사업기간은 올해 시작해서 앞으로 5년간 정부와 지자체 지원을 받을 예정이다.

기반구축사업을 연차별로 도입하면서 그에 따라서 그에 맞는 기술들을 적절하게 지원하고 기술개발 자재들을 공급할 계획이다. 김 교수는 “올해는 인프라 구축에 주력하면서 청사진을 그리고 본격적인 기술개발 과정은 내년부터 시작할 계획”이라고 말하면서 “전용공간을 확보하 고 교내에 어느 정도 공간을 마련할 것”이라고 말했다. 핵심장비를 도입하는 것이 올해의 주력 사업이라는 설명이다.

3D프린터 산업의 딜레마

국내에 있는 3D프린터 업체는 주로 외국업체의 국내 에이전트가 대부분이지만 자체 기술로 제품을 생산, 수출하는 업체도 있다. 인스텍은 지난 3월 중 소형급 조형을 위한 3D프린터를 일본에 수출했고 4월 현지에 설치, 현재 사용 중이다. 업계 관계자는 “3D프린터를 활용한다는 측면에서 아직까지는 시장이 열려있다고 할 수 있는 상태는 아니다”라면서 “기술 도입단계인 1기에서 기술이 꽃을 피운 4기까지 구분할 수 있다면 우리나라는 1 기, 선진국은 3기라고 보면 된다”고 설명했다. 이 관 계자는 “1기당 기술차이가 5년 정도로 볼 수 있는 데 유럽에서는 10년 전부터 산업에 활발하게 적용 해왔다”고 덧붙였다. 유럽에서는 메탈 프린터를 가지고 어디에 사용할 수 있는지에 대해 이미 최종고객들이나 협력업체들의 많은 경험과 지식이 쌓여있 는 상태이다.

이 관계자는 “구체적으로 3D프린터 기술에 대해 설명한다면 프린팅과 반대되는 기술이 깎기인데 깎기 어려운 것들이 있다”며 “굉장히 복잡한 구조물들은 부분 부분 만들어 붙인다”고 설명했다. 프린터는 소재 관점에서 봤을 때 플라스틱과 메탈이 있다. 플라스틱 소재 업체들은 이미 시장에 꽉 차 있는 상황이다. 예를 든다면 개인용 컴퓨터에 붙이는 플라 스틱 부품을 생산하는 업체들은 시장에 넘쳐나고 있다.

3D프린터도 사정은 마찬가지이다. 산업용 프린터 기술개발과 관련해서 2~3개의 국내 업체들이 플라스틱을 소재로 사용하고 있는 한편, 메탈을 소재로 하는 업체는 한 곳뿐인데 큰 규모의 조형물을 만들 수 있는 산업용 프린터를 생산하고 있다. 이 관계자는 “이론적으로는 현재도 차체나 항공기와 같은 대형조형물을 만드는 것이 불가능하지는 않다”고 말했다. 그러나 회사가 설립된 2001년이나 지금이나 산업에 대한 시장이 혁신적으로 열리지 않았다는 점이 어려운 점이라고 강조했다.

반면 중국에서는 정부에서 3D프린터를 활용해서 큰 규모의 조형물을 만드는 기술개발사업에 큰 규모의 예산을 투자해서 산업화하고 있다. 시장수요가 열리지 않을 때는 국가에서 예산을 투입해서 전략적으로 육성할 수 있는데 국내 상황은 아직 그렇지 못하다. 정부과제가 있기는 하지만 그 정도의 과제로는 경쟁국을 따라잡을 수 없고 정부차원의 기술개발이 필요한 상황이다. 이 관계자는 “선박엔진, 항공기엔진 등 큰 규모의 조형물은 3D프린터 적층이 적합한 생산방식이지만 전 세계에서 몇 대를 만들어내므로 이런 대형 조형물들을 양산해내는 것은 의미가 없다”고 말하면서 “이런 이유로 인해 캐쉬카우가 되지 않아 대기업 들이 시장에 적극적으로 진입하지 않고 있다”고 지적했다.

해외에서는 다양한 분야로 확대

미국 자동차 전문기업인 로컬모터스는 지난 2007년 설립됐으며 미국 애리조나주 피닉스에 소재하고 있다. 이 기업은 자동차 분야에 최초로 개방형 혁신 비즈니스모델을 활용해 눈길을 끌고 있다. 디자인· 설계·생산 전 과정에 오픈소스를 운영하고 있으며 지난 해 9월에는 3D프린터로 2인승 스포츠 전기차를 제작했다. 일반 자동차 부품 수는 약 2만5천개인 반면 로컬 모터스의 전기자동차는 불과 50여 개의 부품으로 구성돼 있다. CAD디자인에서 시제품 완성까지 7일이 소요되는데 내년에 1천800만원~3천만원 선에서 제품을 시판할 계획이다. 미국 오바마대통령도 선진 제조업 분야에 대한 연설에서 로컬모터스를 언급할 정도로 로컬모터스는 유망기업으로 손꼽히고 있으며, 국방분야 및 영화 제작 차량 지원으로 대중들의 관심을 부각시키고 있다.

영화 트랜스포머의 랠리파이터는 페이스북에 20여 만 건의 네티즌들의 참여를 기록했는가하면 유투브 1백만 뷰어, 트위터 7천870 팔로워를 기록하는 등 선풍적인 인기를 끌고 있다. 로컬모터스는 3D프린팅 기술활용으로 단시간에 전기차를 제작하면서 대량 생산체제의 자동차 시장 에서 전통적 제조방식의 어려움을 극복했다. 앞으로 고객맞춤형 자동차 판매 시장 부문을 주도할 것으로 전망되는 이유다. 로컬모터스는 향후 10년 간 전세계 100개의 마이크 로팩토리를 설립할 계획이다. 마이크로팩토리는 주요 도시중심에서 100마일 이내 위치한 미니제조허브로 연구실, 자동차 전시실, 간단한 제품 조립 공장으로 구성된다.

미국 내 마이크로팩토리에서는 연간 2천~5천대 생산을 목표로 하고 있으며 현재 본사(피닉스 소재) 마이크로팩토리에서는 연간 250대를 생산할 수 있다. 3D프린팅 금속·신소재 개발로 인해 단순 시제품 제 작에서 자동차부품 생산으로 확대될 전망이다. 지난해 연간 10만개 자동차부품의 시제품이 3D프린팅으로 제작됐으며 자동차 업계에서의 3D프린팅 시장은 향후 5년간 5배 성장할 것으로 기대된다.

국내에서도 미래자동차 산업육성 움직임

이러한 가운데 국내에서도 신기술을 활용해 미래 자동차 산업을 육성하자는 움직임이 일고 있다. 울산시는 국내 3D프린터 시장의 한계를 극복하고 미래자동차산업 육성을 위해 마이크로팩토리 추진에 나섰다. 지난해 연말부터 투자유치단은 전략적 투자유치활동을 벌여 온 로컬모터스와 3D프린터 전기차 생산 및 연구 활동을 위한 마이크로팩토리 투자 MOU를 체결했다. 이번 투자협약 체결로 로컬모터스는 2016년 울산지역에 3D프린터 전기차 생산 및 연구시설인 마이크로팩토리를 건립하게 된다.

MeCONOMY Magazine July 2015