다양한 분야에서 효자 노릇 톡톡히 하고 있는 3D 프린팅 기술
[Industry News 전시현 기자] 요즘 3D 프린팅 기술이 대세다. 지난해 3D 프린터 조립 전문가, 3D 프린팅 마스터, 3D 프린팅 전문교강사 등 신설 자격증까지 생겼다.
3D 프린팅 기술은 몇 년전에 보급이 되었지만 4차 산업혁명 시대 흐름을 타고 3D 프린팅 기술이 다양한 분야에서 두각을 나타내고 있다. 그러다 보니 기계, 자동차, 전자, 반도체, 의료, 건설, 소매, 식품, 의류 산업 등 다양한 분야에서 각광을 받고 있다. 또 다양한 활용 영역으로 빠르게 넓혀가고 있다. 심지어는 관절, 치아, 두개골, 의수 등을 비롯한 인공 귀나 인공 장기를 만드는 데 이용하고 있다.
제조분야 가장 각광받고 3D 프린팅 기술
3D 프린팅 기술을 가장 반기는 분야는 아무래도 제조분야이다. 3D프린터 전문업체인 씨이피테크 관계자는 "3D 프린팅 기술은 다품종 소량생산과 개인 맞춤형 제작이 용이한 산업에서 더 찾고 있는 분위기다. 규모의 경제성과 노동비를 견주어 볼 때 3D 프린팅 기술은 확실한 경쟁력을 갖췄기 때문"이라며 3D 프린팅 기술이 가진 경제적 파급효과는 지금보다 더 커질 것이고 제조분야 혁신기술과 다름없다고 강조했다.
이어 "물론 시제품이 아닌 일반제품의 생산과 관련해 긴 제조시간과 고비용등의 한계로 일반제품의 대량생산을 대체하기는 어려울 수 있다. 하지만 자동차 부품을 만들기 위한 개발이나 다양한 산업군과 시장의 요구에 따른 다양한 제품군은 앞으로 내놓을 예정"이라고 귀띔했다.
다양한 재료와 종류, 그리고 기술
3D 프린팅 재료의 종류와 적층하는 방식에 따라 다양한 기술유형이 존재한다. 적층방식에 따라 구분하면 압출형, 광조형, 소결형, 고에너지형, 층층형 등이 있으며 주로 SLS와 FDM 방식이 주류를 이룬다. SLS는 원료를 레이저로 가열하는 소결2)방식의 적층방법으로, 높은 정밀성과 다양한 원료 사용 등의 장점이 있고 FDM은 수지 등의 원료가 녹아 노즐을 통해 압출되어 경화된 얇은 막을 쌓아가는 방식으로 제작비용과 시간면에서 효율적이다.
소재는 수지, 금속, 종이, 목재, 식재료 등 매우 다양하며 액체, 파우더, 고체 등 사용하는 재료의 형태에 따라 조형성, 견고함 등의 특성이 상이하다. 액체 기반의 방식들은 정확한 조형이 가능하다는 장점이 있으나 내구성이 떨어진다는 단점이 있다. 반면 파우더 기반 방식은 다양한 원료의 사용이 가능하며 액체 기반의 방식보다 결과물이 견고하다는 장점이 있다. 그리고 고체 기반 방식은 낮은 제조단가와 내습성 등의 장점을 보유하였으나 열에 다소 취약한 편이다.
주요 소재로 수지와 금속이 사용되고 있다. 수지를 활용한 3D 프린팅 기술은 주로 저가형(가정용)에 적용되고 있다. 가령 플라스틱, 글래스, CFRP와 같은 복합재료 등 거의 모든 재료가 사용되어 시제품, 완구 등에 적용되고 있다. 금속인 경우 기술개발의 초기단계로 고가형의 산언용 프린터에 주로 사용되고 있다. 알루미늄, 티타늄이 많이 사용되는 의료, 기계부품 등에 적용되고 있다. 최근 3D프린팅의 소재는 금속 분야에 집중되고 있으며, 주로 티타늄합금과 초내열합금 등과 같은 부가가치 소재가 주로 연구되고 있다.
KDB 산업은행이 발표한 보고서에 따르면 티타늄으로 항공용 부품인 Bracket 제조시 기존 가공법(절삭)으로는 손실되는 원료가 많아 원가상승의 주요원인이 되지만, 3D프린팅을 적용시 버려지는 원료를 30분의 1을 줄일 수 있다. 이에 따라 저비용으로 고품질의 티타늄 분말을 제조하는 기술개발이 지속적으로 요구되고 있다.
한편 업계 관계자의 말에 따르면 "3D프린팅 기술의 경제적 파급효과 크기는 가정용 3D프린터, 맞춤형 고부가산업용 부품, 공구 및 금형 순으로 예상되며, 2025년 시장규모는 약 230~550억 달러로 추정되고 있다"라고 전했다. 이어 "3D프린팅의 여러 가지 기술은 신기술 개발, 재료물질의 발전 및 핵심 특허권 만료 등의 긍정적 요인들로 인해 수년 내 빠른 속도의 발전이 예상된다"라고 덧붙었다.
