3D 나일론·세포·고무·금속·모래 프린팅까지 확대, 다양한 소재로 제조 산업 장악

스마트 팩토리를 구축하는데 필요한 3D 프린팅 기술은 다양한 소재 활용에 따라 산업 전반에 적용되고 있다. 이런 사회적 트렌드에 발맞춰 정부는 3D 프린팅 기술 경쟁력 강화를 위해 시장수요가 많고 미래 고부가가치 산업인 의료·바이오분야 핵심 SW개발과 4D융합소재, 적층제조디자인(DfAM) 기술 및 지능형 소재 개발을 지원하고 있다. 미국 MIT에서 발행하는 기술분석 잡지 ‘MIT 데크놀로지 리뷰’에서는 3D 프린팅 기술을 미래유망 기술 중의 하나로 꼽았다.

정확한 정보 활용 통해 3D 프린터에 기반한 비즈니스 모델 창출 기대

[Industry News 전시현 기자] 인더스트리 4.0은 제조업의 완전한 자동생산체계 구축, 생산 과정의 최적화가 이뤄지는 4차 산업혁명을 골자로 하고 있다. 제조업과 같은 전통 사업에 사물인터넷, 빅데이터 분석, 인공지능, 지능형 로봇, 3D 프린팅, 클라우드 컴퓨팅과 같은 IT 시스템을 결합해 지능형 공장으로 진화한다.

그 중 3D 프린팅 기술은 활용도에 따라 다양한 분야에서 사용될 수 있다. 다국적 컨설팅기업인 캡제미니(Capgemini)사가 예측한 최신 보고서에 의하면 스마트 공장으로 인해 향후 5년 간 전 세계 경제에 약 5천억에서 1.5조 달러의 새로운 부가가치를 창출할 수 있는 것으로 나타났다.

3D 프린터는 공유와 개조가 쉬워 어디서나 원하는 형태의 제품을 빠른 시간 내에 생산할 수 있어 국내외 제조업계에 큰 변화를 가져다 줄 것이라고 전문가들은 입을 모아 강조한다. [사진=pixabay]

NDSL이 공개한 자료에 따르면 미국 MIT에서 발행하는 기술분석 잡지 ‘MIT 데크놀로지 리뷰’에서 2018년에 인간 삶을 바꾸어놓을 수 있는 10대 혁신 기술을 공개했다. 10대 기술 중에는 과학·기술 분야에서 획기적인 기술들이 다수 포함돼 있다. 그 중에는 산업 전반에 큰 변화를 초래할 수 있는 기술 등이 포함되어 있으며 그 중 하나가 3D 프린팅 기술이다.

IT 시장에 3차 산업혁명이라 불리는 3D 프린터가 등장하면서 전 세계적으로 시장을 넓혀가고 있다. 3D 프린터는 공유와 개조가 쉬워 어디서나 원하는 형태의 제품을 빠른 시간 내에 생산할 수 있어 국내외 제조업계에 큰 변화를 가져다 줄 것이라고 전문가들은 입을 모아 강조한다.

국가별로 3D 프린팅 기술의 활용도를 보면 미국, 독일 및 일본 3개국이 60% 이상을 점유하면서 글로벌 기술시장을 주도하고 있다. 중국이 8.7%에 달해 일본에 이어 세계 4위의 활용 국가로 급부상하고 있는 데에 반해, 한국은 여전히 2.3%에 불과하는 수준이다.

다양한 소재를 통해 발전하고 있는 3D 프린팅
최근 수년 간 3차원 금속 프린팅이 산업 전반에 널리 적용되고 있다. 3D 플라스틱 프린팅은 이미 대중화돼 있는 상황이며 초미세 3D 금속 프린팅 기술이 바통을 이어받으며 신시대를 예고하고 있다.

실제로 지난해 11월 GE는 독일 프랑크푸르트에서 열린 적층제조무역박람회 ‘Formnext 2017’에서 레이저와 파우더 베드(Powder Bed)를 사용해 금속 부품을 적층 제조할 수 있는 사상 최대 크기의 3D 금속프린터 베타 버전을 공개했다.

이 기기를 사용할 경우 갖가지 주문에 필요한 부품을 다양하게 공급할 수 있는 환경 조성이 가능해진다. GE 관계자는 “이 기기가 보급될 경우 기존의 대량생산 시스템을 대체해 양질의 부품을 다양하게 공급할 수 있다”라고 전했다.

3D 프린트 소재로 금속을 사용하는 독일 MCP사의 SLM RP는 일루미늄, 코발트크롬 등의 금속 재료를 이용하여 제품을 찍어낸다. 국내 업체인 인스텍은 DMT 방식을 채용하며, 재료를 일반 산업용 금속(합금) 분말을 사용한다. 인스텍 제품은 기존 금속제품에 형상 추가나 수리에 적합하다.

나무를 사용하는 경우도 있다. 일반적으로 나무(톱밥)과 복합재료를 조합해서 FDM(FFF) 방식으로 제품을 출력할 수 있다. 나무재질이므로 나무냄새와 나무질감을 살릴 수 있는 것이 특징이다.

최근 영국 헤리엇 와트대 연구팀은 3D 프린터로 줄기세포와 배양액을 사용하여 세포를 찍어내는 데 성공했다. 전문가는 "향후 간, 신장, 심장 등 인공장기를 찍어내는 데 도움을 줄 것"이라고 전망했다.

엠코 테크놀로지가 개발한 아이리스 3D 프린터는 종이를 사용하여 조형물을 제작할 수 있다. 강도가 나무재질 정도 되며 드릴로 구멍을 뚫는 작업도 가능하며, 3D Systems사의 SLS 방식의 장비는 나일론 재료를 사용하여 월등한 강도와 내열성이 130도 까지 견디는 샘플을 제작할 수 있다. 고무를 사용하는 업체도 있다. 국내 캐리마 업체는 DLP 방식을 채용한 고무 느낌의 연성재질 수지를 사용한다.

파우더(석회가루)를 사용하는 방식도 있다. 접착제를 잉크젯 프린터처럼 분사하여 파우더를 붙이면서 조형물을 완성한다. 강도는 약하지만 컬러 잉크를 분사하여 작업을 할 수 있기 때문에 컬러를 구현할 수 있다.

현재 3D 프린터용으로 다양한 소재가 연구개발 중이다. 폴리머 부문이 상업화의 중심에 있고, 스테레오 리소그래프 방식의 포토폴리머가 대부분의 수요를 발생시키고 있다. 3D 프린팅 소재 세계 시장 규모는 2016년 약 6.0억 달러에서 2022년 13.5억 달러로 성장할 것으로 전망되며, 국내 시장은 2016년에 약 0.2억 달러에서 2022년 약 0.4억 달러로 전망된다.

한국과학기술정보연구원에 따르면 세계적으로 3D 프린팅 적용 소재의 상용화가 합성수지에서 점차 금속 소재, 목재, 고무, 바이오 등 다양하게 확대되면서, 적용되는 산업 분야에서도 비례적으로 크게 확대될 것으로 전망된다.

업계 관계자는 "정확한 소재를 가지고 사용 분야에 적용한다면 3D 프린터에 기반한 다양한 융합 비즈니스 모델 창출을 기대해 볼 수 있을 것"이라고 귀띔했다.