3D 프린팅, 제조공정·생산성·고용에 큰 변화 예상

3D 프린팅 산업은 제조업뿐 아니라 삶의 방식에 혁명적인 영향을 끼칠 것이라는 예측에서부터 대량 생산에 적용하는 데는 3D 프린팅산업이 미치는 영향에 대해서는 여러 가지 예측이 있으나 기업 경영뿐아니라 미래 사회 전반에 걸쳐 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다.

4차 산업혁명과 맞물려 3D 프린터의 활용이 더 각광

[인더스트리뉴스 전시현 기자] 3D 프린팅은 4차 산업혁명의 핵심 기술 중 하나로 불린다. 시제품 제작에 드는 시간 및 비용을 절감하고 생산라인에서 필요한 부품을 현장에서 바로 만들어 사용할 수 있게 해줌으로써 제조업에 혁신을 가져오기 때문이다.

2014년에 3D 프린팅 핵심특허 90여건이 만료된 이후 많은 기업들이 3D 프린터 제품 개발에 뛰어들어 저가 개인용 기기가 대거 출시되면서 시장 경쟁이 치열해졌다. 하지만 최근 제네랄일렉트릭(GE)과 휴렛팩커드(HP)와 같은 거대기업이 3D 프린팅 시장에 진출하면서 산업용 3D 프린팅 시장도 가열되고 있다.

한국산업기술평가관리원 자료에 따르면 3D 프린팅 산업이 숨 고르는 단계를 지나 산업현장에서 본격적으로 사용되기 시작하면서 기업들 간 경쟁은 더욱더 치열해질 것이다. 4차 산업혁명과 맞물려 3D 프린터의 활용이 더 각광받고 있어 시장은 향후 더욱 확대될 것으로 예상된다.

회계법인 딜로이트 자료에 따르면 자동차산업에서 3D 프린팅은 가볍고 효율적인 미래 자동차 생산에 중요한 역할을 할 것으로 예상되며, 리드타임 감소 및 원가 절감 등을 가능한다. [사진=딜로이트]

3D 프린팅 3차원 물체 제조하는 방식
여러 겹을 쌓는다는 의미로 적층 가공이라고도 불리며, 현재 표준 생산방식인 절삭 가공과 대비되는 개념이다. Wohlers Associates 자료에 따르면 산업별로 기계(19.9%), 항공·우주(16.6%), 자동차(13.8%), 소비재(13.1%) 등의 분야에서 활용된다. 시장규모는 세계시장 51억달러, 국내시장 2,230억원 수준(2015년 기준)이다.

국가별로 비교했을 때 항공 등에 강점을 지닌 미국이 1위이고, 한국은 8위를 차지했다. 한국 기술수준은 미국 기술 66%수준으로 2.9년 뒤떨어진 것으로 드러났다. 기업별로는 미국의 스트라타시스, 3D시스템즈 등 상위 8개 사인 소수의 3D 프린팅 기업이 세계 3D 프린팅 시장을 주도한다. 매출액 절반을 차지한다.

다양한 곳에 3D 프린팅 활용한 사례
3D 프린팅을 활용한 사례는 다양하다. 우선 런던올림픽때 육상, 사이클, 올림픽 경기장 디자인 등 다양한 영역에서 3D 프린팅을 활용했다. 프랑스 디자이너 뤽 푸사로(Luc Fusaro)는 육상선수의 발을 스캔해 러닝화를 제작, 러닝화 무게를 96g으로 줄였다. 영국 사이클 팀은 각 선수의 헬멧을 3D 프린팅으로 제작해 사용했다.

유럽항공우주방위산업체에서는 다양한 부품을 금형을 이용해 찍어 만들고 조립하던 자전거를, 3D 프린팅을 이용해 단번에 생산하는 ‘에어바이크(Airbike)’를 만들었다. 기존 공정보다 원료의 10분의 1가량만 사용하며, 무게도 일반 자전거의 65% 수준으로 조립 과정이 없어 고장 가능성도 줄게 되었다.

MIT는 3D 푸드 프린터의 일종인 초콜릿 제조기 디지털 쇼콜라티에를 발표했으며, 스페인의 식품회사는 음식을 만들어주는 3D 프린터를 공개하면서 향후 모든 음식을 프린트할 수 있도록 하겠다고 공개했다.

스포츠카 회사인 람보르기니는 전통적인 방식으로는 4만 달러와 120일의 시간이 걸리는 시제품의 제작을 FDM 방식의 3D 프린팅을 이용해 3천 달러의 비용과 30일의 기간에 처리함으로써 93%의 비용 절감과 83%의 시간을 절약할 수 있었다. 회계법인 딜로이트 자료에 따르면 자동차산업에서 3D 프린팅은 가볍고 효율적인 미래 자동차 생산에 중요한 역할을 할 것으로 예상되며, 리드타임 감소 및 원가 절감 등을 가능한다.

3D 프린팅은 여러 겹을 쌓는다는 의미로 적층 가공이라고도 불리며, 예전 표준생산방식인 절삭 가공과 대비되는 개념이다. [사진=IBK경제연구소]

다품종 소량생산 가능하지만 소재와 제품 크기 제한
3D 프린팅의 장점은 다품종 소량생산에 적합하며 원료비 절감이 된다. 3D 프린팅 저비용으로 생산기반 확보가 가능해 소량생산에 유리하다. 금형제작 등 생산기반 확보에 많은 비용이 발생했던 기존 방식과 달리, 3D 프린팅 기술은 소프트웨어 구축만으로 생산기반을 확보할 수 있다. 절삭방식과 비교하여 생산과정에서 손실되는 원료가 적다.

반면 단점도 있다. 동일품종 대량생산에 부적합하며 품질에 한계가 있다. 3D 프린팅 기술은 단위당 제조원가가 동일하기 때문에 대량생산할 때 상대적으로 불리하다. 기존 생산방식이 생산기반 확보 이후에는 규모의 경제가 작용해 대량생산에 최적화 되어 있는 것과는 대조적이다.

또 약한 내구성, 소재 및 제품 크기의 제한성 등은 3D 프린팅 확산의 제약요인으로 작용하고 있다. 다만 다만 기술발전을 통해 3D 프린팅 고유의 단점이 개선되는 추세다.

IBK 경제연구소 관계자에 따르면 3D 프린팅 관련 수요는 의료와 바이오 분야에 가장 많을 것으로 전망했다. 더불어 3D 프린팅 기술은 기존 공장의 제조범위를 확대하는 동시에, 생산성 및 고용형태 등에 상당한 변화를 초래할 것으로 예상했다.