의족서 항공기 부품까지… 3D 프린팅 산업 年 30%씩 성장…

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admin
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2016-06-20 13:41
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의족서 항공기 부품까지… 3D 프린팅 산업 年 30%씩 성장…
인공 장기 등 생체의학·건축·식품 분야서 금맥 터질 것
3D 프린팅 산업 어디까지 왔나
월요일 아침 7시 10분. 잠결에 칫솔을 변기에 빠뜨렸다. 곧바로 온라인 쇼핑몰에서 칫솔 디자인을 주문
해 책상 위에 놓인 3D 프린터로 전송한다. 옷을 갈아입고 나니 칫솔이 완성돼 있다. 이를 닦고 집을 나
선다.
어제 이사 온 이 집은 이틀 전 완공됐다. 3주 전에 갑작스럽게 전근 통보를 받았지만, 3D 프린팅 건축사
무소에 연락해 새 사무실과 가까운 동네에 작은 주택을 지었다. 건물 바깥벽에는 대리석을 붙이고 안쪽
벽은 붉은 벽돌과 섬세한 무늬가 새겨진 목재로 마감한 것처럼 보이게 디자인했다. 집은 2주 만에 완공
됐다.
출근하자마자 고객관리팀에서 운동화 깔창에 대한 불만을 접수했다고 알려왔다. 저장된 운동화 디자인
을 수정해 3D 프린터로 출력한 다음, 다른 직원들과 착용해본다. 깔창 부분에 홈을 추가한 디자인 파일
을 생산팀으로 넘긴다.
오후에는 신체 스캔을 진행하러 병원에 들를 예정이다. 20대가 지나기 전에 몸 상태를 기록해 두면 주름
을 없애고 싶거나 다쳤을 때 몸에 이식할 인공 피부와 장기를 3D 프린터로 만들수 있다. 저녁 간식으로
먹을 초콜릿 케이크 조리법을 검색해 부엌에 있는 '푸드 프린터'로 보내고 조리 시간도 예약해 둔다.
3D 프린팅 전문가들이 예상하는 미래 모습을 정리하면 대
략 이렇다. 얼마나 현실성 있는 이야기일까. 최근 3D 프린
터 시장의 성장 속도는 폭발적이다. 지난해 기준으로 약
52억달러(약 6조원), 3년 동안 연평균 30% 넘는 성장률을
기록했다.
3차원이미지 ▲ Getty Images/이매진스
30년 만에 빛 보는 3D 프린팅 산업… 연평균 30% 성장
3D 프린터가 세상에 등장한 것은 생각보다 오래됐다. 미
국 3D시스템이 최초의 상업용 3D 프린터를 출시한 것이
1986년이다. 그러나 기업이나 대중에게 큰 주목을 받지
못했다. 그러나 불과 3~4년 사이에 3D 프린팅의 위상은 급변했다.
3D 프린팅 전문 시장조사기관인 월러스의 집계에 따르면, 최근 3년 동안 보급형 3D 프린터(대당 5000
달러 미만)의 전 세계 판매량은 해마다 배로 늘었다. 2007년 66대에서 지난해 약 27만8000대로 급증했
다. 월러스는 3D 프린팅 산업이 오는 2020년에는 210억달러 규모로 성장할 것이라고 전망했다.
관련 기술이 발전한 데다 소비자의 빠른 취향 변화를 따라잡고 혁신을 이루려는 기업들의 노력이 맞물
리며 시장이 폭발적으로 성장하고 있다. 기본 기능을 갖춘 3D 프린터 가격도 대당 3만~4만달러에서
2000달러(약 240만원) 안팎으로 하락해, 중소기업이나 1인 개발자들의 진입 장벽도 낮아졌다. 세계경제
포럼(WEF·다보스포럼)은 해마다 3D 프린팅을 '미래 산업의 핵심 기술'로 꼽고 있다.
현재 3D 프린팅 기술은 맞춤형 치과용 의료기기 등 일상생활에서 실제로 사용하는 제품을 만들거나, 신
제품이나 건축물을 디자인하는 과정에서 실물 모형을 만드는 데 쓰인다. 왼쪽 사진의 파인애플 모형은
3D 프린터로 만든 것이다. 3D 프린터의 성능도 실물과 큰 차이가 없는 색상과 질감을 구현할 수 있는
수준으로 발전했다.
▲ 현재 3D 프린팅 기술은 맞춤형 치과
용 의료기기 등 일상생활에서 실제로 사
용하는 제품을 만들거나, 신제품이나 건축
물을 디자인하는 과정에서 실물 모형을
만드는 데 쓰인다. 왼쪽 사진의 파인애플
모형은 3D 프린터로 만든 것이다. 3D 프린터의 성능도 실물과 큰 차이가 없는 색상과 질감을 구현할 수
있는 수준으로 발전했다.
시제품·비행기 부품·맞춤식 의족 제작
현재 3D 프린팅 기술이 가장 활발하게 도입된 분야는 제조업이다. 3D 프린터에 도면을 입력하고 시제품
을 출력하면 제품 개발에 걸리는 시간을 수십 분의 1로 줄일 수 있다. 부품 틀을 제작하고 실물 모형을
만들기까지 몇 주씩 걸리던 과정을 그 자리에서 몇 시간 안에 끝낼 수 있다.
조립하기 복잡하거나 다양한 소재를 섞어 만들어야 하는 부품을 제작하는 데도 유용하다. 항공·우주·첨단
기계 등 고성능 부품이 중요한 산업계에서 3D 프린팅을 주목하고 있다. 제너럴일렉트릭(GE)그룹의 항공
부문 자회사 GE에비에이션은 엔진의 연료관을 3D 프린터를 이용해 개발하고 생산한다. 20여개 부품을
각각 제작해 조립하던 것을 3D 프린터로 한 번에 출력하면서, 부품 생산비용도 최고 75% 감소할 전망
이다.
의료기기 제조업체들은 '사용자의 인체에 맞춘' 제품을 제작하는 데 3D 프린팅 기술을 활용한다. 신체
본을 뜨고 틀을 만드는 과정을 거치지 않고, 인체를 스캔해 3D 프린터로 출력하면 된다. 미국의 얼라인
테크놀로지(Align Technology)는 치아에 장착했을 때 눈에 잘 띄지 않는 투명한 교정기를 생산하고, 미국
비스포크이노베이션(Bespoke Innovation)은 착용자의 신체와 미적인 취향까지 반영한 맞춤식 의족을 제
작한다.
미래에는 심장 판막이나 연골 등 신체 부위를 맞춤식으로 출력하는 바이오 프린팅(bio-printing), 영양
성분을 원하는 대로 배합하고 모양까지 정교하게 만드는 푸드 프린팅(food-printing) 등이 3D 프린팅 산
업의 새로운 먹거리가 될 전망이다.
▲ 미래에는 심장 판막이나 연골 등 신체
부위를 맞춤식으로 출력하는 바이오 프린
팅(bio-printing), 영양 성분을 원하는 대로
배합하고 모양까지 정교하게 만드는 푸드
프린팅(food-printing) 등이 3D 프린팅 산
업의 새로운 먹거리가 될 전망이다.
"인공 장기 만들고 집 짓는 프린터 곧 나올 것"
산업 전문가들은 3D 프린팅 기술을 응용한 금광은 생체의학, 건축, 식품 산업에서 터질 것이라고 예상
한다. 의료계가 연구에 열을 올리는 분야는 '바이오 프린팅'이다. 인체 세포를 3D 프린터용 잉크로 만든
다음, 신체 촬영 정보를 기반으로 맞춤형 관절이나 심장판막 등 인공 장기를 만드는 게 기본 원리다.
장기 이식이 필요한 환자들이 기증자를 기다리는 대신 자신의 세포를 추출해 인공 장기를 만들고, 사고
로 신체 일부를 잃은 경우에도 진짜 같은 인공 신체를 제작할 수 있는 신개념 의료 기술이다. 최근 스
웨덴 발렌베리산림과학센터(WWSC)는 3D 프린터로 인공 귀 연골을 제작하는 데 성공해, 쥐를 대상으로
전(前)임상실험을 진행하고 있다고 밝혔다.
그러나 실제로 피가 통하고 신경을 연결할 정도로 정교한 장기를 만들려면 세포가 살아 움직이는 바이
오잉크를 만드는 게 관건이며, 이 기술 개발에 전 세계 관련 기업들이 총력을 기울이고 있다.
건축계도 3D 프린팅에 관심을 보이고 있다. 건축 부지에 3D 프린터를 설치하고 건설 자재를 출력해 쌓
아 올리면 운반비나 재료비를 줄이는 건 물론이고 공사 기간도 대폭 단축할 수 있기 때문이다. 지난해
중국의 부동산개발업체 줘다(卓達)그룹은 시멘트 대신 자체 개발한 특수 소재를 3D 프린터로 층층이 쌓
아 만든 컨테이너 모양의 조립식 주택을 공개했다.
☞3D 프린팅(3차원 인쇄)
컴퓨터 프로그램으로 만든 제품 디자인이나 설계 도면을 바탕으로 플라스틱, 합성수지, 금속 등 재료를
쌓거나 굳혀 3차원의 물체로 만드는 기술. 일반 프린터가 2차원인 종이 위에 잉크로 글과 그림을 출력
한다면, 3D 프린터는 다양한 소재로 부피와 두께가 있는 물체를 찍어낸다. 유한빛 조선비즈 기자 [출처:
조선일보 2016년 6월 18일자]
손바닥만한 제품은 커피 마실 시간에 프린터로 제작 완료
데이비드 라이스 3D 프린터 세계 1위 스트라타시스 CEO
현재 전 세계 3D 프린터시장은 미국 스트라타시스와 3D시스템이 양분하고 있다. 스트라타시스는 3D 프
린팅의 가장 대중적인 기술인 '압출 적층 조형(FDM)'을 개발했고, 시장 점유율이 50%를 넘는 3D 프린터
업계 1위 기업이다. 스트라타시스는 새로운 기술이나 특허를 가진 기업들을 적극적으로 인수합병(M&A)
해 덩치를 키웠다. 1990~2000년대에는 IBM과 HP의 3D 프린터 관련 사업부를 사들였고, 2012년에는 '폴
리젯' 기술에 특화된 이스라엘의 3D 프린터 업체인 오브젯과 합병했다.
데이비드 라이스(Reis·55) 스트라타시스 최고경영자(CEO)를 뉴욕 메이커봇 사무실에서
만났다. 오브젯 출신인 그는 이스라엘과 미국 사무실을 오가며 회사를 이끌고 있다.
위클리비즈는 지난 2013년 홍콩에서 신제품 발표회를 연 그를 인터뷰한 일이 있다.
그 사이 스트라타시스는 교육용이나 취미용으로 적합한 소형 3D프린터를 생산하는
메이커봇과 산업용 시제품 제작 전문인 솔리드콘셉트를 인수했다. 최근 3년 동안 3D
프린팅 산업이 얼마나 달라졌는지 먼저 물었다.
"이 사무실을 한번 돌아보세요. 조명기기, 사무용품, 가구부터 우리가 입은 옷과 신발을 생산하는 회사까
지 수십 개 기업의 제품들이 모여 있는데, 그중 최소 50개 기업이 3D 프린터를 이용해 제품 디자인을
개발합니다. 일부는 제품 일부분을 3D 프린터로 만듭니다. GM처럼 신기술을 도입하는 데 선도적인 대기
업들은 이미 시제품(試製品) 제작 단계에 3D 프린터를 사용하고, 에어버스도 우리 회사 제품으로 만든
부품들을 항공기에 장착하기 시작했습니다.
제조업체로서는 평소에 부품들을 창고에 쌓아두지 않고 필요한 때 바로바로 제작하면서 생산 비용과 재
고관리 비용, 물류비 등을 절감할 수 있습니다. 부품 생산 설비를 따로 두지 않아도 돼, 초기 투자비도
줄일 수 있습니다. 특정 기업의 이름을 밝힐 수 없지만, 한국의 전자제품 업체들도 모두 3D 프린터를
사용합니다."
―3D 프린터 관련 기술은 얼마나 발전했습니까.
"사용할 수 있는 소재 종류가 훨씬 다양해졌는데 열가소성 수지 외에도 금속, 나일론, 폴리카보네이트
등 1000가지가 넘습니다. 3D 프린터의 제작 속도를 비교해보면, 10년 전에는 4~5개를 출력하던 시간에
지금은 1000개를 만들 수 있습니다. (사무실 책상 위에 놓인 손바닥만 한 회의용 마이크 장치를 가리키
며) 이 정도 크기 제품은 20분에서 한 시간이면 만듭니다. 3D 프린터를 켜놓고 동료와 커피 한 잔 마시
고 돌아오면 제품이 완성돼 있을 겁니다. 노트북 가방만 한 크기라도 24시간 안에 만들 수 있습니다."
―색상이나 디자인, 질감을 얼마나 정교하게 구현할 수 있는지도 궁금한데요.
"(스마트폰으로 파인애플 두 개가 나란히 놓인 사진을 보여주며) 둘 중 어떤 게 진짜 과일일까요? 이런
모형을 만드는 기술은 거의 100% 실물과 흡사한 수준으로 개선됐습니다. 3D 프린터에서 재료를 출력하
는 관(노즐)의 크기나 조정 기능이 섬세해졌고, 정확한 위치에 재료를 분출하도록 기능이 개선됐습니다.
3D 프린터로 만든 파인애플을 부엌 과일 그릇에 가져다 놓았더니, 아내가 '철도 아닌데 파인애플을 어
디서 사왔느냐'며 향을 맡아보지 뭡니까(웃음)."
라이스 CEO는 "탁상용 3D 프린터의 가격이 3~4년 전과 비교해 20분의 1 수준으로 하락한 만큼, 중소
기업과 창업기업, 1인 사업가들도 적은 비용으로 아이디어를 실물로 만들어 볼 수 있게 됐다"며 "3D 프
린팅 산업에 대한 성장 전망치는 조사기관마다 조금씩 다르지만, 앞으로 10년 안에 최소 3~4배에서 10
배는 더 커질 것이라고 본다"고 말했다.
[3D 프린팅 방식]
① 소재 압출식
미국의 스트라타시스가 1988년 특허를 낸 ‘압출 적층 조형(FDM)’이 대표적인 소재 압출식 3D 프린팅 기
술이다. 열에 녹는 플라스틱 등 재료를 반고체 상태로 만들어 층층이 쌓아 원하는 형태로 만드는 방식
으로, 가장 대중적인 기술이다. 완성된 제품의 옆면에는 쌓는 과정에서 생긴 선 자국이 보여, 후가공을
거쳐야 한다.
② 광중합식
미국의 3D시스템이 1986년 개발한 ‘광경화성 수지 조형(SLA)’ 기술이 대표적이다. 빛에 반응하는 물질을
액체 상태로 만든 다음 레이저를 쏘아 도면대로 재료를 굳히는 방식으로, 부피가 큰 산업용 제품을 만
드는 데 적합하다. 제품 겉면이 깔끔해 치과 치료용 제품이나 보석 등 섬세한 제품을 만드는 데도 활용
된다.
③ 분말 소결식
가루 형태로 만든 재료에 레이저를 쏘아 모양을 만든 다음 롤러로 누르고, 그위에 다시 재료를 쌓는 방
식이다. 1980년대 중반 미 텍사스대 연구팀이 개발한 ‘선택적 레이저 소결(SLS)’ 기술이 대표적이다. 나일
론, 세라믹, 알루미늄, 스테인리스 등 다양한 소재를 활용할 수 있고 남은 분말은 재사용할 수 있지만,
3D 프린터 자체의 가격대가 높은 편이다.
④ 소재 분사식
잉크젯 프린터와 같은 원리로, 가는 관으로 재료를 방울방울 떨어뜨려 쌓은 다음 자외선으로 굳힌다. 이
런 기술을 활용한 3D 프린터를 폴리젯(Polyjet)이라고 부른다.
⑤ 결합재 분사식
가루 형태인 주재료에 액체 상태인 결합재를 쏘아 원하는 모양으로 만드는 방식으로, 미 매사추세츠공
대(MIT)에서 1993년 개발했다.
⑥ 판재 적층식
얇은 판 형태로 만든 종이, 금속, 합성수지 등 재료에 초음파를 쏘아 용접한 다음, 컴퓨터수치제어 시스
템으로 원하는 모양대로 만드는 방식이다.
⑦ 직접 용착식
첨단 철강 산업에서 주로 사용하는 방식으로, 금속 분말이나 금속 선에 레이저나 플라스마 등으로 열을
가해 녹인 다음 로봇 팔을 이용해 원하는 형태로 만들어 굳힌다. 유한빛 조선비즈 기자 [출처: 조선일보
2016년 6월 18일자]
교육기관·개인사업가, 탁상용 3D 프린터 최대 고객 될 것
조너선 자글롬 메이커봇 CEO ▲ 조너선 자글롬 메이커봇 CEO
책상 위에 올려두고 쓸 수 있는 소형 3D 프린터를 생산하는 메이커봇의 본사는 미국 뉴욕에서도 기술·
디자인 관련 벤처기업들이 모여 있는 브루클린에 자리를 잡았다. 온라인 투자 모집 사이트인 킥스타터
의 본사도 이곳에 있다. 메이커봇 사무실은 장난감 회사로 착각할 정도다. 알록달록한 피규어와 갖가지
모형들로 가득 차 있었다. 공용 공간 한쪽에는 전자레인지 두 개를 쌓아 놓은 크기부터 식기세척기만
한 것까지, 다양한 크기의 3D 프린터가 진열돼 있었다.
조너선 자글롬(Jaglom·40) 메이커봇 최고경영자(CEO)는 "탁상용 3D 프린터의 최대
잠재 고객은 교육기관과 개인사업가들"이라고 운을 떼고는 "3D 프린터를 활용한 완
전히 새로운 사업 기회들이 생겨나고, 아이디어만 있으면 얼마든지 제품을 개발할
수 있게 될 것"이라고 말을 이어갔다.
예를 들어 지금은 안경테가 망가지면 안경점에 가서 새것을 구입하거나 수리를 마칠 때까지 며칠씩 기
다려야 하지만, 3D 프린터가 보급되면 인터넷으로 필요한 부품이나 원하는 디자인의 안경테 설계도면을
구입해 집에서 출력해 곧바로 착용할 수 있다.
―교육 분야에서는 3D 프린터를 어떻게 활용할 수 있습니까.
"최근 찾아간 코네티컷주의 한 사립초등학교에서는 6학년 학생들에게 3D 프린터를 활용해 봅슬레이 썰
매를 개발하는 3개월짜리 조별 과제를 내줬습니다. 제가 인터뷰한 리암이라는 학생은 조원들과 인터넷
으로 봅슬레이 썰매에 대해 조사하고, 어떤 썰매를 만들지 그림으로 그려본 다음, 컴퓨터 프로그램으로
도면을 만들어 3D 프린터로 미니 봅슬레이 모형을 제작했습니다.
첫 번째 썰매가 생각한 만큼 빠른 속도를 못 내자 썰매의 몸체를 더 매끈하게 바꾸는 등 수정을 거듭해
최종본을 만들었더군요. 학생들이 문제 해결법을 고민하고 실수를 보완해 결과물을 완성한 거죠.
우리 회사의 누적 판매량을 따져보면 미국 내 모든 초등학교가 3D 프린터를 1대씩은 갖추고 있다는 계
산이 나옵니다. 8세부터 대학생까지, 다양한 연령대 학생들이 과학 실습 때 3D 프린터로 다양한 물건을
직접 만들어 보면서 창의력과 문제 해결 능력을 개발할 수 있을 겁니다. 새로운 기술에도 익숙한 인재
로 성장할 테고요."
―일반인이 사용하기엔 비용 부담이 아직 큰 편 아닙니까.
"메이커봇의 입문자용 제품은 한 대에 1500달러(약 180만원) 선입니다. 재료를 가득 채우는 데 50달러
정도 들고, 한 번 충전하면 2~3개월 정도 사용할 수 있습니다. 프린터의 압출기는 6~9개월 주기로 교체
해야 하는데, 이 비용이 200달러 정도 듭니다.
무료 소프트웨어가 많기 때문에 3D 프린터에 입력하는 컴퓨터 도면을 만드는 데는 드는 돈이 거의 없
습니다. 미국 학교에서 많이 쓰는 프로그램은 틴커캐드(Tinkercad)라는 무료 온라인 캐드(CAD·컴퓨터 지
원 설계) 프로그램입니다." 유한빛 조선비즈 기자 [출처: 조선일보 2016년 6월 18일자