2018년 6월 27일부터 29일까지 인사이드 3D 프린팅 전시회&콘퍼런스가 진행되고 있다.

콘퍼런스 이틀 째인 28일 기조연설에서 시장 조사기관 홀러스 어소시에이츠(Wohlers Associates)의 테리 홀러스(Terry Wohlers) 회장은 3D 프린팅 시장의 성장세와 함께 디자인 접근방법, 후처리 등 이슈에 대해 폭넓게 소개했다.

그는 “3D 프린팅 시장은 꾸준히 성장하고 있으며, 특히 제품 생산(매뉴팩처링) 영역에서 디지털 제조 기술로서 입지를 넓힐 것”이라고 전망했으며, 이를 위한 해결 과제로서 후처리 및 3D 프린팅을 위한 디자인 기술의 중요성을 강조했다.

3D 프린팅 시장 추세

• 2013년부터 2017년까지 5년간 전세계 3D 프린팅 산업은 21% 성장했다. 특히 장비와 소재 등 제품 시장이 17.4% 성장한데 비해, 서비스 시장은 23.8%로 성장폭이 컸다.
• 산업용 AM(Additive Manufacturing: 적층제조) 시스템 제조업체가 지난 4년간 4배 정도로 크게 늘었다. 이 가운데는 유럽 업체가 가장 많고 그 다음이 중국, 미국, 일본 순이었다.
• 1988년부터 2017년까지 20년간 산업용 AM 시스템 설치 시장에서는 미국(35.9%)의 비중이 가장 컸다. 한국은 3.7%를 점유했는데, 아시아태평양 지역에서는 중국과 일본에 이어 3위였다.
• 금속 AM 시스템 판매는 지난 5년간 9배, 2년간 2.2배 증가했으며, 3D 프린팅 서비스 공급사의 약 23%가 금속 AM 기술을 제공하는 것으로 나타났다.

AM 산업의 과제

• 그 동안 언급을 꺼렸던 AM 산업의 비밀은 바로 후처리이다.
• 제품을 생산하는데 있어서 전처리, 최적화와 함께 후처리도 중요하며 모든 공정이 순조롭게 이뤄져야 하는데, 3D 프린팅 공정의 후처리에는 많은 비용이 든다. 특히 폴리머 3D 프린팅에 비해 금속 AM에서 후처리에 대한 요구가 많고 비용도 더 든다.
• 이에 따라 DfAM(Design for Additive Manufacturing)의 중요성이 커지고 있다. 3D 프린팅은 복잡한 형태를 만들 수 있는 것이 강점이지만, 출력 후에 지지대(support)를 제거하는데 비용이 많이 든다. 이를 해결하기 위해 아예 지지대를 부품 형상의 일부로 설계하는 방법을 고민할 수 있다. 지지대를 최소화하는 것이 제조 과정에서 중요한 관건이 될 것이다.
• 3D 프린팅을 위한 설계는 기계를 다루는 능력과 함께 설계를 향상시키는 능력도 필요하다. 전통적인 설계방법뿐만 아니라 다양한 기술이 필요한데, 이를 잘 이용할 수 있는 사람은 많지 않다. 전문가 육성이 필요하다.

향후 3D 프린팅 시장 전망과 조언

• 전체 3D 프린팅 시장은 2019년 117억 달러, 2021년 182억 달러, 그리고 2023년에는 273억 달러로 늘어날 것으로 전망하고 있다. 3D 프린팅을 활용한 제조가 본격화되면 성장세가 더 커질 수 있을 것으로 본다.
• 색상이 포함된 설계가 중요해질 것이다. 특히 의료 분야 등에서 활용도가 높고, 디자인이나 캐릭터 등에서도 색상이 들어가면 제품의 완성도를 더욱 높일 수 있다. 이에 따라 컬러 3D 프린터도 성장하고 있다.
• 맞춤 제작된 제품들은 사용자에게 더 큰 가치를 줄 수 있다. 3D 프린팅으로 개인마다 특화된 맞춤형 제품들을 만들 수 있다. 여기에는 재료 등 비용의 이슈가 있지만, 한편으로 기업의 수익성을 높일 수도 있을 것이다.
• 제조업체에게 창고 비용 및 재고 비용은 필요악으로 여겨져 왔다. 하지만 디지털 제조는 재고를 없앨 수 있는 방법을 고안할 수 있게 한다. 산업용 3D 프린터를 사용해 재고를 미리 쌓아두지 않고, 주문 후에 즉시 맞춤형 제품을 제조하는 새로운 비즈니스 모델이 이미 등장하고 있다.
• 데스크톱 3D 프린터 시장도 중요하다. 데스크톱 3D 프린터는 1000 달러 정도로 가격이 낮아졌으며, 저가의 데스크톱 3D 프린터가 2017년 52만 8000여 대 판매되었다. 반면 산업용 프린터의 판매 대수는 1만 4000여 대였다. 특히 교육 분야에서 데스크톱 3D 프린터의 활용이 늘어날 것이며, 앞으로는 데스크톱과 산업용의 경계가 옅어질 수도 있을 것이다.
• 3D 프린팅에 대한 두려움을 버리고 경쟁에서 뒤쳐지지 않기 위해서는 제품의 가치와 다품종 저가 생산 모델에 대한 고려, DfAM의 도입, 지지대 재료 감소 및 자동화, 비용 분석, 컨설팅 서비스의 활용 등이 중요하다.

덧붙임: 테리 홀러스 회장은 3D 프린팅에서 제조 영역의 성장 가능성을 높게 보았다. “디자인 검토 등 일부를 제외하면, 장기적으로는 3D 프린팅 활용에서 제품 생산이 90% 이상을 차지할 것”이라면서 생산기술로서 3D 프린팅의 역할에 기대하는 모습이다. 반면, 그가 지적했듯, 생산기술의 측면에서 속도와 신뢰성은 앞으로 3D 프린팅이 해결해야 할 과제로 꼽힌다. 또한 표면처리 등에서 기존의 CNC 기술을 병행하는 것도 필요해 보인다.

국내 적층제조 시장은 미국, 유럽뿐만 아니라 일본, 중국과 비교해도 다소 더딘 듯하다. 홀러스에 따르면 아태지역 산업용 AM 시스템 설치 시장에서 우리나라는 순위로는 세 번째이지만 비중은12.6%로 중국(35.6%), 일본과 차이가 있다. 이런 현상은 관련 업계에서 한국 시장의 성장 가능성을 높게 보는 배경이 되기도 한다.

적층제조의 초점이 하드웨어에서 소프트웨어로 점차 옮겨가는 모습도 보인다. DfAM에 대한 언급이 늘고 있는 것도 이를 보여준다. DfAM은 단순히 3D 프린팅으로 만드는 형상의 최적화뿐 아니라, 3D 프린팅 과정에서 재료 낭비 및 제품 변형을 줄이는 등 공정의 최적화에 초점을 두고 있다. 설계와 시뮬레이션 등 DfAM을 겨냥한 소프트웨어들이 속속 등장하고 있으며, 이번 인사이드 3D 프린팅 전시회에도 오토데스크나 앤시스, MSC 소프트웨어 등 소프트웨어 업체가 참가했다.