3D 프린터 부상과 창조경제 접목방안

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요 약

지난해 하반기에 사물을 입체로 출력할 수 있는 3D 프린터로 만든 총기가 실제 인명을 살상할 수 있을

정도라는 뉴스가 나오면서 3D 프린터가 주목을 받았다.

사실 3D 프린터는 전문가들 사이에서는 이미 3차 산업혁명의 도구, 인터넷에 대응하는 발명품으로 인식

됐다. 미국의 학자들이 만든 관련 원천기술이 2000년대 후반 만료됐고, IT기술의 발달로 저가품이 시중에

등장하면서 3D 프린터는 산업계에서는 상당한 연구와 응용이 진행되고 있다. 앞으로 교육기관·사무실·

가정에까지 사용이 확대 될 것으로 보인다. 항공우주·자동차·의료·건축·생활용품·인쇄물 등으로

응용범위가 날로 확장되고 있어 현재의 전 산업과 지역사회에 영향을 미칠 것으로 전망된다. 따라서 3D

프린터에 대한 인식을 새롭게 하고 대응체계를 준비해야 한다.

부산시의 대응과제로 ▲3D 프린터의 지역산업에 미치는 영향판단 및 대응전략 수립 ▲관련 인프라

구축과 기업지원 강화 ▲창조경제 시범사업으로 3D 프린터와 연계된 사업 추진 등을 꼽을 수 있다.

∙ 원천기술 특허기간 만료

∙ IT기술 발달로 저가제품 양산

∙ 고부가 소량 다품종 등제조업 여건 변화

∙ 개인의 적시·적기 제품 출시

∙ 입지에 상관없는 부품 일괄 생산 가능

∙ 소재·기술개발로 적용범위 확대

∙ 기존 공급망 체계 혼란 우려

∙ 전문직 사회로 급변

∙ 창업교육 활성화

∙ 지역사회 영향 판단및 대응전략 수립

∙ 인프라 구축과 기업지원 강화

∙ 창조경제 시범사업으로 추진

포커스

Ⅰ. 3D 프린터 시대의 도래Ⅱ. 기술 · 시장현황 및 발전전망Ⅲ. 부산의 대응방향

작성자 : 최윤찬 연구위원 cyc2001@bdi.re.kr

2014년 3월 3일(제242호)

부산발전연구원2

Ⅰ. 3D 프린터 시대의 도래

1. 3D 프린터가 제조혁명을 촉발

◯ 3D 프린팅 기술은 기존 제조업에 IT 기술이 접목된 융합 신기술 영역

< 3D 프린터로 만든 총을 발사하는 장면 > 자료: 구글이미지

◯ 3D 프린팅 기술은 인터넷보다 더 파괴력이 있는 3차 산업혁명이라는 주장도 제기

- 1800년대 중반 증기기관의 출현으로 영국에서 1차 산업혁명이 발생

- 1900년대 초반 미국의 헨리포드에 의한 이동조립식 자동차 생산에 따른 새로운 대량생산체제는

제2차 산업혁명으로 간주됨

- 21세기는 3D 프린터로 제3차 산업혁명이 진행 중

◯ 국내에서 빠르게 3D 프린터 시장이 형성 중

- 3D 프린터는 높은 장비 가격과 소재 비용, 높은 외국 제품 의존도, 국내 산업구조 변화에 대한

대응 전략 부재, 관련 기술 개발의 태동기 등의 국내 여건에 따라 확산 시기를 조절 중

- 일부 기업에서 저가형 프린터를 개발 중으로 제품도 출시

- 산업발전과 연계된 R&D가 올해부터 가속화될 것으로 예상

- 어느 정도 외국 제품과 경쟁이 될 시점에 국내에서 3D 프린터가 핵심 이슈로 부상할 것으로 전망

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◯ 현재 지역의 기업·대학과 기업지원기관들이 장비를 도입해 일부를 운영 중

구분 명칭 동향

대학 및 연구기관동의대학교 3D 프린터 기술개발 연구 센터를 개설

한국생산기술연구원 동남권분원 금속 소재를 이용한 기계부품상용화 기술을 개발

기업지원기관

부산테크노파크

스마트전기전자부품센터

자동차용 부품 생산 지원 사업 추진, 인프라 구축사

업 유치 추진

한국산업단지공단 부산지사 IT 중심 산업단지에 3D 프린터 도입을 검토 중

2. 3D 프린터의 역사와 부상 배경

1) 역사

◯ 1980년대 후반 Chales Hul과 Scott Crump가 기반을 마련한 이래 관련 기술과 다양한 제품이 등장

일시 주요 내용

1984~86년 Chales Hull이 3D를 구현할 수 있는 디지털 기술 개발과 상업용 프린터를 제작

1988년Scott Crump가 FDM(응용 수지 압축 적층 방식)을 발명

- 소재를 녹여 적층하는 3D 프린팅 기법이 출현

1989년 Scott Crump가 Stratasys 회사를 설립

2005년 컬러 3D 프린터 시중에 등장

2010년 11월 자동차 바디를 3D로 제작

2012년 10월 Shapeways사가 세계에서 가장 큰 3D printing 공장을 뉴욕에 세움

2) 부상 배경

① 특허기간 만료

◯ Scott Crump가 출원한 FDM 제조방식의 원천특허권이 2000년대 후반 만료

- 세계적으로 2011년 한해에 2만 대 이상의 개인용 3D 프린터가 보급

- Texas 주립대학과 Carl Deckard 교수가 보유한 SLS(선택적 레이저 소결 조형 방식) 기술

특허권이 2014년 만료 예정인데, 이를 기반으로 더 폭넓게 개인용 3D 프린터의 보급이 확

산될 것으로 예상

- 독일·미국·스웨덴에서는 장비 제조 R&D가 활성화되고 있으며, 후발 국가의 장비개발에

따른 특허권 소송이 급증할 전망

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② IT 기술발달로 가격이 급격히 하락

◯ IT기술의 발달로 산업현장에서 만들어지고 활용되던 3차원 데이터의 제작과 보급이 전방위적

으로 이뤄지면서 티핑(Tipping Point)1)에 이르게 된 것으로 판단

- 최근 3D 프린터 기술은 RP(Rapid Prototyping)의 산업적 응용을 넘어 저가 3D Printer의

개발과 보급이 이뤄짐

③ 혁신에 유리한 시장정착 여건 조성

◯ 선진국 입장에서 제조업은 지속적인 위기 상황이고 시장은 다변화됨에 따라 새로운 동력이 필요한

시점에 등장한 3D 프린터는 제조업 활성화와 일자리 확대에 기여할 전망

- 대량생산은 공장자동화 기술로 극복하고 있으나 일자리 창출에는 한계에 봉착

- 3D 프린터를 활용한 소량 다품종 생산 확대로 신규 일자리 창출이 가능

3. 3D 프린터 원리와 적용

■ 원리

- 3D 프린팅은 컴퓨터 소프트웨어를 이용해 만들고자 하는 형상을 3차원 모델링화해서 이를

프린트기로 전송해 연속적인 계층의 물질을 뿌리면서 3차원 물체를 만들어내는 부가 제조 기술

1) 작은 변화들이 어느 정도 기간을 두고 쌓여, 작은 변화가 하나만 더 일어나도 갑자기 큰 영향을 초래할 수 있는 상태가 된 단계.

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■ 3D 프린터 소재, 프린터 방식, 관련 주요 기업

소재 프린터 방식 주요 기업

액상 플라스틱

광경화 수지 조형방식(SLA) 3D systems·CMET

잉크제 광조형방식 혼합방식(Polyjet) Objects사(Stratasys로 합병)

마스크 투영 이미지 경화방식(DLP) Envisiontec

고체

(종이 포함)

응용수지 압출 적층 조형방식(FDM) Stratasys

박막시트제조 접착 적층 조형방식(LOM) Cubic tech·KIRA

분말선택적 레이저 소결 조형 방식(SLS) 3D systems·EOS

분말에 잉크 프린팅 조형 방식(3DP) Z Corp(3D systems에 합병)

■ 적용 및 응용 분야

- 부품을 만드는 제조업 분야에서 출발했지만 최근 응용 범위가 크게 확대

- 자동차·항공우주(군사용)·의료·생활소재로 확대

- 영화 리얼스틸에 나오는 로봇을 3D 프린터로 제작

- 종이 소재를 이용한 프린팅 기법으로 출판물의 입체화에 크게 기여(예: 점자용 매체)

< 산업별 3D 프린터 활용 사례 >

산업 사례

자동차 대시보드·바디패널 등의 시제품

의료 인공치아·인공뼈·인공관절 등 보형물

패션 구두 등의 시제품 견본

항공/우주 알루미늄 동체 등 주요 부품

건축 건축 모형

엔터테인먼트 영화용 캐릭터, 예: 리얼스틸 로봇

소비자 가전휴대폰 케이스·GPS 디바이스 등

각종 소비자 가전의 시제품

자료: 정보통신산업진흥원

< 분야별 3D 프린터 활용 비중 >

자료: Wohlers Report 2012

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- 플라스틱 분야는 과다경쟁으로 이미 부가가치가 떨어지지만 금속분야는 향후 기술발전 및 응용

분야의 확대로 시장성장성이 높을 것으로 예상

- 금속분야에 프린터가 우주항공·의료분야 등이 유망하며 고강도화 및 향후 복합재료 등 기능성

재료에도 활용 가능성이 높음

< 경기도 화성시의 공룡 복제 >

◯ 안킬로 사우루스는 길이 10m, 무게 4톤의 거대한 갑옷공룡

- 국내 연구진이 5년 전 몽골에서 발굴해 왔으나, 몽골에 돌려줘야 할 때에 대비해 경기도 화성

시가 3D 프린터로 화석 복제를 시작

- 기존 방식은 본을 뜨고 복제하고 하나 만드는데 석 달이 걸리지만 3D 프린터는 일주일에 비용도

30분의 1에 불과

- 물론 장비 값이 5억 원에 달하지만 보유 중인 화석 690여 개를 모두 복제하면 3D 프린터가

경제적이라는 게 화성시의 판단

◯ 특히 이 방법은 화석 표면에 이물질을 발라서 본을 뜨는 게 아니라 스캐너를 이용하기 때문에

원본의 표면을 전혀 훼손되지 않아도 된다는 장점이 있음

- 복제 재질이 다양해지고 색깔까지 그대로 구현할 수 있게 되면서 이제 희귀 유물이나 해외

문화재도 정교한 복제품을 국내에 영구 보관할 수 있는 길이 열림

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Ⅱ. 기술 ‧ 시장현황 및 발전전망

1. 기술현황

◯ 3D 프린터 분야는 크게 프린터를 제조하는 기술, 소재 적층기술, 데이터 처리 등의 소프트웨어 관련

기술 등으로 구분

< 산업통상자원부에서 진행 중인 관련 연구개발 현황(2013년 현재) >

사업명 과제명 주관기관 총개발기간

우수기술연구센터(ATC)

기술개발 사업

3차원 프린팅 기반의 디지털 설계 및 제조 환경

구축을 위한 융합 데이터 처리 및 모델링 원천기

술 개발

㈜쓰리디

시스템코리아

2013.06.01~

2017.05.31

디지털디자인개발사업인쇄형 지폐 결속기의 양산설계에서의 디지털 디

자인 개발

㈜ 유 일 뱅 킹

앤시큐리티

2009.09.01~

2010.08.31

부품 ∙ 소재기술개발사업

(단독주관개발사업)

스마트폰용 300dpi급 해상도를 갖는 무안경식 3D

프린터 엔진 개발

프리닉스

주식회사

2012.12.01~

2014.11.30

생활산업기술개발사업

CAD 설계 및 쾌속조형(Rapid Prototyping: RP)

기술을 활용한 귀금속 제품용 연결 장식 부품 및

가변성 적용 환제품 개발

㈜ 아 이 비 시

쥬얼리

2012.06.01~

2013.05.31

◯ 미래창조부는 3D 프린터 활용 기술을 기술영향평가 대상으로 선정해 국가연구개발사업의 연구기획에 반영

2. 시장규모와 주도기업

◯ 3D 프린터 시장규모는 일반 프린터에 비해 미미한 수준이나 두 자릿 수의 높은 성장을 기대

- Wohlers Associate 컨설팅사에 따르면 3D 프린터 시장규모는 2009년 11억달러에서 2011년 17

억달러로 증가했고, 2019년에는 65억달러 수준으로 성장할 것으로 전망

- 일반 프린터 시장규모가 2010년 기준 1,500억달러 수준임을 감안할 때 3D 프린터 시장규모는

일반 프린터 시장의 약 1백분의 1 규모로 미미

- 그러나 일반 프린터 시장이 정체돼 있는 반면 3D 프린터 시장은 연 평균 20%의 높은 성장률을

기록할 것으로 전망

- 3D 프린터는 크기와 성능에 따라 가격 차이가 크며 산업용은 1만~100만달러 수준으로 고가

- 최근 일반 소비자를 대상으로 한 1,000달러 이하의 저가 모델이 출시됨에 따라 3D 프린터 수요가

크게 확대될 것으로 기대

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< 3D 프린터 시장 성장 전망 > < 3D 프린터 세계 시장 점유율 >

◯ 미국의 두 기업이 글로벌 시장의 70% 이상을 장악해 시장 선점을 위한 주도권 경쟁에 돌입

- 미국의 Stratasys와 3D Systems는 적극적인 M&A를 통해 각각 세계 시장의 53%와 22%를 점

유하며 선두 기업을 형성

- 2012년 Stratasys는 이스라엘의 Objet(시장 점유율 15%)를 인수했으며 3D Systems도 미국의 Z

Corporation(11%)을 인수

3. 산업 ‧ 사회에 주는 충격

1) 제조부문

◯ 무슨 제품이든 어디서나 생산가능(anything, anywhere)

- 복잡한 제조공정 없이 마우스 클릭만으로 제품의 디자인과 3D프린터에 의한 출력생산이 가능

- 적시·적기에 어느 곳에서나(가정 혹은 사무실) 기동성 있는 생산이 가능

◯ 부품 공구를 비롯한 관련생산품 등의 일괄 자체생산이 가능

- 입지정책 면에서 관련 생산라인들의 인접이 불필요

◯ 최근 소재 및 프린팅 기술에 따라 적용영역이 더욱 다양해질 전망

- 산업분야는 티타늄 등 고가소재로, 생활분야는 종이·소금·설탕·모래 등 다양한 저가형 소

재의 등장으로 저비용으로 다양한 형태의 제품 출시가 활발해질 전망

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2) 사회전반

① 유통산업

◯ 3D 프린터를 이용해서 제품을 생산하면 원하는 지역에서 직접 설계도와 재료만으로 제품을

뽑아내는 것이 가능

- 설계도는 전자문서로 이메일이나 다른 방식으로 손쉽게 배포가 가능

- 재료의 경우 현지에서 구입할 수 있으면 좋으나, 그러지 않더라도 제품 자체를 유통하는 것

보다는 훨씬 수월하고 값싸게 운반하는 것이 가능

◯ 기존의 SCM(Supply Chain Management, 공급망 관리)가 모두 무너지는 상황이 올 수도 있

는 것으로 관측 돼 유통시장에 일대 혼란이 야기될 수도 있는 상황

② 전문직종

◯ 전문직 사회로 급격히 진화

- 공장노무직의 소멸과 사무직의 디자이너·엔지니어·IT전문가·물류전문가·마케팅전문가

등 전문직 사회로의 급격한 진화가 예상

③ 교육 및 지역사회

◯ FAB Lab 사업이 진행 중

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- Fab Lab은‘제작 실험실(Fabrication Laboratory)’의 약자로 디지털 기기·SW·3D 프

린터와 같은 실험 생산 장비를 구비해 학생과 예비창업자, 중소기업가들이 기술적 아이디어

를 실험하고 구현해보는 공간

- 지역사회의 문제를 지역 주민이 직접 참여해 해결하는 풀뿌리 과학기술혁신 활동을 수행

< MIT Fab Lab >◯ MIT의 Neil Gershendelf 교수는 1998년 ‘How to make(almost) anything’ 이라는 강의를

MIT에 개설

- 아이디어를 디지털 정보로 구체화하고 이를 물리적 실체로 직접 만드는 실습 위주의 강의를 시행

- Gershendelf 교수는 이를 지역공동체가 기술을 통해 문제를 직접 해결하는 혁신모델로 발전시킴

- 2005년 보스턴에 일반인을 대상으로 Fab Lab을 시범적으로 개설해 도구나 장치의 설계부터 제작

까지 한 곳에서 진행할 수 있는 실험실을 하나의 Kit로 만듦

- 2002년부터 현재까지 미국 내 20개 도시와 인도·노르웨이·아프가니스탄·가나 등 세계 16여 개

국에 50개 이상의 Fab Lab 설립을 지원

◯ 미국 UC 버컬리 대학은 3D 프린터 자판기를 설치해 학생들이 창안한 제품을 즉석에서 3D로

구현할 수 있도록 함

- 버컬리 대학 프린터기는 총기류를 제작할 수 없도록 보안장치를 완비

< 미국 UC 버컬리 대학에 설치된 3D 프린터 자판기>

자료: 2013. 5. 29일자 Zdnet

④ 정부정책의 변화

- 창업과 폐업이 현재와는 다른 속도로 진행됨에 따라 대응 시스템 부재 시 상당한 혼란이 야기

- 제조업과 서비스업 간의 구분이 무의미해져 제조업 관련 정책의 수정이 불가피

- 새로운 법과 제도에 대한 대응이 필요

- 숙련기술자·전문직 교육을 위한 새로운 교육정책의 필요성이 생김

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Ⅲ. 부산의 대응방향

1. 지역산업에의 영향 판단 및 대응전략 수립

◯ 산업의 성격에 따라 미치는 영향 정도는 차이가 날 것이나, 3D 프린터에 대한 지역차원의 관심과

영향 연구, 대응전략 수립 등 후속조치가 필요

< 지역산업별 대응 방향 >

구분 세부산업 대응방향

핵심전략산업

해양 - 조선·해양플랜트 부품제조에 활용

기계부품소재- 주조·금형 등 지역뿌리산업의 근간을 흔들 심각한 영향이 예측되므로 연

계발전을 위한 전략마련이 시급

관광컨벤션 - 국내외용 관광 홍보물 제작에 활용

영상 ‧ IT - 다양한 영화캐릭터 제작

- 3D용 대형 데이터 처리 기술·설계기술 발전

미래전략

의료산업- 치과재료용 적용범위 점차 확대

- 인공장기·근육 등으로 대상 범위 확대

생활소재산업- 액세서리 등은 1인 창업 가능

- 건축물 조망·경관·일조권 등 사전 검증 활성화

디자인산업 - 현장에서 시제품 제작 가능

그린에너지산업 - 전력전달용 부품에 적용

◯ 99%가 중소기업인 지역이자 기계금속·자동차·조선기자재·풍력 등 부품산업 중심지여서 3D

프린터 아이템과 매우 부합되는 곳으로 인식하는 것이 바람직

2. 인프라 구축 및 기업지원 강화

◯ 3D 프린터 장비 구축과 기업 수요 충당을 위한 인프라 구축과 R&D 도전

- 3D 프린터를 활용한 신속하고 정확한 시제품 제작 지원 기반을 구축

• 고가의 장비를 공공영역에서 구축하고 기업 수요를 충당하는 형태가 바람직

- 3D 프린터 관련 신산업군에 대한 인력양성 사업에 적극적으로 도전

- 산업부의 R&D 기획사업2) 유치를 추진

2) 한국산업기술평가원(KIAT)에서 현재 기획사업 공모 중.

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◯ 자동차·선박·항공기용 부품 기자재 글로벌 A/S 시장을 선점하도록 지원

- 현재 해외에 A/S 전담회사를 지정해 운영 중이나, 인력과 장비·비용 등이 글로벌 시장 대응에는

역부족

- 최근 3D 프린터를 활용해 한국 본사에서 부품 스캔자료를 전송해 유럽·중남미 등의 A/S센터에

서 출력 ‧ 제작 후 전 세계 거점지역에서 부품을 출력해 적기에 공급

3. 창조경제 시범사업으로 추진

◯ 창조경제혁신센터에 3D 프린터를 접목한 Fab Lab 사업을 추진해 창업 유도를 활성화

- 가정용품·액세서리류로 지역주민 창업대회를 개최

◯ 지역대학과 연계한 3D 프린터 학생 공모전 등 홍보행사 추진도 바람직

- 대학의 산학협력선도사업(LINC 사업) 중 3D 프린터 도입을 추진

◯ 지역 내 3D 프린터 확산 계기 마련을 위해 마을만들기센터 등 지역재생 중심지에 3D 프린터를 적용

- 판매용 홍보물 기획과 동시에 시제품을 현장에서 구현

- 디자인센터와 연계한 산업용품 현장 출력을 지원

• 시범 사용 및 의견 수렴 후 판매 전략을 수립

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