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[3D 프린팅 특집 ①] 날개 달린 산업용 3D 프린팅, 치열한 주도권 경쟁 – 인더스트리뉴스
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[3D 프린팅 특집 ①] 날개 달린 산업용 3D 프린팅, 치열한 주도권 경쟁 – 인더스트리뉴스
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국내 3d 프린터 업체 순위
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국내 3d 프린터 업체 순위
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국내 3d 프린터 업체 순위
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[246호] [SPECIAL REPORT] 2022년 3D 프린터 원년시대 개막하나? – 덴포라인(Denfoline)
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![[246호] [SPECIAL REPORT] 2022년 3D 프린터 원년시대 개막하나? - 덴포라인(Denfoline)](https://www.denfoline.co.kr/news/thumbnail/202202/21847_41337_5933_v150.jpg)
3D프린팅 ‘원천기술 확보’…외산 탈피 지름길 – 정보통신신문
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- Most searched keywords: Whether you are looking for 3D프린팅 ‘원천기술 확보’…외산 탈피 지름길 – 정보통신신문 정보통신산업진흥원(NIPA)에 따르면 3D프린팅 국내 시장규모는 2017년 3404억원에서 2019년 4233억원으로 1.24배 성장했다. 기업체수도 같은 기간 302개 … 코로나19 이후 비대면 수요가 서비스 중심에서 제조 등 산업 전반으로 확산됨에 따라 설계 도면만으로 어디서든 필요한 제품을 제작할 수 있는 3D프린팅 기술이 재조명되고 있다. 그러나 높은 외산 3D프린팅 의존도는 국내 기업 육성 및 시장 활성화에 걸림돌이 되고 있다는 주장이 일고 있다.국내 3D프린팅 산업의 경우, 국가 주도적 정책에 따른 보급형 수요가 국내 시장을 형성하고 있으며 미국과 3.3년의 기술격차를 보인다. 조달부문이 아닌 실제 산업에서의 적극적인 경쟁을 통해 장비, 소재, SW에서의 원천기술을 확보해 글로벌 시장에서의3D프린팅,3D프린팅산업
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[3D 프린팅 특집 ①] 날개 달린 산업용 3D 프린팅, 치열한 주도권 경쟁
소재와 기술의 발전, 특허 만료로 가능성 무궁무진… 숨겨진 솔루션 찾기 게임 시작
[인더스트리뉴스 김관모 기자] 3D 프린팅이라고 불리우는 적층가공(AM, Additive Manufacturing) 기술이 센세이션을 일으키면서 등장한지도 벌써 40년이 다 되어가고 있다. RP(Rapid Prototyping)이라는 이름으로 처음 등장해 미국을 중심으로 기술 개발이 이뤄졌던 3D 프린팅은 단순한 모형이나 시제품 만들기를 넘어서 새로운 산업군으로 자리 잡았다.3D 프린팅은 스마트팩토리의 한 분야로 확고하게 자리잡아가고 있다. [사진=utoimage]
최근에는 소재가 다양해지고, 기술력도 크게 상승되면서 금속 3D 프린팅을 통해 제조업의 부품과 장비를 만들 수 있는 수준까지 이르렀다. 또한 3D 프린팅 기술만으로 완성품을 만들어낼 수 있는 ‘3D 프린팅 스마트팩토리’라는 개념까지도 등장했다. 산업용 3D 프린팅 시장이 그야말로 날개를 달게 되면서 관련 업체들을 중심으로 주도권 경쟁도 더욱 치열해지고 있다. 그야말로 3D 프린팅 춘추전국시대가 열린 셈이다.
미래 핵심 산업으로 성큼… 네트워크 강화 및 민간시장 활성화 화두
지난 6월 23일 세종로 정부서울청사에서 열린 제12차 정보통신전략위원회에서 정세균 국무총리는 제2차 3D 프린팅산업 진흥 기본계획을 수립했다. 한국 정부는 민간 중심 시장에 산업용 3D 프린팅 기술을 확산시켜서 일명 ‘3D 프린팅 스마트팩토리’를 발굴하겠다는 계획을 세우고 있다. 산업단지 내에 3D 프린팅을 생산공정 전체에 적용할 수 있는 사업을 추진하겠다는 얘기다.
또한 지난 7월 2일 열린 국정현안점검조정회의에서 발표된 ‘뿌리4.0 경쟁력 강화 종합계획’에서는 3차원 인쇄(3D 프린팅)를 공동기반 뿌리기술에 새로 포함시키고 신소재 개발을 위한 첨병 역할로 삼았다. 이를 통해 현재 4,000억원이 조금 넘는 국내 3D 프린팅 시장의 규모를 2022년까지 1조원으로 끌어올리겠다는 목표도 세웠다. 국내 산업계에서 3D 프린팅이 큰 이슈가 되고 있는 셈이다.
이처럼 정부 차원에서 3D 프린팅 산업을 지원하는 것은 그저 한국만의 일은 아니다. 정보통신정책연구원이 지난해 발간한 ‘주요국의 3D 프린팅산업 지원정책 동향’을 보면 자세한 내용을 볼 수 있다. 먼저 3D 프린팅의 시작을 알렸던 미국은 이미 2011년 첨단제조업파트너십(Advanced Manufacturing Parnership) 프로그램을 발표하면서 첨단제조 연구개발투자를 증진하는 권고분야 11개 중 3D 프린팅 기술을 포함시켰다. 2012년에는 제조혁신국가네트워크(the National Network for Manufacturing Innovation)을 구축해 국방부와 에너지부, 상무부, 항공우주국, 국립과학재단, 교육부가 공동 참여하는 산학연 네트워크를 만들었다.
2013년 버락 오바마 당시 미 대통령이 ‘3D 프린팅은 3차 산업혁명을 가져올 기술’이라고 극찬하고 육성책을 발표하면서 전 세계적으로 3D 프린팅 열풍이 다시금 일어났다. [사진=utoimage]
독일도 2016년 ‘디지털 전략 2025’를 발표하고 ‘디지털기술연구 및 개발, 혁신분야에서 우수한 성과 도출’ 과제의 한 분야에 3D 프린팅 기술을 넣었다. 또한 3D 프린팅 기술의 노하우를 공유하고 혁신제품을 공동개발하기 위해 유럽의 대기업과 중소기업, 공공기관, 대학 등 90여개 기관들이 연대해 조직한 ‘Mobility goes Additive’도 마련돼있다.
중국은 2017년 ‘중국 적층 제조산업 발전 행동계획’을 발표했으며, 3D 프린팅 장비를 ‘국가 중대기술장비 목록’에 포함시켜 보조금을 지원하는 한편, 핵심 부품 원자재의 관세와 부가가치세를 면제하고 있다.
일본 역시 이미 2013년부터 경제산업성 주도로 3D 프린터 개발계획을 발표하고, 2014년에는 ‘차세대 3D적층조형 기술총합 개발기구’를 출범해 산업화를 위한 기술 개발을 하고 있다.
그 결과 이 4개 국가가 현재 3D 프린팅 시장의 65% 이상을 차지하고 있으며, 스트라타시스(미국), 3D시스템즈(미국), EOS(독일), HP(미국), EnvisionTec(미국) 등 정상급 제조 및 공급기업들의 성장을 돕고 있다. 반면 한국은 1~2%대의 점유율에 그치고 있으며 대부분이 시제품이나 테스트 용도의 기술력에 머물고 있다.
국가별 3D 프린팅 시장 점유율(2017년 기준) [자료=Wohlers Associates]
늘어나는 특허 만료… 격화되는 소재 전쟁
이뿐만 아니라 새로운 특허 출원도 급속도로 늘면서 3D 프린팅 기술은 활용 범위도 늘고 있다. 글로벌 3D 프린팅 전문시장조사기관 Wohlers Associates에 따르면, 2017년 73억 달러였던 3D 프린팅 시장은 2023년에는 273억원으로 3배 넘게 확대되는 것으로 전망했다. 사용용도도 산업용 부품이 33.1%, 맞춤형 제품 15.9%로 이미 산업계에서 3D 프린팅이 틀을 닦아나가고 있다는 것을 알 수 있다. 또한 활용 분야도 기계(20%), 항공·우주(18.9%), 자동차(16%), 소비재/전자(11.7%) 등 고부가가치 산업에 참여하고 있다.
또한 그동안 묶여있었던 핵심 기술들의 특허권이 점차 만료되면서 기업들이 도전할 수 있는 영역도 늘고 있다. 가장 일반화된 기술인 3D시스템즈의 SLA(Stereo Lithography Apparalus) 방식이 2006년 특허 만료가 됐으며, 스트라타시스의 FDM(Fused Deposition Modeling)은 지난 2009년, SLS(Selective Laser Sintering)는 2014년, EOS의 DMLS(Direct Metal Laser Sintering) 방식은 2014년 각각 만료됐다. 또한 한 번의 출력으로 다양한 색상과 물성을 표현할 수 있어서 주목받고 있는 폴리젯(PolyJet) 방식도 2019년에 만료됐다.
따라서 이 기술들을 응용한 기술 특허가 연달아 이어지고 있으며, 한편으로는 기존 프린터에 대한 가격경쟁도 치열하게 벌어지고 있다. 이런 경쟁은 자연스럽게 산업현장이 원하는 물성(properties of matter)을 확보할 수 있는 소재가 더욱 중요해졌다.
D 프린팅 기술의 발전과 소재의 다양화가 지속되면서 제조산업 분야에서도 3D 프린팅 경쟁도 치열해지고 있다. [사진=utoimage]
사실 3D 프린터의 소재를 구분하기는 쉽지 않다. 산업별로 원하는 물성이나 기계적 특징이 천차만별이며 합성이나 복합소재들도 다양한 방식으로 사용되기 때문이다. 소재형태에 따라서 액체형과 분말형, 고체형으로 나누기도 하며, 소재의 종류에 따라서 합성수지와 금속 등으로 구분짓기도 한다.
가장 일반적으로 나누어서 보는 방식은 과학기술정보통신부(이하 과기정통부)와 정보통신산업진흥원이 구분해둔 방식으로, △열가소성 플라스틱 파우더 △열가소성 플라스틱 필라멘트 △광경화성 플라스틱 레진 △금속 필라멘트 및 분말 △세라믹 △기타 등이다. 이 가운데 가장 광범위하고 일반적으로 쓰이는 소재가 열가소성 플라스틱 필라멘트다.
과기정통부가 지난 2018년 발표한 ‘3D 프린팅산업 실태조사 보고서’를 보면, 국내 장비도입 기업 가운데 69.1%가 열가소성 플라스틱 필라멘트를 사용하고 있었으며, 광경화성 플라스틱 레진이 20.1%, 열가소성 플라스틱 파우더는 3.4% 순이었다. 금속 소재의 활용은 2.9% 정도였다.
3D 프린팅 소재의 기술방식에 따른 응용분야 [자료=산업안전보건연구원]
따라서 수요기업들은 더욱 세밀한 물성표를 원하고 있으며, 물성을 내기 위한 공정 방식에도 관심을 기울이고 있다. 3D시스템즈코리아의 백소령 본부장은 “원소재가 반드시 물성을 말하는 것은 아니다. 그 소재가 어떤 공정을 거쳐서 만들어지느냐에 따라서 최종 물성이 결정된다”며, “예전에는 시제품 제작 정도에 그쳤기 때문에 물성에 크게 구애받지 않았지만 이제 생산 라인의 부품이나 장비로 투입되거나 기능성 테스트 용도로 쓰이기 때문에 물성에 대한 신뢰도가 중요해지고 있다”고 말했다. 따라서 3D시스템즈의 경우, 강도와 경도, 유연성은 물론 특수 강성, 내열성, 난연성, 장기적 실내외 환경 안정성, 생체 친화성, 화학적 친화성, 전기적 물성 등을 국제 표준 규격에 따른 시험과정 자체를 고객에게 제공하는 방식을 취하고 있다.
또 한편으로는 기존과 전혀 다른 방식의 소재 발굴도 늘고 있다. 미국 3D 프린팅 업체 ExOne은 모래를 소재로 하는 샌드 3D 프린팅 기술을 개발했으며, 마크포지드(Markforged)는 유리섬유나 탄소섬유를 소재로 개발하기도 했다. 이 밖에도 화강암 섬유나 세라믹처럼 다양한 고분자 복합재료도 점차 출현하고 있다.
현장에서의 솔루션 찾기가 3D 프린팅 산업 발전의 핵심 화두
이렇듯 제품과 소재의 기술력은 날이 갈수록 발전하고 있지만 3D 프린팅 시장은 ‘혁신적’으로 성장하고 있지는 못하다. 국내의 경우에도 3D 프린팅 관련 공급업체는 2018년 기준 351개소이며, 수요업체는 1,324개소 정도로 추정하고 있다. 세부적인 시장규모를 살펴봐도 장비와 소프트웨어에 쏠려있고 소재 시장이나 서비스 시장은 여전히 작다. 그러다보니 일각에서는 “3D 프린팅의 수요가 한계에 달했다”는 자조적인 해석이 나오기도 한다.
하지만 3D 프린팅 산업을 오랫동안 연구한 전문가들은 하나같이 ‘수요가 숨어있다’고 말하고 있다. 불편한 문제들이 많음에도 불구하고 정통 제조공정에 익숙해져 있거나 비용 부담 등의 이유로 쉽게 변화하지 못하는 업체들이 대부분이라는 것. 다만 그들은 3D 프린팅이 기존 제조공정을 뒤집는 것이 아니라 하나의 새로운 공정기술이 추가돼 융복합으로 돌아가는 것이라는 점이 중요하다고 강조한다.
3D 프린팅 산업의 발전과 함께 효과적인 솔루션을 내기 위한 베스트 프랙티스 발굴 작업이 전 세계적으로 한창이다. [사진=utoimage]
스트라타시스코리아의 다니엘 톰슨 지사장은 “3D 프린팅 장비를 문의하는 고객들에게 연락이 오면 직접 고객사를 방문하거나 지사를 방문해달라고 요청하고 있다”며, “변화를 시도해야 하지만 새로운 기술을 이해하고 접목하는데는 오랜 시간이 걸린다. 중요한 것은 업체들이 도전하고 배울 수 있도록 길을 열어주는 것”이라고 말했다. 그러면서 “먼저 고객들과의 대화를 이끌어낸 뒤 현장에서의 진짜 문제점을 찾아내고 3D 프린팅을 도입할 방안을 찾는 방법을 취하고 있다”고 말했다.
3D시스템즈코리아의 백 본부장도 “주조나 사출, 절삭가공들은 오랜 시간 현장에서 그 유효성이 인정됐기 때문에 발전하고 이어져온 것이며 당연히 갑자기 사라지지 않는다”면서, “현재 있는 공정에 프린터가 융합해서 시너지를 극대화하는 방안이며, 이런 최적화와 타당성을 검토하기 위해 노력하고 있다”고 말했다.
가장 효과를 거두고 있는 산업분야는 역시 텐티스트리(Dentistry) 분야다. 특히 CAD/CAM 등 3D 모델 설계 기술이 발전하면서, 디지털 덴티스트리를 활용한 보철과 임플란트, 교정기, 치아모형, 틀니 등 다양한 분야에서 3D 프린팅 기술이 자리잡고 있다. 스마트팩토리 수요의 증가와 제조 혁신 문화가 부흥해야 하는 이유도 여기에 있다.
생산기술연구원 3D프린팅제조혁신센터 손용 센터장은 “아모레퍼시픽이 올해 론칭한 하이드로겔 마스크팩 3D 프린터 개발도 이미 4년 전부터 연구를 시작해서 나온 것들이다. 진정한 변혁을 위한 수요는 보이지 않는 곳에 숨어있으며 연구 개발도 계속 이뤄지고 있을 것”이라면서, “전략도 하나의 아이템화가 되는 시기에 엔지니어를 더 많이 보유하고 숨은 수요를 찾아낼 수 있도록 시장이 심혈을 기울여야 한다”고 제언했다.
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3D프린팅 시장 전망 및 산업 활성화 방안
▲ 권영일 KISTI 책임연구원([email protected])
□시장 개요
3D프린팅은 전통적 제조방식인 절삭가공으로 가공하기 어려운 3차원 복잡형상 제조문제를 극복하기 위한 적층 제조(Additive Manufacturing) 기법으로 3차원 형상 정보를 활용하여 2차원적 단면층을 쌓아 올리는 인쇄 제조방식인 3차원 적층 제조 방식을 적용한 시스템을 의미한다.
3D프린팅 기술은 기존 생산방식으로 제작이 어려운 다양한 제품을 생산할 수 있으며, 차별화된 제품 제작과 가치 창출에 기여한다. 3D프린팅 기술은 기존 제조 방법의 설계 제약을 극복하고 복잡한 부품을 생산하여 제조비용을 절감할 수 있으므로 제조 혁신이 가능한 핵심 기술로 주목받고 있다.
3D프린팅 기술은 분말, 액체, 고체 형태의 특정 물질(고분자, 금속 등)로 입체 형상을 제조하기 위해 모델링, 프린팅, 후처리 등의 요소 기술을 포함하고 있으며, 고분자 기반의 단순 시제품부터 티타늄 등 금속 기반의 초정밀/초대형 부품의 양산 기술까지 포함한다.
3D프린팅이 스마트 제조업, 스마트 팩토리의 중요 요소로 부각되고 있으며, 전통적인 제조 방식과 3D프린팅 기술이 혼합된 제조 방식이 등장하고 있고, 산업용 로봇에 3D프린팅 시스템을 적용해 3D프린터의 한계를 극복하고 있다.
3D프린팅을 통해 생산의 효율성을 높여 비용을 절감할 수 있고 맞춤형 생산이 가능함에 따라 수요 확대가 가능해지므로, 3D프린팅은 기계, 자동차, 항공·우주, 소비재 산업에서 시제품 제작, 최종재·부품 생산 등에 주로 활용되고 있다.
3D프린터 시장은 일반기계, 항공우주, 의료 산업 등에서의 수요 급증, 다품종 소량 생산 대응이 가능하여 시장이 빠르게 확대될 것으로 예상되며, 적용 산업의 확대는 3D프린터 시장의 성장 속도를 촉진할 것으로 예상된다.
코로나 팬데믹 이후 로컬 중심 공급망 확보와 비대면 확산 및 소량‧다품목 수요 확대 대응을 위해 3D프린팅 핵심 소재와 기술 확보의 중요성이 대두되고 있다. 비대면 수요가 서비스 중심에서 제조 등 산업 전반으로 확산됨에 따라 설계 도면 데이터만으로 어디서든 필요한 제품을 제작할 수 있는 3D프린팅이 재조명되고 있다. 4차 산업혁명에 따른 소비자 맞춤형 제작이 용이한 시대로의 전환이 진행됨에 따라 차별화된 제조 공정 간소화·가치 창출 기술로서 3D프린팅의 활용이 확대될 전망이다.
3D프린팅 관련 산업은 금속분말, 고분자, 세라믹 등의 소재와 3D모델링 등 응용 소프트웨어가 포함되는 후방산업과 3D프린터를 활용하여 해당 제품 및 서비스를 제공하는 전방산업으로 구분할 수 있다.
후방 산업은 적층가공을 위한 소재 및 소프트웨어 등 3D프린터 활용에 필요한 구성요소와 시스템 설계 기술을 포함한다.
전방산업은 제조 공장을 운영하는 제조업 대부분을 포함하고, 관련업체들은 3D프린터 응용을 통해 적층제조 제품 및 서비스를 제공하며 생산 효율 제고, 사업모델 다각화 등을 모색하고 있다. 주요 전방산업은 자동차, 항공/우주, 의료분야 등이 있으며, 지속적으로 성장하고 있다. 전방산업에 속한 업체들은 기존 제조공법을 대체하는 3D프린터 제작 비중이 점점 증가될 것으로 전망된다.
국내 3D프린팅은 교육, 자동차 부품 제조 분야에서 시제품 제작 등에 활용되며, 의료·치과, 생활소비재 중심으로 완제품 생산에 활용되고 있다. 최근 완성차 업체들을 중심으로 생산공정 개선을 위해 제조 현장에 3D프린팅 기술을 도입하는 비중이 증가하고 있다. 국내 업체들은 기존의 제조업, 의료기기, 일반 소비재 등 다양한 분야에 3D프린팅 기술을 적용하기 위해서 3D프린터 산업의 특징을 분석하는 등 전략적으로 사업계획을 수립하여 사업을 진행하고 있다.
국내 3D프린팅 시장은 정부의 강력한 산업 육성 의지에 힘입어 성장하고 있으며, 산업용 기계 제작 기술을 가진 업체들이 기존 기술을 바탕으로 3D프린터를 제작하여 판매하고 있다.
□시장동향 및 전망
(1)시장 규모
산업용 3D프린팅 시장은 3D 프린터, 소재, 서비스 및 소프트웨어로 분류할 수 있다. 세계 산업용 3D프린팅 관련 시장은 2017년 13.4억 달러에서 2020년 19.4억 달러로 성장하였으며, 2021년 21억 달러에서 2027년 52.3억 달러로 연평균 20% 성장할 전망이다. 특히, 2020년도의 시장 규모는 코로나 19로 인한 제조산업의 불황으로 2019년 대비 시장 규모가 축소되었다.
3D프린터 부문은 2020년 산업용 3D프린팅 시장에서 가장 큰 점유율을 차지했으며, 2021년 8.6억 달러에서 2026년 20.6억 달러로 연평균 19% 성장할 전망이다. 2017년부터 2020년까지는 소재 시장의 연평균 성장률이 14%로 가장 높았고, 2021년부터 2026년까지는 서비스 시장의 연평균 성장률이 22.0%로 가장 높을 것으로 예상된다. 서비스 분야 시장은 2021년 4.8억 달러에서 2026년에는 12.9억달러까지 증가할 것으로 전망된다.
▲ 세계 산업용 3D 프린팅 분야별 시장 전망(단위 : 백만 달러, %) 자료: ‘Industrial 3D printing market with COVID-19 impact analysis’, Marketsandmarkets, 2021 토대로 재작성
세계 지역별로 주요국들의 연평균 시장 성장률을 보면 아시아에서는 중국의 성장률이 2017년부터 2020년까지 15.5%, 2021년부터 2026년까지 22.7%로 예측되며, 북미에서는 미국, 유럽에서는 독일의 시장이 가장 활발하게 성장할 것으로 전망된다.
▲ 세계 산업용 3D 프린팅 국가별 시장 전망(단위 : 백만 달러, %) 자료: ‘Industrial 3D printing market with COVID-19 impact analysis’, Marketsandmarkets, 2021 토대로 재작성
산업용 3D프린팅에 사용되는 재료는 금속, 플라스틱, 세라믹 및 인쇄 전자 재료, 수지, 바이오 잉크, 뼈 재료를 포함한 기타 재료로 분류된다. 공정과 응용 분야에 따라 이러한 재료는 분말, 필라멘트, 수지 및 펠렛 형태로 제공된다. 최근 스테인리스 스틸, 인코넬 및 티타늄과 같은 금속 소재는 의료 임플란트와 같은 분야에서 개발되어 사용되고 있다.
2020년 산업용 3D프린팅 소재 시장에서 가장 큰 점유율을 차지한 플라스틱 소재 시장 규모는 2021년 3.2억 달러에서 2027년 7.8억 달러로 연평균 19.8% 성장할 전망이다. 2017년부터 2020년까지 연평균 성장률이 14.7%로 가장 높았던 금속 소재 시장은 2021년부터 2026년까지도 21.9%로 가장 높은 연평균 성장률을 기록할 것으로 예상된다.
▲ 세계 산업용 3D 프린팅 소재별 시장 전망(단위 : 백만 달러, %) 자료: ‘Industrial 3D printing market with COVID-19 impact analysis’, Marketsandmarkets, 2021 토대로 재작성
세계 제조 솔루션 부문은 2020년 산업용 3D프린팅 서비스 시장에서 가장 큰 점유율을 차지했으며, 시장규모는 2021년 2.5억 달러에서 2027년 6.3억 달러로 연평균 20.5% 성장할 전망이다. 컨설팅 시장은 2017년부터 2020년까지 연평균 성장률 15.2%, 2021년부터 2026년까지는 연평균 성장률 23.6%로 제조 솔루션 시장보다 높은 성장률을 기록할 전망이다.
▲ 세계 산업용 3D 프린팅 서비스별 세계 시장 전망(단위 : 백만 달러, %) 자료: ‘Industrial 3D printing market with COVID-19 impact analysis’, Marketsandmarkets, 2021 토대로 재작성
세계 산업용 3D 프린팅 시장은 자동차, 항공우주 및 방위, 식품 및 요리, 인쇄 전자, 주조 및 단조, 헬스케어, 보석, 석유 및 가스, 소비재 등으로 세분화되었다.
항공우주 및 방위 부문은 2020년 산업용 3D프린팅 시장에서 가장 큰 점유율을 차지했으며, 시장규모는 2021년 4.9억 달러에서 2027년 13.3억 달러로 연평균 21.7% 성장할 전망이다.
2017년부터 2020년까지 연평균 성장률이 15.8%로 가장 높았던 헬스케어 시장은 2021년부터 2026년까지도 24.1%로 가장 높은 연평균 성장률을 기록할 것으로 예상된다. 의료 기기 제조업체가 생산량을 늘려 공급-수요 격차를 메우기 위해 적층 제조 또는 3D프린팅을 채택하는 등 코로나-19가 의료 산업에 미치는 긍정적인 영향으로 인해 헬스케어 부문의 시장 성장이 가속화되었다. 자동차 분야 시장은 2020년 3.9억 달러에서 2026년 10.9억 달러로 연평균 20.9%의 최고 성장률을 기록할 것으로 예상된다.
▲ 세계 산업용 3D 프린팅 관련 산업별 시장 전망(단위 : 백만 달러, %) 자료: ‘Industrial 3D printing market with COVID-19 impact analysis’, Marketsandmarkets, 2021 토대로 재작성
국내 2020년 3D프린팅 관련 시장은 코로나19의 영향에 따른 오프라인 행사 중단, 제조기업들의 신규 3D프린팅 투자 감소 등 공공 및 민간 영역에서의 수요가 대폭 줄어들어 전년대비 12.6% 하락한 4,135억 원을 달성하였다. 국내 3D프린팅 관련 시장은 2021년 4,558억 원에서 2027년 7,381억 원으로 연평균 10.1% 성장할 전망이다.
3D프린터가 포함된 프린팅 장비 부문은 2020년 3D프린팅 시장에서 가장 큰 점유율을 차지했으며, 코로나 19의 영향에 의해 신규투자가 감소함에 따라 2019년 대비 2020년의 장비시장이 12.9% 하락한 1,866억원으로 나타났다. 3D프린팅 장비 시장은 2021년 2,096억 원에서 2026년 3,391억 원으로 연평균 10.1% 성장할 전망이며, 2017년부터 2020년까지 연평균 성장률이 14.3%로 가장 높았던 서비스 시장은 2021년부터 2026년까지도 15.2%로 가장 높은 연평균 성장률을 기록할 것으로 예상된다.
▲ 국내 3D 프린팅 관련 분야별 시장 전망(단위 : 백만 원, %) 자료: ‘2021 3D 프린팅 산업 실태조사’, 정보통신산업진흥원, 2022.1 토대로 재작성
2020년 국내 3D프린터 시장에서 산업용 3D프린터는 보급용 3D프린터에 비해 높은 시장점유율을 차지했으며, 시장규모는 2021년 821억 원에서 2026년 1,353억 원으로 연평균 10.5% 성장할 전망이다.
국내 2020년 보급용 3D프린터 시장은 코로나19의 영향에 따라 대폭으로 줄어들어 전년대비 30.8% 하락한 297억 원을 달성하였다.
▲ 국내 보급용/산업용 3D 프린터 시장 전망(단위 : 백만 원, %) 자료: ‘2021 3D 프린팅 산업 실태조사’, 정보통신산업진흥원, 2022.1 토대로 재작성
국내 2020년 3D프린팅 서비스 시장을 분석한 결과, 코로나19로 인해 기업들의 제품 모델링/출력 및 컨설팅 등 전반적으로 3D프린팅 서비스에 대한 수요가 축소되며 전년대비 10.8% 하락한 1,015억 원에 머물렀다. 3D프린팅 시장 성장에 따라 장비전문 기업들의 출력서비스 사업 병행이 확대됐음에도 불구하고 코로나19로 인해 주요 제조 수요처에서 관련 3D프린팅 서비스 의뢰가 축소됐다.
특히, 교육 서비스 영역은 사회적 거리두기 확산에 따른 오프라인 교육의 감소로 전년대비 30.1%로 하락했다. 3D프린팅 컨설팅 시장은 2020년 3D 프린팅 관련 서비스 시장에서 가장 큰 점유율을 차지했으며, 3D프린팅 컨설팅 시장규모는 2021년 359억 원에서 2026년 606억 원으로 연평균 11.0% 성장할 전망이다. 2017년부터 2020년까지 연평균 성장률이 31.9%로 가장 높았던 교육 시장은 2021년부터 2026년까지도 32.0%로 가장 높은 연평균 성장률을 기록할 것으로 예상된다.
▲ 국내 3D 프린팅 관련 서비스별 시장 전망(단위 : 백만 원, %) 자료: ‘2021 3D 프린팅 산업 실태조사’, 정보통신산업진흥원, 2022.1 토대로 재작성
금속 소재·헬스케어·중국 시장 두 자릿수 高성장 전망
산업 활성화 위한 밸류체인 기업간 협업 및 정부 지원 필요
(2) 경쟁 현황
3D프린팅 시장은 미국, 유럽을 중심으로 형성되어 있으며 스트라타시스(Stratasys), 3D시스템즈(Systems)는 제품군을 다양화하고 시장 지배력을 강화하기 위해 경쟁하고 있다. HP 등의 대형 업체들도 3D 프린팅 시장에 진출해 다양한 산업 분야에서 3D프린팅 기술을 활용하고 있다. 3D 프린팅 관련 기업은 △장비 업체(3D 시스템즈, 스트라타시스, HP) △소재 업체(3D 시스템즈, 스트라타시스, Polyone), △소프트웨어 업체(오토데스크, 다쏘시스템) 등으로 구분할 수 있다.
스트라타시스는 보급형 데스크탑 3D프린터, RP(Rapid prototyping) 및 DDM(직접 디지털 제조)을 위한 다양한 제품을 판매하고 있다. 3D시스템즈는 3D프린팅 솔루션, 소재, 프린터를 판매한다. 3D시스템즈는 플라스틱, 나일론, 금속, 복합재료, 엘라스토머, 왁스, 치과용 고분자 재료 및 클래스 IV 생체 적합성 재료를 활용할 수 있는 3D프린터를 판매하고 있다.
스트라타시스와 3D시스템즈는 3D프린터 업계를 대표하는 업체이지만 아이디어와 기술력으로 무장한 스타트업을 비롯해 GE, HP, 제록스(Xerox) 같은 대기업들도 3D 프린팅 산업에 뛰어들면서 점점 더 경쟁이 치열해지고 있다. 스트라타시스와 3D시스템즈는 3D프린팅 시장 점유율을 유지하려고 노력하고 있으며, 새로 진입한 업체들은 생존과 성장을 위해 노력하면서, 전체 3D프린팅 시장이 성장하고 있다.
3D허브스(3Dhubs)는 초기에 3D프린팅 서비스만 제공하였지만, 서비스 범위를 확장하여 CNC 가공 서비스, 판금 제조, 사출성형 서비스를 제공하고 있다. 조메트리(Xometry), 스컬프티오 등 3D 프린팅 서비스 업체도 3D허브스와 같이 처음에는 3D프린팅 서비스로 출발하였지만, 사업 영역을 넓혀서 전통 제조 서비스까지 제공하고 있다.
2021년 3D프린팅 산업 실태조사에 의하면 2021년 국내 3D프린팅 관련업체는 2020년 405개에 비해 소폭 증가한 406개 업체로 파악되었다. 3D프린팅 누적설치에 따라 소재의 중요성이 지속적으로 확대되며 유관 기업들의 3D프린팅 신규 진출이 증가했다.
코로나19에 따라 소형 유통업체들의 폐업/타사업 전환이 진행됐지만 3D프린팅 산업의 중요성이 부각되며 3D 프린팅 관련 기업이 꾸준히 증가하고 있는 추세이다. 국내 3D프린팅 시장은 지속적으로 기업매출이 양극화되는 상황이 발생하고 있으며, 2020년 3D프린팅 매출액을 기준으로 상위 50개 기업은 전체 3D프린팅 시장의 79.2%를 차지하였다. 2021년 기준 3D프린팅 관련 1억 원 미만의 매출액을 달성한 기업이 전체의 36.5%, 50명 미만의 소기업이 전체의 88.7%를 차지하고 있다.
DLP(광경화조형) 방식 3D프린터 제조기업인 ㈜캐리마는 산업용 대형 3D프린터(DM400A)를 미국에 수출하였다. ㈜테라웍스는 금형 제작에 적용할 수 있는 금속 3D프린터 ‘TERRA 250P’와 ‘TERRA 100P-400z’를 개발하였다.
‘TERRA 250P’는 200W 또는 300W의 파이버 레이저를 장착해 250x250x200mm(가로x세로x높이)의 부품을 적층할 수 있고 ‘TERRA 100P-400z’는 100x100x400mm의 부품을 적층할 수 있다. 현대위아는 금속 3D프린터 전문기업 인스텍과 함께 ‘3D프린팅 하이브리드 가공기’를 개발하여 인공 고관절 제조 시장에 진입할 계획이다.
현대위아가 개발한 하이브리드 가공기는 5축 머시닝센터와 DED(Directed Energy Deposition)’ 및 ‘PBF(Powder Bed Fusion)’ 방식의 3D프린터 모듈을 합쳐서 작업자가 제작하고자 하는 제품의 특성에 따라 DED나 PBF 모듈에서 1차적으로 형상을 만든 뒤 공작기계로 정밀하게 깎아 최종 가공물을 완성한다.
(3)분석자 인사이트
4차 산업혁명을 대표하는 기술 중 하나인 3D프린팅 기술은 적층제조 방식을 기반으로 대규모 제조설비 투자와 다단계 제조공정을 단순화하는 수준을 넘어 신개념의 기술 공유 표준화와 물류혁명을 통해 제조업의 새로운 가치를 창출할 수 있는 단계에 도달하였다. 금형제조 시대를 넘어 기존의 제조방식이 제공할 수 없는 디자인의 무한한 자유도, 고객 맞춤 대응 능력, 산업 밸류체인의 단순화 등을 기반으로 설계 기술의 표준화와 공유를 통해 아이디어 플랫폼 비즈니스로 발전할 것으로 기대된다.
3D프린팅 기술이 전통 제조 방식을 바꿀 수 있는 게임 체인저가 되기 위해서는 해결해야 할 여러 가지 숙제들을 가지고 있어서 산업에 참여하고 있는 기존 기업들뿐만 아니라 다양한 스타트업들이 신규로 참여하여 소재, 장비, 소프트웨어, 애플리케이션 영역에서 시장을 선도할 수 있는 혁신적인 솔루션 개발의 성공 사례를 도출할 수 있는 협업체계 구축이 필요하다.
이를 위해서는 3D프린팅 사업 밸류체인에 참여하고 있는 모든 대중소 기업들이 하나의 팀으로 협업한다는 각오 및 의식의 변화와 함께, 3D프린팅 협업 플랫폼의 구축 활성화와 스타트업 기업들의 시장 유입을 촉진하기 위한 정부의 전략적 지원이 지속적으로 이루어져야 한다.
▲ 국내 3D 프린팅 관련 사업기회 분석
3D프린팅 ‘원천기술 확보’…외산 탈피 지름길
지난해 국내 시장 규모 4000억대
산업 적용·활용도 수준은 낮아
제조업 활용도 1.46%, 교육 편중
외산 산업용 3D프린터 70% 육박
기술 자문 한계·장비 활용도 낮아
“선점 가능 기술에 역량 집중할 때”
코로나19 이후 비대면 수요가 서비스 중심에서 제조 등 산업 전반으로 확산됨에 따라 설계 도면만으로 어디서든 필요한 제품을 제작할 수 있는 3D프린팅 기술이 재조명되고 있다. 그러나 높은 외산 3D프린팅 의존도는 국내 기업 육성 및 시장 활성화에 걸림돌이 되고 있다는 주장이 일고 있다.
국내 3D프린팅 산업의 경우, 국가 주도적 정책에 따른 보급형 수요가 국내 시장을 형성하고 있으며 미국과 3.3년의 기술격차를 보인다. 조달부문이 아닌 실제 산업에서의 적극적인 경쟁을 통해 장비, 소재, SW에서의 원천기술을 확보해 글로벌 시장에서의 경쟁력을 갖추는 것이 무엇보다 시급한 실정이다.
■해외 시장 미국·독일 등 주도
NICE평가정보가 한국IR협의회의 의뢰를 받아 발표한 ‘3D프린팅’ 보고서에 따르면 세계 3D프린팅 시장은 2017년 73억4000만 달러에서 연평균 26.45%로 성장해 지난해 2019년에는 117억4000만 달러, 2023년에는 273억 달러에 달할 것으로 전망됐다.
해외 3D프린팅 시장은 제조업 선도국인 미국, 독일의 주요 업체들이 주도하고 있다.
미국은 2012년 15개의 제조업혁신센터를 신설하고 이들을 연결하는 제조혁신 네트워크를 구축했다. 독일은 Industry 4.0에서 스마트 팩토리 구현을 위한 생산방식으로 3D프린팅을 지목하고 함부르크 정부의 연합계획서 구상안을 발표해 함부르크를 주요 거점으로 지원하기로 했다. 일본은 의료·소재부문에 5년간 30억엔을 투자하고 있으며, 중국은 ‘중국제조2025’을 통한 스마트 제조혁신의 수단으로 3D프린팅 기술보급 프로젝트를 시행해 전국 단위 연구개발 및 생산 시범 종합기지를 구축 중이다.
특히 세계 3D프린팅 시장에서 스트라타시스, 3D시스템즈 등 해외 기업이 인수합병을 통해 규모를 키우고 점유율을 높여가고 있고, 양산성을 확보하기 위해 장비, 소재, SW에 초점을 맞춘 기술개발 활동이 활발히 이뤄지고 있다.
스트라타시스는 항공우주, 자동차, 헬스케어, 소비재 및 교육 등 다양한 산업군에서 비즈니스 혁신을 제공하고 있다. 1400여건의 적층 기술 관련 글로벌 특허를 바탕으로 제품의 시제품 설계에서부터 제조용 툴링, 최종 완제품 파트 생산에 이르기까지 제품 수명주기 프로세스 전반에 걸쳐 새로운 가치를 창출하고 있다.
최근 스트라타시스는 3D프린팅 스타트업 오리진(Origin)을 인수하는 계약을 체결했다. 합병 규모는 1억달러(약 1000억원)에 달하며, 각종 인허가 및 폐업조건에 따라 인수는 오는 2021년 1월경 마무리될 것으로 예상된다.
■국내 햅시바·센트롤 등 중심 기술 개발
국내에서는 햅시바, 센트롤, 로킷헬스케어, 캐리마, 인스텍, 티피씨메카트로닉스 등의 업체를 중심으로 3D프린팅 기술이 개발되고 있다.
햅시바는 2012년 3D프린팅 사업에 처음으로 진출했다.
자체 개발한 3D프린팅 솔루션 ‘Veltz3D’를 론칭한 이후 3D프린터 장비를 비롯해 관련 콘텐츠 사업을 확대하고 있다. 재료압출 방식(ME) 및 광중합 방식(PP)의 3D프린터를 자체 개발·판매하고 있다.
산업용 기계인 목적의 ‘D Series’, ‘M Series’, ‘SPS Series’가 주력 제품이다. ‘D Series’는 쥬얼리, 덴탈 부문 활용을 주요 타겟으로 하며, 덴탈 전용 3D프린터 ‘D2’를 출시했다. ‘M Series’는 초정밀 연구분야에 활용할 수 있으며 ‘SPS Series’는 정밀 조형이 가능하다.
로킷헬스케어는 국내 3D프린터 시장 초기인 2012년에 설립된 시장 초기 선도기업으로, 독자 기술로 3D프린터 개발 및 양산화에 성공하고, 국내 개인용 3D프린터 시장의 강자로 자리매김했다. 정부 조달에서 일반 소비자까지 다양한 고객층을 보유하고 있어, 정부의 3D프린팅 상용화 관련 활동 및 관련 사업 참여도가 높은 점이 특징이다.
특히 2018년 사명을 로킷에서 로킷헬스케어로 변경하고, 바이오 3D프린터 ‘인비보’를 중심으로 맞춤형 인공장기를 실현하는 바이오 헬스케어 기업으로 거듭나고 있다.
티피씨메카트로닉스는 40년 이상 보유 중인 공장자동화 관련 기술 특허 및 노하우를 바탕으로 2013년 3D프린터 ‘FINEBOT’을 개발하고 2014년 인천의 단해 창도클러스터에 3D프린터 전용 제조라인을 구축하는 등 3D프린팅 시장에 진출했다.
주력 제품인 ‘FINEBOT’은 주로 교육이나 개인 활용 목적의 보급형 3D프린터로 재료압출 방식(ME)을 적용한 제품이다. 동사의 제품 라인을 확장하기보다는 새로운 기술과 디자인을 적용해 ‘FINEBOT’ 브랜드를 지속 업데이트하고 있으며, 초보자도 쉽게 사용할 수 있도록 한 인터페이스가 특징이다.
■산업 활성화 방안은
국내 3D 프린팅 산업은 크게 3가지 분야에서 취약점을 드러내고 있다.
우선 공공·의료 분야에서의 시범제작·활용 및 일부 제조 분야에서의 기술개발·실증 지원 등으로 국내 시장 규모는 확대되고 있는 반면, 3D프린팅 산업 성장을 이끌 고부가가치 수요산업 기반은 취약하다.
정보통신산업진흥원(NIPA)에 따르면 3D프린팅 국내 시장규모는 2017년 3404억원에서 2019년 4233억원으로 1.24배 성장했다. 기업체수도 같은 기간 302개에서 402개로 1.33배 늘었다.
그러나 시장 성장에 비해 산업 적용 및 활용도 수준은 낮은 편이다. 통계청에 따르면 3D프린팅 활용기업은 0.95%에 불과했으며, 제조업에서의 활용도는 1.46%로 나타났다.
실제 제품 생산에 3D프린팅을 적용하는 비중이 낮다하더라도 교육, 시제품 중심의 서비스 분야에 편중돼 있다. 실제로 조사에 따르면, 3D프린터 사용 용도가 시제품 제작이 40.1%, 교육이 23.8%를 차지했다. 이어 완제품, 전시용모델, 공구·부속품 등에 활용되고 있었다.
외산 의존도 및 기술 장벽도 풀어야 할 난관이다.
NIPA에 따르면 산업용 3D프린터 외산 비중은 매출액 기준으로 69.6%에 달한다. 업계에서는 높은 외산 의존도에 따른 기술 자문에 한계가 있고, A/S 문제로 인한 장비활용도 낮은 편이라고 평가하고 있다.
3D프린팅 업계 관계자는 “외산 장비, SW는 가격도 비싸고 활용 시 제약이 많아 3D프린팅의 산업적 대중화를 위해서는 기술 자립화가 필요하다”며 “기술격차가 크다고 하지만 아직 선점되지 않은 많은 시장이 존재하므로 기술선점이 가능한 유망기술에 역량을 집중해야 한다”고 강조했다.
3D프린팅 전문 인력 양성도 부족하다.
NIPA의 ‘2019년 3D프린팅산업 실태조사’에 따르면 기업의 애로사항 중 인력 관련 내용이 31.2%를 차지하고, 정책 수요에서도 전문인력과 교육콘텐츠 등 인재양성 관련 내용이 52.5%에 달할 정도로 기업의 요구가 높았다.
이혜림 NIPA 선임연구원은 “국내 3D프린팅 교육프로그램의 문제점으로 산업별로 특화된 커리큘럼 부재, 고급기술 교육 프로그램 부재 등이 거론되고 있다”며 “3D프린팅 운영인력 뿐만 아니라 설계 역량을 갖춘 전문인재 양성에 초점을 맞춘 밀착형 프로그램이 필요하다”고 조언했다.
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