3d 프린팅 기술 현황과 응용 사례

방송통신기술 이슈&전망 2013년 제 6호

3D 프린팅 기술 현황과 응용 사례

Korea Communications Agency❙ 2013.11.07

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방송통신기술 이슈&전망 2013년 제 6 호

요약

3D 프린팅에 대한 관심이 높아지고 있다. 지금까지는 주로 시제품 제작에 이용되었으

나, 최근에 차세대 생산 기술 중 하나로 주목받기 시작했기 때문이다. 지난해

Economist에서는 제 3차 산업혁명을 촉발시킬 수 있는 기술로 3D 프린팅을 소개했으

며, 올해 초 미국의 오바마 대통령은 거의 모든 것의 생산 방식을 바꿀 잠재력을 가진

기술로 3D 프린팅을 언급했다. 또한 롱테일의 저자 크리스 앤더슨은 제조업의 민주화

를 가져올 기술 중 하나로 3D 프린팅을 꼽고 있다. 하지만 대부분의 사람들은 여전히

3D 프린팅의 잠재력에 의구심을 가지고 있다. 본 고에서는 3D 프린팅의 기술 동향을

통해 향후 3D 프린팅이 차세대 생산 기술 중 하나로 자리잡을 수 있을지 살펴보고자

한다.

1. 서론

1980년대 후반, 처음으로 상용 3D 프린터가 출시된 이래 주로 시제품 제작에 이용되어

왔다. 기존 생산 방식은 제품 디자인이 바뀔 때마다 금형이나 생산 장비를 바꿔야 하

지만, 3D 프린팅은 제품 디자인만 바꾸면 즉각적으로 새로운 시제품을 제작할 수 있기

때문이다. 시제품 제작 단계에서는 제품 결함을 발견하고 수정하는 과정이 몇 차례 반

복될 수 있다는 점을 감안하면, 기업이 3D 프린팅을 도입함으로써 절감할 수 있는 시

간과 비용은 적지 않다. 때문에 자동차, 비행기, 가전제품, 운동화, 장난감 등 다양한

분야에서 이미 많은 기업이 시제품 제작에 3D 프린팅을 도입하고 있다.

최근 3D 프린팅은 시제품 제작 도구를 넘어 차세대 생산 기술로 주목받기 시작했다.

제작 속도가 빨라지고, 출력물의 완성도가 높아졌으며, 사용할 수 있는 소재가 다양해

지는 등 기술 자체가 고도화되고 있기 때문이다. IT 기술이 발달하면서 일반 사용자도

손쉽게 제품을 디자인할 수 있게 되었을 뿐만 아니라, 여러 사람과 디자인을 공유하는

것도 쉬워졌다. 게다가 3D 프린터와 관련된 주요 특허가 만료되기 시작하면서 제품 개

발에 참여하는 기업이 늘어났으며, 이는 향후 가격 하락 및 기술 혁신으로 이어질 수

있을 것이다.

게다가 미국, 유럽, 일본, 중국 등 각국 정부 역시 차세대 생산 기술 중 하나로 3D 프

린팅을 주목하고 있다. 지난해 미국 정부가 미국 제조업 부흥을 위해 발족했던 ‘첨단

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제조업 파트너십(Advanced Manufacturing Partnership)’에서는 차세대 생산 기술 중

하나로 적층가공을 선정했으며, 오하이오주의 Youngstown에는 적층가공에 특화된 연

구기관 ‘NAMII(National Additive Manufacturing Innovation Institute)’를 설립했다.

미국 내 첨단 제조업 육성을 위해 10억 달러를 투자해서 15개의 제조업 혁신 연구 센

터를 구축하는 ‘국가 제조업 혁신 네트워크(National Network for Manufacturing

Innovation)’의 일환이다.

NAMII는 정부기관에서 3천만 달러, 민간 기업 컨소시엄에서 4천만 달러를 출자에서

설립한 것으로 Stratasys, 3D Systems, ExOne 등 3D 프린터 업체와 함께 Honeywell,

GE, Boeing, Lockheed Martin 등 글로벌 제조업체들도 참여하고 있다.1) NAMII는 미

국 내에서 적층가공과 관련된 기술을 개발하는 지역적 거점인 동시에 글로벌 혁신 센

터가 되는 것을 목표로 하고 있다. 또한 기초 R&D와 기술 상용화 사이의 간극을 좁히

고, 기술 대중화를 위한 인프라 구축에 앞장설 계획이다. 더 나아가 오바마 대통령은

NAMII가 미국의 제조업 강화의 시작이며, 자국 일자리 창출에 기여할 것이라고 전망

했다.

중국 역시 3D 프린팅 산업 육성에 박차를 가하고 있다. 지난해, 3D 프린팅 기술의 산

업화와 시장화를 추진하고, 국제교류를 가속화하기 위해 ‘3D 프린터 기술산업 연맹’을

조직했다.2) 최근 중국의 과학기술부는 3D 프린팅을 ‘국가 기술발전 연구계획 및 2014

년 국가과학기술 제조영역 프로젝트 지침’에 포함시켜 총 4,000만 위안을 투자할 계획

이다. 또한 10개 도시에는 3D 프린터 기술산업 혁신센터가 건립될 예정이다.3)

유럽과 일본 역시 3D 프린팅 시장의 성장 가능성을 주시하고 있다. 지난해, EU는 첨단

기술 육성을 통해 2020년 GDP 중 제조업 비중을 20%까지 늘리는 방안 중 하나로 3D

프린팅을 언급했다. 또한 지난 6월, 영국에서는 정부와 민간 기업이 3D 프린팅 산업에

1,470만 파운드를 투자할 계획이라고 발표했다.4) 일본 역시 제조업 육성을 위해 1조엔

을 투입하기로 한 가운데, 차세대 3D 프린터 개발에 나서고 있다.5)

그렇다면 3D 프린팅이란 과연 무엇인가? 3D 프린팅은 미래 제조업에 영향을 미칠만한

1)http://www.commerce.gov/news/press-releases/2012/08/16/obama-administration-announces-new-public-private-partnership-support

2) 미래창조과학부 블로그, ‘중국 화제의 중심, 3D 프린터’ (2013.7)3) Duduchina, ‘중국 정부 지원사격에 3D 프린터 뜬다’ (2013.6) 4) www.gov.uk, ‘UK businesses are set to benefit from a £14.7 million investment to develop 3D printing

projects, Business Secretary Vince Cable announced’ (2013.6).5) 주간조선, ‘3D프린터 후발국 한국, 언제 쫓아가나?’ (2013.8)

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잠재력이 있을까? 여기서는 3D 프린팅의 기술 현황 및 응용 사례에 대해 알아보고, 향

후 3D 프린팅이 제조업에 미칠 수 있는 파급효과에 대해서 전망하고자 한다.

2. 3D 프린팅 기술 소개

3D 프린팅은 제품을 제작하는 방식 중 하나로 소재를 층층이 쌓는 방식이다. 기존 프

린터가 잉크를 분사하듯, 3D 프린터는 다양한 소재로 제품 단면을 인쇄하여 적층하는

방식이다. 때문에 재료를 자르거나 깎는 방식의 기존 생산 방식을 절삭가공(Subtractive

manufacturing)이라 하는 반면, 새로운 층을 켜켜이 쌓는 3D 프린팅은 적층가공

(Additive manufacturing)이라 한다.

출처: Atlantic council of the United States(2010)

3D 프린팅을 하려면 먼저 제품을 디자인해야 한다. 오늘날 엔지니어, 디자이너, 건축가

등은 전문 소프트웨어 CAD(Computer Aid Design)를 사용해서 디지털화된 3차원 제

품 디자인을 작성한다. 현실 속에 실재하는 사물을 디지털화된 제품 디자인으로 옮기

기 위해서 3D 스캐너를 사용하는 경우도 있다. 최근에는 일반 대중들도 손쉽게 제품을

디자인할 수 있는 소프트웨어들도 보급되고 있다. Google의 SketchUP이 대표적인 사

례이다. 그림판에서 도형을 그리듯이 제품을 디자인 할 수 있다. 또한 3차원 공간에서

사람의 움직임을 인지하는 Microsoft의 Kinect는 일반 대중이 쉽게 접할 수 있는 3D

스캐너가 되기도 한다.

전문 소프트웨어로 제작된 파일은 업계에서 공통적으로 사용되는 파일 형식으로 저장

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된다. 다양한 종류가 있지만 주로 STL 파일 형식이 사용된다. 광조형법

(Stereolithography)에 사용되던 파일 형식이다. 제품 디자인이 작은 삼각형의 집합으로

변환되어 저장되는 것으로, 꼭지점의 조밀함이 제품의 완성도에 영향을 미친다. 최근에

는 새로운 파일 포맷도 등장하고 있다. 일례로 기존 방식이 제품 형태에 관한 정보만

담고 있다면, AMF 파일은 색상, 소재 등 보다 세부적인 디자인 정보를 포함한다.

제품 디자인이 실제로 출력되기 위해서 STL, AMF 파일을 3D 프린터가 이해할 수 있

는 명령으로 변환하는 과정이 필요하다. 3차원 제품 디자인을 연속적인 2차원 제품 단

면으로 재구성해야 할 뿐만 아니라, 프린터 헤드의 물리적인 이동 경로, 적층해야 할

소재의 양 등을 미리 계획해야 하기 때문이다. 일례로 Slic3r처럼 STL, AMF, OBJ 등의

파일을 읽어 들여, 3D 프린터를 구동할 수 있는 명령으로 전환해주는 무료 프로그램이

등장하기도 한다. 이는 RepRap, Makerbot, Ultimaker 등 다양한 업체의 3D 프린터에

서 사용할 수 있다.6)

실제 3D 프린터가 제품을 제작하는 공정은 다양하다. 사용할 수 있는 소재 및 제작 방

식에 따라 보다 다양한 기술이 존재한다. 가장 대표적인 방식으로 광조형법

(Stereolithography), 압출적층법(Fused Deposition Modeling), 레이저 소결법(Selective

Laser Sintering) 등이 있다.

가. 광조형법(SLA: Stereolithography)

1980년대 후반, 3D Systems의 창업자 Charles W. Hull이 개발한 방식이다. 빛을 받으

면 굳어지는 성질을 가진 액체 상태의 광경화성 수지에 자외선 레이저를 쬐어 제품 단

면을 인쇄/적층하는 방식이다. 자외선 레이저가 닿은 광경화성 수지는 굳어지지만, 닿

지 않은 부분은 그대로 남아있게 된다. 한 층이 완성되고 나면, 그 위를 다시 광경화성

수지로 채우고 인쇄를 시작한다. 상대적으로 정밀하다는 장점이 있다.

다만 한 번에 하나의 재료만 사용할 수 있다는 제약이 있다. 제품을 프린트한 후에는

사후 공정이 필요할 수도 있다. 프린트된 제품에서 여분의 물질을 씻어 내거나, 표면을

매끄럽게 다듬기 위해서 사포질을 해야 할 때도 있기 때문이다. 제품에 따라서는 때때

로 추가적인 경화작업이 필요할 수도 있다

6) 웹사이트(http://slic3r.org/)

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출처: 위키피디아

나. 압출적층법(FDM: Fused Deposition Modeling)

오늘날 3D 프린팅 업계의 또 다른 강자 Stratasys의 창업자 Scott Crump가 개발한 기

술이다. 열을 가하면 녹는 성질을 가진 플라스틱을 프린터 노즐에 넣고 온도를 높이면,

노즐 끝에서 재료가 부드러워지거나 녹아서 제품의 단면을 인쇄할 수 있다. 두 개의

노즐을 사용해서, 하나는 제품을 제작하고, 다른 하나는 제품을 받치는 지지체를 제작

하는 방법도 있다. 물론 지지체는 제품이 완성되면 제거된다. 주로 ABS, PLA 등 플라

스틱이 사용되며, 최근에는 치즈, 초콜릿, 쿠키 반죽 등 다양한 식재료부터 콘크리트처

럼 건축 재료에 이르기까지 등 다양한 소재들이 시도되고 있다.

가느다란 플라스틱을 녹여서 층층이 쌓는 방식이기 때문에 표면 상태가 고르지 않아

추가적인 사후 공정이 필요하다. 하지만 레이저를 사용하지 않기 때문에 학교, 사무실,

집 등에서 안전하게 사용할 수 있고, 상대적으로 기계 장치가 단순해서 유지 보수가

쉽다. 저가화, 대중화에 유리할 것으로 예상되며, 현재 오픈소스 하드웨어 형태로 개발

되고 있는 3D 프린터는 대부분 FDM 방식이다.

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참조: RP world.net

다. 레이저소결법(SLS: Selective Laser Sintering)

텍사스 대학의 Carl Deckard와 Joe Beaman이 미국 DARPA의 지원을 받아 개발한 기

술이다. 분말 형태의 소재에 레이저를 쬐어 제품 단면을 인쇄하는 방식이다. 한 층이

완성되면 그 위에 새로운 분말을 덮어 다음 층을 제작한다. 나일론, 티타늄, 세라믹 등

다양한 소재를 사용할 수 있다는 장점이 있다. 또한 주변에 남아있는 분말이 지지체

역할을 할 수 있어 복잡한 디자인의 제품도 비교적 쉽게 제작할 수 있다는 장점이 있

다.

반면 고출력 레이저를 사용하기 때문에 비싸고, 집, 학교 등에서는 사용하기 쉽지 않

다. 어떤 종류의 분말은 잘못 취급하면 폭발할 수 있어 질소로 가득 찬 밀폐된 공간에

서 제품을 제작해야 하는 경우도 있다. 또한 레이저를 사용하는 공정 자체가 상당한

열을 발생시킬 수도 있기 때문에 일정 기간 냉각이 필요할 수도 있다.

출처: 위키피디아

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이외에도 금속 분말에 전자빔을 쬐는 EBM(Electron Beam Melting), 종이처럼 얇은 막

을 층층이 쌓아 올리는 LOM(Laminated Object Manufacturing) 등 다양한 기술이 존

재한다.

이에 따라 ASTM(미국시험재료협회)에서는 사용되는 소재와 가공 방식에 따라 3D 프

린팅 기술을 크게 7가지로 분류했다. ASTM의 기술 분류에 따르면 SLA 방식은 Vat

Photopolymerization, FDM 방식은 Material Extrusion, SLS 방식은 Power Bed Fusion

에 속한다. 7)

출처: Additive Manufacturing for Metalformers (NAMII)

3. 3D 프린팅의 응용 사례 및 잠재력

지금까지 3D 프린팅은 주로 시제품 제작에 이용되어 왔다. 제품 디자인만 입력하면 그

자리에서 시제품을 제작할 수 있을 뿐만 아니라 오류를 발견한 경우 손쉽게 다시 제작

할 수 있어, 제품 개발에 드는 시간 및 비용을 획기적으로 단축시킬 수 있기 때문이다.

이에 따라 자동차, 항공기, 운동화, 가전제품, 장난감 등 다양한 분야에서 3D 프린팅을

시제품 제작에 활용하고 있다. 일례로 람보르기니는 스포츠카 Aventador 시제품 제작

에 3D 프린팅을 활용함으로써 기존에는 4달 동안 40,000 달러가 소요되던 일을 20일

동안 3,000달러를 투자해서 완료할 수 있었다.

7) NAMII, ‘Additive Manufacturing for Metalformers’ (2013.7)

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하지만 최근 3D 프린팅은 시제품 제작을 넘어 직접 제품을 제작하는 차세대 생산 기

술로 주목받기 시작했다. 기술 자체가 고도화되면서 제작할 수 있는 제품이 다양해졌

기 때문이다. 오늘날 3D 프린팅은 기존 생산 기술의 한계를 보완할 뿐만 아니라, 새로

운 제조업을 열어 갈 수 있는 가능성을 제시하고 있다.

가. 개인 맞춤화

3D 프린팅의 등장은 개인 맞춤형 제품이 확산되는 계기가 될 수 있다. 오늘날 생산 시

스템은 표준화된 제품을 대량으로 생산하는 것이 비용 측면에서 유리하다. 때문에 사

람들은 자신의 체형, 취향, 스타일에 꼭 맞는 제품을 원하면서도 가격 때문에 표준화된

제품을 구매한다. 하지만 3D 프린팅은 개인 맞춤형 제품을 합리적인 비용으로 생산할

수 있는 잠재력이 있다. 별도의 금형이나 생산 설비가 필요하지 않아, 매번 다른 제품

을 제작하더라도 추가 비용이 크게 발생하지 않기 때문이다.

보청기, 치아, 의족, 임플란트 등 개인 맞춤형 제품이 반드시 필요한 영역에서 3D 프린

팅이 빠르게 도입될 전망이다. 최근 환자의 턱뼈를 대체할 수 있는 임플란트가 3D 프

린팅으로 제작됐다. 티타늄으로 골격을 만들고 바이오세라믹으로 코팅을 한 것이다. 근

육과 신경이 지나는 자리까지 고려했을 때 기존 생산 기술로는 제작하기 어려운 디자

인이었다.8)

더 나아가 3D 프린팅은 이미 대량 생산에 익숙한 제품도 개인 맞춤형 제품으로 돌려

놓을 수 있는 잠재력이 있다. 올해 초, 는 운동선수를 대상으로 발 모양과 발의 움직임

까지 고려한 개인 맞춤형 운동화를 선보였다. 신생기업 Protos는 개인 맞춤형으로 안경

테를 디자인해서 3D 프린터로 제작할 계획이다. 아직까지는 개인 맞춤형 제품이 특별

한 고객을 대상으로 한정적으로 제공되고 있으나, 중장기적 관점에서는 일부 산업에서

개인 맞춤형 제품이 대중화될 가능성도 무시할 수는 없다.

8) BBC, ‘Transplant jaw made by 3D printer claimed as first’(2012.2)

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참고. 개인 맞춤형 임플란트 사진출처: BBC

나. 디자인 고도화

3D 프린팅은 혁신적인 제품 디자인을 가능케 할 것이다. 기존 생산 방식은 복잡한 내

부 구조나 속이 비어 있는 디자인은 제작하기 어려웠다. 하지만 3D 프린팅은 제품 단

면을 한 층씩 인쇄하면서 적층하기 때문에 복잡한 디자인도 손쉽게 제작할 수 있다는

장점이 있다. 때문에 식물의 줄기나 사람의 뼈와 같은 구조를 모방하여 중량을 줄이면

서 내구성이 큰 제품을 제작하는 것이 가능해질 것이다. 향후 디자이너들이 생산 기술

에 의한 제약 없이 자신의 아이디어를 실현할 수 있는 가능성도 높아질 전망이다.

최근 액세서리, 주방기구, 생활용품, 조명기구 등 다양한 영역에서 3D 프린팅으로 제작

된 창의적인 디자인의 제품들이 속속 등장하고 있다. 네덜란드의 디자이너 Iris van

Harpen가 3D 프린팅으로 제작한 독특한 디자인의 의류와 악세서리를 선보인 이후,

3D 프린팅으로 제작된 구두, 드레스, 수영복 등이 등장하고 있다. 신생기업 Continuum

Fashion은 SLS 방식을 이용해서 나일론 입자로 제작한 비키니 수영복과 신발을 판매하

고 있다. 이처럼 3D 프린팅으로 제작된 패션 아이템들은 대부분 수많은 점과 선으로

구성되어 있어 기존 생산 기술로는 제작하기 어려운 경우가 많다.

참고: Continuum에서 3D 프린팅으로 제작한 구두 사진출처:Continuumfashion.com

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다. 생산공정 간소화

향후 3D 프린팅은 생산 공정 자체를 바꿔놓을 수도 있을 것이다. 기존에는 부품을 개

별 생산해서 조립하던 것을 3D 프린팅은 단숨에 생산해 낼 수 있기 때문이다. 이는 조

립, 용접 등 일부 생산 공장을 단축할 수 있음을 의미한다. GE는 제트기 엔진의 연료

노즐을 제작하는데 3D 프린팅을 활용할 계획이다. 20개 가량의 부품을 용접하는 대신

코발트-크롬 파우더(cobalt-chromium powder)에 레이저를 쬐어 20 마이크로 미터 두께

로 제품 단면을 쌓아 올림으로써 생산비 절감 및 제품 경량화가 가능하기 때문이다.9)

또한 EADS가 3D 프린팅으로 제작한 자전거 Airbike는 축, 바퀴, 베어링 등을 단번에

인쇄함으로써 조립, 용접 과정을 대폭 단축시킬 수 있다. 더 나아가 3D 프린팅 공정으

로 자동차 몸체 자체를 인쇄할 수도 있다. 신생기업 Kor Ecologic의 디자이너 Jim Kor

는 3D 프린터로 자동차 Urbee 2의 몸체를 제작했다. 이때 수많은 부품을 이어 붙이는

대신, 소재를 적층함으로써 자동차 무게를 줄일 수 있었을 뿐만 아니라, 이를 통해 자

동차 연비도 높일 수 있었다.10) 물론 아직까지는 생산성, 효율성, 안전성 등 검증되어

야 할 부분이 많지만, 아직까지 3D 프린팅이 태동 단계임을 감안한다면 향후 생산 공

정의 변화가 불가능한 일만은 아닐 것이다.

라. On-Demand 제조

중장기적인 관점에서 3D 프린팅은 생산 시스템 자체를 바꿔놓을 수 있을 것이다. 고객

이 원할 때, 고객과 가까운 곳에서 고객이 원하는 제품을 제작하는 것이 가능해질 수

있기 때문이다. 필요할 것으로 예상되는 재고를 비축하는 대신, 필요할 때 제품 디자인

을 다운받아 제품을 생산할 수 있을 것이다. 이런 변화는 궁극적으로 생산 공정 및 공

급망을 간소화시킴으로써 비용 절감을 가져올 뿐만 아니라, 자연 재해를 포함해서 예

기치 못한 국지적 사고로 인한 피해를 줄일 수도 있다.

3D 프린팅을 통해 On-Demand 방식으로 제품을 제작하는 조짐은 나타나고 있다.

Mitagaki는 고장 난 제빵기의 부품을 구하기 힘들자, 직접 필요한 부품을 디자인하여

3D 프린팅으로 제작했다.11) 사용자가 필요한 시점에 필요한 제품을 디자인해서 제작

한 것이다. 향후 자동차 수리점에서는 부품 재고 대신 디지털 도면을 보관하다가, 필요

9) MIT Technology review, ‘10 Breakthrough technologies 2013, Additive Manufacturing’ (2013.4)10) Wired, ‘3D printed car is as strong car is strong as steel, half the weight, and nearing production’

(2013.2)11) Shapeways의 블로그, ‘Repairing Appliances with Shapeways 3D Printed Ceramic Parts’(2013.3)

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하면 3D 프린터로 제작하는 것도 가능해질 것이란 예측도 있다.12) 가장 이상적인 형

태는 현장에서 필요한 제품을 자체 제작하는 것이다. NASA에서는 우주 탐사 중 주변

광물을 이용하여 필요한 제품을 제작하는 3D 프린터를 연구하고 있다. 특히 워싱턴 주

립 대학의 Amit Bandyopadhyay 교수는 달의 흙을 가공할 수 있는 3D 프린터 개발을

시도함으로써 실현 가능성을 타진하고 있다.

마. 개인 제작 도구

3D 프린팅의 또 다른 잠재력은 개인이 제품을 제작할 수 있는 도구라는 점이다. 즉,

상당 규모의 설비 투자나 숙련된 생산 기술이 없더라도 제품 디자인만 있으면 개인이

제품을 제작할 수 있게 된 것이다. 게다가 최근 저렴한 가격대의 3D 프린터가 보급되

기 시작하면서, 개인이 필요한 물건을 스스로 제작해서 사용하는 것은 더욱 쉬워지고

있다.

하지만 향후에도 개인이 3D 프린터를 보유하는 경우는 흔치 않을 수 있다. 자주 사용

하지 않는 다면 굳이 3D 프린터를 구매할 필요는 없기 때문이다. 이에 따라 최근 개인

이 디자인한 제품을 3D 프린터로 대신 제작해주는 업체가 등장하고 있다. Shapeways

와 같은 웹사이트가 대표적인 사례이다. 개인이 디자인 파일을 업로드하고, 원하는 소

재를 선정하면, Shapeways는 3D 프린터로 제작해서 배송해준다. 이외에도

i.materialise, Cubify 등에서 유사한 서비스를 제공하고 있다. 최근에는 사무용품 전문

회사 Staples, 유통업체 UPS 등은 오프라인 매장에서 제작 대행 서비스를 제공하기 시

작했다.

더 나아가 Shapeways와 같은 웹사이트는 개인이 디자인한 제품을 다른 사람들에게도

판매할 수 있는 온라인 마켓 플레이스가 되고 있다. 과거 아마존이 기업이 제작한 물

건을 고객에게 판매하는 온라인 마켓 플레이스의 선구자였다면, Shapeways는 개인이

디자인한 물건을 글로벌 고객에게 판매할 수 있는 온라인 마켓 플레이스를 열어가고

있는 것이다. 이는 개인의 창의적인 아이디어가 보다 손쉽게 상품으로 탄생할 수 있음

을 시사한다.

바. 바이오 프린팅

3D 프린팅의 또 다른 가능성은 차세대 유망 산업에 적합한 생산 기술이 될 수 있다는

12) Wall Street Journal, ‘Next 3-D Frontier: Printed Plane Parts’(2012.7)

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점이다. 최근 인공혈관, 인공신장, 인공 피부 등을 만드는데 3D 프린팅을 활용하는 바

이오프린팅(Bioprinting)이 대표적인 사례이다.

유럽에서는 독일의 연구기관 Fraunhofer Institute for Laser Technology 주도로 3D 프

린팅을 통해 인공혈관을 만드는 ArtiVasc 3D 프로젝트가 진행되고 있다. 인공피부나

인공장기가 현실화되기 위해서는 이들 조직에 필요한 영양분을 공급할 수 있는 인공혈

관이 필요하기 때문이다. 레이저를 정밀하게 제어하여 나노 미터 단위로 소재를 인쇄

하는 방식이다.13) ,14) 또한 2008년 설립된 신생기업 Organovo는 수 만개의 세포로 만

들어진 바이오 잉크(bio ink)를 원하는 모양으로 적층하는 3D 프린팅 기술을 개발했다.

향후 신약 개발의 독성실험에 사용될 인공 간세포를 제작하는데 사용될 전망이다.

사. 마이크로/나노 프린팅

최근 3D 프린팅을 이용해서 마이크로 미터, 나노 미터 단위의 제품을 생산하려는 시도

가 있다. 비교적 장기적인 관점에서 접근해야 하지만 적용할 수 있는 영역이 다양하다

는 장점이 있다. 일례로 신생기업 Nanoscribe는 미세하게 레이저를 조정하여 30 나노

미터 단위의 구조물을 생산할 수 있는 3D 프린터를 선보였다. 특히 기존에는 한 시간

넘게 걸리던 작업을 1분 이하로 단축시킬 만큼 빨라졌다.15)

3D 프린터를 사용해서 마이크로 미터 크기로 인쇄한 초소형 배터리가 소개되기도 했

다.16) 연구진은 머리카락보다 가는 두께로 전극을 인쇄/적층함으로써 모래알 크기의

리튬이온 배터리를 제작한 것이다. 초소형 배터리이지만 충방전 속도, 배터리 수명, 에

너지 밀도 등은 상용제품에 근접한다. 향후 의료 기기나 초소형 로봇에 활용될 수 있

을 것이다.

13) BBC, ‘Artificial blood vessels created on a 3D printer’ (2011.9)14) Optics.org, ‘Fraunhofer leads project to grow artificial tissues (2012.2)15) Technology Review, ‘Micro 3-D Printer Creates Tiny Structures in Seconds’ (2013.3)16) Cnet, ‘3D Printed pinhead battery could power robots’(2013.6)

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참조: 3D 프린팅으로 제작된 초소형 배터리

4. 결론

물론 3D 프린팅이 차세대 생산 기술로서 기존 생산 기술을 대체할 것으로 전망하기는

다소 이르다. 3D 프린팅 기술로는 규모의 경제가 적용되는 오늘날의 대량 생산 시스템

처럼 저렴하게 제품을 제작하기는 어렵기 때문이다. 3D 프린팅이 해결해야 할 기술적

인 과제들 역시 적지 않다. 활용의 폭을 넓히기 위해서는 3D 프린터 가격이 사용할 수

있는 소재의 종류도 다양해져야 할 뿐만 아니라, 3D 프린터 기기 자체가 보다 빠르고

정밀하게 제품을 제작할 수 있어야 한다.

최근 3D 프린터의 기술 발전 속도가 빨라질 수 있는 조짐이 나타나고 있다. 핵심 특허

가 만료되면서 다양한 기업이 시장에 참여하기 시작했기 때문이다. 이는 기술 개발 속

도를 가속화시킬 뿐만 아니라 가격 하락의 여지를 넓힐 것이다. 일례로 FDM 방식의

특허가 만료되고, 개인이 FDM 방식의 3D 프린터를 직접 제작할 수 있도록 관련 정보

를 웹에 공유하는 RepRap 프로젝트가 시작되면서, 개인용 3D 프린터의 가격은 빠르게

하락하고, 성능은 급격히 개선되고 있다. 게다가 여기서 공유된 아이디어들은 저렴한

3D 프린터를 제작하는 신생기업이 탄생할 수 있는 밑거름이 되고 있다.

다른 기술 방식들 역시 핵심 특허가 만료되었거나, 조만간 만료될 전망이다. 관련 전문

가인 Duann Scott에 따르면 2014년에는 SLS 방식의 원천 특허 역시 만료된다. 물론

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SLS 방식은 레이저를 사용하기 때문에 FDM처럼 기기를 단순화하거나 저가화하는 것

이 쉽지 않겠지만, 다수의 기업이 참여할 경우 새로운 혁신의 가능성이 높아질 잠재력

이 있는 것도 사실이다. 일부에서는 SLS가 레이저를 사용하는 광학기술이기 때문에 특

허가 만료된 후, 여러 업체가 경쟁에 뛰어들면 인쇄 속도가 급격히 빨라져 제품을 대

량 생산하는 것도 가능해 질 것이라는 의견도 제시하고 있다.17)

이에 따라 3D 프린팅의 진화 방향성에 주목할 필요가 있다. 특히, 오늘날 3D 프린팅은

기존 생산 기술의 한계를 보완할 뿐만 아니라 새로운 제조 영역에서 가능성을 제시하

고 있다. 고객이 원하는 시점에 고객과 가까운 곳에서 고객이 상상하는 제품을 제작하

는 것도 가능해지고 있는 것이다. 비록 아직까지는 조짐에 불과하지만 기존 제조업이

가치를 창출하는 방식 역시 바꿔가고 있다. 이런 변화는 중장기적인 관점에서 제조업

의 패러다임 자체를 바꿔놓을 수도 있을 것이다.

이와 같은 상황에서 미국, 유럽, 일본, 중국 등 각국 정부는 3D 프린팅 산업화에 적극

투자하고 있다. 기존 3D 프린터 시장의 강자들 역시 M&A를 통해 세력을 넓혀가고 있

다. 우리나라의 경우, 지난 6월, 미래창조과학부에서 ‘3D 프린팅 활용기술’을 2013년도

기술영향평가 대상으로 선정하였고, 7월에는 산업통상자원부에서 ‘3D 프린팅 산업 발

전전략 포럼’을 발족한바 있다. 비교적 시작은 더뎠지만, 적극 육성함으로써 새로운 기

회를 잡을 수 있을 것이다.

17) 한국경제, ‘뭐든 찍어내는 3차원프린터 특허 2014년초 만료…산업계 지각변동' (2013.8)

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[참고문헌]

[1] 크리스 앤더슨 (윤태경 옮김), “메이커스”, (주)알에이치코리아, 2013.5

[2] 호드립슨 “3D 프린팅의 신시계”, 한스미디어, 2013.6

[3] 허제, 고산(기획), “3D 프린터의 모든 것”, 동아시아, 2013.7

[4] 홍일선, “3D 프린팅, 제조업의 개념 바꾼다”, LG Business Insight, Weekly 포커스, 2013.4

발 행 호❙2013 년 제 6 호

발간물명❙3D 프린팅 기술 현황과 응용 사례

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