3d프린팅 인력양성사업 특성화고 및 대학생을 위한 전문...

3D프린팅 인력양성사업 특성화고 및 대학생을 위한 전문 교육

최완기 ㈜쓰리디파이오니아

황윤자 단국대학교

최경화 단국대학교

차 례

교재활용가이드…………………………………………………………… 2

제 1 부 3D프린팅 시작하기

1장 | 3D프린팅의 개요 ……………………………………………10

1.3D프린팅정의및역사……………………………………………… 10

2.3D프린팅의원리및특징………………………………………………13

3.3D프린팅방식과재료 …………………………………………………15

4.3D프린터종류와재료 ……………………………………………… 22

2장 | 3D프린팅 산업 분석 및 전망 …………………………… 33

1.3D프린팅활용동향 ………………………………………………… 33

2.3D프린팅관련기술전망…………………………………………… 40

3.3D프린팅시장동향 ………………………………………………… 42

4.3D프린팅시장전망 ………………………………………………… 46

제 2 부 창의적인 메이커 되기

3장 | 사전 준비 ………………………………………………… 50

1.창의적인아이디어발상……………………………………………… 50

2.아이디어스케치……………………………………………………… 54

4장 | 3D프린팅의 모델링 이해 ………………………………… 56

1.3D프린팅절차………………………………………………………… 56

2.3D모델링개요 ……………………………………………………… 60

3.3D프린팅모델링과설계의차이…………………………………… 66

4.3D모델링프로그램의이해 ………………………………………… 70

5장 | 효율적인 제품 설계 방법 ……………………………………77

1.효과적인제품설계방법의개요…………………………………… 77

(1)제품고찰및분석기법소개

(2)역설계종류및방법

(3)제품분석을통한단일제품

(4)제품분석을통한조립제품

2.효과적인제품설계방법의실전모델링 ………………………… 83

(1)제품고찰및분석기법실전모델링

(2)역설계실전모델링

(3)제품분석을통한단일제품모델링

(4)제품분석을통한조립제품모델링

6장 | 3D프린팅 과정 알아보기 ………………………………… 211

1.3D프린팅을위한주의사항및선행요건………………………… 211

2.STL파일의개요및저장,수정방법……………………………… 213

3.후처리및후가공……………………………………………………… 217

7장 | 3D프린터로 제품 만들기 ………………………………… 223

1.3D스캐너개요및활용방법………………………………………… 223

2.아두이노개요및활용방법………………………………………… 229

3.관련장비동향………………………………………………………… 241

제3부 창의적 Maker의 성공적인 취업 전략

8장 | 3D프린팅과 윤리 ………………………………………… 246

1.3D프린터와안전기준………………………………………………… 246

2.지식재산권의개념및침해사례……………………………………250

9장 | 성공적인 3D 분야 취업 전략 …………………………… 255

1.3D프린팅기업에서요구되는인재………………………………… 258

2.3D프린팅관련기업에서원하는스펙쌓기 ……………………… 262

3.효과적인이력서작성………………………………………………… 266

4.성공하는자기소개서작성…………………………………………… 272

5.성공하는면접비법…………………………………………………… 278

참고문헌……………………………………………………………………288

3D프린팅 시작하기

1장 3D프린팅 개요

2장 3D프린팅 산업 분석 및 전망

제1부

1. 3D프린팅의 정의와 역사

1) 3D프린팅의 정의

3D프린팅는 누구나 도면만 있으면 제품을 생산할 수 있는 ‘3차 산업혁명’, ‘제조업의

인터넷 혁명’으로 불리 우고 있다. 아직은 장비 및 재료가격이 비싸고 대량생산이 힘들다

는 한계로 회의적인 시각도 존재하고 있으나, 소비자가 직접 제품을 만든다는 제조업의

패러다임의 변화와 기존의 제조 공정을 파괴하는 능력을 가지고 있다.

3D프린팅은 디지털화 된 3차원 제품 디자인을 2차원 단면으로 연속적으로 재구성해

소재를 한 층씩 인쇄하면서 쌓는 방식으로 제품을 생산한다. 이 기술은 이미 30년 전에

활용된 기술이나 최근 플라스틱 수지의 다양화, 색체 도입뿐 아니라 금속, 세라믹 등 소

재의 다양화가 진행되고 산업체의 활용도가 확장되고 있다. 3D프린팅은 소재 특성을 크

게 “액체 기반형”, “분말 기반형”, “고체 기반형”으로 나눌 수 있다.

1장 3D프린팅의 개요

3D프린팅은“거의모든것을제조하는방법의혁신”으로일컬어지면서,장차제조업공정을혁신하

는기폭제로작용할전망이다.3D프린팅을이용해복잡한구조의제품을생산하고,시제품제조시간

을단축하여,소재낭비를줄일수있다.이번장에서는3D프린팅의개념과역사에대해서알아보자.

10특성화고, 대학생을 위한 3D프린팅 가이드북

3D프린팅의 소재에 따른 분류

분류 특징

액체기반형 레이저나강한자외선을이용해재료를순간적으로경화시켜형상을제작하는방식

분말기반형미세한플라스틱분말(파우더),모래,금속성분의가루등을가열,결합해만드는방식

재료형태에따라접착제를사용하는시스템과레이저를사용하는시스템

고체기반형와이어(Wire)또는필라멘트등열가소성재료를열을가해녹인후노즐을거쳐압출하는

재료를적층해제작하는방식

기존 3D프린팅에 들어가는 주요소재는 합성수지였으나 최근에는 나일론, 금속 분말,

콘크리트 등으로 다양화 되면서 활용할 수 있는 산업분야가 확대 되고 있는 추세이다.

3D프린터에 주목하는 이유

지금까지기업들은소비자가좋아할만한상품을개발해대량생산해서최대한많이판

매하는것을목표로삼았다.그러나3D프린팅을이용하면다양한소비자의욕구를충족시

킬수있는맞춤형다품종소량생산이가능하다.갈수록소비자의입맛이까다로워지고있

는추세임을감안할때이는기업의차별화된무기가될가능성이높기때문에제조업체가

3D프린터를주목하고있는것이다.특히3D프린팅을통해소규모기업은물론소비자가

직접제품을생산할수있기때문에1인기업이급증할가능성도크다.

또한,스마트폰을기반으로많은개인과소기업들이어플리케이션을만들고거래한것

처럼개인이디자이너에게3D모델링을의뢰하고아이디어나3D모델링의설계도를사고파

는시장이형성될수있다.3D프린터와3D프린팅시스템으로인해제조,유통,구매,사용

단계에이르기까지근본적인변화가시작되고있다.

2) 3D프린팅 역사

3D프린팅은 1980년 초 본격적인 연구의 시작한 이래로 다양한 방식의 프린팅 기술이

개발되고 있다. 각 년도 별 3D프린팅 역사는 다음과 같다.

제1장 3D프린팅의 개요11

자료 출처 - KPC(한국생산성본부)

본격적인 연구의 시작 및 개발

3D 프린트의 시작Charles(Chuck) Hull이 SLA개발 및 특허 출원

최초의 3D 프린트 회사, 3D Systems 설립

Charles Hull과 SLA, 3D Systems 설립

SLS방식 + SLA방식

Layer by Layer방식으로 파트 완성첫 상업용 모델 SLA 방식 상용화

Scott Crump가 Stratasys사를 세움

Scott Crump의 등장

1983 1986

1992 1989

1994 2002

2010 2009

2012 2014

SLS방식 개발 및 특허 출원

SLS방식 특허 획득3D 프린터로 콩팥(인체 장기)재현

3차원 KINDEY 동작

최초 3D 프린터로 제작한 자동차 발표

최초의 3D 프린트 자동차 발표3D 프린터 DIY KIT의 시장 등장

3D 프린터 DIY KIT 등장

3D 프린터로 인공 턱 구현

Layer by Layer방식으로 파트 완성 SLS방식 특허 종료

정보를 찾아봅시다.

3D프린터회사중Stratasys와3DSystem사가전세계고가3D프린터시장대부분

을점유하고있다.또한FFF방식과SLA방식3D프린터를최초로출시하였다.3D프

린터의역사와현재어떠한3D프린팅기술들이개발되어사용중인지알아보자.DO! IT!


2. 3D프린팅 원리 및 특징

3D프린터는 기존 공구에 의해 재료를 절삭하여 가공하는 CNC(Computer

Numerical Control)방법과 근본적으로 다른 방식이다. 조형 방식이 반대이다. 공구를

사용하여 재료를 절삭 조형을 하는 CNC 방식은 공구의 간섭으로 인해 제작 가능한 형상

에 한계가 있지만, 적층하는 방식은 공정에 따라 차이는 있지만 레이저나 UV를 이용한

재료의 소결방식이나 기본재료를 적층하는 방식으로 적층조형을 하는 신속조형기술 즉

3D프린팅의 경우 모델링 된 어떤 3D 형상도 조형이 가능하다. 기존의 절삭가공의 방법

에 비해 짧은 시간과 적은 비용으로 조형을 할 수 있으며 컴퓨터로 모델링을 컴퓨터로 제

어되어 대부분의 공정이 자동화되어 있다. 공구를 사용하지 않기 때문에 공구나 재료를

공정하는 고정 장치(Fixture)와 같은 툴이 필요하지 않고 소음이 적어 사무실 같은 실내

공간에서도 사용이 가능하다. 또한 장비 사용에 있어 비숙련자 또는 일반인도 비교적 짧

은 시간에 익힐 수 있어 손쉽게 사용이 가능하며 최소한의 인력 또는 무인으로 가동이 가

능하다. 조형에 있어 동시에 여러 개의 파트를 조형하거나 서로 다른 디자인의 모델도 조

형이 가능하며 크기 또한 쉽게 줄이거나 크게 하여 조형을 할 수 있다.

CNC 3D프린터

조형방식

•일정부피의고체재료를준비하고원하는형

태가나올때까지자동공구가정해진위치대

로이동하면서깎아냄

•조형물의단면을한층씩쌓아가며조형하는

방식으로첨가또는적층가공

장점

•조형정밀도매우높음

•조형속도빠름

•표면조도우수

•사실상거의모든형태조형가능

•이론상사용가능한재료의제한이없음(현

재는다소제한적)

•재료의낭비가거의없음

3D프린팅원리는기본적으로한층씩쌓아가며모형을만드는적층방식이다.3D프린터와CNC를비

교하여그원리에대해서알아보자.

자료 출처 - XYZist

CNC공법(Computer Numerical Control)

3D Print(제어개념상으로는 CNC에 속하는 인쇄방법)

일정 부피의 고체 재료를 준비하고 원하는 형태가 나올 때까지

자동 공구가 정해진 위치대로 이동하면서 깎아냅니다.

인쇄방식인쇄방식

장점

단점

장점

단점

조형물의 단면을 한층 씩 쌓아가며 인쇄하는 조형하는 방식,

이를첨가 또는 적층 가공이라고 합니다.

조형 정밀도가 높음 속도가 빠름 표면 조도가 우수 모든 형태 조형 가능 다용한 재료 사용

(현재는 제한적)

재료 낭비 없음

사용 재료 제한적 깎아내는 방식으로

재료의 낭비 심함

조형물 내부 공구 불가능 조형 정밀도 낮음 조형 속도 느림 재료에 따라 조형 기술

차이가 있음

자료 출처 - XYZist

CNC공법(Computer Numerical Control)

3D Print(제어개념상으로는 CNC에 속하는 인쇄방법)

일정 부피의 고체 재료를 준비하고 원하는 형태가 나올 때까지

자동 공구가 정해진 위치대로 이동하면서 깎아냅니다.

인쇄방식인쇄방식

장점

단점

장점

단점

조형물의 단면을 한층 씩 쌓아가며 인쇄하는 조형하는 방식,

이를첨가 또는 적층 가공이라고 합니다.

조형 정밀도가 높음 속도가 빠름 표면 조도가 우수 모든 형태 조형 가능 다용한 재료 사용

(현재는 제한적)

재료 낭비 없음

사용 재료 제한적 깎아내는 방식으로

재료의 낭비 심함

조형물 내부 공구 불가능 조형 정밀도 낮음 조형 속도 느림 재료에 따라 조형 기술

차이가 있음


CNC 3D프린터

단점

•사용가능한재료가제한적

•깎아내는조형방식으로인해재료의낭비가

심함

•조형물의내부와같이공구가닿지않는부분

은조형할수없음

•조형정밀도가비교적낮음

•조형속도가비교적느림

•사용재료에따라조형기술다름

출처: XYZist 홈페이지

3D프린팅 기술은 공장 없이도 제품을 만들 수 있고 저렴한 초기 투자비용으로 기술 개

발을 가능하게 해 제조업 활성화에도 이바지하고 있다. 일반적인 시제품 제작 방식은 여

러 단계를 거쳐야 하지만 3D프린터는 디자인만 있으면 그 자리에서 시제품을 제작하고

오류의 수정도 손쉽게 할 수 있다. 또한 별도의 금형을 제작하거나 여러 종류의 기기를

사용하는 일이 적어 초기 투자 규모도 크게 줄일 수 있다.

3D프린터 기술은 턱뼈, 등뼈, 관절 등 인공뼈, 인공 치아 모형을 만드는 등 의료용으로

도 사용되고 있다. 치과 기공소에서는 3D프린팅 기술을 3D 구강 스캐닝, CAD/CAM 및

디자인 소프트웨어 등과 함께 결합하여 치과용 스톤 모델 및 투명 교정기, 실제 치아와

유사한 다양한 치과 교정 장치를 신속하고 정교하게 제작할 수 있다.

반면에 3D프린터의 최대 단점으로는 느린 출력 속도를 들 수 있다. 때문에 3D프린터

는 대량 생산에는 적합하지 않고 맞춤형 제품이나 소량생산에 최적화된 기계이다.

시제품 및 맞춤형 제품 제작용 ‘주목’

3D프린터는설계도만있으면얼마든지제품제작이가능하고수정도용이하기때문

에현재는기업들의제품개발과맞춤형제조에주로사용되고있다.현재3D프린터를가

장많이활용하고있는분야는컨슈머(20%)와자동차(20%)분야이다.이어서의료,치과

(15%),항공·우주(12%),산업(11%),학교(8%),정부(6%),건축(3%)에서사용되고있다.

3D프린터는나노,의학,우주항공등분야와융합을통해더욱발전할가능성이높다.고분

자화합물에금속,탄소,세라믹등나노입자를주입해새로운특성을갖는제품을생산할

수있고귀,코,치아의주물틀을제작할수있다.

생각해 봅시다!

3D프린터의가장큰장점은맞춤형소량생산이가능하다는점이다.

특히개인의취향에맞는맞춤형생산이가능하다는점을이용해서어떤사업모델에

적용할수있는지생각해보자.Thinking!


3. 3D프린팅 방식 및 재료

1) 3D프린팅의 7가지 방식

ASTM와 ISO에서는 사용되는 소재와 가공 방식에 따라 3D프린팅 기술을 크게 7가지

방식으로 분류되며, 국내 산업여건 및 기술적 필요성을 고려하여 6가지 방식에(Sheet

Lamination 제외) 집중하고 있다(KEIT PD ISSUE REPORT, 2015).

소재유형 분류 기술정의 유형

고체

기반형

재료입출방식

(ME,Materialextrusion)

•적층소재를노즐을통해선택으로공

급하면서3차원형상을제조하는기술•FFF

기반형시트적층조형법

(SL,SheetLamination)

•판자형태(얇은필름형태)의소재를

접착하여방식으로3차원형상을제

조하는기술

•LOM

액체

기반형

광중합방식

(VP,Vat

Photopolymerization)

•액상의광경화수지에빛을조사하여

경화가되는중합반응을이용한적층

기술

•SLA,DLP등

기반형재료분사방식

(MJ,

Materialjetting)

•액상의적층소재를선택적으로쌓

아올리면서3차원형상을제조하는

기술

•Polyjet,MJM등

분말기반형

접착제분사방식

(BJ,BinderJetting)

•액상결합체를이용해입자상태의소

재를선택적으로결하하며3차원형상

으로제조하는기술

•3DP등

분말기반형분말적층용융방식

(PBF,PowderBedFusion)

•파우더챔버내에서높은열에너지원

을이용하여선택적으로용해및응고

과적을통한3차원형상제조기술

•SLS등

분말기반형고에너지직접조사

방식(DED,DirectedEnergy

deposition)

•집속한열에너지에의해증착소재

의용해및응고과정을통한3차원

형상의적층기술

•DMT,금형기술응용

3D프린팅은용도,소재,크기등에따라다양한기준에분류할수있다.ASTM(미국시험재료협회)와

ISO에서는사용되는소재와가공방식에따라분류되는7가지방식에대해알아보자.


첫째, 재료압출방식(ME, Material Extrusion)은 FDM(Fused Deposition

Modeling)이라 불리는 방식으로 가장 널리 알려지고 보편화된 방식이다. 그러나 FDM

은 Staratasys가 상표권을 가지고 있는 이름으로 FFF(Fused Filament Fabrication)

로도 불리며, 정확한 명칭은 Material Extrusion이다. ABS나 PLA 수지를 1~2mm 직

경의 필라멘트 형태로 만들고 이 필라멘트를 가열하여 녹이면서 기판위에 그리는 형태로

일종의 XY테이블이 달린 glue gun의 개념이다.

둘째, 광중합 방식(PP, Photo Polymerization)은 빛의 조사로 플라스틱 소재의 중합

반응을 일으켜 선택적 고형화 시키는 방식이다. 포토폴리머는 빛(자외선이나 가시광)을

조사하였을 때, 물성의 변화가 일어나는 폴리머를 말한다. 이러한 물성의 변화가 구조적

인 관점에서 딱딱해지는 형태로 나타나는 포토폴리머가 3D프린팅에서 소재로 사용되고

있으며, 이는 빛을 조사하였을 때 폴리머내의 cross-link가 일어나기 때문이다. 모노머,

올리고머, 광촉매가 존재할 경우에 빛이 조사되면 cross-link 반응이 일어나고 결과적

으로 딱딱해진 폴리머가 생기는 것이다. 이러한 과정을 ‘큐어링(curing)’이라 한다. 포토

재료압출(ME)-FDM방식작동원리

출처:인텔리코리아


큐어링을 일으키는 기구는 여러 가지 방식이 있을 수 있으며 이에 따라 SLA(Stereolitho

graphy), DLP(Digital Light Processing) 방식으로 다시 나뉜다. 수조(vat)를 이용한

SLA방식의 프린터로 일명 vat-(photo)polymerization이라 불린다. Vat이라 불리는

수조안에 포토 폴리머를 채우고, 고형화를 수평면상의 원하는 부분에 레이저 빔을 주사

(scanning) 방식으로 조사한다. 빔에 노출된 폴리머는 포토 큐어링이 일어나 딱딱하게

굳어지고, 나머지 부분은 액체로 남아 있다. 가운데 있는 피스톤을 내리면서 그 위의 수

평면에 같은 일을 반복하여 수직방향으로 쌓아가는 방법이다.

vat-(photo)polymerization방식작동원리



셋째, 재료분사 방식(MJ, Material Jetting)은 용액 형태의 소재를 Jetting으로 토출

시키고 자외선 등으로 경화시키는 방식이다. 광중합(PP)방식은 수조를 만들어 전 면적에

소재(포토폴리머)가 존재하게 하고 에너지 빔이 선택적으로 그 소재를 굳혀서 원하는 형

상을 얻는 방식으로, 많은 양의 소재를 필요로 하며 오염 등의 문제로 수조 내에 남은 포

토 폴리머를 회수하여 재사용하는 것도 까다롭다. 이와 같은 단점을 해결하는 방법으로

개발된 MJ방식은 재료를 선택적으로 뿌리는 방법이다. 사무실에서 사용하는 잉크젯 프

린터의 헤드를 이용하여 포토폴리머를 원하는 패턴에만 뿌리고 UV램프를 켜 포토 큐어

링을 일으킨다. 이와 같은 방법은 수직 방향으로 반복하면 3D 프린터가 되는 것이다.

재료분사방식(MJ)-Polyjet작동원리



넷째, 접착제분사 방식(BJ, Binder Jetting)은 블레이드와 롤러 등을 이용하여 스테

이지에 분말을 편평하게 깔고 그 위에 잉크젯 헤드로 접착제를 선택적으로 분사하는 방

식이다. 접착제가 뿌려진 부분은 분말이 서로 붙어서 굳고, 접착제가 뿌려지지 않은 부분

은 분말상태 그대로 존재한다. 이 위에 다시 분말을 곱게 밀어서 편평하게 깔고 또 접착

제를 원하는 패턴에 뿌리면서 수직 위 방향으로 적층을 계속한다. 원리적으로는 베드에

분말을 얇고 편평하게 적층하는 방식과 잉크젯으로 접착제를 분사하는 방식을 결합한 것

이다. 분말을 적층하는 방식은 뒤에 설명할 PBF 방식과 같고, 접착제를 분사하는 방식은

MJ에서 사용된 잉크제 헤드는 물질만 바꾸어 사용한 것이다. 분말이 자체 서포팅을 하므

로 서포트 헤드는 필요하지 않다.

접착제분사(BJ)방식의구성과작동원리



다섯째, 분말적층용융 방식(PBF, Powder Bed Fusion)은 SLS(Selective Laser

Sintering, 선택적 레이저 소결) 방식이라 널리 알려진 방식으로 정식명칭은 분말 적층

용융 방식이다. BJ 방식과 같이 분말을 블레이드와 롤러 등을 이용하여 분말 베드에 얇고

편평하게 깐다. 얇게 깔린 분말에 레이저를 선택적으로 조사하여 수평면 상에서 원하는

턴을 만든다. 다시 이 위에 분말을 얇게 깔고 평탄화를 하여 이 분말에 다시 레이저를 선

택적으로 조사하는 방식이다. 레이저 이외에 전자 빔 등의 에너지원을 사용할 수도 있다.

여섯째, 고에너지 직접조사 방식(DED, Direct Energy Deposition)은 SLS 방식에서

사용된 베드형 분말 공급 방식의 불편함을 해소하고 이를 헤드에 집적시키고자 했던 시

도가 DED 방식이며, 헤드 부에 분말의 공급과 에너지원을 공급, 산화 차단 가스 노즐을

한꺼번에 채용한 컴팩트한 기술이다. 고에너지원으로 바로 분말을 녹여서 붙이는 방식이

므로 3차원 구조체를 만들 수도 있지만 기존의 금속 구조물에 대한 표면 처리, 수리 등에

서 있어서 강력한 수단으로 작용한다. 헤드의 구조가 간단하고 제어가 쉬워 기존의 공작

기계와 결합할 경우 큰 산업적 파급력을 보인다. DED 헤드의 보편화와 더불어 절삭과 적

층을 결합한 가공기의 보편화를 선도할 것으로 보이는 3D 프린팅 기술이다.

분말적층용융((PBF)방식



일곱째, 시트 적층조형법(Sheet Lamination)은 얇은 필름 형태의 재료를 열, 접착제 등

으로 붙여가며 적층시크는 방식이다.

고에너지직접조사(DED)방식원리


SheetLamination방식작동원리



4. 3D프린터 종류 및 재료

1) 제조사별 3D프린터 종류

• 스트라타시스(Stratasys) - 미국

스트라타시스는 세계1위의 3D프린터 제조업체이다. 미국 스트라타시스와 이스라엘

오브젯이 합병해서 탄생한 회사로 기업 규모로나 기술력 면에서 업계에서 가장 앞섰다는

평가를 받고 있다.

3D프린터를제조및판매하는글로벌기업들의3D프린터에대해알아보고현재사용되고있는3D프

린터의다양한재료에대해서알아보자.3D프린팅출력방식뿐못지않게소재에관한연구도전세계

적으로활발하게진행되고있는만큼머지않은미래에새로운재질의제품들을접할수있을것이라

생각된다.

미국Stratasys프린터

출처 : 2013 Stratasys 3dprinter 소개 자료


미국 Stratasys 프린터 종류와 분류

분류 종류 특징

IdeaseriesMojo,uPrintSE,

uPrintSEPlus

•Enhancedcreativity&designflexibility를위한제품

•Designers및engineers개인별로사용하기편리

•컨셉모델링을위한제품

TheDesign

series

ConnexLine,Eden

Line,DesktopLine

•효과적인제품개발Cycle단축을위한고품질의Prototype제작

•높은생산성을가지며다양한재료로완벽한제품표현가능

•Fit,formandfunction평가및ergonomicstudies등에이상적

The

Production

series

Fortus250mc,

360mc,400mc,

900mc

•완제품에적용할수있는Repeatable,cost-effectiveparts사용

•빠르고정밀한시제품제작,산업표준의thermoplastics

•빠르고저비용으로생산제품변경및다양한제품생산가능

출처 : 2013 Stratasys 3dprinter 소개 자료

• 3D Systems - 미국

3D Systems는 현재로서는 세계에서 가장 큰 3D프린터, 재료, 소프트웨어 생산업체

이다. 한 브랜드에서 제품과 솔루션 및 채널 파트너를 보유하고 2012년 1월 3일에 가장

오래된 미국의 3D프린터생산업체 Z Corporation 인수를 완료했다.

Cube3, Cube Pro Projet x60Series Projet 3500 Series


Projet 6000,7000 ProX 500 (Plus) ProX 100,200,300,400

3D Systems 프린터 종류와 분류

분류 특징

Cube3,CubePro

•방식:PJP(PlasticJetPrinting),재료색상23가지(PAB,ABS)

•제작크기:최대152~275mm,적층두께75,200,350microns

•적층방식:플라스틱을히팅된노즐로녹이면서적층

Projetx60Serise

•방식:CJP(ColorjetJetPrinting),색상600만색

•제작크기:최대236~508mm,적층두께1000microns

•적층방식:석고분말을적층하면서중간에색상경화제를분사

Projet3500Series

•방식:MJP(MultiJetPrinting),색상7가지

•제작크기:최대298~550mm,적층두께16microns

•적층방식:액체플라스틱을분사하고UV로경화하는방식

Projet6000,7000

•방식:SLA(StereoLithographyApparatus),색상8가지


•적층방식:액체플라스틱을레이저로경화시키는방식

ProX500(Plus)

•방식:SLS(SelectiveLaserSintering),색상3가지

•제작크기:최대457mm,적층두께80,100,150microns

•적층방식:나일론분말을레이저로소결하고적층하는방식

ProX100,200,300,400

•방식:DMP(DirectMetalPrinting),재료5가지(추가가능)


•적층방식:금속분말을레이저로소결하고적층하는방식

미국Systems프린터

출처 : 3D프린터와 3D스캐너의 기초 활용 CEP TECH 자료


• EOS - 독일

1989년 독일 Munich(뮌헨)에 소재하며 전 세계 최초 SLS(Selective Laser

Sintering) 레이저 소결방식 3D프린터 제조회사이다. 3차원 메탈 프린터 DMLS를 1994

년 전 세계 최초 소개하여 RT(Rapid Tooling) 최상의 솔루션으로 인정받고 있다.

FORMIGA P 110 EOS P 396 EOS P 760

EOS P 800 EOS M 290 EOS M 400

v

독일EOS프린터

출처:HDC홈페이지


독일 EOS 프린터 종류와 특징

종류 특징

FORMIGAP110

•엔트리급Plastic가공장비이며,소형파트가공이가능

•설계의유연성,높은생산성이특징인LaserSintering장비

•제작크기:250mmX250mmX320mm

EOSP396

•소규모양산체제및Plastic기능성부품Prototyping장비

•다른도구나과정없이CAD파일을입력받아가공이가능


EOSP760

•모듈러방식의LaserSintering장비로,대형구조제품가공가능


•최대레이저속도6m/s,최대시간당700cm3/h가공가능

EOSP800

•고기능성플라스틱가공장비


•적층두께:0.12mm

EOSM290

•완전자동화된단일공정으로별도의후가공없이완제품생산

•DMLS(DirectMetalLaserSintering)장비


EOSM400

•산업생산을위한고품질대형메탈파트를가능

•다른사전공정없이CAD데이터를직접입력받아가공



• DWS - 이탈리아

DWS는 2007년 이태리 비첸자에서 설립된 3D프린터 제조업체이다. 3D프린터 분야

에서 오래 경험을 토대로 자체 개발된 레이저 기술과 다양한 재료개발 Know-how는 기

존 형성된 시장과 더불어 새로운 산업사회에서 요구되는 High Quality의 3D프린터를

출시하였다.

DWS 020X DWS 029X DWS 030X XFAB

이탈리아 DWS 종류와 특징

종류 특징

DWS020X

(소형3D프린터)

•고해상도파트구현이가능,BlueEdge레이저소스(SLA방식)

•다양한재료활용(ABS,Rubber,세라믹계열,투명,주조용재료)


DWS029X

(일반산업용3D프린터)

•고해상도&고정밀도파트제작이가능,별도Calibration불필요



DWS030X

(HighEnd3D프린터)

•E-Manufacturing다품종소량생산을위한생산용3D프린터



XFAB

(보급형데스크탑

3D프린터)

•저렴한장비가격,장비운영가능BlueEdge레이저소스(SLA방식)


•제작크기:180mm(지름)X180mm(높이)

•USB포트를통해개인용PC로간단한장비조작이가능

[이탈리아DWS프린터]

출처 : HDC 홈페이지


2) 3D프린터 재료 종류

3D프린터 재료의 종류에는 플라스틱 계열, 금속계열, 파우더, 왁스, 고무, 종이, 세라

믹도 매우 다양하다. 플라스틱 계열에는 ABS와 PLA, 아크릴, PC(Polycarbonate)가 있

으면 각 특징은 다음과 같다.

플라스틱계열의 3D프린팅 재료 특징

분류 특징

ABS

•개인용3D프린터분야에서일반인이가장많이사용

•강도,열에대한내구성,가격등이좋음

•녹는온도는210-260˚C사이,보통적층Layer두께는0.1mm이상이며,치수정밀

도는일반적으로0.2~0.5mm정도

•정밀도부분에서약점이있어표면조도를개선하려면후처리를해야하며,도색은증

착,착색,광택처리,UV코팅등이가능하고ABS재질이기때문에도금도가능

•열수축현상때문에PLA재료보다는정밀한조형모델구현이어려움

•친환경적이지않아가열시냄새심함

PLA

•향후개인용3D프린터분야에서일반인이많이사용

•녹는점이낮고굳을때열수축현상이없는것이장점이지만,내구성과가격적이단

점임

•녹는온도는180~230˚C사이이고,보통적층Layer두께는0.1mm이상이며,치수

정밀도는일반적으로0.2mm~0.5mm정도

•저가환경을고려하여정밀한모형제작이가능하기때문에개인용3D프린터에서PLA

전용제품도출시되고있음

아크릴

•3DSystems사에서잉크젯적층방식(MJM)에서사용되는재료인데뛰어난정밀도를

가지고있으며,일반적으로가전제품등전문가용

•Mock-up제품개발에적용하기좋음

•강도와온도부분에서단점을가지고있으며,적층Layer두께는0.016mm까지가능

하며,후처리가필요없을정도로우수한표면조도를가지고있음

•치수정밀도는0.025~0.05mm정도이며,도색은증착,착색,광택처리,UV코팅등

가능

PC(Polycarbonate)

•1956년독일의Bayer사에서처음제조된수지로열가소성플라스틱소재

•강한충격방지가가능한소재로써다양한분야에서폭넓게사용됨

•또한높은강도의PC재료는시제품제작이외에도소량생산시최종제품제작,치공

구(Jig&Fixture)제작에사용됨

•PC의특징은치수안정적이고고온에서변형이없으며,높은장력과유연성,ABS를

뛰어넘는높은강성보유


또한, 플라스틱계열 이외의 금속분말 재료를 사용하는 금속계열, 파우더(석회가루)를

사용하는 파우더, 왁스, 고무, 나무, 세라믹, 세포, 모래, 나일론의 특징을 살펴보면 다음

과 같다.

다양한 3D프린팅 재료의 특징

분류 특징

금속

계열

•금속분말재료를사용하여조형물만듦

•StainlessSteel,Bronze,ToolSteel,Gold,알루미늄,코발트,등의재료사용

•적층Layer두께는0.05~0.2mm이고재료단가가비쌈

•유럽의선도업체인BeAM사는magicLF6000은항공,우주항공,국방,원자력분야에서손상

되거나변형된부분의형상추가와수리에적합함

•국내업체인인스텍은DMT방식을채용하며특히재료를일반산업용금속(합금)분말을사용

해서재료비측면에서큰장점

•인스텍제품도기존금속제품에형상추가나수리에적합

파우더

•파우더(석회가루)를사용하는방식은접착제를잉크젯프린터처럼분사하여파우더를붙이면서

조형물완성

•강도는약하지만컬러잉크를분사하여작업을할수있기때문에컬러를구현할수있다는것

이장점

•3DSystems사의Zprinter는파우더재료를사용하여다른3D프린터방식보다5~10배빠른

파트생산능력을가지고있음

•수십만가지컬러조합으로색상을표현할수있으며,적층Layer두께는0.09~0.1mm정도

이고해상도는600X540dpi

왁스

•Solidscape사의3D패턴마스터는주얼리,치과용보철,의료기기등분야에응용가능

•왁스마스터패턴생산방식으로대응가능,적층Layer두께는0.025~0.076mm정도

•3DSystems사는MJM기술을사용하여Layer두께는0.016mm까지가능

고무

•충격흡수가필요한모델,소형전자제품,기능성모델에쓰임

•국내캐리마업체는DLP(DigitalLightprocessing)방식을채용한RubberLike(고무느낌의

연성재질)수지사용

•Stratasys사의Polyjet/PolyjetMatrix방식을적용한RubberLike수지를사용하는제품


분류 특징

나무

•일반적으로나무(톱밥)과복합재료를조합해서FFF방식으로제품출력

•인테리어분야에적합

•저가형가정용3D프린터중노즐이0.5mm이상이면큰무리없이사용

•노즐직경이너무작으면재료특성상출력도중에막힐수있으므로주의

•나무재질이므로나무냄새와나무질감을살릴수있는것이특징이다.재료가격은ABS,PLA보

다비쌈

종이

•엠코테크놀로지가개발한아이리스3D프린터는종이를사용하여조형물제작

•강도가나무재질정도되며드릴로구멍을뚫는작업도가능

•A4종이재료를사용하므로친환경적이고재료비가타3D프린터방식보다훨씬적게소요

•풀컬러를지원하면서강도도우수하므로의료,교육,피규어,목업,신발,지형복원,고고학복

원,건축모형,3차원사진등응용분야가다양

세라믹

•세라믹으로만들어진출력물들은알루미나실리카세라믹파우더로제작

•세라믹은섭씨600도/화씨1112도까지열을견딤

•ZCorp.프린팅테크놀로지는세라믹으로디자인을만드는데사용

•프린트된모델이있는파우더베드는3D프린터에서제거되어건조오븐에서처리

세포

•최근에영국헤리엇와트대연구팀은3D프린터로줄기세포와배양액을사용하여세포를찍어

내는데성공했음

•향후간,신장,심장등인공장기를찍어내는데도움을줄것임

•특수한분야이므로일반인은동향정도만이해하면됨

모래 •사막의모래를태양광을이용하여샘플을만드는것을시도한경우도있음

나일론

•3DSystems사의SLS방식의장비는나일론재료를사용하여월등한강도와내열성이130도

까지견디는샘플을제작가능

•강도와내열성을개선하여저변확대를위해서는나일론과유리재질을혼합해서사용하는저가

의

•3D프린터를개발필요있음


FFF 방식 : ABSplus FFF 방식 : ABSplus FFF 방식 : PC FFF 방식 : PC-ABS

Polyjet 방식 : 디지털재료 Polyjet 방식 : 디지털ABS Polyjet 방식 :경질 불투명 Polyjet 방식 : 치과 재료

SLA 방식 : 액상수지 SLA 방식 : 액상수지 DLP 방식 :광경화성수지 DLP 방식 : 광경화성수지

SLS 방식 : 파우더 SLS 방식 : 금속(Gold) SLS 방식 : 금속(청동) SLS 방식 : Ceramic

다양한3D프린터재료로출력한결과물

출처:3D프린팅출력물관련인터넷검색이미지및shapeway홈페이지


재료별3D프린터비교

출처:세중정보기술(2014)


1. 3D프린팅의 활용 동향

1) 3D프린팅의 활용 동향

•자동차 분야

미국의 GE, 독일 BMW , 스위스의 ABB, 이탈리아 피아트 등은 각종 부품과 시제품을

제작하였다. 또한, 포드자동차의 경우 이 기술을 도입한 이후 자동차 제작 기간을 한 달

이상 줄이는 성과를 나타냈고, 연비를 좋게 한 친환경 에코부스트 엔진을 만드는 시간이

크게 단축 하였다. 부품의 경우 손으로 자르거나 드릴로 구멍을 낼 때와 달리 기계가 알

아서 제작해 주기 때문에 플라스틱은 물론 다양한 합성원료 사용에 도전한다.

출처:Localmotors홈페이지

2장 3D프린팅 산업 분석 및 전망

현재3D프린터는다양한분야에서활발히이용되고있다.대중화가된다면가히산업혁명급대격변

을일으킬것이라고많은사람들이기대하고있다.과거부터현재까지가장널리쓰이고있는분야는

제품R&D분야이다.힘들게Mock-up을만들인력이나노력,시간을간단하게기계하나로대체할

수있는것이다.최근3D프린팅의활용동향에대해알아보자.

제2장 3D프린팅 산업 분석 및 전망33

•Jewelry 분야

3D프린터의 활용분야 중 가장 활발히 이용되고 있는 분야 중 하나가 Jewelry 분야 이

다. Jewelry 전용 3D프린터가 생산 및 판매되기도 하고 서울 종로의 경우 약 40여대의

3D프린터가 보급되어 활발하게 이용 되고 있다.


출처:서울신문(2014),CIOKorea(2014)

•건축 분야

해외의 경우 콘크리트를 원료로 하는 대형 3D프린터를 활용하여 집이나 건물 등을 제

조하고 있으며, 뿐만 아니라 각종 건축물의 미니어처 제작에도 활발히 이용되고 있다.

출처:서울신문(2014),CIOKorea(2014)


•패션 및 악기 분야

패션, 의류, 신발, 악기 등의 분야에서도 3D프린터는 활발히 이용되고 있다.


•피규어 분야

국내뿐만 아니라 해외에서도 3D프린터는 피규어 분야에서도 각광을 받고 있다.

Handy 3D스캐너를 이용해 사람을 스캔한 후 컬러 3D프린터를 이용해 다양한 피규어로

제작해 주는 사업이 많은 인기를 얻고 있는 실정이며, 이를 사업화 하려는 사람들도 많이

등장하고 있다.



•완구류(Toy) 분야

3D프린터와 3D 스캐너 및 3D CAD를 적절히 사용한다면 자녀들의 장난감을 사기 위

해 멀리 완구점이나 백화점을 가지 않아도 된다. 기존 완구의 망가진 부품이나 나만의 장

난감 등을 상상력을 동원해 멋지게 만들어 사용 할 수 있다.


•Concept Models



•기타 : 최근 해외의 3D프린터 활용사례

사례 1. 3D프린팅 단말기 PieceMaker, Plaything Etc 매장에서 서비스를 시작

미국 펜실베니아 주에 위치한 토이 스토어 Playthings Etc에 3D프린팅 무인 단

말기인 PieceMaker가 설치되어 본격적인 서비스를 시작하였다. PieceMaker

Technologies사가 제작한 PieceMaker는 듀얼 익스트루더를 갖춘 렙랩(RepRap) 기반

3D프린터에 터치스크린과 자동 판매 시스템 등을 장착하여 만든 무인 단말기이다.

S.W.Randall Toys&Giftes 장난감 매장에 2대의 단말기가 시험 운영된 적이 있으며,

이에 이어 Playthings Etc 매장에서도 서비스를 제공하게 되었다.

PieceMaker를 이용하는 소비자는 기기에 미리 저장되어 있는 150종류의 3D모델링

중 원하는 것을 선택하여 컬러나 형태, 사이즈를 원하는 대로 수정하여 3D프린팅 된 출

력물로 구입할 수 있다. 출력에는 20분 정도가 소요되며 약 5달러 정도의 비용으로 서비

스를 이용할 수 있다.

3D프린팅무인단말기인PieceMaker

출처:xyzist홈페이지

사례 2. 3D프린터로 만든 티타늄 프레임 바이크, Solid

오리곤 매니페스트에서 주최하는 The Bike Design Project는 시카고, 뉴욕, 포틀랜

드, 샌프란시스코, 시애틀, 각각의 도시들을 대표하는 5개 의 팀이 참가하는 자전거 디자

인 공모전이다. 이 공모전에서 우승한 작품은 다음 해에 100 대 한정으로 소량 생산되어

바이크 샵을 통해 판매되게 된다.

디자인 스튜디오 Industry와 자전거 제조사 Ti Cycles로 구성된 포틀랜드 대표 팀은


“Solid”라는 이름의 자전거 디자인을 출품하였다. Solid는 3D프린터로 출력된 티타늄 소

재의 프레임으로 제작되었으며, 와이어와 시프터, 브레이크 케이블 등이 프레임 내부에

내장된다.


사례 3. FoodForm 푸드 프린터로 아이스크림 만들기

스페인에 위치한 Robots In Gastronomy 사의 Luis E. Fraguada 씨 가 자사의 푸드

프린터인 FoodForm을 활용하여 만든 아이스크림을 선보였다. FoodForm 프린터는 반

죽(Paste) 상태의 식재료를 압출하여 원하는 형태로 조형하는 전형적인 페이스트 익스트

루젼(Paste extrusion) 방식의 푸드 프린터로, 헤이즐넛과 초콜릿 크림, 크림치즈, 쿠키

반죽 등 다양한 식재료를 다룰 수 있다.

프린터를 그릴이나 프라이팬과 같이 뜨거운 표면 위에 세팅 한 후 식재료를 압출하여

즉석에서 조리되도록 할 수도 있으며, 아이스크림 제작에는 Polyscience 사의 Anti-

Griddle이라는 기기가 사용되었다. Anti-Griddle은 상단에 위치한 판을 최대 영하 34

도의 차가운 온도로 유지해 소스나 크림 같은 음식을 반 냉동 상태로 진열해놓을 수 있는

기기로, 여기에 FoodForm을 세팅하여 아이스크림 반죽을 압출하면 즉석 아이스크림을

제조할 수 있다.


FoodForm푸드프린터로아이스크림만들기


3D 제조업의 현황

3D프린터제조업체중세계시장의46%를차지하는업체는독일의EOS이다.EOS는독

일뮌헨에있는레이저성형분야(금속,플라스틱)선도기업으로32개국에진출하고있으

며,한국에도지사가있다.주로금속,모래,플라스틱소재를사용한기업용3D프린터를제

공하다.대부분의3D프린터가플라스틱을재료로사용하고있지만독일의Voxeljet는금속

주조업에사용되는사형몰드를제조하며,미국의ExOne과스웨덴의ArcamAB는금속완

제품을재료로하는3D프린터를생산하고있다.

기업차원에서는미국의Stratasys와3DSystems가주도권경쟁을하고있으며,2011년

기준,세계적으로31개기업이전문가용시스템제조에참여하였으나글로벌수요의상당

부분이미국의Stratasys,3DSystem에집중되는추세이다.특히,양사는관련분야기업들

에대한M&A를적극추진하며동분야양대산맥에자리매김하였다.프로패셔널급이상제

품판매량기준업계1위인Stratasys는Objet사와Solid-scape를인수하며업계내위상을

크게강화하였고3DSystem는ZCoporation를인수하며Stratasys와양대축을형성하고

있다.

국내에서는3DSystems,Objet,Stratasys등고가의외산제품중심으로시장을형성하

고있으며고객층이다양하지않고연구기관및대기업중심으로구매층이형성되고있다.

㈜캐리마,㈜로킷,햅시바등소수업체가기술개발및시장을형성중이다.


2. 3D프린팅 관련 기술 전망

1) 4D프린팅

•4D프린팅 이란

4D프린팅 이란 3D프린터로 찍어낸 물체가 후에 스스로 조립하는 기술이다. 즉, 4D프

린팅은 물리적, 생물학적 물질들이 모양과 특성을 바꿀 수 있도록 하는 프로그램이라고

말한다. 4D프린팅의 핵심은 부품설계도를 3D프린터에 넣고 자가 조립되는 소재로 출력

하는 것이다. 출력한 뒤에는 알아서 조립되기 때문에 크기도 상관이 없고, 3D프린터로

만들기 힘든 부피의 대형 물체까지도 만들기 좋다.

4D프린팅

출처:YTN뉴스자료(2015),YouTube자료(2013)

•자가 조립(Self-Assembly) 기술

자연계의 생체분자는 다른 생체분자를 인식하는 능력이 있는데, 이를 ‘분자 인식 원리’

라고 불린다. 예를 들어, 단일 DNA가닥은 반대쪽 단일 DNA가닥을 인식하고 둘이 결합

해 이중 DNA가닥을 형성한다. 항체가 특정 항원에 결합하는 것도 같은 원리이다. 이런

분자 인식 원리를 바탕으로 한 자가 조립 기술은 자연계에서 수십 억 년 동안 복잡한 생

물체를 구성하는 데 이용돼 왔다. 그 예로, 나노 크기의 생체물질은 마이크로미터 크기의

세포 한 개를 형성 할 때 자가 조립 과정을 이용하다. 또한 마이크로미터 크기의 세포는

사람의 몸과 같이 훨씬 큰 구조를 이루기 위해서 자가 조립 과정을 이용한다. 우리 스스

로가 자가 조립 원리를 이용해 나노 구조로부터 거대 구조를 만들 수 있다는 것을 증명하

는 산 증인이다.


•4D프린터의 핵심 기술

4D프린팅 기술의 핵심은 형상기억합금 같은 스마트재료를 3D프린터로 출력하는 것이

다. 출력된 물체는 시간 또는 주변 환경이 변하면 다른 모양으로 변신하다. 이 기술에 4D

란 이름이 붙은 것도 기존의 3차원 입체(3D)에 시간이라는 1차원(1D)이 추가됐기 때문이

다. 어떤 조건에서 어떤 모양으로 바꾸게 할지는 엔지니어가 미리 프로그래밍 한다(스마

트재료에 내장).

4D프린터’로 찍어낸 물체는 인간의 개입 없이 열이나 진동, 중력, 공기 등 다양한 환경

이나 에너지원에 자극 받아 변한다. 마치 전선이나 모터 없이 로봇을 움직이겠다는 말과

같다. 놀랍게도, 나노 공학에서는 가능하다. 바로 자가 변형(self-transformation) 또

는 자가 조립(self-assembly)이라는 기술이다. 단백질 같은 생체분자들이 스스로 결합

해 특정 모양을 갖추는 원리를 공학적으로 응용한 것인데, 몸 속에서 특정 환경에 노출

됐을 때 뚜껑을 열어 약물을 전달하는 나노 로봇이 대표적이다. 다시 말해 자가 변형 또

는 자가 조립 기능이 가능한 물체를 3D프린터로 출력하는 게 4D프린팅이다.

•4D프린팅 기술의 전망

4D프린팅은 머지않아 다양한 분야에서 폭넓게 활용될 전망이다. 자동차 분야에서는

모든 플라스틱과 금속 부품이 대상이 될 수 있다. 교량이나 도로가 파손됐을 때 스스로

복구되는 재료로 만들 수도 있다. 국방 분야에서는 위장막이나 위장복에 활용될 자가 변

형 천이 가장 각광받고 있다. 가령, 물만 뿌리면 스스로 우뚝 서서 펼쳐지는 천막 막사가

가능하다.

보건의료 분야에서는 자가 변형이 가능한 생체조직부터 인체에 삽입하는 바이오 장기

까지 다양하다. 또 몸 안에 들어가 암세포를 잘라내고 끊어진 혈관을 잇는 나노 로봇도

만들 수 있을 것이다.

4D프린팅 연구는 한동안 소재 개발에 초점이 맞춰질 것이다. 현재는 플라스틱 합성수

지가 많지만, 앞으로는 일상에서 쉽게 볼 수 있는 금속이나 유리, 목재 등 다양한 형태로

발전할 전망이다. 현재의 4D프린팅 기술은 지금은 미국이 이끌고 있지만 2~3년 내에 유

럽과 아시아 국가들도 본격적으로 나설 것이다. 4D프린팅을 개발하고 있는 미국 연구기

관에 중국인과 한국인, 일본인을 포함해 아시아계 연구자들이 상당히 많다. 우리나라 정

부와 연구자, 기업은 새로운 기회로 보고 관심을 가질 필요가 있다.


3. 3D프린팅 시장 동향

1) 3D프린터의 활용분야 및 용도별 프린터의 점유율

제조업에서는 최종 생산하게 될 상품의 모형인 목업(Mock-up)을 제작할 때 3D프린

팅을 많이 이용한다. 목업(Mock-up) 상태에서는 수정이 용이하여 제작 시간이나 비용

을 크게 줄일 수 있다. 실제 상품 중에 3D프린팅이 가장 먼저 실용화된 분야는 부품 제조

분야이다. 이미 미국의 항공기 제조사인 보잉은 비행기 조립에 사용할 300여 개의 부품

을 3D프린팅으로 생산하고 있다. 부품을 3D프린팅으로 생산하면 미리 부품을 생산해 창

고에 비축할 필요가 없으며, 오래된 품도 도면만 가지고 있으면 다시 3D프린팅으로 제

작할 수 있다.

•자동차 부품

현대모비스는 디자인 확인, 기류평가와 기능성 테스트를 위해 Fortus FFF 시스템을

사용해 원형 파트를 제작한다. 제작하는 주요 파트로는 운전석 모듈, 계기판, 에어덕트,

기어-프레임 바디, 프런트 엔드 모듈, 안정 장치 바 어셈블리 등이 있다. 현대 모비스는

기아 스펙트라의 대쉬보드를 3D프린터를 이용해서 제작하였다.

•완구

바비인형으로 유명한 장난감 회사 마텔도 왁스 인형과 모형 자동차를 만드는 데 3D프

린터를 도입했다. 현재 30대의 3D프린터를 활용해 바비인형과 막스 스틸, 핫 휠 자동차,

몬스터 하이 돌스 등 마텔의 유명 장난감을 만들어내고 있다.

•의료

의료 기술의 진보에도 획기적인 기여를 하고 있다. 국내에서는 3D프린터를 활용한 암

수술이 성공적으로 이뤄졌다. 백정환 교수(삼성서울병원 이비인후과)는 부비동 암을 앓

는 40세 여성과 46세 남성의 수술에 3D프린터 기술을 적용, 수술 후 부작용 중 하나인

얼굴과 눈의 함몰 가능성을 최소화하는 데 성공하였다.

3D프린터는다양한산업분야에서이미활용되고있다.1988년3DSystems사의SLA시스템이처음

시장에도입된이래그동안주로기업용프로토타입제작등에제한적으로사용되었으나최근에는

자동차,항공/우주,방위산업,가전제품,의료및의료장비,치의학,건축,교육,애니메이션및엔터테

인먼트,완구류,패션등다양한산업분야에서제품개발에활용되고있다.


3D프린터의활용분야:의료

출처:편준범(2014)

•개인 맞춤형

일본의 3D프린팅 업체인 FASOTEC은 산부인과와 협력하여 MRI 단층 촬영으로 태아

를 스캔해 양수 속에 거꾸로 있는 태아 형상을 만들어주는 서비스를 하고 있다. 임산부의

복부를 MRI로 촬영하고 모체는 투명수지로 태아는 백색 수지로 만들어 제공한다.

일본의 예비 신부들 사이에서 3D프린터를 이용하여 결혼식 당일 모습을 그대로 본 뜬

복제 인형을 제작하는 것이 유행되고 있다. 도쿄 아키하바라에 위치한 ‘클론 팩토리’에서

만들어지는 복제 인형은 3D프린터를 이용해 예비 신부의 표정은 물론 결혼식 당일 머리

와 메이크업까지 똑같은 복제 인형을 제작한다.

•패션

3D프린터를 이용하여 의류, 속옷, 하이힐, 운동화 등 다양한 분야에 활용 되고 있다.

컨티늄 패션의 디자이너인 제나 피젤과 마리 황이 3D프린터로 비키니 수영복을 제작하

였으며, N12 비키니는 3D프린팅만으로 제작되어 이음새 없는 옷이다.

또한 뉴질랜드 오클랜드 메시 대학 Massey University의 올라프 디젤 Olaf Diegel

교수가 3D프린팅에 성공해 기타브랜드 ODD로 소량 주문 생산하고 있다. 강한 나일론

소재로 공연 중 기타를 내려쳐도 부서질 일이 없다.


3D프린터의활용분야:패션


•유물 복원

3D프린터와 스캐너를 이용해 현재 보유중인 공룡과 식물, 어류 화석 등의 복제품을 제

작하고 있다. 화성시는 한국지질자원연구원과 공동으로 3D프린터와 스캐너를 도입하여

현재 보유중인 690여 개의 공룡화석과 식물, 어류, 포유류 화석 중에 반환될 수도 있는

해외 발굴 화석을 복제할 예정이다. 기존 모형을 본떠 제작하는 레플리카(화석 복제품)

제작 방식보다 비용이 절감될 것으로 기대하고 있다.

•건축

웨스트 버지니아 공과대학(WVU Tech)은 3D프린터로 주의사당 캠퍼스 모형을 제작

하였다. 주의사당 캠퍼스 모형은 행사를 진행할 때 주지사 및 다른 주요 인사들의 경호와

전체적인 안전을 위한 계획을 세우기 위해 사용된다. 이 모형으로 행사에 대한 경호계획

을 세우는데 주의사당 전체 캠퍼스를 반복적으로 돌아다니는 작업을 피할 수 있다. 3D프

린터를 이용하여 122 X 122 사이즈의 빌딩모형을 6개월 만에 완성하였다.

3D프린터의활용분야:건축



•로봇산업

3D프린터 활용은 로봇산업에서도 활용되고 있다. 3D프린터를 이용해 부품을 출력하

여 조립할 수 있는 로봇 MAKI이다. 미국의 렐로 로봇사에서 학생이나 로봇에 취미를 가

진 사람들이 좀 더 저렴하게 로봇을 만들어 볼 수 있도록 기획된 이 프로젝트는, 디자인

과 구동용 부품만을 제공하는 것이 특징이다. 그 밖에 다른 부품은 3D프린터를 이용해

직접 출력해야 하며, 제작비용이 대폭 절감되어, 실제 구동 가능한 로봇을 500달러 정도

에 가능하다고 한다.

•R&D 및 기타

호주 국립과학 산업연구원에서 곤충 연구를 진행하기 위해 3D프린터로 아주 작은 벌

레를 특 대형 사이즈로 만들었다. 3D프린터로 확대한 곤충 모형은 곤충의 해부학적 구조

를 더 잘 살펴볼 수 있게 도와준다.

3D프린터의활용분야:기타



4. 3D프린터 시장 전망

1) 3D프린터 관련 시장 전망

시장조사전문기관인 Wohlers 2011년 37억 달러(약 4조 2600억원)였던 3D프린팅 시

장 규모가 2019년에는 133억 달러까지 늘어나 해마다 17.3%의 성장을 기록할 것이라고

내다보고 있다.

3D프린터 제조시장에 대기업이 진출하고 개인용 3D프린터의 보급이 확산 되면서 3D

프린터 제조 시장의 성장률이 지속적으로 상승할 것이고 CAD 디자인을 비롯한 제작 환

경을 위한 부가서비스 시장은 다양한 사업자의 등장으로 활성화될 것으로 예상된다. 소

수의 산업 및 연구기관에서 사용되었던 응용 분야가 교육, 여가, 제조업 생산에 이르기까

지 다양화됨에 따라 3D프린팅으로 제작된 생산물들의 가치도 올라갈 전망이다.

3D프린터 시장이 개인용 및 전문가용, 양산용으로 구분되어 있지만 제품 제조 성공을

위한 몇 가지 과제가 있다. 현재의 기술수준이 제조에 따른 시간과 해상도가 낮아 당장

양산제품을 대체할 가능성은 낮다.

아울러, 현재 3D프린터에 활용되는 대부분의 플라스틱이 수 종류에 불과하고 강도, 표

면특성이 불량한 것도 문제이다. 그러나 장비 제조업체의 신기술개발, 재료공학자들의

소재개발이 순조롭게 진행될 것으로 예상되어 그 전망은 밝다고 할 수 있다.

[3D프린팅시장규모] [3D프린팅시장전망]

출처:주승환(2015),WohlersReport(2014)


2) 3D프린터 관련 국내 현황

국내 제조업계에서도 제품 개발주기 단축, 보안성 강화 등을 위해 3D프린터 활용 사례

가 증가하고 있다. 1988년부터 2011년까지 3D프린터의 국가별 누적 판매량은 미국이 1

위로 전체 시장의 38.3%를 차지하고 일본 10.2%, 독일 9.3%, 중국 8.6%를 차지하고 있

으며 한국은 불과 2.2%를 차지하고 있어 보급률이 낮다고 판단할 수 있다.

세계 3D프린터 시장 1위 업체인 Stratasys 관계자는 자사 제품 수백 대가 이미 한국의

산업 현장에서 활용되고 있다고 밝혔다. 아직은 시제품 제작에 주로 사용하는 곳이 대다

수지만 부품 생산 등 응용 범위가 점점 확대되고 있다.

실제 IT분야(삼성전자), 자동차(현대자동차), 건설(두산 인프라코어), 완구(손오공) 등

의 분야에서 휴대폰, 주요 자동차 부품 등의 신제품 개발 시 활용한 것으로 보도된 바 있

다. 현대자동차와 기아자동차에 자동차 부품을 공급하는 현대 모비스는 디자인 확인, 기

능성 테스트 등에 3D프린터를 활용하고 있다. 3D프린터는 3D CAD로 디자인한 결과물

을 실제로 볼 수 있어 디자인 오류 발견과 수정이 쉬워져 부품 결합 감소와 정밀성이 크게

향상되었다.

그러나 국내 시장에는 3D프린터의 이용은 아직 한정적이다. 국내에서 ‘캐리마’와 ‘로

킷’이 3D프린터를 생산하고 있지만 대부분 업체들은 해외 유명 업체들의 프린터를 수입

해 대기업이나 공공기관, 연구소 등에 공급하고 있다. 최근 판매 중인 프린터의 90%가

수입품으로 해외 기술에 의존적인 실정이다. 일부 중소/벤처기업 중심으로 제품 개발,

상용화 초기 단계 진입하였으나, 시장을 선점하기에는 역부족이다.

국내 시장 현황 및 전망

연도 2013 2014 2015 2016 2017 2018 CAGR

3D프린팅국내시장 420 590 820 1,160 2,260 3,160 40%

출처:미래창조과학부,산업통산자원부(2014).3D프린팅전략기술로드맵

최근 들어 이들 3D프린터 업체가 업계의 이익을 대변하기 위해 3D프린터협회 창립을

하였다.

3) 전망과 시사점

소비재, 생산재 등 모든 분야의 제조업은 제품의 다양화와 짧은 주기화에 대응하기 위

해 납기단축이 지상명제이다. 이를 실현하기 위한 비장의 장비가 3D프린터이다. 3D프린

터 분야는 이제 막 시장을 형성하고 있고 장기적으로 커다란 시장 형성이 기대되고 있는


동시에 미래의 제조 경쟁력을 좌우할 기술이다.

플라스틱 분야는 FFF 방식이 특허가 만료되었고, 2014년 2월에 가장 최신 3D프린트

기술이라고 할 수 있는 ‘SLS(Selective Laser Sintering)’에 대한 특허가 만료되었다. 따

라서 누구나 이 장비를 개선하여 시간단축, 저렴한 소재가격, 높은 해상도를 가지면 성공

할 수 있다.

향후 3D프린터의 중요한 개발대상은 금속분야라고 생각된다. 이 분야는 세계적으로

선도하는 기업이 있지만, 기술적인 격차가 크지 않다. 따라서 금속분말 제조기술과 함께

이를 직접 성형하는 장비 및 주조용 금형 및 사형산업이 부가가치가 높아 유망하다고 판

단된다.

3D프린터 관련 국내 기술 및 산업 기반은 매우 취약한 실정이어서 기술의 중요성을 고

려할 때 장기적인 테크니컬 로드맵을 작성하고 적극적인 투자로 기술 및 산업기반 구축

이 필요한 시점이다.


3D프린팅 교재는 3D프린팅의 대중화를 위한 교수학습 및 인식확산의 목적으로 산업계 와 교육

계가 함께 개발하였습니다.

3D프린팅은 누구나 상상하고 있는 것을 실제로 구현하게 해 줄 수 있는 혁신적인 기술입니다.

3D프린팅 관련 지식을 습득하고자 하는 학습자들은 자기주도적 학습자원으로, 3D프린팅 교육

을 실시하는 학교 및 관련기관은 학습교재로 활용하기를 바랍니다.

향후 다양한 실무 사례를 발굴하고 필요한 이론적 개념과 산업별 전문지식을 반영하여 부족한

부분들을 지속적으로 보완할 예정입니다. 이 책의 내용에 대한 추가 지원과 문의는 3D프린팅

홈페이지 또는 이메일을 이용해 주시기 바랍니다.

주관기관 | 한국생산성본부

참여기관 | (사)한국미디어교육협회

펴낸곳 | 한국생산성본부

02-724-1159

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3d프린팅 인력양성사업 특성화고 및 대학생을 위한 전문...

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