3D 프린팅과 기술 기회 · 2015. 5. 11. · 기계산업 전문검색 _ May 2015 17 2. 3D 프린팅 개요 1986년 처음 발명된 3D 프린팅 기술은 신속한 제품 생산이

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1. 서론

최근에 산업계와 학계에서 큰 주목을 받고 있는 3D 프린팅 기술은 기존의 공장과 시장 기반의 대량 생산 유통 체제를

근본적으로 변화시킬 제3의 산업혁명으로 불리며 관심과 기대를 한껏 받고 있다. 의료, 예술, 교육, 디자인 등 새로운

응용분야가 속속 소개되면서 3D 프린팅 기술이 마치 마법의 기술인 것처럼 비춰지기도 한다. 또, 한편으로는 이렇게

성급하게 과열된 3D 프린팅에 대한 기대감을 경계해야 한다는 주장도 있다. 하지만 3D 프린팅 기술이 향후 10여 년간

꾸준히 기술 개발이 이루어져 그 활용 영역을 넓히고 대중에 더 가까워질 것은 틀림없는 사실이다. 3D 프린팅 기술에

대한 막연한 기대감이나 경계심을 갖는 것보다는 그 기술을 냉철히 파악하고 그 기술에 존재하는 새로운 기회를 발견하여

이용하는 것이 올바른 자세일 것이다.

●● 3D 프린팅이란 3차원(3D, 3 dimensions) 공간에 인쇄를 한다는 개념으로 지금까지 가정이나 사무실에서 문서를

출력하는 잉크젯 프린터나 레이저 프린터와 같은 2차원적 프린팅 개념에서 한 차원 더 나아가 공간상에 프린팅 재료를 출

력하여 3차원 물체를 조형하는 기술을 말한다. 3D 프린팅에 대한 상세한 소개 및 산업체 동향은 이미 많은 보고서와 서

적으로 출간되어 있다. 따라서 본고에서는 다른 보고서나 서적에 소개된 내용을 다시 서술하는 것을 최소화하고 3D 프린

팅에서의 기술 기회, 즉 기술 개발 및 비즈니스 기회의 발굴에 초점을 맞추어 기술하였다. 3D 프린팅에서의 기술 기회를

찾기 위해 현재 3D 프린팅에 적용된 기술들을 간략히 요약하고, 현재의 3D 프린팅 기술이 극복해야 할 한계를 분석하고

미래의 3D 프린팅 기술을 예상하는 방법으로 기술 기회를 찾고자 하였다.

김선호 / 한국과학기술정보연구원 미래정보연구센터 선임연구원

3D 프린팅과 기술 기회 Technology Opportunities in 3D Printing

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2. 3D 프린팅 개요

1986년 처음 발명된 3D 프린팅 기술은 신속한 제품 생산이 가능하다는 이점 때문에 주로 시제품 제작(Rapid

Prototyping)에 많이 이용되어 왔으며, 적용 가능 범위가 점차 확대되어 이제는 액세서리 디자인, 헬스 케어, 취미,

교육, 예술, 방위, 건축 및 산업 디자인 등의 분야에도 적용되고 있다. <그림 1>은 개인용 3D 프린터의 하나인 MakerBot

사의 3D 프린터(좌측), 3D 프린터로 출력한 금속반지(중앙), 그리고 3D 프린팅을 위해 모델링한 제트 엔진의 모습을

보여준다.

<그림 1> 3D 프린터와 출력물

※ 자료 : MakerBot, 2013; shapeways, 2013

3D 프린팅 기술은 FDM(압출 적층) 방식의 3D 프린팅 설계가 2006년 오픈 소스 프로젝트로 전환된 이후 전 세계

엔지니어들이 프린터 개발에 참여할 수 있게 됨으로써 기술 발전과 함께 개인도 3D 프린터를 구매할 수 있을 정도의

가격하락이 이루어져 최근 관심이 집중되고 있다. 3D 프린팅은 제조업 진입 장벽을 낮추어 아이디어만으로 창업을

가능하게 하고, 실수요자가 집에서 쉽게 물건을 생산할 수 있게 함으로써 기존 공장과 마켓 중심의 대량 생산 유통 체제에

큰 변화를 일으킬 잠재력이 있는 것으로 예상하고 있으며, 이를 제3차 산업혁명의 도래로 보는 관점도 있다.

3D 프린팅과 관련된 기술은 크게 프린팅에 사용하는 소재를 연구하는 프린팅 소재 기술, 프린트할 3D 물체를 컴퓨터가

이해할 수 있는 형태로 입력하는 3D 모델링 기술, 그리고 프린팅 소재 3차원공간의 정확한 위치에 쌓아 3D 물체를

만드는 3D 프린팅 기술로 분류할 수 있다. 특히 3D 프린팅 기술은 매우 다양하여 광경화성수지를 이용한 SLA(Stereo

Lithography Apparatus) 기술과 DLP(Digital Light Processing)방식 등이 있고, 압출 적층을 이용한

FDM(Fused Deposition Modeling) 기술과 PJP(Plastic Jet Printing) 기술, 얇은 프린팅 소재층을 적층하는

방식의 라미네이팅 기술, 그리고 프린팅 소재 분말을 녹여 결합시키는 방식에 SLS(Selective Laser Sintering),


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DMLS(Direct Metal Laser Sintering), SLM(Selective Laser Melting), DMT(Laser-aided Direct Metal

Tooling), EMB(Electron Beam Melting) 등의 기술이 있다. 본고에서는 이 기술들에 대한 상세 설명은 기술하지

않기로 한다.

3. 3D 프린팅 기술 동향

⑴ 3D 프린팅 시장 동향

3D 프린팅 기술은 ‘additive manufacturing’이라는 이

름으로 1980년대부터 존재해왔으나 최근 대중화가 진행

되면서 더 직관적인 ‘3D 프린팅’이라는 용어가 더 자주 쓰

이게 되었다. 3D 프린팅 기술은 이제 막 대중화가 시작되

는 초기 단계이며 소형 개인용 3D 프린터는 1,000달러 이

하의 가격으로 구입할 수 있어 디자이너, 엔지니어, 건축

가들에게는 이미 일반화되어있다. <그림 2>는 Gartner

에서 발표한 2014년 하이프사이클상에서의 3D 프린팅 기

술의 위치를 보여준다.

3D 프린팅 기술은 현재 기대감 피크에 달해 있으며 3D 스

캐너 기술과 3D 바이오 프린팅 기술도 그 뒤를 따라 기대

감이 증폭되고 있는 모습이다.

컨설팅 그룹인 McKinsey의 최근 보고서(McKinsey, 2013)에 의하면 개인용 3D 프린터 판매량은 2011년에 23,000

대 정도로 아직까지는 그리 많은 판매량을 보이진 않고 있으나, 2007년부터 2011년까지 매년 200에서 400%씩

증가해왔다. 또한 3D 프린팅 관련 서비스의 확대 속도는 더 가파르게 증가하였는데, 3D 프린팅 종합 솔류션 업체인

shapeways는 이미 8천개 이상의 온라인 쇼핑몰을 운영하고 있고 2012년에만 1백만 개 이상의 3D 프린팅 출력물을

판매하였다. 2012년에는 세계 최대 사무용품 유통업체인 Staples도 3D 프린팅 산업에 뛰어들겠다고 발표하였다.

McKinsey 보고서는 2025년까지 3D 프린팅의 경제적 영향력이 개인용 프린팅 분야에서 연간 4조 달러에 이르고, 직접

생산 분야에서 연간 1천억 달러에서 2천억 달러, 의료용 임플란트나 엔진 부품 제조 분야에서 연간 7천700억 달러,

도구나 금형 시장에서 연간 300〜500억 달러의 시장 확대가 예상되었고 전분야로 연간 2,300억에서 5,500억 달러에

이르는 시장 파급력을 예상하였다.

⑵ 구글을 통해 본 3D 프린팅의 관심도

<그림 3>은 구글의 트렌드 분석(Google Trends, 2015)을 활용한 것으로 2005년 이후 3D 프린팅에 대해 인터넷

검색을 통해 드러난 관심 정도의 변화를 시간에 따른 그래프로 표현한 것이며, 최대치인 현재 A지점에서의 관심을 100

으로 두고 나머지를 정규화(normalize)하여 표현한 것이다.

<그림 2> 2014년 3D 프린팅 기술 하이프 사이클

※ 자료 : Gartner, 2014



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시기별 주요 Events

A : Programmable DNA glue를 이용한 자연 물질의 선택적 제조

B : 사무용품 업체 Staples에서 몰입형 3D 출력센터 시험 운영

E : 3D 프린터를 이용한 총기 제작 및 실탄 발사 실험 성공

F : MarketWatch의 3D 프린팅 혁명 소개

G : ABI Research에서 3D 프린팅 시장이 2013년까지 7.82억 달러로 성장할 것으로 예측

<그림 3> 구글 검색으로 본 시간에 따른 3D 프린팅 기술에 대한 관심 변화

Google 트렌드에 따른 3D 프린팅 관련 검색어 중 관심도(Score)가 높은 10개의 검색어를 순위별로 나열하면 <표 1>

과 같다. 이 결과에 의하면 3D 프린터의 가격에 대한 관심이 가장 높게 나타나고 있으며, 그 다음으로 3D 프린터 자체

기술, makerbot의 3D 프린터, 자기 복제가 가능한 프린터를 개발하고자 하는 reprap 프로젝트, 그리고 3D 프린터

제작 등이 많은 관심을 받고 있는 것을 알 수 있다.

<표 1> 주제별 관심도(Score)에 따른 순위(구글 트렌드 분석결과)

No Top searches for graphene Score

1 3D printer price 100

2 3D printers 85

3 3D print 85

4 makerbot 85

5 makerbot 3D printer 75

6 3D printer gun 65

7 3D printer youtube 65

8 buy 3D printer 55

9 reprap 50

10 make 3D printer 50

2005 2007

GF

E

DC

B

2009 2011 2013


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<그림 4> 3D 프린팅에 대한 국가별 관심 정도

구체적으로 지역(국가, 도시)별 관심의 분포를 살펴보면 <그림 4>와 같다. 채도를 바탕으로 지역별 3D 프린팅에 대한

관심의 정도를 표현하였는데, 미국에서 가장 높은 수치를 보였고 오스트레일리아, 싱가포르, 뉴질랜드, 남아프리카,

네덜란드, 홍콩, 캐나다, 영국의 순서로 3D 프린팅에 관심이 많은 것으로 나타났다. 고도의 IT기술, 로봇기술, 소재

기술이 필요한 3D 프린팅 기술을 통해 중국, 인도 등 저임금 국가에 빼앗긴 제조업의 영역을 다시 찾기 위한 선진국의

노력과, 이에 대비해 3D 프린팅 연구에 더 많은 투자를 하고 있는 저임금 국가의 관심 정도가 지역별 관심도 지도를

통하여 확인된다.

4. 3D 프린팅의 기술 기회

지금까지 3D 프린팅의 요소 기술에 대해 정리하였다. 3D 프린팅은 최근에 갑자기 개발된 기술이 아니고 이미 오래전부터

‘additive manufacturing’ 혹은 ‘rapid prototyping’ 등의 용어로 제조 산업 전반에서 활용되고 있었다. 최근에 3D

프린팅이 다시 주목받게 된 이유는 FDM 방식의 프린터 개발이 오픈 소스로 전환되면서 많은 개발자들이 참여하게 되었고,

기술 발달과 3D 프린터 자체와 프린팅 소재의 가격 하락이 이루어졌기 때문이다. 또한 과거의 잉크젯 프린터나 레이저

프린터와 같이 일반 가정과 소형 사무실에도 비치할 수 있을 정도로 작은 크기의 3D 프린터가 대중화되기 시작하였다.

이러한 상황에서 3D 프린팅 산업에서 유발될 수 있는 기술 기회는 무엇인지 조사하였다. 현재 3D 프린팅 기술이 해결해야

할 기술적 문제점과 3D 프린팅 산업의 향후 방향성 예측에 근거한 3D 프린팅 산업의 기술 기회를 서술한다.

⑴ 3D 모델링의 어려움 극복을 위한 기술 기회

기존 잉크젯 프린터의 사용을 위해서는 워드 프로세서나 이미지 편집툴과 같이 데이터를 2차원적 종이 평면상에 출력하기

위한 프린팅 소프트웨어가 있어야 했던 것과 같이 3D 프린팅을 위해서도 출력하고자 하는 3D 물체를 3차원상의 공간에

출력하기 위한 모델링 소프트웨어가 필요하다. 3D 물체의 모델링은 CAD, 3ds Max와 같은 값비싸고 전문적인 훈련이



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필요한 프로그램을 통하여 가능한데 일반인이 이러한 3D 모델링 툴을 쉽게 사용하기에는 어려움이 많다.

최근에는 무료나 저렴하게 쓸 수 있는 3D 모델링 소프트웨어들, 예를 들면 Autodesk사의 123D나 freeCAD 등이 사용

가능하지만 일반인에게 3D 모델링을 어렵게 하는 이유는 단지 가격적 문제만은 아니다. 항공기의 부품이나 엔진 설계와

같이 고성능 컴퓨팅이 필요한 3D 모델링의 영역을 차치하고서라도 단순한 일상 용품의 부품을 설계하는 것도 일반인이

하기에는 쉽지 않다.

일반인이 2차원 문서의 프린팅을 위한 에디터의 사용방법을 처음 습득하는 데만도 적지 않은 시간이 걸리는데 3차원

물체를 모델링하는 것은 그것보다 훨씬 복잡한 문제다. 잘못된 모델링으로 인한 프린팅으로 프린팅 소재의 낭비와 그 시간

동안 값비싼 3D 프린터를 사용하지 못하게 됨으로 발생하는 손해를 줄이기 위해서는 전문적인 교육과 많은 훈련 시간이

필요하다. 일반인이 3D 모델링을 빠르고 쉽게 할 수 있도록 지원하기 위한 소프트웨어나 지원 서비스를 개발하는데 많은

기술 기회가 존재한다.

3D 스캐닝을 통한 모델링에도 기술적 어려움이 있다. 능동형 비접촉 3D 스캐닝의 경우 레이저 반사를 통한 거리

측정방식은 아직까지 정확도가 매우 낮다. 빛의 반사 속도를 측정하기에는 아직 센서의 정밀도가 충분하지 않고 사물의

표면 상태에 따라 난반사가 발생하므로 모델링 데이터에 노이즈가 섞이게 된다. 3각점 측량 방식을 이용한 거리측정

방식은 반대로 매우 정밀하지만 큰 물체나 멀리 떨어져 있는 물체의 스캔 시에는 정확도가 떨어진다는 문제가 있다.

실제로 3D 모델링의 어려움이 3D 프린팅을 대중화에 가장 큰 걸림돌이 될 가능성이 크다. 하지만 이는 또 달리

해석하면 3D 프린팅 산업에서의 기술 기회, 비즈니스 기회로 해석할 수도 있다. 보다 직관적이고 사용하기 편한 3D

모델링 소프트웨어의 개발, 3D 모델링 데이터의 데이터베이스 구축 및 유통, 3D 스캐닝을 통한 3D 물체의 모델링

및 데이터베이스화, 주문에 의한 3D 모델링 서비스 등 다양한 기술 기회 및 비즈니스 기회가 존재한다. Shapeways

는 일반인이 쉽게 반지나 꽃병 등 간단한 물체를 모델링 할 수 있는 웹 서비스를 제공하고 있고, 미리 만들어진 다양한

디자인 모델 중 단순히 선택하는 것이 아닌 크기나 일그러짐, 비틀림, 글씨 새김, 소재 등 개인적 취향에 따른 변형을

가하여 자신만의 디자인 물체를 만들 수 있는 3D 프틴팅 서비스를 제공하기도 한다.

⑵ 프린팅 속도 향상을 위한 기술 기회

3D 프린터로 원하는 출력물을 만드는 속도는 3D 프린터에 적용된 기술 종류, 3D 프린터의 프로세서의 속도, 프린팅

소재와 경화 속도, 프린팅하고자 하는 출력물의 크기 등 여러 가지 요소에 의해 결정되지만 일반적으로 수 시간에서

수일이 걸리는 등 매우 느린 것이 일반적이다.

대부분의 3D 프린터에 적용되는 적층을 통한 방식, 예를 들면 SLA, SLS, FDM 방식의 경우 한 번에 한 개의 층

내부만을 프린트할 수 있으며, 소재를 녹여서 조형하는 방식이므로 소재가 굳을 때까지 지연이 있을 수밖에 없다. 또

노즐에서 소재를 쏘는 방식은 한 시점에 한 개의 점만을 프린트할 수 있다. 3D 출력물은 크기에 따라 수백 개에서 수천

개 층의 결합으로 이루어지고 한 개의 층은 또 수천 개의 점으로 이루어진다고 봤을 때 이러한 방법은 시간적으로 매우

비효율적이라 할 수 있다. 노즐의 수를 늘리거나 출력물의 부위에 따라 노즐의 모양을 달리하여 한순간에 출력할 수

있는 출력 양을 늘릴 수 있다면 3D 프린터의 속도를 획기적으로 향상시킬 수 있을 것이다. 현재도 몇 가지 모델은 2개 혹은

3개의 노즐을 가지고 있으나 그 목적이 주로 색깔이 다른 원료나 다른 소재를 각 노즐에 배치하여 출력물에 색깔과 소재의


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변형을 주기 위한 것으로 아직까지 개선의 여지가 많다. 또 3D 프린팅의 속도 향상을 꾀할 수 있는 부분은 노즐이나

출력물을 지탱하고 있는 베드의 움직임을 빠르게 하는 것이고, 무거운 베드를 움직이는 것보다는 노즐을 움직이도록

하고, 베드와 노즐이 모두 움직이게 한다면 더 빠른 출력이 가능할 것으로 보인다. Utrecht Fab Lab의 Ultimaker

3D 프린터는 일반적인 2축으로 움직이는 노즐이 아닌 3축으로 움직이는 3D 프린터를 이용하여 더 빠른 3D 출력을

가능하게 하였다.

⑶ 출력물의 한계 극복을 위한 기술 기회

3D 프린팅이 기존 생산 방법에서 불가능하던 것을 가능하게 한 측면도 있지만 반대로 기존 생산 방법에서는 쉽게 가능하던

것이 3D 프린팅에서는 어려운 것들이 있다.

출력물의 크기 면에서 3D 프린팅에는 한계가 있다. 3D 프린팅은 프린터 내부에서 제품을 조형하므로 생산하고자 하는

제품의 크기가 3D 프린터의 크기보다 크다면 출력할 수 없다. 현재 기술로는 건물 등을 3D 프린터로 프린트하고자 할

때는 <그림 5>와 같이 건축하고자 하는 건물 크기보다 큰 3D 프린터를 먼저 건축해야 하는 문제가 있다.

이러한 한계를 극복하기 위해서는 3D 프린터의 형태를 개선하여 생산 제품을 3D 프린터의 밖에서 출력할 수 있는 형태로

개발되어야 하고, 3D 프린터가 자체적으로 생산 제품 주위를 움직인다든가 출력 노즐을 멀리 뻗어 출력할 수 있는 형태로

개선되어야 한다. MIT media lab.에서는 <그림 6>과 같은 대형 물체 조형을 위한 3D 프린터를 연구하고 있다.

출력물의 크기 외에도 3D 프린팅으로 얻은 출력물은 강도, 내구성, 정밀도, 완성도 측면에서 기존 생산 방식으로 생산된

제품보다 일반적으로 안 좋은 품질을 보인다. 물론 3D 프린팅 기술에 따라 출력물의 이러한 특성 중 일부는 기존 생산

방법으로 생산된 제품의 특성보다 더 뛰어난 경우가 있으나 일반적으로는 그렇지 못하다. 출력 소재를 녹여 쌓고 층을

붙여 출력물을 만들다 보니 소재를 완전히 용융하여 틀에 부어 제작하는 방식으로 제작된 제품에 비해 구조가 치밀하지

않고 그로 인해 강도와 내구성이 떨어지게 된다. 고출력 레이저 등을 이용하여 금속 소재를 용융하여 적층하는 3D 프린팅

방식은 용융풀의 주변이 깔끔하지 않기 때문에 최종 출력물의 표면이 거칠고 정밀도가 떨어지게 된다. 또한 3D 프린팅

과정에 출력물이 뒤틀리고 내려앉는 것을 막기 위해 지지물을 같이 출력하는 경우도 많은데 이러한 지지물은 현재까지는

일일이 사람이 제거해줘야만 하는 번거로운 일이다. 결과적으로 3D 프린팅으로 생산된 제품은 그 자체가 최종 결과물이

아니고 표면가공이나 치밀도 향상 및 정밀도, 완성도 향상을 위해 화학적, 물리적 후처리가 필요한 것이 대부분이다.

이러한 후처리 공정을 없애도록 정교하고 치밀한 3D 프린팅 기술을 개발하거나 후처리 공정을 단순화시키는 부분에 많은

기술 기회가 있다고 볼 수 있다. 후처리 공정에는 열처리, 화학적 처리, 도색, 샌딩, 밀링, 폴리싱, 3D 프린팅 소재를

이용한 코팅, 유리나 세라믹 등 다른 소재를 이용한 코팅 등 다양한 기술이 연구되고 있다.

⑷ 소재의 한계 극복을 위한 기술 기회

현재 3D 프린팅에 사용되는 소재는 금속, 유리, 세라믹, 시멘트, 플라스틱, 초코렛 등 매우 많은 재료가 가능하다.

심지어 목재나 생체와 같은 느낌을 주는 소재도 이용되고 있다. 이러한 소재를 적절하게 조합한다면 원하는 물체를

무엇이든 출력해낼 수 있을 듯하다. 하지만 이러한 생각은 기존 제품 생산 방식이 물리학, 화학, 기계학, 생물학 등



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수세기 동안 축적되어온 인간 지식의 산물이라는 근본적

원리를 자각하지 못하는 것이다. 3D 프린터로 원하는

재료를 이용하여 원하는 모양의 제품을 만들 수는 있다.

하지만 모양이 같다고 제품으로서 갖추어야 할 특성까지

같은 것은 아니다.

3D 프린팅된 손톱깎이나 골프 클럽 헤드가 기존 생산

방식으로 생산된 손톱깎이와 클럽 헤드를 아무 문제없이

대체할 수 있을지는 의문이다. 소재의 선택에서도 제한이

있다. 현재의 3D 프린터는 하나의 소재로 출력되는 것을

기본으로 설계되어 있지만, 우리 주변의 대부분의 물건들은

다양한 소재의 매우 복잡한 조립품이다. 또한 현재의

개인용 3D 프린터는 대부분 합성수지의 출력만 가능하다.

금속 소재 제품용 3D 프린터는 가격이 아직은 비싸 개인이

소유하기는 어렵지만 금속 출력 프린터의 핵심 기술인 SLS

기술의 특허가 2014년 6월에 풀렸으며 이로 인한 또 한

번의 전반적인 가격 하락으로 대중화가 본격화될 것으로

보인다. 하지만 금속 출력 프린터에서는 고출력 레이저의

사용이 필수인데 가정용 3D 프린터에 그러한 고출력

레이저를 장착할 수 있도록 하는데는 안전을 위한 기술적

장치의 개발 뿐 아니라 해결해야 할 법제도적인 문제도

있다. 3D 프린터로 출력할 수 있는 물체의 한계도 있다.

전자회로나 반도체부품과 같이 도체와 반도체가 매우 정밀하면서 복잡한 구조의 물체를 3D 프린팅 방법으로 생산하기

위해서는 아직도 가야 할 길이 멀다. 3D 프린터를 출력하는 3D 프린터, 즉 생명체의 가장 큰 특징인 자기 복제가 가능한

기계를 만들고자 하는 Reprap 프로젝트(RepRap, 2013) 등이 성공하려면 전자회로와 반도체부품의 출력 등 아직도

해결해야 할 기술적 어려움이 많다.

⑸ 사용 편의성 향상과 유지 보수 어려움 극복을 위한 기술 기회

3D 프린터는 적용된 기술, 사용되는 프린팅 소재, 프린팅할 수 있는 물체의 크기에 따라 종류가 다양하며 그 사용법

및 관리 보수 방법이 매우 복잡하다. 3D 모델링의 복잡성, 연결 및 통신 방법의 복잡성, 운영 소프트웨어 사용 및

업데이트의 복잡성과 같이 정상적인 3D 프린터의 사용에 따른 복잡성 외에도 관리 보수의 복잡성 문제가 있다. 프린팅

시 발생하는 찌꺼기 및 오염물에 대한 청소의 문제도 있고, 프린팅 소재의 종류에 따라 프린팅 소재를 뿜는 노즐 및 SLA

프린터의 수조의 관리방법이 다르다. 또한 프린팅 소재가 화학 재품이므로 이에 따른 화재 및 인체 접촉에 의한 안전성

<그림 5> 건물을 프린트 하는 3D 프린터

※ 자료 : wimp, 2013

<그림 6> MIT media lab.의 대형 물체 프린팅을 위한

3D 프린터


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문제도 발생한다. 또한 3D 프린터의 원활한 사용 및 서비스 유지를 위해 프린팅 소재의 수요량 예측이나 물량 확보의

복잡성도 있다. 이러한 3D 프린터 사용에 따른 사용자가 겪게 되는 다양한 복잡성의 해결을 위한 서비스를 제공하거나

사용자 교육을 제공하는 등 다양한 기술 기회가 가능하다.

⑹ 법률적 문제 극복을 위한 기술 기회

3D 프린팅 기술은 IT와 제조업이 융합된 기술로서 디자인과 3D 모델링 데이터는 지적저작권 행사의 대상이 된다. 3D

모델링 데이터는 컴퓨터에 저장되는 파일 형태기 때문에 인터넷을 통해 쉽게 복제 및 공유가 가능하다는 문제가 있으며

이는 과거 mp3가 대중화되던 시기 Napster를 통해 음원이 불법 공유되던 것과 같다. Napster 사태 이후 mp3의

유통에 필요한 여러 가지 지적저작권 기술이 개발되었던 것과 마찬가지로 3D 프린팅 시대에도 3D 모델링 콘텐츠의

지적저작권 보호를 위한 기술 개발이 필요하다. 즉, 사용자는 3Dsystems와 같은 모델링 전문 회사에 원하는 자신만의

3D 제품의 모델링을 주문하고 모델링 회사는 암호화되고 완성된 3D 모델을 주문자에게 전송한다. 암호화된 3D 모델은

주문자만이 3D 프린팅할 수 있고 혹시 인터넷을 통해 불법 공유되더라고 이를 다운받은 사용자는 암호를 모르면 출력할

수 없도록 하는 등 지적저작권 보호 장치의 개발 분야에 다양한 기술 기회가 존재한다.

3D 프린팅의 또 다른 법률적 문제로는 오픈 소스를 이용한 프린터와 모델링 툴의 개발에 있다. 오픈 소스는 소프트웨어

개발에 소요되는 인력과 비용을 줄이고 손쉽게 변형을 하고 최적화할 수 있다. 또한 일반적으로 여러 개발자가 개발과

디버깅 과정에 참여하므로 독점 개발된 프로그램에 비해 안정적이고 신뢰할 수 있다고 여겨지기 때문에 개인이나

중소기업에서 널리 쓰이는 추세이다. 그러나 오픈 소스는 책임성 있는 주체의 지휘 아래 탄탄한 로드맵에 기초하여

체계적으로 개발된 소프트웨어가 아니기 때문에 문제가 있을 경우 해결하기가 쉽지 않다.

유지 보수의 주체가 없고 업그레이드가 번거로우며 체계적인 문서화가 되어 있지 않는 경우가 많다. 소프트웨어는 시대의

요구에 맞게 계속 바뀌어야 하는데 오픈 소스를 사용하면 이에 적절하고 능동적으로 대응할 수 없게 되고, 오픈 소스

개발자들이 업데이트 해주기만을 수동적으로 기다릴 수밖에 없게 된다. 그래서 개발자 네트워크가 활성화되지 않은 오픈

소스의 사용은 더욱 위험하며, 법적인 분쟁 가능성도 있다. 오픈 소스에 대해 흔히 잘못 알고 있는 것이 오픈 소스는

무료로 마음껏 쓰고 이를 적용한 상용 제품도 자유롭게 만들어 팔 수 있다고 생각하는 것이다.

하지만 오픈 소스 라이선스에서는 오픈 소스를 포함하여 개발된 소프트웨어의 소스 코드를 다시 오픈 소스로 공개할 것을

요구한다. 기업이 보유한 특허나 고유 기술의 소스 코드가 오픈 소스와 같이 사용되었더라도 특허에 대한 사용료 없이

같이 배포하여야 하는 것이다. 그렇지 않은 경우 오픈 소스의 사용권한이 박탈되고 이미 판매 중인 제품은 리콜해야 한다.

이것은 기업의 입장에서는 오픈 소스를 사용하는 대가로 기존 자신들의 고유 기술을 무료로 오픈해야 하는 위험성을

의미한다. 따라서 오픈 소스의 라이선스를 잘못 이해하여 자신의 독자적인 기술이나 특허를 오픈 소스를 이용하여 3D

프린터나 모델링, 서비스 소프트웨어 등의 개발에 이용하지 않도록 주의해야 한다.

⑺ 서비스 모델 개발을 위한 기술 기회

3D 프린팅에서의 기술 기회는 비즈니스 모델의 개발이나 소비자 지원을 위한 생태계(ecosystem)의 구축에서도 찾을



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수 있다. 기존 공장과 시장 중심의 대량 생산 체제를

대체할 것으로 주목받는 3D 프린팅의 비즈니스 모델은

물건을 사용할 실사용자가 제품의 디자인, 모델링,

주문, 출력, 배송에 이르는 전 단계를 참여할 수 있으며

소셜네트워킹을 통한 의견 교환이나 디자인, 모델링 기술

및 데이터를 거래할 수도 있을 것이다.

3Dsystems나 Stratasys와 같이 모델링 소프트웨어부터

하드웨어 판매, 프린팅 서비스 등 통합적인 3D 프린팅

솔루션을 제공하는 대형 회사도 있지만 개인이나 소규모

회사가 추진하고 있는 비즈니스 모델들도 많이 있다.

헤드버블이라는 회사는 주문자가 전송한 인물사진으로부터 3D 모델링을 하여 버블헤드 인형을 3D 프린팅하여 판매하는

비즈니스를 영유하고 있으며, 2D 사진을 입체적인 액자로 만들어주는 회사도 있다. 3D Hubs는 3D 프린터를 소유한

사람들과 3D 프린터의 사용을 원하는 사람들을 연결시켜주는 위치기반 소셜 네트워크 서비스를 제공하고 있으며,

shapeways는 <그림 7>과 같이 모델링, 주문, 3D 출력물의 판매 및 배송까지 겸하는 온라인 비즈니스를 하고 있다.

Shapeways에서는 반지, 목걸이, 휴대폰 케이스, 컵 등 단순하고 수요가 많은 제품은 전용 온라인 모델링 서비스를

이용하여 크기, 디자인, 소재 등을 주문자가 직접 선택할 수 있으며, 게임이나 애니메이션의 캐릭터, 디자이너가 디자인한

생활 용품들을 개인의 취향에 맞게 조금씩 변형하여 출력 주문하고 배송 받을 수 있다.

UC Berkeley의 학생 기업가들이 창업한 Dreambox라는 회사는 3D 프린터 자판기를 만들어 교내에 설치하기도

하였다. 3D 프리팅 자판기는 누구나 손쉽게 3D 프린터를 사용할 수 있게 하겠다는 아이디어에서 출발하였다. 사용자는

온라인상의 dreambox 스토어를 통해 원하는 물건을 선택하거나 자신만의 디자인을 업로드하여 프린팅을 주문할 수

있으며 정해진 자판기에서 출력이 끝나기를 기다렸다가 스스로 픽업할 수 있다.

3D 출력물뿐 아니라 모델링 데이터에 대한 유통 시스템도 생각해볼 수 있다. 3D 모델링 데이터는 소프트웨어와 같이

생산하는데 많은 시간과 전문적 지식이 필요한 고부가 제품이므로 이를 전문적으로 생산하는 기업도 생길 수 있으며,

이를 데이터베이스화하고 비용을 받고 사용자가 엑세스할 수 있도록 하는 유통시스템도 생각할 수 있다. 또 소프트웨어

산업의 shareware나 오픈 소스의 개념을 수정 적용하여 모델링 데이터에 대한 유통 생태계를 구성할 수 있으며 이

영역에도 많은 기술 기회가 존재한다.

⑻ 비용 절감을 위한 기술 기회

3D 프린팅이 차세대 제조업의 혁신을 주도하기 위해서 해결해야 할 문제 중의 하나가 비용 문제이다. 3D 프린터

출력물의 가격은 대략 출력물에 사용된 원료의 무게에 비례하는 경향이 있다. 출력물의 복잡성이나 디자인의 우수성보다

출력물에 사용된 원료의 가격에 맞추어 가격이 결정되고 있는 것이다. 그렇기 때문에 대량 주문에 의한 가격 할인도

없다. 제품 1개 주문에 1달러이었다면 100개 주문에는 100달러인 것이다. 이러한 현상은 아직까지 3D 프린팅에

사용되는 원료가 고가이기 때문에 발생하는 것으로 3D 프린팅의 대중화에 있어 걸림돌이 된다. 누구나 원하는 물건을

<그림 7> Shapeways 서비스 모델

※ 자료 : Shapeways, 2013


26 100m_ 기계기술

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쉽게 집에서 프린트해서 사용할 수 있다는 3D 프린팅 기술이 현실에서는 소량의 고부가가치 물건의 출력에서만 유용한

것이다. 일반적으로 3D 프린팅 소재의 가격은 기존 금형 주입식 생산에 이용되던 소재의 가격의 50~100배 정도이다.

이는 3D 프린팅이 가격이 문제가 되지 않는 소수의 디자이너나 시제품 개발자, 발명가 등의 전유물이 되고 대중화에

실패할 위험성을 보여준다. 광경화성 수지를 사용하는 SLA 방식이나 전용 분말이나 필라멘트를 쓰는 FDM 방식 등의

3D 프린터를 개선하여 값싼 일반 산업용 수지나 재활용 플라스틱을 사용하는 기술을 개발한다면 3D 프린팅의 비용을

줄일 수 있을 것이다. 3D 프린팅의 비용 문제는 프린팅 소재뿐만 아니라 3D 프린터 구입 및 운영의 비싼 비용 문제도

포함한다. 최근에 특허가 풀린 FDM 방식의 프린터의 경우 싸게는 300달러에 구입할 수도 있지만 매우 조악한 수준이며

산업용 FDM이나 SLA 방식의 프린터는 가격이 수 십만 달러 이상 나가기도 한다. 금속 제품 출력이 가능한 산업용 SLS

방식의 3D 프린터는 비금속 프린터보다 더 고가이다.

비용적 이슈에는 프린팅 소재와 3D 프린터 자체의 비싼 비용 문제 외에도 기존 대량 생산 체제에 대비한 3D 프린팅으로

생산되는 생산품의 상대적 제작비용 문제도 포함된다. 똑같은 제품을 만드는데 3D 프린팅이 더 비싸다면 3D 프린팅의

매력이 없어지게 된다. 프린터의 구조를 단순화하고 값싼 소재를 사용할 수 있게 하고 부품과 소모품을 규격화하는 등

가격을 낮추기 위한 지속적인 기술 개발이 필요하다.

⑼ 응용 분야 확대에 따른 기술 기회

3D 프린팅의 잠재력이 어느 정도인지 정확하게 예측하기는 어렵다. 그러나 3D 프린팅은 처음에 그 기술이 출현했을 당시

예상하지 못한 분야에서도 그 유용성이 밝혀지고 있고 활용 영역이 계속해서 넓어지고 있다. 컴퓨터가 처음 발명되었을

때 단순히 군사용 탄도 계산기로만 쓰였으나 오늘날은 거의 모든 영역에 사용되고 있는 것처럼 3D 프린터도 비슷한 길을

갈 것으로 보인다. 앞으로 수십 년 동안 그것을 가능하게 하기 위한 수많은 기술이 개발될 것으로 보인다. 즉, 3D 응용

분야 확대에 따른 풍부한 기술 기회가 존재한다.

현재 3D 프린팅 기술은 의료 분야에서 치열 교정기나 의족, 의수, 안경 등 개인의 신체사이즈에 정확히 맞는 개인화된

의료 보조 기기를 생산하는 수준이나, 가까운 시일 내에는 뼈나 연골 등의 이식수술용 신체 부위를 생산하는 수준에 이를

것이다. 더 나아가 10여년 후에는 자신의 신체 세포를 프린팅 소재로 이용하여 심장 조직이나 콩팥과 같이 활발한 생체

활동을 하는 이식 가능한 장기를 프린트할 수 있을 것으로 예상되며 줄기세포 연구에도 활용될 것으로 보인다. <그림 8>

은 Wake Forest Institute에서 생체세포를 이용하여 콩팥을 프린트하고 있는 모습이다. <그림 9>는 hydrogel과

bio-ink를 이용해 인간의 세포로 구성된 혈관 구조를 프린팅하는 모습을 설명하고 있다. 출력이 완료된 후 hydrogel이

제거되면 혈관 구조만이 남게 된다. 이와 같은 방식으로 더 복잡한 장기의 3D 프린트도 가능하다.

식품 분야에도 3D 프린팅의 응용이 가능하다. 또 한 예로 현재는 초콜릿이나 설탕과 같이 열가소성 식재료를 이용하여 다양한

모양의 음식물을 출력하는 정도의 수준이나, 앞으로는 공상과학 만화에 등장하던 음식 자판기와 같이 더 다양한 식재료를

이용하여 더 자연스러운 맛과 모양의 요리를 출력하는 시대가 도래할 것으로 보인다(<그림 10> 참조). 이러한 음식물 프린터는

일반 가정이나 레스토랑은 물론 우주선에서도 복잡한 조리 장비 없이 음식을 만드는 일에 유용할 것으로 보인다.

실제로 NASA는 장시간의 우주여행 시 필요한 음식물 자동 생산 시스템의 개발을 위해 125,000달러를 지원하여 연구를

진행하고 있다. 음식물 프린팅 분야에서 3D 프린터가 주목 받는 또 하나의 이유는 3D 프린터의 특성상 재료의 손실이



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거의 없다는 것이고 이로 인해 장기적으로는 지구의 음식물

부족을 해결하는데 도움을 줄 것이라는 기대감이다.

미국 에너지부(Department of Energy)에 의하면

음식물뿐 아니라 모든 산업 분야에서 3D 프린팅은 산업

폐기물의 양을 줄이고, 재료와 완재품의 장거리 운송에

필요한 에너지를 줄이는 역할을 함으로써 환경에 좋은

영향을 줄 것으로 전망하였다.

5. 결론

본고에서는 기존 공산품의 설계, 생산, 유통, 판매 방식을

완전히 바꿀 혁신적인 기술이라고 여겨지면서 최근 많은

기대를 받고 있는 3D 프린팅 기술의 시장 동향을 서술하였고,

그 요소 기술들에 대해 간략히 살펴보았다. 또한, 현재 3D

프린팅 기술이 가지고 있는 한계들과 앞으로의 방향성

예측을 통해 발견할 수 있는 기술 기회들을 서술하였다.

3D 프린팅 기술은 최근에 발명된 새로운 기술은 아니지만

주요 기술 특허가 만료되고 많은 개발자가 3D 프린터를

만들면서 가격이 폭락하여 이제 막 대중화의 시작점에

있는 기술이다. 과거 개인용 컴퓨터의 대중화 때 겪었듯이

앞으로 10년에서 20년 사이 3D 프린팅 관련 기술이

폭발적으로 발전할 것이며 성능 향상과 활용 영역의 확대가

예상된다. 그러나 3D 프린팅 기술은 앞으로 해결해야 할

많은 문제들이 있다. 컴퓨터 기술의 경우 반도체 집적

기술과 관련되어 무어의 법칙으로 표현되는 2년에 2배의

성능 향상이 이루어졌다. 또 컴퓨터 기술은 기존에 없던

디지털 영역에 대한 기술 개발이므로 새로운 수요를 꾸준히 만들어가며 발전할 수 있었다. 하지만 3D 프린팅 기술은

한두 가지 기술이 아닌 기계, 화학, 전자, 소재, 컴퓨터, 의학 등 폭넓은 분야의 다양한 기술이 연관되어 있으며

무엇보다도 기존에 있던, 그리고 만족하며 사용하고 있던, 공산품의 대량 생산 유통 시스템을 대체해가며 발전해야 하는

어려움이 있다. 즉, 3D 프린팅 기술의 대중화를 위해서는 기술의 발전만이 요구되는 것이 아니라 사회적 변화를 필요로

하기 때문에 가까운 미래에 기존의 생산 시스템을 단기간에 바꿀 거대한 혁신을 일으키기는 쉽지 않을 것이다. 그럼에도

불구하고 3D 프린터는 지속적으로 고정밀화, 고속화, 저비용화, 소형화, 다양화되고, 기존 생산 시스템과 공존하면서

3D 프린팅만의 고속, 소량, 개인화된 고부가가치 제품 생산 영역을 구축할 것으로 보인다.

<그림 8> Wake Forest Institute의 콩팥을 출력하는

3D 프린터

※ 자료 : Popsci.com, 2013

<그림 9> Univ. of Missouri의 혈관벽을 출력하는

3D 프린팅 기술

※ 자료 : Popsci.com

<그림 10> 식품을 프린트하는 3D 프린터

※ 자료 : (좌) popularmechanics.com,

(우) evilmadscientist.com


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3D 프린팅과 기술 기회 · 2015. 5. 11. · 기계산업 전문검색 _ May 2015 17 2. 3D 프린팅 개요 1986년 처음 발명된 3D 프린팅 기술은 신속한 제품 생산이