아직도 3D 프린팅 기술이 어느 분야까지 적용될 수 있을지에 대한 의견도 분분한 가운데 3D 프린팅이 제 3차 산업혁명으로 갈 수 있도록 극복해야 할 점들은 무엇일까. 이에 LG경제연구소가 3D 프린팅 확산 위한 선결 과제에 대한 보고서를 발표하였다.
꾸준히 지적되어온 3D프린팅의 ‘생산성’
한편에서는 ‘속임수에 불과하다’ 라고 주장
3D 프린팅은 2012년부터 제 3차 산업혁명을 이끌 주요 산업으로 관심을 받았다. 3D 프린팅을 활용해 DIY 생산, 소비 방식이 대량생산 방식을 대체하리라 기대한 것이다. 그러나 아직 높은 수익의 실체가 보이지 않고 있다. 기존의 보청기, 치과 가공물이 현재는 3D 캐드 교육시장과 피규어, 액세서리 제작에 두각을 나타낼 뿐이다. 또한 우리나라 대기업들도 유망한 기술을 일찌감치 알아채 3D 프린터기를 보유하고 있지만 그 어떤 작은 성과물도 내놓지 못하는 게 현실이라는 우려 섞인 소리가 들리고 있다.
사실 우리나라뿐만 아니라 해외에서도 3D 프린팅 생산성의 한계를 지적은 꾸준히 제기 되어왔다. 3D 프린팅이 기술이 나온 초기부터 다양한 시도를 한 폭스콘의 테리 궈(Terry Gou) 회장은 "3D 프린팅은 속임수에 불과하다(3D printing is gimmick)”는 주장을 펼치기도 하였다.
아직도 3D 프린팅 기술이 어느 분야까지 적용될 수 있을지에 대한 의견도 분분한 가운데 3D 프린팅이 제 3차 산업혁명으로 갈 수 있도록 극복해야 할 점들은 무엇일까. 이에 LG경제연구소가 3D 프린팅 확산 위한 선결 과제에 대한 보고서를 발표하였다.
보고서는 3D 프린팅이 제 3차 산업혁명을 주도하여 전통적인 제조 방식을 완전히 대체하기보다는 개인 맞춤형 제품이나 복잡한 디자인의 제품 생산에 제한적으로 활용될 가능성이 크다고 밝히며 이에 극복해야 할 문제로 ①
소재의 다양성 및 가격 경쟁력 확보 ②
품질 관리 비용 축소 ③
최적 디자인 확보를 통한 고객가치 제고 ’ 이 3가지를 지적하였다.
3D 프린터의 성능 개선
출력물의 품질 ‘실제 사용시 기대감보다 떨어져’
PwC가 제조업체들을 대상으로 설문조사한 결과에 따르면 제조업체들이 3D 프린팅 활용에 어려움을 겪고 있는 이유는 3D 프린터의 출력 품질(47.2%), 가격(31.5%), 소재 혼용(22.2%), 출력속도(19.4%) 등 주로 3D 프린터의 성능과 관련된 것이 많았다고 전했다.
또한, 보스턴컨설팅그룹(Boston Consulting Group; BCG)에서 사출성형과 3D 프린팅의 제품 제작 속도를 비교한 결과, 그 차이는 더욱 컸다. 사출성형으로 플라스틱 제품을 제작했을 때, 하루에 약 2만 6천 개의 제품을 제작한 반면, 같은 시간 동안 3D 프린터로 제작한 제품은 111개에 불과했다.
① 소재의 다양성 및 가격 경쟁력 확보
금속 소재의 3D 프린터 확산 필요 그리고 출력 속도 높여야
현재 대부분의 3D 프린터는 단일 소재로 제품을 제작하기 때문에 완제품 제작에 많은 제약이 있어 3
D 프린터 업체들은 고무, 플라스틱 등의 소재를 혼용해서 출력할 수 있는 3D 프린터를 출시하고 있다. 보고서에 의하면 2015년 CES에서 벤처기업인 VOXEL8은 전도성 금속과 플라스틱 소재를 혼용해서 전자회로를 출력할 수 있는 3D 프린터를 선보였다고 전했다.
또한 3D 프린팅에 사용되는 소재의 가격도 아직은 대량 생산 방식에 비해 비싸기 때문에 플라스틱과 일반 금속을 중심으로 제품의 외형 부분이나, 첨단 기계 산업에 제한적으로 3D 프린팅이 활용되고 있다고 밝혔다.
▶3D 프린팅으로 자동차를 생산하는 ‘로컬모터스’
이에 우주항공 분야의 부품/제품 제작 시 GE는 금속 3D 프린팅에 티타늄, 인코넬 합금 등을 주로 사용하고 로컬모터스는 차량 외형 제작에 탄소섬유로 강화 플라스틱을 사용하고 있다고 소개하였다. 자동차 업체인 로컬모터스 같은 경우는 화학기업인 사빅(SABIC) 및 애리조나 대학과 함께 소개 개발을 진행 중인 것으로 밝혀졌다.
3D 프린터의 출력속도도 생산성 향상에 걸림돌 중 하나인데 이를 알고 있는 3D 프린터 제조업체들은 3D 프린터 성능 향상을 위해 상당한 노력을 기울이고 있다. 2020년 즈음에는 3D 프린팅의 출력 속도가 현재의 10배, 정밀도는 5배로 향상되고, 가격은 1/2배로 떨어질 것으로 기대된다고 보고서는 전망했다.
② 품질 관리 비용 축소
새로운 생산방식, 수많은 실험 통해 데이터 확보
생산성과 수익성이 큰 금속 3D 프린팅 확산에 가장 큰 문제는 출력 부품의 품질 관리가 어렵다는 것이다.
보고서는 제품 품질을 보증하기 위해서 3D 프린터로 출력한 제품의 품질에 영향을 미치는 변수들을 파악하면 생산 제품의 물성 결과를 예측할 수 있다고 전했다. 그러나 3D 프린팅은 새로운 제조 방식은 데이터가 충분히 축적되지 않았기 때문에 기업 내부에서 수많은 실험을 통해 데이터를 확보하는 수밖에 없다고 말하며 현재 GE는 이러한 과정을 통해 자사에서 생산하고자 하는 제품에 필요한 3D 프린팅 방식, 소재, 성능, 품질관리 기준 등을 개선해 나가고 있음을 전하기도 했다.
③ 다양하고 특수한 디자인 확보를 통한 고객가치 제고
디자인 확보하기 위해 공모전 개최
신발안창 기업 ‘솔스’, 생체역학 엔지니어 및 의사와 협업’
3D 프린터로 출력하는 제품은 구조적 디자인의 제약이 없다. 따라서 가능한 많은 아이디어를 확보하고, 각 상황에 맞는 가장 적합한 디자인을 찾는 과정이 중요해 진다.
보고서에 소개된 개인 신발 안창을 만드는 기업인 솔스는 발의 움직임에 따른 충격에 미치는 변수들을 분석하여, 충격을 최소화하기 위한 안창의 굴곡, 쿠션 정도 등을 결정한다. 변수 정보는 당연히 개인마다 다르기 때문에 고객 정보기반의 최적의 제품 디자인을 제안해 줄 수 있는 소프트웨어 알고리즘으로 구현 되어야 한다. 솔스는 이 알고리즘을 꾸준히 개선시키기 위해 고객의 피드백과 생체역학(biomechanical) 엔지니어 및 의사 등 전문가들과도 협업 중이다.
▲개인별 신체와 생활 정보에 따라 3D 프린팅으로 안창 제작하는 ‘솔스’
3D 프린팅 활용의 미래, 이제 걸음마 뗀 격
3D 프린팅은 시제품 제작을 넘어 상용 제품 제작 기술로 진화하고 있다. 기존 제조 방식을 완전히 대체할 수는 없어도 소량,맞춤형 제품 생산과 복잡한 디자인 제품 생산 영역에서 새로운 가치창출 수단으로 활용될 것이다. 여전히 해결해야 할 문제는 남아 있지만 장기적으로는 문제의 상당 부분이 해결될 것이라고 보고서는 밝히며 3D 프린팅으로 출력한 제품(최종 부품/제품)시장 규모는 2013년에 8,100만 달러에서 2025년 32억 달러로 매년 36%씩 성장할 전망이라고 예측했다.
3D 프린팅 시대의 서막은 이제 막 열렸다. 3D 프린팅의 한계가 극복되면서 3D 프린팅이 유리한 제품 영역은 점차 넓어질 것이다. 이에 보고서는 기업들은 자신들이 제작하고 있는 제품이 과연 3D 프린팅 방식이 유리한 영역에 포함될 가능성이 있는지 파악할 필요가 있을 것이라고 전했다.