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[기획] 3D 프린팅의 등장
#여성과학기술인#3d프린팅#적층제조
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작성일2024-04-03
3D 프린팅(3D PRINTING)
3D 프린팅이란?
‘3D 프린팅’은 3차원의 모델링 데이터를 한층 한층(Layer by Layer) 적층하여, 손으로 직접 만질 수 있는 물리적 형상으로 빠르게 제작하는 기술이다. 일반적으로 프린터는 잉크를 사용하지만, 3D 프린터는 플라스틱을 비롯한 경화성 소재를 쓴다. 기존 프린터는 문서나 그림파일 등 2차원 자료를 종이에 인쇄하지만, 3D 프린터는 3차원 모델링 파일을 출력 소스로 활용한다는 점도 차이점이다.
3D 프린팅 기술은 실제 제품을 완성하기 전 디자인을 미리 보기 위한 ‘목업(mock-up, 실물 크기 모형)’ 제작 단계를 비약적으로 빠르게 만들었다. 제품 하나를 만들기 위해 목업 제작에 걸리는 시간은 일반적으로 수주에서 한 달이 넘는다. 하지만 이 길고 지루한 과정을 3D 프린팅 기술은 단 몇 시간 안에 끝낼 수 있게 해준다.
3D 프린팅 방식 및 종류
3D 프린팅 방식은 크게 융합 증착 모델링(FDM, Fused Deposition Modeling), 광경화성 수지 조형 방식(SLA, Stereo Lithography Apparatus), 선택적 레이저 소결(SLS, Selective Laser Sintering) 방식으로 구분할 수 있다.
첫 번째로 융합 증착 모델링 방식은 융합 필라멘트 제조(FFF, Fused Filament Fabrication) 방식으로도 불린다.
일반 소비자 시장에서는 가장 보편적으로 사용되는 3D 프린팅 공정 방식이다. 열가소성 필라멘트의 용융 및 압출을 통해 부품을 제작한다. 일반적인 가공이 가능한 부품과 같은 간단한 부품의 신속하고 저렴한 프로토타이핑에 매우 적합하다.
두 번째로 광경화성 수지 조형 방식이 있다.
1980년대에 발명된 세계 최초의 3D 프린팅 기술이었고 여전히 전문가들로부터 사랑받는 기술 중 하나이다. 레이저를 사용하여 광중합(photo polymerization)이라는 프로세스를 통해 액체 레진을 경화 플라스틱으로 경화하는 방식으로 물체를 출력한다. 모든 3D 프린팅 기술 중에서 해상도와 정확도가 가장 높고, 디테일이 가장 정교하게 표현되며, 표면 마감이 가장 매끄럽다.
세 번째는 선택적 레이저 소결 방식이다.
강력하고 기능적인 부품을 생산할 수 있는 능력으로 인해 다양한 산업 분야의 엔지니어와 제조업체가 신뢰하며 산업 응용 분야에서 가장 일반적인 적층 제조 기술이다. SLS 방식의 3D 프린터는 고출력 레이저를 사용하여 폴리머 파우더의 작은 입자를 용융한다. 용융되지 않은 파우더는 출력 중 부품을 지지하므로 전용 지지 구조가 필요하지 않다.
3D 프린팅 업계 국내‧외 산업동향
3D 프린팅 기술의 발전과 그 적용 범위의 확대로 인해 관련 분야의 경력 가치와 직무 수준이 크게 상승하고 있다. 특히 맞춤형 제조, 의료용 임플란트 개발, 지속 가능한 건축 자재 생산 등의 분야에서 전문 기술을 보유한 인력에 대한 수요가 급증하고 있다.
<3D 프린팅 국내‧외 인력현황>
인포그래픽 <3D 프린팅
업계 국내‧외 인력현황> 그림
전 세계 약 43.4만 명이 3D 프린팅 산업에 종사하고 있으며 매년 30.1%씩 지속 증가하고 있다.
국내 3D 산업 종사자는 1,710명 규모로, 기술·기능직 및 R&D 직무 인력에 대한 인력수요도가 높은 것으로 조사되었다.
3D 프린팅 국내‧외 산업 동향
해외의 경우, 3D 프린팅 산업의 시장 규모는 '22년 기준 약 23조원(180억 달러) 이다. 최근 5년간 연평균 16.5%의 높은 성장률을 지속하고 있다. 과거에는 소수의 선도 기업이 시장을 주도했지만 현재는 다수의 기업이 경쟁하는 구조로 변화 중이다.
국내의 경우, '22년 기준 약 5,539억원 규모로 최근 5년간 연평균 8.8%의 성장세를 보이고 있다. 3D 프린팅 장비 등 제품 시장 비중이 매우 높으며, 최근 서비스 시장도 연평균 11.5%의 성장세를 보이며 빠르게 커지고 있다.
3D 프린팅 성장세
3D프린팅 활용 전망이 높아지는 분야
3D 프린팅 기술의 활용 범위가 반도체, 의료기기, 자동차, 항공
우주, 원자력, 소프트웨어 및 서비스 시장 등 다양한 분야로
급속도로 확장되고 있다. 전 세계적인 3D 프린팅 활용 용도를 살펴보면, 완제품 제작이 50.7%로 과반을 차지하며 시장을 주도하고 있는
가운데 시제품 제작(34.2%), 교육·연구(11.6%)가 그 뒤를 잇고 있다. 반면, 국내에서는 시제품 제작(46.0%)을 목적으로 한 3D 프린팅 기술 활용이 가장 높았으며 그 뒤를 이어 완제품 제작(44.0%),
교육·연구(14.0%) 순으로 나타났다. 현재 국내 3D 프린팅 기술 활용은 시제품 제작을 중심으로 활용되고
있으며 완제품 제작도 예비 부품 제작 등 기업 내부적인 용도로 주요하게 활용되고 있어, 산업 활성화를
위해서는 3D 프린팅 부품을 통한 매출 발생까지 이어질 필요가 있다.
2021년 글로벌 3D 프린팅 시장은 전년 대비 약 27.7% 성장한 152억 달러를 기록했다. 특히 매출실적이 감소했던 글로벌 3D 프린팅 대표 기업인 3D 시스템즈(3d systems)와 스트라타시스(Stratasys)의 매출이 회복세로 반전하는 등 전반적으로 성장세가 증가하는 상황이다.
출처: 식품산업통계정보시스템(aTFIS), 식품시장트렌드(2022년 9월3주)
3D 프린트 활용 기술 발전의 전망
해외 사례의 경우, 미국은 제조업 재건 및 공급망 안정 전략의 핵심으로 인식, 산업 육성 차원을 넘어 국가 안보 전략 차원 접근, 공공-민간 협력 강화 도모하고 있다.
EU는 EU 혁신 프로그램 등을 통해 권역 내 적층 제조 분야 공동 연구 개발 및 실증 협력 추진, 독일은 산학연 기술협력을 통한 중소기업 육성, 적층 제조 기반 차세대 디지털 생산라인 개발을 추진 중이다. 한국도 정부 주도 3D 프린팅 산업 육성을 위해 관계법령 및 기본계획에 따라 산업 진흥 기반 조성 및 초기 시장 창출 추진 중에 있다. 2022년 국내 3D 프린팅 주요 사업체는 2021년 대비 8개 사, 2.6% 증가한 추세로 320개가 존재하고 있으며 현재는 더 증가했을 것으로 전망된다.
3D 프린팅의 미래
산업분야에서의 3D 프린팅의 전망
3D 프린팅은 제조 방식을 혁신하고, 새로운 산업 응용 분야를 개척하게 하며, 광범위한 분야로 떠오를 미래 트렌드 직업으로 영향을 미칠 것으로 본다. 3D 프린팅 기술의 고도화에 따른 생산성 개선, 공급망 재편 및 제조혁신을 위한 기업들의 투자로 인해 산업은 성장세를 유지하고 있다. 특히, 산업 내 3D 프린팅 기술 적용 확산을 위한 3D 프린팅 기업들의 R&D, 타 기관과의 협약 체결 등 다양한 노력이 지속되면서 시장의 성장을 견인하는 중이다.
‘3D 프린팅 프로세스 자동화’, ‘온디맨드(On-Demand) 생산/개인 맞춤형 제품 생산 증가’, ‘3D 프린팅 출력물의 대형화’, ‘친환경 이슈에 따른 엔지니어링 플라스틱 수요 증가’, 그리고 우주/항공, 자동차, 국방/방산, 의료/치과 등 고부가가치 산업에서 ‘금속 3D 프린팅 수요 증가’가 주요 트렌드로 나타나고 있다.
미래 유망한 직종으로는 3D 프린팅 프로젝트를 위한 디자인과 모델링을 담당하는 3D 프린팅 디자이너/엔지니어, 3D 프린터의 설정, 운영 및 유지 관리를 담당하는 3D 프린트 운영자, 새로운 재료를 개발하여 프린팅 품질과 효율성을 향상하는 재료 과학자, 프린트된 제품 품질의 불량률을 최소화하고 제품의 일관성을 유지하기 위한 품질 관리 전문가, 3D 프린팅 기술의 새로운 응용 프로그램을 연구하고 개발하는 연구 및 개발(R&D) 엔지니어 등이 있으며 적용 직종은 점점 확대될 것으로 보인다.
[참고기사]
고부가가치 창출하는 3D 프린팅
https://www.cadgraphics.co.kr/newsview.php?pages=news&sub=news01&catecode=2&num=73021
산업용 3D프린팅, 2026년까지 ‘연평균 27.5%’ 성장 예상
https://www.industrynews.co.kr/news/articleView.html?idxno=48365
[MarketSplash- 기업 카드뉴스] 2023년 80가지 이상의 흥미로운 3D 프린팅 통계(사실 및 트렌드)
https://marketsplash.com/ko/statistics-3d-printing/#link1
[시장분석]⑭세계 3D식품 프린팅 규모 및 활용도는?
http://www.biznews.or.kr/news/article_print.html?no=13498
2020 국내 3D프린팅 산업 실태조사
http://www.3dguru.co.kr/bbs/newsroom/12839
[포커스] 고부가가치 창출하는 3D 프린팅… 국내 제조업의 3D 프린팅 활용에 대한 인식 높여야
https://www.cadgraphics.co.kr/newsview.php?pages=news&sub=news01&catecode=2&num=73021
[참고자료]
[이슈리포트 2023-11호] 3D프린팅 국내외 산업 및 표준 동향
https://www.gokea.org/core/?cid=53&uid=49541&role=view
