3D 프린터, 미래의 키워드 2편 [경제 인사이트]

 

3D 프린터란?

3D 프린터는 컴퓨터로 설계된 3D 모델을 입체로 출력하는 기계입니다. 이 과정은 일반적으로 '녹는 재료 적층법'으로 불리며, 많은 층(layer)으로 구성된 층층이 쌓여서 만들어지게 됩니다. 3D 프린터는 다양한 크기와 기능을 가지고 있습니다. 소형 3D 프린터는 개인용으로 사용되며, 대형 3D 프린터는 산업용으로 사용됩니다. 가격 또한 수십만원에서 수천만원까지 다양합니다. 3D 프린터는 다양한 산업 분야에서 널리 활용되고 있으며, 제품 설계 및 프로토타이핑, 의료 및 치과, 건축, 자동차, 학술 연구, 드론, 패션 등 다양한 분야에서 응용되고 있습니다.

 

(주요 3D 프린팅 기술 - 참고사항)

1. FDM (Fused Deposition Modeling) - 플라스틱 같은 필라멘트(선 모양의 소재)를 녹이고, 튜브처럼 생긴 프린터 머리에서 압출하여 물체를 만듭니다. 이러한 과정은 도넛을 만들 때 튜브로 고지방 크림을 덜어 채우는 것과 유사합니다.

2. SLA (Stereolithography) - 액체 수지 상태의 소재를 사용하며, 특수한 UV 레이저를 통해 각 레이어(층)를 굳혀가면서 물체를 만듭니다. 그 과정은 바닷가에서 아이들이 모래와 물을 섞어 모래성을 쌓는 원리와 비슷합니다.

3. DLP (Digital Light Processing) - SLA와 비슷한 원리를 사용하지만, 프로젝터로 전체 레이어를 한 번에 노출시켜 아주 정밀하고 빠르게 출력하는 기술입니다. 영화관에서 프로젝터를 사용해 영화를 표시하는 방식처럼 작동합니다.

4. SLS (Selective Laser Sintering) - 초미세 파우더 형태의 소재를 사용하며, 레이저로 해당 영역을 녹여 물체를 만듭니다. 겨울에 눈이 쌓인 상태에서 눈을 쌓아 올리는 것과 유사한 방식으로 볼 수 있습니다.

5. MJF (Multi Jet Fusion) - 코팅을 통해 레이어를 생성하고, 복합 재료를 동시에 활용하는 HP의 독자적인 기술입니다. 

 

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3D 프린터의 주요 적용 분야

1. 제품 설계 및 프로토타입

3D 프린터는 제품의 시제품을 제작하는 데 사용됩니다. 3D 프린터를 이용하면 기존의 모형 제작 방식에 비해 빠른 속도로 프로토타입을 생성할 수 있고 수정이 필요한 경우 컴퓨터 상에서 변형 후 다시 쉽게 출력할 수 있습니다. 또한, 기존 목공이나 금속 작업과 같은 수작업에 비해 정확도와 효율성을 크게 향상시킵니다. 예를 들어, 자동차 제조업체는 3D 프린터를 사용하여 자동차의 새로운 디자인을 시제품으로 제작하고, 테스트할 수 있습니다.

 

2. 건설 및 건축

3D 프린터는 건설 분야에서 건물을 짓는 데 사용됩니다. 대형 3D 프린터를 이용하면 구조물, 벽 등을 직접 출력하기 때문에 기존의 건축 방법보다 빠른 시공과 낮은 비용을 가능하게 합니다. 또한, 건물의 3D 모델을 만들어 설계 단계에서 발생할 수 있는 문제를 사전에 파악하고 개선할 수 있으며 다양한 형태의 건물을 지을 수 있습니다. 

 

3. 의료 및 치과

3D 프린터는 의료 분야에서 다양한 목적으로 사용됩니다. 개인의 CT 스캔, MRI 데이터를 이용하여 환자 맞춤형 임플란트, 보철물 및 인공 치대를 제작할 수 있습니다. 또한, 수술 전 미리 3D 프린팅을 이용한 실제 크기의 인체 모델을 만들어 수술 계획 및 시뮬레이션을 수행할 수 있습니다. 이를 통해, 의사들은 환자의 수술을 계획하고, 환자의 수술 결과를 예측할 수 있게 됩니다. 예를 들어, 치과 의사는 3D 프린터를 사용하여 환자의 치아 모델을 제작하고, 환자의 치아 교정을 계획할 수 있습니다.

 

4. 제조

3D 프린터는 제품을 제조하는 데 사용됩니다. 아래는 제조 분야의 예시입니다.

패션 - 패션 디자이너들이 직접 3D 모델링하여 의류, 신발, 액세서리 등을 출력하고, 개인들의 신체 치수를 활용해 고객의 신체에 맞춤화된 의류를 생산할 수 있습니다. 이를 통해 착용감과 디자인의 혁신이 가능하며, 지속가능한 패션 제작에 기여할 수 있습니다.

자동차 - 전통적인 제조 방식으로는 제작이 어려운 자동차의 복잡한 구조물과 경량화된 부품을 3D 프린팅으로 제작 가능합니다. 이를 통해 연료 효율, 성능 및 안전성을 높입니다.

드론 - 기존의 드론 제작 방식에 비해 경량화되고 견고한 프레임 등을 3D 프린팅으로 제작할 수 있어, 성능 향상과 급속한 기술 발전에 기여하고 있습니다.

 

5. 학술 연구

실험 장비 셋업 시간을 줄이고, 고가의 장비 대신 저렴한 3D 프린팅 부품을 사용하여 연구 비용을 최소화할 수 있습니다. 과학, 생물학, 화학, 공학 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.

 

6. 항공우주

3D 프린터는 항공우주 분야에서 새로운 부품을 제작하는 데 사용됩니다. 항공기와 우주선에 사용되는 부품을 경량화하고 복잡한 형상 제작 등의 다양한 요구에 적합하게 높은 품질의 금속 부품으로 3D 프린팅하는 경우가 증가하고 있습니다. 이로 인해, 항공기의 성능을 높이고, 비용을 절감할 수 있습니다.

 

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3D 프린터 최신 동향 (기업 사례)

- 건축 분야

미국의 ICON: 건축 분야에서 혁신적인 3D 프린팅 기술을 활용하는 기업입니다. 대형  3D 로봇 프린터를 이용해 라바크리트(Lavacrete·시멘트와 골재, 물, 용암석 등을 혼합하는 콘크리트의 한 종류) 재료를 마치 제빵사가 케이크에 크림을 두르 듯 짜내서 한줄씩 쌓아 올립니다. 한줄의 흐트러짐 없이 정교하고 자연스러운 곡선 마감으로 벽체 등 건물 구조 뿐 아니라 주방 가구, 장식장까지 출력해낸 기업입니다. 이를 통해 시간과 비용을 모두 절약할 수 있고, 지속 가능한 건축에 기여하고 있습니다.

 

- 의료 분야

Align Technology: Align Technology는 Invisalign이라는 3D 프린팅을 기반으로 한 투명 치아 교정기를 개발하였습니다. 환자의 치아 구조와 치료 목표에 따라 맞춤형 교정기를 제공하며, 전통적인 치아 교정 과정 보다 더 편안한 경험을 제공합니다.

 

ROKIT Healthcare: 바이오 프린팅 분야에서 선두 주자인 ROKIT Healthcare는 인체 세포 및 생체 유래 재료를 사용하여 인공 조직이나 인공 장기를 프린팅하는 기술을 개발하고 있습니다. 이 기술은 의료 분야에서 치료, 이식, 연구 등 다양한 분야에 큰 도움이 되고 있습니다. 

 

Organovo: 생체 조직 프린팅 기술 회사 Organovo는 3D 바이오 프린터를 사용하여 인간 세포를 프린팅합니다. 이를 통해 치료 및 연구를 위한 인공 생체 조직을 생성할 수 있습니다.

 

- 항공우주 분야

SpaceX: 일론 머스크의 우주 기술 회사 SpaceX는 우주선 및 로켓 발사관련 부품을 3D 프린팅하여 경량화, 제작 시간 단축 및 비용 절감에 초점을 맞추고 있습니다.

 

이외에도 항공기 제조업체인 보잉은 3D 프린터를 사용하여 항공기의 부품을 생산하고 있습니다. 또한 한국의 한국항공우주산업(KAI)도 3D 프린터를 사용하여 항공기의 부품을 생산하고 있습니다.

 

- 제조업 분야

현대자동차: 현대자동차는 차량 부품의 기능, 구조 등에 대한 연구를 진행하면서 3D 프린팅 기술을 활용하고 있습니다. 또한, 개발 과정에서 사용되는 프로토타입 부품을 3D 프린팅하여 제작 시간과 비용을 절감하고 있는 것으로 알려져 있습니다. 

 

Carbon: Carbon은 디지털 라이트 합성(DLS)이라는 고유한 3D 프린팅 기술을 사용하여 차세대 전자 제품, 자동차 구성요소 등에 사용되는 고성능 및 기능성 부품을 제작하고 있습니다.

 

이외에도 다양한 산업 분야에서 3D 프린팅 기술을 활용하여 혁신적인 제품 개발과 생산 공정을 구축하며 시장 경쟁력을 강화하고 있습니다.

 

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3D 프린터의 경제적 인사이트(insight)

3D 프린터의 활용은 이미 진행 중이고 3D 프린터의 개인 보급 시대는 다가오고 있습니다. 일례로 줌(ZUM)은 FDM 방식의 3D 프린터를 설계 및 제조하는 회사인데 가정용 및 교육용으로 사용하기 적합한 저렴한 가격대의 모델을 제공하고 있습니다. 과거에도 인쇄기가 등장했을 때 가정용으로 보급되기 어려울 것이라고 생각했지만 가정용 프린터기가 많이 보급되어 있습니다. 우리는 이 부분을 주목해야 합니다.

 

이미 3D 프린터가 다양한 산업에서 쓰이고 있다는 것은 부정할 수 없는 사실입니다. 가까운 미래에는 더욱 그 활용도가 높아질 것 입니다. 따라서 우리는 조금 더 내다봐서 3D 프린터가 가구에 보급된 미래를 생각해봐야 합니다. 이를 통해 다양한 경제적 인사이트를 얻을 수 있습니다. 예를 들어서 3D 프린터가 가정에 보급되게 되면 컴퓨터로 설계된 3D 모델이 필요한데 일반 사람들이 그 모델을 만들어낼 순 없습니다. 그렇다면 우리가 현재 문서를 작성해서 인쇄하는 툴인 Word, PPT, Excel 처럼 3D 프린팅을 하기 위한 3D 모델 설계 툴이나 완성된 설계도의 보급이 필요합니다. 이것도 하나의 큰 시장으로 형성될 수 있습니다. 

 

이처럼 3D 프린터가 우리에게 가져올 파급력은 상당합니다. 따라서 우리는 3D 프린터기가 현재의 가정용 인쇄기처럼 보급된 그 때를 고려해서 지금부터 계획을 세워나갈 필요성이 있습니다.