필자가 기술 기반 기업들을 대상으로 사업화 컨설팅을 진행하다 보면 다양한 산업 분야에서 3D 프린팅을 활용하고자 하는 노력들을 많이 접할 수 있다. 현재 3D프린팅은 일반 소비재를 비롯해 항공, 자동차, 선박, 기계, 반도체, 의료/메디컬, 섬유, 식품, 예술영역에 이르기까지 거의 모든 산업 분야에서 활용되고 있다. 우리나라는 지난 2014년 “3D프린팅 전략기술 로드맵”, “3D프린팅 산업 발전 전략” 등을 발표하면서 국가적 차원에서 적극적인 지원이 이루어지고 있다. 따라서 이번 TI 칼럼에서는 이러한 급격한 성장을 보이고 있는 3D프린팅 산업에서 우리나라 기업들이 선진국들과 경쟁하기 위해 어떤 비즈니스 기회들을 가져갈 수 있을지 살펴보고자 한다.
바야흐로 3D 프린팅 시대
글로벌 시장조사 전문기관인 월러스 어소시에이츠(Wohlers Associates)에 따르면, 글로벌 3D 프린트 시장 규모는 ‘14년 40억 달러 규모에서 연평균 31.3%로 급격하게 성장하여 ‘20년 210억 달러에 달할 것으로 전망되고 있다. 이 중 50% 정도는 기계/재료 분야에서 판매가 발생하였고, 나머지는 SW와 서비스 분야에서 발생한 것으로 파악된다. 특히, 항공우주, 자동차 및 생체의학 분야 등에서는 이미 3D 프린팅 제품을 상당 부분 적용하고 있는 상황이다. 최근 적용 사례를 보면, 프랑스 항공사 에어버스는 항공기 부품 중 45,000~60,000개 가량을 3D 프린팅 부품으로 대체하였으며, GE와 보잉도 비슷한 추세로 해당 부품을 적용해 가고 있다.
정책적인 측면에서도 미국, 일본, 유럽을 중심으로 3D프린팅을 전략 사업으로 추진하고 있다. 미국의 경우, 높은 인건비 등의 이유로 거의 모든 제조업 영역을 중국, 인도 등에서 아웃소싱하고 있다. 하지만 최근 산업구조가 전통적인 대량생산(Mass production) 체계에서 대량개인화(Mass Customization)로, 이제는 초고객화(Hyper Customization) 형태로 빠르게 변화하고 있다. 이러한 변화의 흐름에 따라 미국 오바마 대통령은 3D 프린팅의 중요성을 강조하면서 국가적 전략과제로 추진하고 있다. 유럽과 일본도 마찬가지로 3D 프린팅 산업에 대한 적극적인 자세를 취하고 있는 반면, 우리나라는 조금 뒤늦은 출발을 보이고 있는 실정이다.
[그림 1] 국내외 3D 프린팅 관련 정책 흐름도(자료: 3D프린팅 기술을 활용한 사업화 지원 방안 연구, 정보통신산업진흥원, 2015)
3D 프린팅 산업혁명의 핵심, “고부가가치 소재”
3D 프린팅 산업은 다양한 산업분야에 적용되면서 적용제품의 특성에 따라 요구되는 소재들이 매우 다양하다. 따라서 사용되는 소재들은 최종제품의 특성에 지대한 영향을 주기 때문에 3D 프린팅 산업에서 소재의 역할은 매우 중요할 수 밖에 없다. 현재 3D 프린팅 산업의 플레이어들은 장비 기술을 보유한 업체들이 소재기술도 동시에 보유하고 있는 형태가 대부분이다. 또한 플라스틱 재질의 고분자 소재들이 대부분을 구성하고 있으며 고난이도 기술이 요구되는 금속이나 세라믹 소재 등을 보유한 장비업체들은 드물다. 그만큼 고부가가치를 낼 수 있는 소재기술을 보유하는 것이 어렵다는 이야기다. 그래서 글로벌 3D 프린팅 장비 업체들은 전문 소재 업체와 제휴하거나 M&A를 통해 시장 점유율을 높이고 있다. 3D systems의 경우, 지난 2013년 금속 3D프린터 전문기업인 Phenix Systems SA(프랑스)를 인수하면서 금속소재에 대한 사업영역을 확장하였으며, 최근에는 치과소재 개발 전문기업인 Vertex-Global Holding B.V.(네덜란드)를 인수하면서 의료분야에 대한 적극적인 사업의지를 보이고 있다.
또한 Stratasys가 3D 프린팅 소재에 대한 수요를 조사한 보고서에 따르면 전체 응답자의 84%가 차세대 소재로 금속소재를 희망하고 있었으며, 그 뒤를 이어 고무성질을 가진 소재, 고온에서 견디는 플라스틱, 탄소섬유 등의 순으로 나타났다. 하지만 산업별로 보면 약간 상이한 선호도를 보였다. 우주항공 및 자동차 분야에 속한 응답자들은 탄소섬유에 대한 관심이 높았고, 의료 업계에서는 바이오 소재에 더 많은 관심을 보이고 있었다.
[그림 2] 차세대 3D 프린팅 물질 – Stratasys
이처럼 3D 프린팅 산업에서는 기존 사용되는 소재들부터 시작하여 현재 개발단계에 있는 탄소섬유 및 바이오 소재 등에 이르기까지 지구상에 있는 모든 소재를 구현하기 위한 노력이 활발하게 보여지고 있다.
[그림3] 3D프린팅 소재별 적용분야
(자료: 신산업혁명을 주도할 3D프린팅 관련 비즈니스 전모, IRS Global, 2016)
한국의 3D프린팅 소재 산업은 아직 초보 수준
앞서 살펴본 바와 같이 3D프린팅 산업에서 소재에 대한 경쟁력은 시장선점을 위한 필수적인 요소이다. 그러나 우리나라의 경우 소재를 개발하는 업체들은 매우 제한적이며, 관련 기술에 대한 개발도 부진한 상황이다. 아래 그림은 전국적으로 3D 프린팅 관련 기업의 분포현황을 나타낸 그림이다.
[그림 4] 주요 3D 프린팅 관련 기업 분포 현황(자료: 3D프린팅 산업현황 및 시장동향, KEIT PD 이슈리포트 2016-6호)
국내 기업은 대부분 장비업체들로 구성되어 있으며, 소재를 개발하는 기업은 다 합쳐봐야 10개 밖에 되지 않는다. 이 중에서도 스트라타시스코리아, 3D시스템즈코리아 등과 같이 글로벌 기업과 연계하여 재료를 판매하는 외산장비 판매사들을 제외하면 SK케미칼, LG화학 같은 대기업, 대림화학, 쓰리디코리아와 같은 FFF용 필라멘트 개발사 등이 존재한다. 최근에는 토종기술로 3D 프린팅 소재를 개발한 베앤케이 같은 업체들도 등장했으나, 이 마저도 고분자 형태의 복합재로 소재의 다양성이 턱없이 부족한 형편이다.
반면, 글로벌 기업들은 니켈(Ni)계 초합금, 타이타늄(Ti) 합금을 중심으로한 금속소재 연구와 뼈, 피부와 같은 생체물질, 기존 세라믹 소재보다 강력한 3D프린팅 세라믹 소재, CNT/그래핀 등 다양한 소재에 대한 연구개발과 제품개발이 이루어지고 있다.
[그림 5] 3D프린팅 소재 동향(자료: 한국산업기술평가관리원, 엔가젯, 인사이터스 가공)
3D 프린팅 소재, 인사이터스가 보는 세가지 사업기회
그렇다면 분명한 3D프린팅의 혁명 속에서 우리나라 기업들은 어디서 사업기회를 찾을 수 있을까? 지금까지 살펴본 내용과 다년간 기술사업화 컨설팅 경험을 바탕으로 인사이터스가 바라보는 3D프린팅 소재 중심의 사업기회는 아래와 같다.
첫째, 의료 및 항공우주산업 수요에 대응하는 고부가가치 소재 개발
고부가가치 첨단소재에 대한 기술 개발이 글로벌 시장을 선점할 수 있는 기회다. 너무나 당연한 이야기이겠지만 이 부분이 가장 중요한 부분임을 부인할 수는 없다. 타이타늄, 알루미늄, 세라믹, 탄소섬유 등 첨단소재 및 융복합 소재에 대한 3D프린팅 기술은 현재 일부 국가에서 독점하고 있어 기술적 장벽이 매우 높다, 하지만 기존 소재산업과 달리 3D 프린팅 소재 산업은 개인맞춤형 생산 형식으로 자본 투입이 적고, 그만큼 투자 리스크도 상대적으로 낮은 편이다. 그러므로 부가가치율이 높은 소재기술을 선제적으로 개발할 수 있다면 항공우주 등 고부가가치 시장에 대한 선점이 가능할 것이다.
둘째, 소재 표준화 이슈에 대응하는 측정 및 시험인증기관
아직까지 3D 프린팅 장비 및 소재에 대해서는 특별한 표준화가 이루어지지 않아 이를 측정하고 시험하는 기업들의 수혜가 기대된다. 특히, 투입소재의 특성(화학조성 및 입도 등), 적층가공 후 재료의 미세조직, 표면마감 정도에 대한 측정방법이나 측정기기 등과 관련한 표준 및 인증방법이 부재한 상황이다. 산업이 발달되고 대중화됨에 따라 표준화 문제는 곧 대두될 수 밖에 없다. 따라서 표준화를 마련하는 과정에서 기존 측정기기업체 또는 시험인증 업체들에게 새로운 사업기회로 다가올 수 있을 것이다.
셋째, 소재 개발 시뮬레이션 기술
새로운 소재 관련 공정 기술을 개발하는데 최소 1년 이상의 긴 시간이 소요되고 있어 이를 단축시킬 수 있는 시뮬레이션 기술 개발이 블루오션 시장으로 보인다. 금속 분말의 경우 재료의 순도와 입도 등이 매우 중요하다. 다양한 형태의 금속 분말을 3D프린팅 장비와 매칭하여 구현 가능성 여부를 확률적으로 미리 확인할 수 있다면, 제품 개발 시간을 단축시킬 뿐 아니라 소재 기술 개발에 기폭제 역할을 할 수 있을 것이다.
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