외산 의존도 높은 3D프린팅, 그나마 사용 용도도 한정

  • 2018-04-03
  • 신윤오 기자, yoshin@elec4.co.kr

국내 3D프린팅 산업, 전문 분야 육성과 인력 양성, 규제 완화해야



지난해 국내 3D프린팅 시장 규모는 2016년(2,971억 원)보다 16.8% 증가한 3,469억 원으로 나타났다.

정보통신산업진흥원이 조사한 2017년 3D프린팅 산업실태조사에 의하면, 3D프린팅 기업 수는 19.4% 증가하는 등 높은 성장세를 이루었다. 늘어난 302개 기업의 업종별 현황을 살펴보면 장비 131개, 소재 20개, SW 26개, 서비스(교육, 출력 등) 125개 업체였다.

하지만 이 같은 국내 시장의 성장세는 세계 시장 상황에 못 미친다. 세계 시장 규모는 2015년 51억 달러에서 2019년 158억 달러로 매년 30% 이상 성장할 것으로 전망되나 국내 시장 성장률은 2015년 2,230억 원에서 2019년 5,082억 원으로 연 평균 23%에 그칠 것으로 보인다. 그 동안 기계 항공 자동차 분야 위주의 소수 기업이 시장을 주도했다면 향후에는 산업용 장비 서비스 중심으로 확대되고 글로벌 기업 중심 경쟁이 갈수록 심화될 것이다. 다시 말해 스트라타시스(Stratasys) 3D 시스템(3D Systems) 등 소수 기업 중심에서 GE, HP, 아마존 등 글로벌 기업이 시장을 확대할 전망이다.

하지만 국내 시장은 높은 외산 의존도, 저가 장비와 교육 서비스 중심의 산업 발전 등의 요인으로 주력산업 분야에서 기술력 및 활용 수요가 저조한 상황이다. 이는 국가별 시장 점유율에도 잘 나타난다. 미국이 38%로 1위이고 한국은 4%로 8위 수준이다.

한국3D프린팅협회의 최진용 회장은 지난해 10월 국회에서 열린 3D프린팅 토론회 인사말을 통해 “3D프린팅은 새로운 세상을 창조할 잠재력을 가지고 제조방식을 포함한 산업 생태계는 물론, 향후 우리 일상생활도 크게 변화시킬 것”이라며, “하지만 우리나라에선 아직까지 산업, 생활 등에서 3D프린팅으로 인한 큰 변화를 쉽게 체감하기 어려운 현실이라 3D프린팅의 저변 확대와 인식 확산에 노력할 계획”이라고 밝혔다.



국가별 시장 점유율에서 한국은 고작 4%


3D프린팅을 정의할 때, 적층 제조는 3차원 모델 데이터를 기초로 기존의 깎아 만드는 기법이 아닌 층층이 쌓아가는 기법으로 물질을 결합하여 형상을 만드는 일련의 과정을 정의한다(ASTM International 2012).

이러한 3D프린팅의 등장은 제조업의 주류 패러다임을 근본적으로 뒤흔든 제조 혁명을 알리는 신호였다. 기존의 맞춤형 제작은 비싸고 오래 걸리며 수요자의 요구를 반영하지 못한다는 관념을 완전히 바꿨기 때문이다. 공장들이 주물 판형 기반 생산에서 3D프린팅 방식으로 전환하면 소품종 대량생산 구조에서 맞춤형 자동생산 구조로 변화될 수 있게 되었다.

3D프린팅의 장점은 이 같은 환경 변화에 최적화되어 있다. 3D프린팅은 추가 비용 없이 복잡한 형상의 디자인과 출력이 가능하며, 자유자재로 번거로움 없이 설계 변경이 가능하다. 또한 기존 제조설비 구축에 대한 불필요한 공정 투자를 축소할 수 있으며 시제품 생산을 통해 신제품 출시 시간이 단축된다.

3D프린팅 시장은 크게 기업 시장과 개인용 시장으로 나뉜다. 2015년을 기준으로 기업 시장은 전체 3D프린팅 시장 매출액의 93%를 차지한다. 단, 기업 시장의 3D프린터 판매량은 전체 시장의 21%에 불과하다. 기업용 3D프린터의 단가가 매우 높기 때문이다.

다양해지는 산업 분야

이처럼 장점이 많은 3D프린팅의 특징 때문에 현재 선진국에서는 다양한 산업분야에 적용하고 있다. 백분율로 나타냈을 때, 산업 분야별로 기계(19.9), 항공 우주(16.6), 자동차(13.8), 소비재/전자제품(13.1), 의료/치과(12.2), 학문적 기관(10.5), 정부/국방(5.9), 건축(3.1), 기타(4.9) 등으로 나눌 수 있다.

또한 분야별 성장률(CAGR)을 보면 의료, 바이오 분야의 성장 가능성이 가장 크다. 구체적으로 의료(18.20%)가 가장 높은 가운데, 항공(15.90%), 소비재(15.30%), 자동차(14.00%), 국방(12.70%), 기계(10.70%), 교육 연구(8.75%) 등이 그 뒤를 따르고 있다.
이처럼 제조기술의 성숙과 수요 환경의 확대로 제품 디자인에서 생산으로의 확대가 본격 진행되며 양적으로는 가속 성장세를 지속할 것으로 전망된다.



국내 3D프린팅 산업의 문제


세계는 제조업 활성화를 위해 각종 3D프린팅 육성 정책을 시행중이다. 미국은 이미 오바마 대통령 시절 2012년 3D프린팅 사업 육성 정책을 펼치며 10억 달러를 투자했고 3D프린팅 전문 기관(NAMII)를 설립하였다. 중국은 제조업 2055라는 기치 아래 4개 분야 기술 개발에 총 4,000만 위안을 투자했으며 총 10개의 3D 혁신센터를 구축했다. 2014년에 3D프린팅 센터를 설립한 영국은 3D프린팅 18개 R&D에 840만 파운드를 지원했으며, 인더스트리 4.0으로 유명한 독일은 금속과 바이오 3D프린팅에 집중한 결과 프라운호퍼 인공혈관 제조 기술을 개발하는 성과를 올렸다. 한국은 제조혁신 3.0을 표방하며 3D 혁신센터를 구축, 국가발전 연구계획에 3D프린팅을 포함시켜 지원하고 있다.

하지만, 국내 3D프린팅 산업은 앞에서 주지한 바와 같이 외산 의존도가 크고 사용 용도가 한정되어 있다는 문제를 지닌다.



우선, 높은 외산 의존도에 따른 기술 자문이 한계가 있고 A/S 문제로 인한 장비활용도 낮은 편이다. 이러한 장비 보급의 어려움은 산업 현실에서 극명하게 드러난다. 고가의 금속 3D 프린터 장비 도입에 어려움을 겪으면서 플라스틱 소재 중심의 장비가 보급되는 것이다.

또한 실제 제품 생산에 3D프린팅을 적용하는 비중이 작고 적용한다고 해도 교육, 시제품 중심의 서비스 분야에 편중돼 있다. 교육 콘텐츠의 한계로 산업파급효과가 미흡하다. 실제로 조사에 따르면, 3D프린터 사용 용도가 교육이 34.4%, 시제품 제작이 31.2%를 차지하며 이어 디자인 검증(17.5%), 제품생산(9.1%), 연구개발/시험(6.1%) 등에 적용되고 있다.

전문 엔지니어가 턱없이 부족하다는 점도 문제다. 산업내 응용을 위한 전문가가 부족하면서 3D프린팅 도입검토 시도도 미흡해진다. 특히 산업 소재 대상 3D프린터 오퍼레이팅 전문가가 부족하다. 이 모두가 전문가 양성 기반이 허약하다는 점을 반증하기도 한다.

어떻게 해야 활성화 되나

국내 전문가들이 내놓은 3D프린팅 산업 활성화 방안은 크게 4가지다. 국내 산업을 활성화시키기 위해서는 △3D프린팅 일반 분야 개발 △특수 분야 개발 △전문 인력 양성 △관련제도 및 규제 재검토 등 시행해야한다는 목소리다.

우선, 가장 유망한 3D프린팅 일반 분야로는 피규어나 콘텐츠, 3D스캐닝 등이 거론된다. 피규어 제작 사업은 키덜트(kidult) 시장이 활성화되면서 3D프린팅을 통해 사실적이며 정교한 제품 생산이 가능해졌다. 제품이 개인화 및 다양화되어 3D 디자인 관련 일자리 창출 효과도 내고 있다. 또한 크라우드 소싱을 통한 3D콘텐츠 시장이 형성되면서 개인 소유 3D프린터 판매를 촉진하는 상황도 3D프린팅에 대한 관심을 높이고 있다.





두 번째로 3D프린팅 특수 분야인 바이오 3D프린팅이나 산업 건축분야 3D프린팅도 각광받고 있다. 3D프린팅 분야 중 블루 오션으로 급부상한 바이오 3D프린팅은 전 세계적으로 15.4%의 연성장률을 기록하고 있으며 국내는 29.1%의 연성장률을 나타내고 있다. 전망에 따르면, 세계 바이오 3D프린팅 시장은 2018년 8.4억 달러에서 2021년 12.9억 달러까지 성장하며 국내 시장규모는 2018년 223억 원에서 2021년 403억 원까지 커질 전망이다. 산업 건축분야 3D프린팅은 건축 산업과의 연계 및 융복합을 추진하여 활용분야 연구와 개발 지원이 필요하다는 지적이다.

세 번째로 3D프린팅 전문 인력 양성이 꼽힌다. 3D프린팅 인적자원개발협의체 조사에 따르면, 관련 중소기업 194개 업체중 49.5%가 전문인력 양성의 어려움(매우 어려움 8.2%, 어려움 41.2%)을 호소했다. 이들 기업은 인력 수급에 차지을 빚고 있으며 이는 전년도 조사결과 대비 3.9% 상회한 수치이다. 주요 어려움은 지원자의 기술력(56.3%)과 실무경험 부족(25%)이며 채용 인력에 대해 60%가 전문기술력 부족 문제가 있었다. 이 외에 인력부족 해소 방안으로 조사대상 기업 절반이 기존 재직인력을 재교육시키거나 업무를 분담시키고 있으며 교육 훈련시 장비 운용 및 활용 기술을 중요시하고 있었다.



마지막으로 3D프린팅 관련 제도와 규제를 재검토해야 한다. 바이오 3D프린팅 발전에 따른 규제 및 제도를 보완해야 한다는 요구가 급증하고 있고, 세계적 흐름에 따른 유연한 제도를 수립해야 한다. 3D프린팅 산업 활성화 및 투자 유치를 위한 제도 및 규제 수정도 필요하다.

한국3D프린팅협회 이병무 사무총장은 “3D프린팅 산업을 활성화 시키기 위해서는 유망한 일반 분야와 특수 분야를 집중 육성하고 훈련된 전문 인력에 대한 수요를 충족시켜 줘야 한다”며, “특히 3D프린팅 환자 맞춤형 의료기기에 대해서 요양급여 결정신청 시 심평원으로부터 판매 예정가 및 추가적인 원가 산출자료의 제출을 요구받아 사실상 비급여 수가를 통제 받는데 이에 비급여 대상 품목에 대한 치료재료 평가 지침 등의 개선이 필요하다”고 말했다.

한국기계연구원 금속 3D프린팅 융합연구단 이창우 연구단장은 “3D프린팅의 효과가 이론적으로는 입증되었으나 성공사계가 없어 중소기업을 비롯한 생산현장에서 적용이 어려운 현실”이라며, “3D프린팅이 지금의 사출과 경쟁하려면 현재 가공 속도의 100배는 되어야 한다”고 말했다. 또한 의료 바이오 분야에 3D프린팅을 적용하기 위해서는 우선적으로 규제가 완화되어야 하며 최소 5년 이상의 장기적인 연구투자도 병행되어야 한다 강조했다. 
 
 
시장 현황 국내 3D프린팅 시장 현황
보급형 시장은 급증, 유통기업이 절반 차지


정보통신산업진흥원(NIPA)의 3D프린팅산업 실태조사에 따르면, 교육 기관 중심으로 보급형 3D프린터의 수요가 급증하고 3D모델링을 위한 3D스캐너 등의 매출이 증가하면서 지속적인 성장세를 유지하고 있다. 보급형 3D프린터 시장은 2016년 24,412백 만 원에서 지난해 41,870백 만 원으로 71.5% 급증했다.

해외 시장과 달리 국내 3D프린팅 장비?소재의 제품 시장(61.2%)은 SW?서비스 시장(38.8%)에 비해 큰 비중을 차지한다.
3D프린터 매출이 증가하였으나 장비의 외산 대체 효과가 미미하며 소재는 국내 시장 미성숙 등으로 다양한 신소재 개발에 한계를 지녔다.



2017년 3D프린터의 국산대비 외산비율은 27%대 73%로, 2016년 대비 국산이 3.3% 증가하는데 그쳤다. 주로 필라멘트(62.4%)와 레진(35.3%)등 플라스틱 위주로 소재시장이 형성되었다.

해외 시장과는 달리 장비, 서비스 시장이 커

서비스 시장은 교육 분야 활성화(전년보다 24.4%↑) 등으로 2016년 대비 10.2% 성장, 활용 확산을 위해 적용분야 다양화 등이 필요하다. 이 밖에 컨설팅(44.7%), 3D모델링(28.3%), 출력서비스(17.8%), 교육(8.3%) 등이 분포한다.

산업별로는 주로 교육(19.4%), 기계(17.9%), 전기/전자(13.3%), 건축(7.9%), 자동차(7.6%), 의료/치과(5.9%) 분야이다. 사용 용도는 시제품 제작, 전시모델/디자인 검증, 교육/연구 순으로 나타났다.

최근 보급형 3D프린터의 확산에 따른 유통업체가 증가하여, 전년(253개)보다 19.4% 증가한 302개로 서비스 기업이 41.4%(125개)를 차지했다.

유통기업은 45.8%로 증가했고 장비?소재?SW기업은 5.9%, 서비스(모델링, 출력대행) 기업은 10.6% 늘었다. 2010년 이후 설립된 신생기업이 197개로 전체의 65.2%에 해당한다. 또한 50명 미만 사업장이 72.9%(220개), 연매출 10억 원 미만이 82.5%(249개)로 다수를 차지했다.

국내 3D프린팅 기술수준은 최고 기술국인 미국의 75% 수준이며, 격차는 2.6년 뒤쳐진 것으로 나타났다. 유럽과 기술 격차는 2.5년, 일본은 1.7년, 중국은 0.9년(출처: 기술수준평가보고서(IITP,’17))이었다.

3D프린팅 특허는 2016년 특허(429건) 중 3D프린팅 장비 71.7%, 3D 프린팅 제품 11.7%, 소재?후처리 10.4%, 3D프린팅 SW 6.3%를 차지했다. 특히 인공보철물, 체내 이식물 등의 바이오 3D프린팅 특허출원이 2014년 16건에서 2016년 50건으로 늘어난 것으로 나타났다.
 

정책 3D프린팅 산업 진흥에 올해 457억 원 투입
정부, 3D프린팅 산업 진흥 시행계획수립 발표


정부는 과학기술정보통신부(이하 ‘과기정통부’) 등 관계부처 합동으로 ‘2018년도 3D프린팅 산업 진흥 시행계획(이하 ‘시행계획’)’을 확정했다.

이에 따르면 3D프린팅 신규 수요창출, 기술경쟁력 강화, 산업 확산 및 제도적 기반 강화 등을 위해 지난해 보다 11% 증가한 457억 원을 투입한다고 밝혔다.



이번 시행계획은 이러한 성장세를 지속 높여나가기 위해 ‘3D프린팅산업 진흥 기본계획(’16.12월)’의 4대 전략 12대 중점과제를 강화한 2차 년도 추진내용이다.

첫째, 3D프린팅 산업의 신규 시장수요 창출을 위해 철도?재난안전 등 공공부문 단종?조달 애로부품(2종)과 산업부품(자동차?전자 등 5종), 생활밀착형 제품(가구 등 2종)을 시범 제작하고, 병원 수요를 받아 환자 맞춤형 의료기기를 3D프린팅으로 제작 지원하는 실증 테스트베드 구축 및 의료기기 인증을 실시한다.

둘째, 3D프린팅 기술 경쟁력 강화를 위해 시장수요가 많고 미래 고부가가치 산업인 의료?바이오분야 핵심 SW개발과 4D융합소재, 적층제조디자인 기술 및 지능형 소재 개발을 지원한다. 또한, 조선, 자동차, 기계, 의료, 건설 등 주력산업 고도화를 위한 3D프린팅 장비 소재 개발을 지원한다. 아울러, 3D프린팅 스캐닝 분야의 표준항목을 발굴하여 국제표준을 추진하고, 적층가공기술의 데이터포맷 및 시험방법 관련 용어 등 국제표준 2종을 국가 기술표준(KS)으로 도입한다.

셋째, 3D프린팅 산업 확산 기반 강화를 위해 3D프린팅 지역센터(9개) 및 제조혁신지원센터(6개)의 시제품 제작 지원기반을 확충하고, 문화재 및 생활용품 등 활용수요가 높은 디자인을 3D콘텐츠(설계도면)로 구축하여 제공한다.

중소기업의 3D프린팅 활용촉진을 위해 맞춤형 컨설팅, 해외 판로개척 지원, 전문인력 양성 및 특허관리 교육 등을 추진한다. 이와 함께 올해부터 시행되는 ‘3D프린터개발 산업기사’ 등 국가 기술자격 제도는 검정기관 선정 등을 통해 차질 없이 추진해 나간다.

마지막으로 3D프린팅 산업육성 제도적 기반 강화를 위해 장비?소재 및 출력물에 대한 품질평가 가이드라인 마련 및 소프트웨어 제품군별 품질평가 모델 개발 등 품질평가 관리체계를 구축한다. 또한, 3D프린팅 안전한 이용환경 조성을 위한 가이드라인을 개발?보급하고, 3D프린팅사업 종사자의 안전교육 편의제공을 위해 집합교육 위주에서 온라인교육을 위한 콘텐츠 개발 등도 추진한다.

과기정통부 용홍택 정보통신산업정책관은 “3D프린팅은 4차 산업혁명을 실현하는 핵심기술로서 제조업 등 다양한 분야의 확산으로 급성장하고 있는 글로벌 시장 환경에 대응하기 위해 부처 간 협력을 통해 국내 산업 경쟁력을 강화해 나갈 것”이라고 강조했다.
 

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