[특집] 아시아서 높은 성장 기대된다는데, 제자리 걸음인 국내 메탈 3D 프린팅

  • 2019-08-09
  • 글 / 전자과학 편집부




국내 전체 3D 프린팅 시장은 점차 성장 중


시장조사 전문기관 Markets & markets에 따르면 메탈 3D 프린팅 시장은 2018년 5억 9,400만 달러에서 2023년 2,089.7백만 달러로, 2023년까지 연평균 28.8%의 성장률을 보일 것으로 예상된다. 항공 우주 및 항공 산업과 같은 산업에서 주류 생산 공정으로 메탈 3D 프린팅 사용이 증가할 것이고, 방위 및 의료 및 치과 분야는 메탈 3D 프린팅 시장의 성장을 주도할 것으로 보인다.

엔드 유즈 산업을 기반으로 3D 인쇄 금속 시장은 항공 우주 및 방위, 자동차, 의료 및 치과 등으로 분류된다. 항공 우주 및 방위 산업 분야에서는 엔지니어링 및 제조 응용 분야에 대한 수요가 증가하고 있고. 메탈 파우더에 대한 수요는 기존에 프로토 타입 제작에 3D 프린팅을 사용하는 제조 회사들이 계속해서 동일한 재료를 사용함에 따라 크게 증가 할 것으로 보인다.

이 외에도 금속 3D 프린터 제조업체는 엔지니어링 응용프로그램에 사용되는 대형 구성 요소 및 구조를 인쇄하기 위해 대형 인쇄 상자가 있는 새 프린터를 개발하고 있다. 또한 3D 프린팅 금속은 자동차 산업에서 중요한 엔진 부품을 인쇄하는 데에도 사용되고 있다. 이 엔드 유즈 산업 부문은 많은 자동차 제조업체의 출현으로 아시아 태평양 지역에서 높은 성장세를 보이고 있다.

메탈 3D 프린팅 시장에서 2018년 최대 점유율을 차지한 국가는 북미였다. 북미 지역의 메탈 3D 프린팅 시장은 항공우주 및 국방, 의료 및 치과 및 자동차 최종 수요에 대한 수요증가로 인해 크게 증가하고 있다. 아시아 태평양 메탈 3D 프린팅 시장은 일본, 중국 및 한국과 같은 국가에서 자동차 산업이 메탈 3D 프린팅을 채택하고 있어 예측 기간 동안 가장 높은 CAGR을 보일 것으로 예상된다.




꾸준히 성장 중인 국내 3D 프린팅 산업


정보통신산업진흥원(NIPA)이 올 초 발표한 ‘2018 3D 프린팅 사업실태조사’에 따르면, 2018년 국내 3D 프린팅 시장은 교육기관의 보급용 3D 프린터 보급 확대와 교육, 출력 등의 서비스 증가로 인해 전년대비 16.3% 성장한 3,958.4억 원을 기록했다. 특히, 정부 조달시장은 2018년에 3D 프린팅산업진흥 기본계획(’17~’19)을 근거로 정부지원 사업을 추진한 결과, 초/중/고 교육기관에 대한 장비보급이 본격화되며 전년대비 약 80% 증가한 187억 원을 기록했다.

국내 3D 프린팅 공급기업은 2016년부터 연평균 17.8% 증가해온 가운데, 2018년 국내 3D 프린팅 관련 사업체는 2017년 302개에 비해 16.2% 성장한 351개 업체로 집계됐다. 국내 3D 프린팅 시장은 장비제조, 유통, 서비스 중심으로 성장해 왔으나, 최근 소재, S/W 분야의 중요성이 부각되며 관련 사업체 증가가 두드러졌다.

2018년 3D 프린팅 사업체가 전년대비 49개, 16.2% 성장하면서 관련 종사자 수도 동반 상승했으며 이에 2018년도 국내 3D 프린팅 종사자 수는 2017년 1,834명에서 78명 증가한 총 1,912명을 기록했다. 특히, 장비제조, 유통 분야의 3D 프린팅 관련 종사자 수가 상대적으로 많이 증가했으며 2016년 3D 프린팅 주요 특허만료에 따라 관련 장비 개발이 활성화되면서 장비제조 기업의 인력이 타 분야 대비 크게 증가하고 있는 것으로 나타났다.

세부 산업별로 활용처를 살펴보면 민간 시장 중 장치산업인 자동차/조선/항공 분야는 3D 프린팅을 연구개발 및 시제품 제작에 주로 사용하고 있으며 생산현장 적용은 지체되고 있었다. 반면, 규제완화로 인해 치과, 의수/의족 등의 의료/치과 분야와 생활소비재(보석, 완구, 의류/패션) 분야에서 완제품 제작의 3D 프린팅 수요가 상대적으로 높게 나타났다. 공공 시장에서는 주로 교육연구와 시제품 제작용으로 많이 활용하고 있었다.

2018년 국내 3D 프린팅 기업의 매출액 대비 R&D 투자비중은 전년대비 2.3%p 증가한 15.8%를 기록했으며, 이는 국내 제조업의 평균 R&D 투자인 4.2%와 비교했을 때 상당히 높은 연구개발 비용을 투자하고 있는 것으로 나타났다. 특히, S/W개발과 장비제조 업체의 연구개발 비중이 상대적으로 높은 반면, 유통 분야는 취약한 것으로 나타났다. 한편, 소재분야는 아직 14.8%로 평균을 밑돌고 있으나 최근 소재의 중요성이 부각되며 관련 연구개발 투자가 빠르게 증가하고 있다.

반면 메탈 3D 프린팅은 큰 확장 없어, 매출 비중은 오히려 감소

2018년 국내 3D 프린팅 소재제조 시장은 개인용 데스크탑의 판매가 증가하며 47.2억 원을 기록했다. 제품별로는 플라스틱 계열이 전체 소재제조 시장의 93%를 상회하고 있는 가운데, 세부적으로는 필라멘트 60.7%, 레진 32.3%, 금속 2.4% 매출비중을 보이고 있다. 전체적으로 개인용 데스크탑에서 주로 저가의 필라멘트 소재가 사용되는 가운데, 정교한 출력물을 요구하는 산업용 장비에서는 액체 상태의 레진 소재 이용이 증가하고 있다. 한편, 금속소재는 기업의 수요가 위축되며 제한적인 수준에 머물고 있다.

도입된 3D 프린팅 장비 유형에 대해 조사한 결과 ME 기술방식이 전체 77.0%의 비중을 차지하며 가장 많이 도입된 것으로 나타났으며 PP(13.6%), MJ(3.7%), PBF(1.6%) 순으로 나타났다. ME방식의 3D 프린터는 가격이 산업용 3D 프린터에 비해 상대적으로 저렴하기 때문에 3D 프린터를 도입하여 교육/연구를 하는 목적으로 많이 활용되고 있으며 특히, 학교와 정부기관을 중심으로 많이 보급되어 있다.

업종별로는 대다수의 업종에서 ME기술방식의 도입이 높은 가운데 전문적으로 금속을 활용할 수 있는 PBF방식 및 DED의 활용은 매우 낮은 것으로 나타났으며 특히, DED방식의 3D 프린터는 연구기관이나 정부/지자체에 편중되어 있어 산업 내 금속 3D 프린터 활용을 위한 적절한 대책이 필요한 상황이다.

2018년 3D 프린터 기술방식별 매출비중을 분석한 결과, 전체적으로는 ME 44.4%가 시장을 주도하는 가운데, 다음으로 PP 17.3%, MJ 15.4%, PBF 11.5%, DED 7.2% 순으로 나타났다. 즉, 재료압출 방식인 ME, MJ, PBF는 구입가격과 유지보수 비용이 낮아 데스크탑용으로 인기가 높은 반면, PP는 ME 방식보다 가격이 비싸나 출력속도와 조도가 우수해 산업용 시장에서 인기를 모으고 있다.

2017년과 비교하면 교육용 시장이 확대되면서 보급형 기술방식인 ME가 전년대비 2.1%p 증가한 41반면, PP방식은 산업용에서 활용이 증가하면서 2.2% 성장했다. 한편, 금속 전문 기술방식인 DED는 2016년에 대기업을 중심으로 도입이 활발했으나 이후 투자대비 효과(ROI)가 미미하여 금속장비에 대한 수요가 급감하며 2017년에 비해 1.2%p 감소한 것으로 나타났다.





국내 기업도 출력서비스 시장 진출 시작, 주로 시제품 제작


2018년 국내 3D 프린팅 서비스 시장은 3D 프린팅 장비업체의 출력서비스 시장진출이 활발해지면서 전년대비 17.0% 성장한 795.6억 원을 기록했다. 특히, 3D시스템즈, 스트라타시스, 이오에스 등 외산업체의 출력서비스 사업강화와 더불어 신도리코, 센트롤 등의 국산업체까지 종합 출력서비스 사업에 진출하기 시작했다.

세부적으로는 컨설팅과 3D모델링이 각 30.7%, 30.5%로 시장을 주도하는 가운데, 다음으로 출력서비스 25.6%, 교육 8.4% 순으로 매출비중이 높게 나타났다. 한편, 성장률 측면에서 기타와 교육 관련 분야의 성장세가 두드러졌으며 특히 기타 분야는 3D도면 등 3D 프린팅 콘텐츠 유통이 빠르게 증가하며 관련 매출이 급증했다.

3D 프린팅 출력물의 주요 용도와 비중을 조사한 결과, 시제품이 42.7%로 가장 많은 가운데, 다음으로는 완제품 27.8%, 교육연구 16.4%, 전시용모델 10.5%, 공구/부속품 2.6% 순으로 나타났다. 여전히 3D 프린팅 출력 용도가 주로 시제품 제작에 많이 활용되고 있으나 최근 맞춤형, 양산형 등의 완제품 출력서비스의 비중도 조금씩 증가하는 것으로 나타났다. 이는 핸드폰 케이스, 화장품 용기, 피규어 등 생활밀착형 산업에서의 3D 프린팅 출력서비스 증가와 의료기기에 대한 3D 프린팅 출력 관련 규제가 다소 완화되면서 수술용 가이드 등 의료 산업 내 맞춤형 3D 프린팅 제품 출력의 증가로 관련 완제품의 비중이 점차 높아지는 것으로 풀이된다.





SW 개발 비중 증가추세, 외산 SW 의존도 여전히 높아


3D 프린팅 작업을 위해서는 먼저 모델링 파일을 3D 프린터가 인식할 수 있는 STL편집 파일로 변환해야한다. 또한 STL편집파일을 통해 3D 프린터로 출력하기 위해서는 STL파일을 G코드 형태의 파일로 변환해주는 과정을 거쳐야한다. 기존에는 PC에서 별도의 슬라이싱 프로그램을 통한 작업이 진행되어야 하는 부분이었지만, STL편집 파일을 G코드로 자동 변환해주는 슬라이싱 S/W등을 장비 자체에 내장함으로써 바로 출력이 가능해졌다.

이에 많은 3D 프린터 장비기업들은 사용자의 편의성을 높이기 위해 장비 자체에 내장하는 S/W를 확대하고 있다. 이에 3D 프린팅 내장 소프트웨어의 개발형태를 조사한 결과, 자체개발이 52.1%로 다소 높은 가운데, 국내외 패키지 소프트웨어 구매도 47.9% 수준을 보였다. 즉, 국산 3D 프린팅 소프트웨어 개발 비중이 증가하고 있으나, 여전히 외산 3D 프린팅 소프트웨어 의존도가 42.1%로 높게 나타났다.

3D 프린터 장비에 내장되는 소프트웨어 중 국산화가 시급한 소프트웨어를 조사한 결과, 60개의 응답기업들은 슬라이싱과 STL편집 S/W가 각각 46.7%, 40.0%로 가장 시급한 것으로 응답했으며, 다음으로는 스캐닝 36.7%, 모델링 35.0%, 공정관리 26.7%, 출력물 검사 25.0%, 시뮬레이션 21.7%, 호스트 13.3% 순으로 나타났다. 즉, 현재 외산 3D 프린터 소프트웨어가 시장을 주도하는 상황에서 국산 장비의 판매확대를 위해서는 국산 장비에 최적화된 소프트웨어 개발이 필요하다고 보고 있으며, 그 중 편집/변환과 모델링 소프트웨어 분야의 국산화가 시급한 것으로 판단하고 있다.

3D 프린팅 교육 주로 사내에서 이뤄져, 전문인력 양성 교육 필요성 증대

3D 프린팅 장비 도입 기업들의 교육현황을 살펴본 결과 3D 프린팅 교육은 사내직무교육을 통해 주로 진행되고 있는 것으로 나타났으며, 향후에도 사내직무교육이 주요한 교육 방식으로 진행될 것으로 예측된다. 한편, 3D 프린팅 관련 전문교육의 필요성이 증가하면서 외부의 집합교육을 통해 관련 교육이 확대될 것으로 예측된다.

업종별로는 정부/지자체, 학교, 연구기관 등 공공 시장에서 관련 교육에 대한 필요성이 높게 나타났으며 민간시장에서는 조선/항공 산업을 제외하고 다소 교육의 필요성을 낮게 보는 것으로 조사됐다.

한편 정부에서는 항공우주전문인력을 양성하는 과정에 메탈 3D 프린팅 과목을 개설해 3D 프린팅 전문인력 양성에 나선다. 수행기관으로는 (사)인천산학융합원이 선정되었다. 산업통상자원부에서 시행하는 항공우주 전문인력 양성사업은 항공산업 경쟁력 강화를 위한 미취업자 대상의 현장 중심형 전문인력 양성을 목적으로 추진하는 사업으로 향후 5년간 국비 50억 원을 포함 총 사업비 85억 원 규모로 인천시와 인천 산학융합원, 한국항공우주산업진흥협회가 공동으로 사업을 수행할 계획이다.

메탈 3D 프린팅 과정은 해외 선진 교육과정을 기반으로 메탈3디(D) 프린팅 이론 및 레이저/전자빔 방식 프린터를 이용하여 진행될 예정이다. 교육 내용은 부품의 설계 및 실습을 중심으로 메탈 3D 프린팅 전체 공정을 모두 포함하고 있는 것이 특징이다. 연간 40명 과정으로 운영하며, 5년간 200명의 메탈 3D 프린팅 전문 인력을 양성하게 된다.

인천시와 인천산학융합원은 3D 프린팅?애프터마켓(MRO) 등 2개 과정 교육 추진과 함께 메탈 3D 프린팅 시장 확산 및 항공부품 수출 촉진을 위한 재직자 심화 교육과정과 비즈니스 랩 등 자체적으로 운영하고 있는 사업도 함께 운영할 예정이다.

홍창호 인천시 항공과장은 “이번 교육과정을 통해 메탈 3D 프린팅 산업의 신규 비즈니스 창출과 항공부품산업체 및 항공정비업체의 기업 역량 향상에 기여하고, 장기적으로 해외 항공부품물량 확보를 위한 기반을 마련할 것으로 기대한다.”고 전하며, “또한 새로운 동력이 필요했던 인천지역 뿌리 산업의 활성화를 통해 신산업 생태계를 조성하고, 신규 고용 창출과 해외 시장 진출에도 기여할 수 있을 것”이라고 내다봤다.


기업들이 꼽은 애로사항, 출력 품질?속도?크기

정보통신산업진흥원(NIPA)에서 3D 프린팅 공급사들의 애로사항을 조사한 결과, 협소한 국내시장이 35.8%로 가장 높은 것으로 나타났다. 이는 종합적인 관점에서 나타나는 요인인 것으로 풀이되며 특히, 3D 프린팅의 산업 효용가치에 대한 인식이 지속적으로 확대되고 있음에도 불구하고 여전히 국내에서 3D 프린팅의 효과에 대해 의문을 갖는 기업(32.7%)이 많기 때문인 것으로 분석된다. 이에 따른 불확실한 국내 사업의 시장성(30.0%), 자금조달(28.5%)의 문제가 높은 애로사항으로 나타났다.



장비도입 기업의 3D 프린팅 운영관련 애로사항에 대해서는 총 330개 기업 중 절반에 해당하는 기업이 낮은 출력속도(50.0%)를 가장 큰 애로사항으로 선정했으며, 이를 이어 출력물의 크기 제한(42.7%), 낮은 출력물 품질(41.8%)을 높은 애로사항으로 선정했다. 이는 실질적 장비운용에 있어 출력물에 생산과 관련한 부분에서 대다수의 기업들이 많은 애로사항이 있는 것으로 파악돼 이에 대한 R&D 대책이 요구된다.

3D 프린팅 출력서비스를 이용하면서 느끼는 애로사항에 대해서는 160개의 응답기업들은 낮은 출력물의 품질(45.0%)을 가장 큰 애로사항으로 응답했으며 이를 이어 소재다양성 부족/ 복합소재사용의 어려움(34.4%), 출력물의 크기 제한(31.3%), 출력서비스 비용(25.0%) 순으로 애로사항을 응답했다. 업종별로는 조선/항공 산업과 건축 산업은 출력물의 제한된 크기를 높은 애로사항으로 선정한 반면, 의료/치과, 자동차, 가전/정보통신 산업에서는 출력 품질에 대한 애로사항이 높은 것으로 조사됐다.
 

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