1. 3D 프린팅 개요
가. 3D 프린팅의 개념
3D 프린팅 (3D Printing)은 3차원 설계 데이터를 기반으로 고유의 소재를 층층이 쌓아 입체 형태의 제품을 제작하는 기술을 말하는 것으로 전통적인 제품 생산방식은 재료를 자르거나 깎아서 생산하기 때문에 절삭가공 (subtractive manufacturing)이라 불리는 반면, 3D 프린팅은 재료를 한 층씩 쌓아 제작하는 방식으로 적층가공(additive manufacturing)이라고도 불립니다. 절삭가공 방식은 일반적으로 원재료의 95%가 버려지나 3D 프린팅 방식은 필요한 만큼의 원재료만 이용하여 원재료 절감이 가능합니다.
3D 프린팅에는 액체 형태의 재료나 종이, 금속분말, 플라스틱, 모래 등이 이용되며 층의 두께는 약 16~100 마이크로미터(0,016-0.10 mm) 정도이며, 제작시간은 제품의 크기와 복잡한 정도에 따라 수 시간에서 수일까지 소요됩니다.
관련기술 발전에 따라 3D 프린터의 활용성이 증가하면서 이에 대한 관심이 고조되고 있으며, 3D 프린터는 비용과 시간을 절약하기 위해 다음과 같이 주로 기업의 시제품 제작에 이용되고 있습니다.
전통적인 시제품 제작 방식은 여러 단계를 거쳐야 하는 반면 3D 프린터를 이용할 경우 설계 데이터만 있으면 제작이 가능하고 디자인 수정도 용이합니다.
• 람보르기니는 시제품 제작에 4개월의 제작기간과 44만 달러의 비용이 소요되었으나 스포츠카 Aventeadlor의 시제품 제작에 3D 프린터를 이용해 제작 기간과 비용을 각각 20일과 3,000달러 수준으로 줄일 수 있었습니다
• 최근에는 첨단 산업을 비롯한 다양한 산업분야에서 활용되면서 관련 기술에 대한 관심 급증 3D 프린터는 완구류, 패션, 엔터테인먼트 산업과 기술적 난이도가 높은 자동차, 항공/우주, 방위산업, 의료기 등 다양한 분야에서 제품 개발에 활용되고 있습니다.
나. 3D 프린팅의 등장배경
3D 프린팅의 컨셉이 나온 것은 이미 오래 전의 일입니다. 1980년대 중반에 Dr. Carl Deckard와 Dr. Joe Beaman와 같은 사람들이 굉장히 중요한 역할을 했습니다. 산업적인 측면에서는 Charles Hull이 창업한 3D Systems라는 회사가 있습니다.
세계 최초로 3D 프린팅을 상용화해 1988년부터 공장에서 사용하기 시작했고, 대부분의 3D 프린팅 특허를 갖고 있다. 이 회사는 현재 구글과 아라 프로젝트를 수행하고 있습니다.
구글은 현재 Assemble 모듈 방식의 스마트 폰 아라를 지속적으로 만들어내고 있고, 시연도 진행 중입니다. 이는 굉장히 중요한 의미를 내포하고 있습니다. 스마트 폰의 표준 모듈 생산 속도와 물량을 대량 확보하기 위해 3D 프린팅을 이용한다는 전략입니다. 작은 모듈들을 모두 3D 프린팅 으로 찍어내겠다는 것입니다.
이후로 3D 프린팅 시장에는 기념비적인 일들이 생기기 시작합니다. 1995년, MIT에서 Powder, liquid plastic 혹은 요즘 많이 사용하는 diffused material 같은 재료들을 붙이는 방식에 대한 뛰어난 특허 기술들이 개발되면서 3D프린터는 대중적으로 확산됩니다. 작년부터 세계적으로 3D 프린팅 기술이 많이 등장하고 있는 이유는, 기술의 발전뿐만 아니라 특허가 풀렸기 때문입니다.
대표적으로 2014년 2월에 금속에 대한 3D 프린팅 특허가 풀렸고 동시에 이를 준비했던 현대자동차는 곧바로 3D 프린팅을 시작했습니다. 하지만 고급 기술은 여전히 특허에 묶여있고 아직 개발해야 하는 부분이 많이 남아있는 실정입니다.
다. 3D 프린팅의 제조 과정
3D 프린팅의 제조 과정은 총 3단계로 이루어집니다. 처음에는 3D모델링, 3D캐드와 같이 Modeling을 하는 단계입니다. 두 번째는 3D프린터로 Printing을 하고, 인쇄가 끝나면 Finishing, 마지막으로 매끄럽게 마무리하는 후처리 과정을 거칩니다. 마무리 작업을 해야 하는 이유는 저가의 3D프린터로 인쇄를 하면 표면이 거칠게 나온다는 문제점이 있기 때문입니다.
현재 3D모델링은 작업이 많이 진행된 상태이지만 Printing과 Finishing 작업 단계는 제조업을 바꿀 것이라는 기대와 함께 아직은 불분명한 환상이 더 많은 상태이빈다. 하지만 이 과정들도 점차적으로 현실화되고 있는 것도 사실입니다. 3D 프린팅의 과정에는 대표적으로 스테레오 리소그래픽(Stereo lithography)'이라고 불리는 과정이 있는데, 이는 용액으로 된 liquid plastic 을 판에 레이저로 쏴서 굳혀가는 방식입니다.
그 다음으로 많이 쓰이는 방식이 Fused Deposition2'과 'Ink Jet Printing3', 그리고 원료나 색상을 바꾸기도 하는 'Multi Jet Printing4', 'Selective Laser Sintering5' 방식 등이 있습니다. 예전에 는 생산자들이 '생산'을 하는 공장이 있고, 유통업체들이 '배달'을 하고, 소비자들이 '소비'를 하는 과정이 철저하게 나누어져 있었습니다. 소셜커머스가 유통이라는 중간 단계를 없애는 혁신을 이루어냈지만 여전히 생산과 소비의 단계는 존재했습니다.
그러나 이제는 생산마저 3D 프린팅으로 디지털화 되면서, 생산과 유통 단계가 사라지고 소비시점에서 생산을 하는 것이 가능하게 되었습니다. 쉽게 말해, 멀리 있는 장소에 가서 쇼핑을 한다거나, 해외의 제품을 사기 위해 직구를 한다는 개념이 없어질 수 있는 것입니다. 필요할 때 바로 3D 프린팅으로 만들어 쓰면 되기 때문입니다. 이런 일들이 실제로 조금씩 일어나고 있습니다. 예를 들어, 어떤 사람이 미국에서 굉장히 재미있는 캐릭터 피규어를 봤는데, 이를 3D 스캐닝 하는 앱으로 촬영 후 한국으로 보내, 한국에 있는 3D프린터로 뽑아내는 것입니다. 실제로 일본의 캐릭터 업체들은 몇 년 전부터 이런 일들을 우려하며 골치 아픈 사건으로 바라보고 있습니다. 그래서 비즈니스 자체를 바꾸려는 시도 또한 이루어지고 있습니다.
결론적으로, 소비라는 측면에서, 소비를 위해 생산과 유통이 이루어져 왔는데, 이 과정이 모두 철저하게 깨진 것입니다. 이제는 온라인으로 모든 것을 해결하는 디지털 시대가 도래 했고, 누구든지 집에 3D프린터가 있으면 제품을 만들어 낼 수 있게 된 것입니다.
미국, 일본, 유럽연합은 3D 프린팅이 기술적인 측면 이 외에도 전 세계의 시스템, 즉, 힘의 역학을 바꿀 수 있는 중요한 역할을 할 것이라고 기대합니다. 중국에 있는 제조 공장의 수는 나머지 국가들에게 있는 공장의 수보다 많다고 할 정도로 제조업의 아웃소싱 대부분을 중국이 가지고 있다고 할 수 있습니다. 산업의 핵심을 중국이 다 가지고 있다는 얘기입이다. 아무리 소프트웨 어가 풍부하고 눈부신 발전을 하여도 제조와 현물은 무시할 수 없는 중요한 요소입니다. 이러한 상황은 자연스럽게 중국이 제조업 시장에서 막강한 파워를 가질 수밖에 없게 만들었습니다.
미국 입장에서는 중국을 견제하거나 압력을 줄 수 있는 유일한 수단이 3D프린터였습니다. 3D 프린팅이 제조업의 틀을 바꾼다는 것입니다. 전통적인 산업 자본주의 시대에서 제일 중요한 것은 대량생산(Mass Production)이었습니다. 유명한 비즈니스 전략가인 마이클 포터는 다섯 가지 혁신의 개념에서 우리가 다루고 있는 소비자나 사용자는 없다고 이야기합니다. 그것은 구매력 또는 생산력만을 가지고 이야기합니다. 왜냐하면 대량생산을 통해서 단가를 줄이고 진입장벽을 만드는 것이 비즈니스의 핵심이라는 것입니다. 그것을 깰 수 있는, Mass Customization을 넘어서 Hyper Customization(초고객화), 개인에게 아주 잘 맞출 수 있는 생산이 가능한 것이 3D 프린팅이라는 것입니다. 실제로 오바마 대통령은 3D 프린팅의 중요성을 강조하며 국가 차원의 지원을 강화하고 있습니다. 유럽연합과 일본 또한 마찬가지입니다.
하지만 한국은 이러한 측면에서 뒤떨어지고 있습니다. 국내에서 만든 3D프린터의 대다수는 자체 기술이 아닌 특허가 풀린 기술을 사용하고 있습니다. 한국은 뒤늦게 3D 프린팅이 국가적인 역량, 전 세계의 시스템을 바꿀 수 있는 잠재성을 가진 중요한 기술이라는 것을 깨달았고, 동시에 3D프린터로 인해 상상할 수 없었던 일들이 일어나면서 언론 또한 부화뇌동하였습니다.
