3D 프린팅은 재료를 연속적으로 쌓아 3차원의 물체를 만드는 제조기술이다. 타이타늄·강철·알루미늄 또는 플라스틱 같은 재료를 이용하여 각종 부품을 만드는 것이 가능하다.
이미 많이 알려졌지만 그래도 중요하니 3D 프린팅을 통한 제조의 장점을 보고 가자.
이 기술은 신제품을 개발할 때 특히 유용하다. 프로토 타입을 제작할 경우, 전통적인 방식으로는 많은 노력과 비용 및 시간이 필요하지만 3D 프린팅을 이용하면 적은 비용으로 몇 주에 걸리던 샘플 제작시간을 몇 시간으로 줄여준다. 테스팅 후 대량생산과 시장진출까지 걸리는 시간도 최소화된다.
업계에 따르면 3D 프린팅을 통한 제조 중 57%가 신제품 개발의 첫 단계인 샘플 제작에서 사용되는 건 이런 이유 때문이다. 그렇다면 각 분야별로 3D 프린팅 기술이 어떻게 활용되는지 알아보자.
§ 자동차분야
자동차 업계는 래피드 프로토타이핑Rapid Prototyping이란 이름으로 시제품 제작에 3D 프린팅을 사용하고 있다. 프로토타입용 부품을 만들고 테스트할 때 3D 프린팅을 활용하면 빠른 시간에 실제 크기, 또는 축소된 실물 모형을 만지고 검증할 수 있기 때문이다.
예를 들면 GM은 신형 자동차의 플로어콘솔, 앞좌석 등판, 앞 범퍼를 3D 프린팅으로 제작하여 훨씬 적은 비용으로 윈드터널 테스트까지 진행했다. 그리고 크라이슬러는 3D 프린팅 기술로 모델카를 제작했고, 메르세데스는 3D 프린터로 트럭의 금속파트를 제조했으며, 폴크스바겐은 자사 공장에 근무하는 라인 근로자들을 위해 3D 프린팅으로 인체공학적인 의자를 제작한 바 있다.
§ 항공·우주 분야
티타늄 및 플라스틱과 같은 경량의 소재로 비행기용 부품을 생산할 수 있어 친환경적인 항공기를 구축하는 데 도움이 된다. 더불어 3D 프린팅으로 랜딩기어나 비행기의 날개용 부품을 제조하면 원자재의 낭비가 줄어들어 전체 재료비가 절감된다.
이와 관련, GE는 2016년에 금속소재를 기반으로 하는 Arcam과 SLM Solutions 등 2개의 3D 프린팅 회사를 인수한다고 발표했는데, 이는 2020년까지 제트 엔진에 10만 개의 부품을 3D 프린팅으로 활용하기 위해서이다. 더불어 GE는 상업용 항공기 엔진인 어드밴스드 터보프롭(Advanced Turboprop)을 개발하는데 적층제조방식의 3D 프린팅 기술을 활용하여 개별부품 수를 855개에서 단 12개로 줄인 바 있다.
GE 외 에어버스, 보잉, 중국 상용항공기공사COMAC 등이 차세대 단일통로 항공기에 탑재될 LEAP 제트엔진용 연료 노즐을 3D 프린팅 기술로 생산 중이라는 소식도 있다.
§ 의료기기 분야
이미 의료기기 제조 분야에서 3D 프린팅은 중요한 위치를 차지하고 있다. 3D 프린터는 사람의 형상을 더 정확하게 복제하는 것이 가능하기 때문에 맞춤형 의료기기 제조에 점점 더 많이 사용되고 있는 것.
예를 들면 현재 3만 명의 환자들이 3D 프린팅으로 제작한 정형외과용 인체를 이식받았으며, 50만 명의 치과용 환자들도 3D 프린팅 기술로 제작한 치아(크라운, 브릿지, 캡등)를 이식받았다. 외과의사들은 복잡한 수술을 하기 전에 정확도를 높이기 위해 CT나 MRI로 찍은 부분을 3D 프린팅으로 제작하여 시술에 참고하기도 한다.
한편, 미래의 일이지만 의료 분야에서는 큰 사고로 얼굴의 일부가 손상되거나 유실된 환자를 위한 일종의 부분 가면과 같은 제품을 만드는 것도 시도하고 있다. 바이오 잉크를 사용하여 가면을 만드는 것으로, 바이오 잉크는 세포나 인간의 인체 조직을 대체할 수 있는 소재이기 때문에 이를 3D 프린터에 적용하여 인간의 신체 일부나 장기 등을 만들어 내는 것이다. 조만간 임상실험을 거치면 실제 환자들에게 이식할 수 있는 수준까지 기술이 발전할 것으로 업계는 기대하고 있다.
§ 건축, 디자인, 엔지니어링과 건설업계
역사적으로 건축, 디자인, 엔지니어링 및 건설 산업은 손으로 모델을 만드는 수작업이 많았다. 그러나 3D 프린터를 사용하면 비교적 쉽게 디자인을 3D 모델로 변환할 수 있다. 기존에는 일일이 손으로 모델을 제작했지만 이제는 3D 프린터를 이용하여 모델 제작 및 검토 후 변경이 필요할 경우 빠르게 대처할 수 있게 된 것이다.
§ 가정 및 레스토랑
3D 프린터에 플라스틱 수지나 분말을 사용하는 대신, 인간이 먹을 수 있는 각종 식재료를 넣고 층층이 쌓아 원하는 음식을 만들어내는 음식 3D 프린터도 개발됐다. 현재까지는 다섯 가지의 재료만 활용될 수 있지만 기술은 더 발전할 것으로 보인다. 미 항공 우주국NASA이 우주 탐험가들을 위한 음식을 만드는 데 3D 프린팅 기기를 사용한다.
§ 3D 프린터 주요 제조업체
IBIS WORLD 자료에 의하면 3D 프린터 시장에서는 양강이 크게 활약하고 있다. 점유율 1위는 Stratasys, 2위는 3D Systmes.
◎ 스트라타시스Stratasys : 시장점유율 16.7%
3D 프린터 및 고성능 RPRapid Prototyping 시스템 제조업체이다. 컴퓨터 지원 설계 프로그램에서 부품 및 프로토 타입을 생성하는 다양한 3D 프린터를 개발하고 있다. 항공우주, 방위, 자동차, 의료, 교육, 건축 및 소비자 등 다양한 분야에 걸쳐 제품을 내놓고 있다는 것이 이 회사의 강점이다. 시장점유율을 높이기 위해 경쟁사를 인수합병(2013년 메이커봇MakerBot, 2014년 솔리드컨셉Solid Concept)하기도 했다.
◎ 3D시스템즈3D Systems : 시장점유율 8.9%
1993년에 설립된 이 회사는 비지젯VisiJet을 포함한 다양한 브랜드의 3D 프린터를 판매하고 있다. 인수 합병도 활발하게 하고 있다. 2013년에 11개의 사업체를, 2014년에 10개의 업체를, 2015년에 4개의 업체를 인수했다. 2014년도에 진행된 인수를 통해 의료용으로 사업을 확장했고, 2015년도에 진행된 인수를 통해 소프트웨어 솔루션 및 교육용 3D 시스템 시장으로 사업 영역을 넓혔다.
