[3D프린트용 금속분말소재 관련 제조공정 기술의 진보]

항공·우주, 조선, 해양·플랜트, 자동차산업 파급효과 기대

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SIMTOS TrendⅠ 자료_ 중소기업 전략기술로드맵(2019-2021) 3D프린팅 중

정리_ 이성숙 기자

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3D프린팅에 사용될 수 있는 소재는 금속, 세라믹, 폴리머 또는 이로부터 구성된 복합소재로 구성될 수 있으며, 원소재에 따라 핵심기술이 달라진다. 금속 3D프린팅 기술은 금속소재 및 금속소재를 포함하는 복합소재를 기반으로 하는 원소재를 적층시켜 가공물을 제조하는 기술이다. 3D프린트용 금속분말소재 관련 제조공정 기술의 진보는 항공, 우주, 해양, 조선, 플랜트, 자동차 산업 등의 국가 산업 전반에 걸쳐 큰 파급효과를 기대하고 있다.

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1. 산업의 특징

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3D프린트용 금속분말소재 산업은 금속분말 원천 소재 산업과 금속분말 제조 및 생산 장비산업으로 크게 나뉠 수 있으며, 수요제품 및 수요 산업군에 따라 광범위한 제조업 기반의 산업에 영향을 끼칠 수 있다. 특히 중장기적으로 파급효과를 미칠 수 있는 제조업 산업군은 일반소비재 산업, 항공우주, 국방, 산업용 기계부품, 금형, 자동차, 로봇, 산업용 설비 및 장비, 의료 및 바이오, 전기전자 등 대부분의 제조업 기반 산업에 관련되고 있다.

금속 3D프린팅 산업 환경은 3D프린트용 금속분말소재 산업과 금속분말소재 생산설비 산업, 금속 3D프린팅 장비 산업, 그리고 이를 이용한 제품 산업 등의 서플라이체인이 아직까지 완전히 구축되지 못한 상태이다. 특히 금속 3D프린팅 산업과 관련 소재산업은 기타 일반 소비재에 대응하는 3D프린팅 산업과 달리 개별 소비자와 생산자가 직접 연계하는 단계까지 이르지 못하였으나, 향후 제조 패러다임을 변화시킬 잠재력이 큰 산업으로 평가받고 있다.

금속 3D프린팅 기술은 현재 기술개발이 진행되고 있는 초기 시장진입 단계로, 기술의 난이도가 높고 생산비용 및 소재의 높은 단가가 시장 확대의 장벽이 되고 있다. 여기에 더해 금속분말소재 제조 공정비용이 비싸고 이에 따른 원소재의 가격이 높아 현재는 고부가가치의 항공우주용 부품, 발전용 터빈부품, 의료 임플란트 등의 한정된 시장에 적용돼 왔다.

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2. 국내외 3D프린팅 시장

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2016년 61억 달러 규모였던 세계 3D프린팅 시장은 연평균 27.6%씩 성장이 전망되면서 오는 2022년에는 262억 달러에 달할 전망이다. 3D프린트용 금속분말과 장비시장은 지속적인 성장이 예측되며, 특히 3D프린트용 금속분말은 2025년 현재 대비 10배 수준으로 시장이 확대될 것으로 예상하고 있다. 반면 2015년 2,230억원에 머물렀던 우리나라 3D프린팅 시장은 2017년에는 3,469억원으로 크게 증가했으며 2022년까지 1조원 규모로 성장할 것으로 전망되었다.

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이러한 성장전망의 배경에는 다품종 소량생산에 따른 시장수요 대응에 3D프린팅이 가장 적합할 것으로 점쳐지고 있기 때문이다. 3D프린트용 금속분말 시장은 항공우주 및 의료용, 고부가가치 부품용 고가 금속분말 시장과 소비재 중심의 저가 금속분말 시장, 금형 보수용 금속 분말 시장으로 나뉘어 지속 성장할 것으로 예측되고 있다.

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3. 기술개발트렌드

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최근 3D프린트용 금속분말소재 관련 기술이슈는 생산 및 제조기술과 원천소재 기술로 분류할 수 있다. 이중 3D프린트용 금속분말소재의 생산 및 제조기술에서는 저가 금속분말 제조공정기술 개발로부터 금속 3D프린팅 기술의 경제성 확보와 시장수요에 대응 가능한 금속분말소재 양산 기술을 확보하기 위한 방안들이 기술개발의 주요 이슈이다.

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이와 함께 다품종 소량생산의 시장수요 대응 가능한 금속 분말 소재생산 및 제조기술과, 적층제조기술과 절삭제조기술이 융복합화된 혁신 제조기술을 비롯해 항공우주, 의료 등 고부가가치 산업분야 3D프린트용 금속분말소재 기술개발, 시장수요에 대응할 수 있는 소재의 다변화, 금속 3D프린팅 공정기술에 적합성을 갖는 금속분말형상 제어기술 개발 등도 생산제조 분야의 주요이슈로 떠오르고 있다.