3차 제조혁명으로 불리는 3D 프린팅 기술의 영향력은 제조업의 프로토타입 시장의 한계를 넘어 활용 분야가 빠르게 확대되고 있다. 이미 항공우주, 의료 분야와 같은 정밀산업 분야에서도 복잡한 부품과 인체 일부를 3D프린터로 제작하는 등 광범위하게 활용 사례가 증가하고 있다.

 

최근 3D 프린터 기술은 원천특허권 만료와 IT기술의 발달로 3차원 데이터의 제작과 보급 확산이 전방위적으로 이루어지면서 개인용 3D 프린터의 보급도 활발하게 진행되고 있다. 또한, 그동안 일반인은 생각지 못할 정도로 높았던 가격 저항선이 빠르게 낮아지면서 최근에는 100만원 미만의 제품들의 출시도 증가하고 있다.

 

또한, 3D 프린터의 재료 상용화도 플라스틱에서 점차 금속소재, 목재, 고무, 유리, 바이오 등 다양하게 확대되어 적용 산업 분야 확산과 업계 시장 활성화에 영향을 줄 것으로 판단된다.

 

이미 글로벌 주요 국가들의 정부들은 3D프린팅 산업을 향후 제 3차 산업 혁명을 위한 기반으로 주목하고 있으며 향후 산업육성을 위한 정책을 수립중이다. 특히, 미국 오바마 대통령은 3D프린팅 기술을 창조경제를 이끌 신기술로 확신하고 3D 프린팅 기술 개발에 3천만 달러 규모의 3D프린팅 특화 기관을 설립하여 중국을 비롯해 아시아로 넘어간 제조업을 미국으로 불러들이는 동시에 첨단산업 위주로 국가 체질을 바꾸어놓겠다는 계획이며, 중국도 과학기술부〈국가 기술발전 연구계획 및 2014년 국가과학기술 제조영역 프로젝트 지침〉에 3D 프린터 사업을 포함하고 3D 프린터 재료 핵심기술, 장비를 확보할 계획이다.

 

홀러스어소시에츠(Wohlers Associates)에 따르면, 2021년 3D 프린터 시스템의 판매와 3D 프린팅 서비스를 통한 매출은 2012년 실적 대비 약 5배인 108억 달러에 달할 것이라고 전망되고 있다. 또한, 미국, 독일, 일본 등 선진 국가에서는 3D 프린터 및 관련제품의 판매와 서비스를 통한 매출이 최근 5년간 두 배로 동시에 급격히 성장하고 있는 것으로 알려지고 있다.

 

하지만, 아직까지 3D 프린터로 제작 가능한 제품 수준이 소재, 디자인, 완성도 측면에서 일반 제품 대비 품질이 낮다는 평가를 받고 있다. 또한, 아직 국내에서는 3D 프린팅 관련 기술을 보유한 업체는 몇개사에 불과하고, 지원 정책도 전무한 상황속에 중소기업은 제품 다양화나 신소재 개발을 위한 기술개발에는 어려움을 겪고 있다.

 

이에 이슈퀘스트는 출발선에 있는 국내의 3D 프린팅 시장 현황 속에서 사업 기회를 모색중인 다분야의 업체 및 관계자들을 위하여 본 보고서를 기획하였다. 본 서는 개인용과 산업용이 구분된 세계 시장 정보 및 제품 동향, 재료 동향을 조사․분석하였고, 주요 산업 분야별 사례와 국내외 주요 참여업체의 개발동향과 사업전략,  등을 통하여 향후 3D프린팅 시장의 가능성을 조망하였다.

본 보고서를 통하여 관련 분야에 종사하는 분들과 관심을 갖고 계신 모든 분들이 3D프린팅 시장에서 사업기회를 모색하는데 있어 조금이나마 도움이 되기를 바랍니다. 

 

 

Ⅰ. 주목받는 3D 프린팅 시장의 현재와 미래

   1. 이슈로 등장한 3D 프린팅 시장과 기술동향

      1-1. 3D 프린팅에 주목하는 세계
             1) 제조업의 패러다임의 변화
                 (1) 다양한 산업 분야에서 혁신
                 (2) 소비와 제조의 결합
                 (3) 맞춤형 주문 생산과 원격 유통 
             2) 소비의 변화
                 (1) 다양한 상품의 출현 
                 (2) 소비자 커뮤니티의 변화
      1-2. 개발 History
             1) 유래 
             2) 개발연혁
      1-3. 최근 개발 사례

   2. 3D 프린팅 개념, 작동원리, 방식별 분류

      2-1. 개념과 구조
             1) 개념
             2) 구조
             3) 작동원리와 작동 프로세스
      2-2. 3D 프린팅 작동 방식별 분류
             1) 융합수지 압출 적층 조형 - FFF(Fused Filament Fabrication)
             2) 마스크 투영 이미지 경화 조형 - DLP(Digital Light Processing)
             3) 분말 및 잉크젯 투사 조형 - PBP (Powder Bed & inkjet head 3d Printing)
             4) 폴리젯 적층 조형 Polyjet (Photopolymer Jetting Technology)
             5) 멀티 젯 조형 - MJM(Multi Jet Modeling)
             6) 레이저 금속 성형 기술(Laser Additive Manufacturing)
                 (1) DMT(Laser-aided Direct Metal Tooling) 기술
             7) 개체 접합 조형 - LOM (Laminated Object Manufacturing)
             8) 선형 분사 방식 
             9) 작동 방식별 성능과 제작 사이즈

   3. 3D 프린팅 육성에 나선 주요국 정책동향과 성과

      3-1. 미국
             1) 시장 동향과 전망
             2) 3D 프린팅 관련 정책 동향
      3-2. 중국
             1) 시장동향과 전망
             2) 정책 동향
      3-3. 일본
             1) 시장동향과 전망
             2) 정책 동향
      3-4. EU 
             1) 영국
             2) 네덜란드
             3) 독일
      3-5. 한국
             1) 시장동향 및 전망
             2) 정책 동향
                 (1) 3D프린팅산업 발전전략 포럼

   4. 3D 프린팅 시장실태와 전망 및 대응전략
     
      4-1. 시장동향 및 전망
             1) 시장규모 및 동향
                 (1) 적용 산업분야 및 사용용도
                 (2) 국가별 점유율
                 (3) 산업용/개인용 업체 점유율
                 (4) 장비 / 재료 가격 동향
             2) 향후 전망
                 (1) 시장규모 전망
                 (2) 개인용 3D 프린터 보급 확대
                 (3) 활용분야 확대
             3) 4D 프린팅 기술 출현
      4-2. 향후 해결해야 할 과제
             1) 기술 측면
             2) 사회문화․법률 측면
      4-3. 사업기회와 대응전략 
             1) 요소기술 개발
             2) 소재와 재료 개발
             3) 가격 절감
             4) 다양한 비즈니스 모델 개발
             5) 제도와 규제 정비

Ⅱ. 확대되는 3D 프린팅 활용과 기술개발 사례, 상용화전략

   1. 3D 프린팅 관련 주요 기술개발 동향과 특허동향
 
      1-1. 3D프린팅의 제작 공정의 기술동향
             1) 기술 원리
                 (1) 모델링
                 (2) 프린팅
                 (3) 마 
             2) 첨삭방식
                 (1) 압출 적층
                 (2) 분말 재료 결합
                 (3) 라미네이션
                 (4) 광중합
             3) 제품 개발 동향
                 (1) 개인용 3D프린터
                 (2) 상업용/가정용 프린터
      1-2. 3D 프린터의 하드웨어와 소프트웨어 기술동향
             1) 하드웨어 분야
                 (1) 본체
                 (2) 전자 부품
                 (3) 익스트루더(Extruder)
             2) 소프트웨어
                 (1) CAD
                 (2) CAM 
                 (3) 펌웨어(Firmware)
      1-3. 3D프린터용 재료의 기술/시장 동향과 개발 사례
             1) 재료 분야별 기술/시장 동향
                 (1) 플라스틱계
                 (2) 금속계
                 (3) 파우더
                 (4) 왁스
                 (5) 고무 
                 (6) 나무
                 (7) 종이
                 (8) 모래
                 (9) 유리
                 (10) 세라믹(Ceramics)
                 (11) 나일론
             2) 재료 관련 기술개발 이슈
                 (1) 다중 소재 프린팅
                 (2) 세라믹스 3D 프린팅 
                 (3) 고강도 3D 프린팅 소재 - ‘티글라스’ 
                 (4) 겔 재료의 3D 프린터 개발 
                 (5) 액체 금속을 이용한 3D 프린팅 기술 개발
                 (6) 태양열을 이용해 모래를 녹여 3D 프린트하기
                 (7) 폐품 플라스틱 재활용
      1-4. 주요 특허 동향
             1) 이슈퀘스트 분석
                 (1) 출원년도
                 (2) IPC(국제 특허 분류)
                 (3) 출원인별 
             2) 특허청 분석
             3) 주요 업체별 보유 특허
                 (1) Stratasys Incorporated
                 (2) 3D시스템즈
                 (3) Z corporation
                 (4) 캐리마
                 (5) 인스텍

   2. 국내 ‘3D프린팅’ 관련 주요 연구개발 동향과 연구테마

      2-1. 스마트폰용 300dpi급 해상도를 갖는 무안경식 3D 프린터 엔진 개발
      2-2. 영상 햅틱 융합 제어 기반의 다중 분사체 바이오 프린팅 시스템 개발
      2-3. 3D프린팅장비(RP)을 활용한 산업제품 연구개발
      2-4. 나노스케일 3차원 프린팅 시스템
      2-5. 생체 조직 재생을 위한 쾌속조형 기반 3차원 세포 프린팅 기술 개발
      2-6. 디지탈 생산방식을 이용한 의료기기제품 개발
      2-7. Rapid Prototyping 응용 디자인 조명 개발
      2-8. 3D 분석 및 프린팅 시스템을 이용한 인간공학적 몰드 브라 설계기술
      2-9. 3차원 프린팅 기반의 디지털 설계 및 제조 환경 구축을 위한 융합 데이터 처리 및 모델링 원천기술 개발
      2-10. 쾌속조형 공법을 이용한 품질향상
      2-11. 쾌속 정밀주조 및 정밀 mock-up의 품질 개선
      2-12. CAD 설계 및 쾌속조형(Rapid Prototyping : RP)기술을 활용한 귀금속제품용 연결장식 부품 및 가변성
              적용 완제품 개발

   3. 주요 산업별 적용사례와 개발동향 및 상용화전략

      3-1. 제조업
             1) GM / 포드 (자동차산업) 3D 프린팅 활용
             2) 현대 모비스 - 기아 스펙트라 대쉬보드 제작
             3) 코닉세그 - 신차 개발 공정에 적용
             4) 3D 전기자동차 ‘얼비2’
             5) 신일경사(日) - 부품 테스트를 위한 프로토타입 제작
             6) 3D프린터로 배터리 제작
             7) Nestle 커피메이커 부품의 기능성 및 조립성 테스트에 적합한 시제품 
             8) 진공청소기 조립 Fixture
             9) loxus社, 3D프린터로 기술혁신 파워 업
             10) 드림박스(Dreambox), 최초의 3D 프린트 자동판매기
      3-2. 의료․피트니스 분야
             1) 신체용 디바이스 제작
             2) 피부 조직 재생
             3) 인간 간 조직 재현
             4) 관절 이식 수술에 활용
             5) 인공 귀 제작
             6) 보청기 제작
             7) 의료 · 개호 침대 개발
             8) 휠체어 개발에 적용 
             9) 오리 신체 복원
             10) 500년 전의 얼굴 복원
      3-3. 교육 분야
             1) 메이커 스페이스(Maker Space)
             2) 일본공업대학(기계공학과) 
             3) 서울대학교(혁신설계 및 통합생산 연구실)
             4) 중앙대학교(기계공학과)
      3-4. 항공․우주 분야
             1) 티타늄 전투기 부품
             2) Bell Helicopter
             3) 드론 잇 유어 셀프
             4) 우주선 비행용 시트
      3-5. 건축 분야
             1) 2층 건물 실축
             2) 디지털 그로테스크(Digital Grotesque)
             3) 주의사당 캠퍼스 모형제작 
     3-6. 로봇 분야
             1) 스마트폰으로 제어 가능한 스마트 로봇 인형
             2) 마키(MAKI)
             3) 트랜스포머 로봇
             4) 3D 프린터 Dimension ‘로보컵’
             5) Dimension 3D 프린터로 만들어진 “외골격”
      3-7. 개인맞춤형 분야
             1) 내 얼굴을 '프린트'해 만드는 인형
             2) 3D 스캔을 이용해 킨더 서프라이즈 에그 내용물 알아 맞추기
             3) 태아의 모습 카피
             4) 진공청소 터빈
             5) 스태이셜 마우스
             6) Eyelet - 팔찌로 착용할 수 있는 선글라스
             7) 디멘젼, 3D프린터-싸이클러를 위한 아이폰 받침대 제작한 Pedal Brain社
             8) Enventys社 - Gyro Bowl
      3-8. 패션․의류 분야
             1) 축구화
             2) 하이힐
             3) 드레스
             4) 아이폰 메쉬업 슈즈
             5) N12 비키니(bikini)
      3-9. 예술․박물관 분야
             1) 디지털 모형제작 전시 
             2) 고대 유물 카피
             3) 공룡 복제
             4) 기타
      3-10. 푸드(Food)
             1) 푸드 프린팅
             2) 식품으로 가공할 수 있는 3D 프린터 시스템 개발

Ⅲ. 국내외 3D 프린팅 사업참여 Key 플레이어 사업전략

   1. 국내 Key 플레이어 개발동향과 사업전략

      1-1. 개발․제조 업체
             1) 캐리마(CARIMA)
             2) 로킷(ROKIT)
             3) 인스텍(INSSTEK)
             4) 오픈크리에이터(Opencreator)
             5) 윌리봇(WILLYBOT)
             6) 에이팀(A-team)
             7) 솔리시스(SOLISYS)
      1-2. 유통․솔루션 업체
             1) 프로토텍
             2) 시스옵엔지니어링
             3) 세중정보기술
             4) 씨이피테크(CEPTECH)
             5) 한국아카이브
             6) (주)브룰레코리아
      1-3. 재료 관련 업체
             1) (주)SH에너지화학
             2) 엔피케이
             3) 코프라
      1-4. 관련 기술 보유 업체
             1) TPC
             2) 로보스타
             3) 맥스로텍

   2. 해외 Key 플레이어 개발동향과 사업전략
    
       1) Stratasys
       2) 3D Systems
       3) Objet 
       4) Z Corporation
       5) EOS 
       6) MakerBot
       7) RepRap
       8) Shapeways
       9) botObjects
       10) Solid scape
       11) Fab@ Home
       12) Mebotics
       13) Ultimaker
       14) Asiga
       15) Afinia
       16) MakerGear 
       17) Solidoodle 
       18) Printbot
       19) Type A Machines
       20) Dawson Distributions
       21) Bits From Bytes
       22) Deezmaker
       23) WobbleWorks
       24) Japica
       25) MIT 
       26) CMET주식회사
       27) ASPECT

Ⅳ. 개인(가정)용 / 산업용 3D프린터 제품 포트폴리오 분석

   1. 개인용 3D프린터 분야

      1-1. 가격
      1-2. 제품 국적
      1-3. 출력 가능 색상
      1-4. 사용 가능 재료
      1-5. 기술 방식
      1-6. 인쇄 사이즈
             1) Width
             2) Depth
             3) Height
      1-7. 인쇄 레이어 두께
      1-8. 출력 속도
      1-9. 노즐 직경
      1-10. 위치 정밀도
      1-11. 본체 사이즈
             1) Width
             2) Depth
             3) Height
      1-12. 본체 중량 
      1-14. ASSEMBLED / DIY

   2. 산업용 3D프린터 분야
 
      2-1. 가격
      2-2. 제품 국적
      2-3. 출력 가능 색상
      2-4. 기술 방식
      2-5. 인쇄 사이즈
             1) Width
             2) Depth
             3) Height
      2-6. 인쇄 레이어 두께
      2-7. 속도
      2-8. 본체 사이즈
             1) Width
             2) Depth
             3) Height
      2-9. 본체 중량