3D 프린팅 현재 잠재적 5천억 달러 시장

수천 년 동안 우리는 인상 몰드를 사용한 단조 및 주조와 같은 공정을 통해 점점 더 복잡한 도구와 소비재를 만들어 왔습니다. 그러나 최근 몇 년간 이러한 제조 공정에 관련된 기술은 적층 제조, 흔히 3D 프린팅이라고 불리는 기술의 등장으로 크게 도약했습니다.

적층 제조는 특수 매체(보통 ‘필라멘트’라고 부름)를 층별로 녹이고 경화시키는 컴퓨터 제어 공정입니다. 프린터 규모와 프로젝트 요구에 따라 사용되는 필라멘트는 ABS 플라스틱부터 액체 금속, 탄소 섬유 혼합재 등 다양합니다. 이는 인간의 창의력만이 제한이 되는 제품을 만들 수 있게 합니다.

2023년 현재, 이 기술은 산업 규모뿐만 아니라 취미 사용자와 그 사이의 모든 사람들에게도 손쉽게 접근할 수 있는 수준으로 성장했습니다.

출처 – ARK Invest ‘Big Ideas 2023’ 페이지 131

‘Wrights Law’와 같은 요소를 고려하면, 기본적으로 무언가를 많이 만들수록 그 작업을 더 잘하게 된다는 원칙을 의미합니다. 적층 제조는 이러한 잠재력을 바탕으로 여러 분야를 뒤흔들며 지속적으로 성장할 것으로 기대됩니다. ARK Invest는 최근 ‘Big Ideas 2023’ 보고서에서 기존 시장에 적용될 경우 “3D 프린팅이 5천억 달러 규모의 시장 기회가 될 것”이라고 전망했습니다.

2030년을 내다보면, 연구 보고서는 적층 제조가 연간 복합 성장률(CAGR) 21%를 유지하고 시장 규모가 770억 달러를 초과할 것으로 예상하고 있습니다.

제조업체 및 혁신가

적층 제조가 구조 공학, 의료 등 다양한 분야에 어떻게 변화를 가져올 수 있는지 몇 가지 예시를 살펴보기 전에, 이 분야에 직접 관여하고 있는 기업 몇 곳을 소개합니다. 이 예시는 투자 권고가 아니라 기술 발전에 앞장서는 주요 기업들을 강조하기 위한 것입니다.

Autodesk Inc. (ADSK)

적층 제조를 가능하게 하는 핵심 요소는 제품 설계 계획을 생성하고 실행할 수 있는 소프트웨어입니다. 여기서 Autodesk가 등장하여 적층 제조를 염두에 두고 설계된 전체 소프트웨어 제품군(Fusion 360, Netfabb, Tinkercad)을 제공합니다.

Autodesk는 미국 캘리포니아에 본사를 두고 있습니다. 2022년 회사 매출은 44억 달러였습니다.

Stratasys, Ltd (SSYS)

이 회사는 적층 제조 분야의 선두주자입니다. 3D 프린터와 서비스 라인을 통해 항공우주, 치과, 자동차 등 다양한 분야를 대상으로 한 솔루션을 제공합니다.

Stratasys는 미국 미네소타에 본사를 두고 있습니다. 2021년 매출은 6억 6백 3십만 달러였습니다.

Xerox Holdings Corp. (XRX)

1980년, 유명한 미래학자 레이 커즈와일은 평판 스캐너를 포함한 다양한 기술을 Xerox에 판매했습니다. 이후 수십 년 동안 Xerox는 스캐너와 프린터의 대명사이자 가정용 브랜드가 되었습니다.

적층 제조와 관련하여 Xerox는 연구 개발 역량을 활용해 액체 금속 프린팅이 가능한 ElemX와 같은 제품을 만들었습니다.

Xerox는 미국 코네티컷에 본사를 두고 있습니다. 2022년 매출은 71억 1천만 달러였습니다.

기회가 있었던 곳

우리는 적층 제조의 미래에 대해 높은 전망이 제시되고 있음을 알고 있습니다. 그러나 이러한 예측의 기반이 되는 기술 구현은 무엇일까요? 다음은 수많은 사례 중 몇 가지에 불과합니다.

헬스케어

모든 인간은 고유합니다. 따라서 의료 기기에 일률적인 해결책은 없습니다. 이러한 점에서 헬스케어는 적층 제조가 혁신을 일으키기에 최적의 산업 예시입니다.

• 새로운 고관절이 필요하신가요? 3D 프린팅은 수혜자를 위해 맞춤 제작된 완벽한 재현을 제공할 수 있습니다.
• 교정 장치가 필요하신가요? 3D 프린팅은 맞춤형 삽입물을 제공하여 노인의 보행을 정상화하고 낙상을 최소화하며 관절 손상을 줄이고 당뇨병 환자에도 도움이 될 수 있습니다.
• 보철물이 필요하신가요? 3D 프린팅은 절단된 사람들에게 모든 사지를 다시 사용할 수 있는 비용 효율적인 솔루션을 제공할 수 있습니다.
• 심혈관 수술이 필요하신가요? 3D 프린팅은 스텐트 및 밸브와 같은 환자 맞춤형 임플란트를 제작할 수 있어 수술을 보다 효과적으로 만들 수 있습니다.

헬스케어 분야는 이와 같은 사례가 계속해서 늘어나고 있으며, ARK Invest는 항공우주 분야와 함께 향후 몇 년간 적층 제조의 가장 수익성 높은 적용 분야 중 하나라고 믿고 있습니다.

로봇공학 / 기계

로봇은 1918년 영화 ‘The Master Mystery’에서부터 화면에 등장했지만, 1980년대에 들어서야 ‘Rocky IV’와 ‘Short Circuit’ 같은 영화로 대중 문화의 일부분이 되었습니다. 이는 실용적인 대화형 로봇을 만드는 기술이 아직 수십 년은 멀었다고 여겨졌지만, 판타지에서 현실로 전환된 것이 주요 이유였습니다. 2023년 현재, 적층 제조는 이러한 미래 지향적 비전을 현실화하는 데 중요한 역할을 하게 되었으며, Atlas(아래 영상에서 확인)와 InMoov와 같은 프로젝트가 선두에 서 있습니다.

이러한 프로젝트의 개발은 적층 제조 덕분에 크게 촉진되고 있으며, 이 공정은 다음을 가능하게 합니다.

• 소량 부품의 비용 효율적인 제작
• 부품의 강도 대비 중량 비율 향상
• 많은 엔지니어링 복잡성의 제거

계속되는 연구를 통해 로봇공학에 대한 이해가 깊어짐에 따라, 많은 사람들이 생각하는 것보다 실제 사례를 목격할 시기가 훨씬 가까워졌습니다. 5~10년을 내다볼 때 적층 제조가 이를 현실화하는 데 중요한 역할을 계속할 것이라는 점은 의심의 여지가 없습니다.

항공우주 및 군사 적용

2022년 중반, 미국 해군 함정 USS Essex는 ElemX를 설치했습니다. 이는 Xerox가 제조한 장치로 액체 금속 프린팅이 가능합니다. 이 설치는 현장 3D 프린터가 함정의 ‘운용 준비성’을 지원할 수 있는지를 테스트하는 데 사용되고 있어 주목할 만합니다.

3D 프린터의 활용 사례는 해상 군사 작전을 넘어 우주까지 확장됩니다. NASA와 같은 정부 기관이 이미 적층 제조를 통해 로켓 부품을 제작하고 있을 뿐만 아니라, 저중력 환경에서 기술의 실현 가능성을 테스트하는 연구도 진행 중입니다. 성공한다면 우주 정거장, 외계 서식지 등의 유지보수가 보다 쉬워질 수 있습니다.

군사 및 항공우주 분야에서 적층 제조의 매력은 주문형 부품 제작의 편리함을 넘어섭니다. 재료 과학에 대한 이해가 깊어짐에 따라, 점점 더 높은 강도 대비 중량 비율을 제공하는 새로운 매체를 개발하고 있으며, 이는 복합 구조물의 비용 효율성과 구조적 완전성에 핵심적인 요소입니다.

추가적인 ‘D’?

위의 예시들만으로도 적층 제조의 장점을 충분히 설득하지 못한다면, 현재 재료 과학에 대한 이해 수준에서 이러한 활용 사례를 이제 막 발견하고 있다는 점을 고려해 보세요.

2030년 및 그 이후를 내다볼 때, 많은 이들이 기대하는 적층 제조의 큰 도약은 ‘4D 프린팅’ 개발을 통해 프로세스에 또 다른 ‘D’를 추가하는 것입니다.

4D 프린팅은 흔히 ‘프로그래머블 물질’이라고 불리는 것을 이용하는 것을 의미합니다. 이는 기본적으로 제작 후 외부 자극(열, 전기 등)에 반응하는 매체를 활용하는 3D 프린팅입니다.

완성되면 이러한 공정은 형태·크기를 변형하거나 구조적 ‘메모리’를 통해 스스로 복구하는 등 다양한 기능을 갖춘 제품을 가능하게 할 것입니다.

마지막 말

이 기사에서 강조한 3D 프린팅으로 만든 최종 제품 중 다수는 이미 기존 방식으로도 제공되고 있지만, 기술이 제공하는 핵심 차별점은 효율성, 접근성 및 생산 비용입니다.

앞으로 적층 제조가 수많은 분야를 뒤흔들고 인간의 창의력이 달성할 수 있는 새로운 가능성을 열어줄 잠재력은 여전히 매력적인 제안입니다. 이를 염두에 두면, 향후 몇 년간 이 분야의 가치가 수백억 달러까지 급증한다는 전망이 처음 들었을 때만큼 터무니없는 이야기가 아닐 수도 있습니다.