경기 수원 삼성전자 디지털시티에 있는 사내 벤처 연구실에서 한 직원이 3D 프린터를 활용해 시제품을 제작하고 있다. / 삼성전자

#1. 이탈리아 럭셔리 스포츠카 람보르기니는 3D 프린팅 기술을 시제품 생산에 활용하고 있다. 기존 제작 방식으로는 4만달러 이상의 비용이 들며 4개월이 걸렸지만 3D 프린팅 기술로 시제품을 생산해 생산비용을 3000달러로, 제작 기간은 20일로 단축시켰다. 자동차 제작에서 시제품 생산은 핵심적인 과정이다. 시제품 생산 이후 디자인이 바뀔 수 있고 테스트를 통해 품질을 개선할 수 있기 때문이다.

#2. 푸디니(Foodini)는 플라스틱, 금속 등의 재료 대신 신선한 음식 재료로 만들어진 5개의 캡슐을 사용해 원하는 음식을 만드는 3D 프린터다. 인쇄용 받침대 위에 액체와 반죽 재료를 짜내 쌓아 올리는 방식으로 음식을 만든다. 이 같은 음식 제조 3D 프린터로 쿠키, 크래커, 햄버거 등을 만들 수 있다. 요리 실력이나 시간이 없는 사람들에게 유용할 것으로 전망돼 식품 산업의 3D 프린터 활용은 더 활발해질 전망이다.

3D 프린팅은 4차 산업혁명의 대표적인 키워드다. 실제로 개발된 시기는 1980년대지만 조명을 받기 시작한 것은 2010년부터다. 최근에는 자동차 제조에서부터 식품산업에까지 활용되는 등 쓰임새가 늘고 있다.

인공지능, 자율주행 등 4차 산업혁명에 따른 새로운 변화요소들은 사실상 모든 산업 분야뿐만 아니라 실생활에도 영향을 미치고 있다. 그중 3D 프린팅은 제조업에서 가장 핵심적인 기술이라고 할 수 있다. 3D 프린팅 도입 이전의 제조 과정은 일반적으로 제품 구상, 시장조사 후 제품 설계, 시제품 생산 및 성능 시험, 실제 제품 생산으로 이어진다. 그러나 3D 프린팅은 기존의 복잡하고 긴 제조 과정을 단순화시켜준다. 3D 프린터를 이용하면 제품 구상, 시장 조사 후 3D 프린터를 이용한 설계가 끝나면 바로 제품 생산이 가능해진다. 생산 도중에도 쉽게 디자인을 개선하고 바로 재생산이 가능하다. 3D 프린팅을 통해 시제품 제작비용과 시간을 획기적으로 줄일 수 있으며 공정 간소화로 인건비나 조립 비용 절감도 기대할 수 있다.

사실 현재까지 3D 프린터는 시제품 제작 또는 콘셉트 모델 제작에 가장 많이 쓰였다. 하지만 이제는 3D 프린팅 기술이 부품이나 최종 제품 제작에도 이용되고 있다. 실제 소비자들에게 팔리는 제품이 3D 프린터를 이용해 만들어지고 있으며, 전자기기나 자동차 수리를 위해 공장에서 만들어지는 부품이 오기까지 기다릴 필요 없이 수리점에서 3D 프린터로 직접 부품을 만들 수 있다.


소고기 등 식품 원재료도 만들 수 있어

3D 프린팅 시장의 미래는 매우 밝다. 최근 3년간 3D 프린팅 시장은 연평균 31.5%의 높은 성장률을 보였다. 올해 3D 프린팅 산업 규모는 전 세계적으로 약 94억6000만달러(약 10조원)에 이르렀고 오는 2022년 261억9000만달러(약 28조원)까지 성장할 것으로 전망된다. 현재 3D 프린팅 시장은 미국이 주도하고 있다. 실제로 세계 8대 3D 프린팅 기업 중 5개가 미국 기업이다.

우리나라는 3D 프린팅 관련 특허 수는 다른 나라에 비해 많지만 활용률이나 산업 규모 자체는 작다. 국내 산업용 3D 프린팅 시장의 경우 금속 3D 프린터 제조업체들이 시장을 주도하고 있다. 금속 3D 프린팅 시장은 전체 3D 프린팅 장비 시장의 14% 수준이다.

아직 활발하게 사용되고 있지는 않지만 제조업 분야 중에서 식품 제조업에서의 3D 프린팅 활용은 주목할 만하다. 음식을 만드는 3D 프린터는 완성된 요리뿐만 아니라 요리에 사용되는 재료도 만들 수 있다. 네덜란드의 모던 미도(Modern Meadow)는 3D 프린터를 이용해서 소고기, 돼지고기 등 인공육 생산에 성공했다. 소와 돼지의 근육세포를 체취한 후 단백질을 공급해 세포를 배양하고, 배양된 세포를 3D 프린터를 통해 복제해 인공육을 가공하는 것이다. 고기와 같은 식품 원재료를 3D 프린터를 이용해 만든다는 것은 사회적 문제도 해결할 수 있다는 이점이 있다. 환경오염이나 동물을 살육하지 않고도 식량문제를 해결할 수 있기 때문이다.

식품 제조업에서의 3D 프린터 사용은 글로벌 식품 기업에서도 주목하고 있다. 세계적인 파스타 제조 기업 바릴라(Barilla)는 3D 프린터를 이용한 다양한 파스타 디자인을 선보이고 있다. 기존의 기본 파스타 모양을 넘어서 고객이 원하는, 다양한 모양의 파스타를 생산해내며 제품을 사는 고객들에게 흥미를 불러일으키고 있다.

하지만 한국 제조 기업들은 3D 프린터를 아직 연구 단계에서 시제품을 활용하고 있는 수준에 머물러 있다. 특히 식품 제조 분야는 외국 기업과 상당한 격차를 보인다. 그러나 우리나라에서도 1인 가구가 증가하며 간편 가공식이 선호되고 있다는 점에서 3D 프린팅 활용이 중요해졌다. 또 3D 프린팅 기술을 통해 기존 농수산물을 고부가가치 가공품으로 만들어 해외에 수출할 수 있다.

한국이 글로벌 경쟁력을 확보하고 있다고 평가받는 자동차·조선 등에서도 다른 선진국에 비해 3D 프린팅 관련 기술 역량과 기업 활용이 미흡하다. 국내에서 3D 프린터를 만드는 업체도 소수다. 2014년 기준 국산 3D 프린터 수출은 110대에 불과했다. 산업 현장에 3D 프린팅 장비가 구축돼 있지만 종합적 기술이 미흡해 유휴설비로 남아있는 곳이 많다. 선진국에 비해 미흡한 표준화 전략, 품질 평가 체계 등 정부 차원의 제도적 지원이 부족하기 때문이다. 현재 3D 프린팅 관련 국제표준이 제정되고 있지만, 이에 대응한 국내 규격이 없어 표준화된 국산 장비·소재 개발이 지연되고 있다.

우리나라가 제조업 강국으로서의 위상을 강화하기 위해서는 국내 기술력 수준 및 시장 흐름 등을 고려해 조선·자동차 제조업, 의료 분야를 중심으로 3D 프린팅 기술 개발과 시장 조성이 활발하게 이뤄져야 한다. 특히 조선, 항공, 자동차 등 부품 산업 분야에서는 완제품 생산이 가능할 정도의 지속적인 기술 개발이 추진돼야 한다. 그리고 식품 제조업 같은 새로운 시장도 개척해야 세계 3D 프린팅 시장에서 뒤처지지 않는다. 이제 한국 제조업의 미래는 3D 프린팅에 달려있다고 해도 과언이 아니다.

김수욱 서울대 경영대 교수

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