서 론

최근 금속분말을 이용한 3D프린팅 기술이 새로운 제조 산업의 도약을 가져 올 돌파구 기술로 전세계적으로 이슈 화 되고 있다. 플라스틱 소재를 이용하여 제품모형을 제조 하는 Rapid prototyping 기술로 출발한 3D프린팅 기술은 3D프린팅용 금속분말의 수급이 가능해지면서 급기야 분 말사출성형과 같은 기존의 실형상 PM 기술과 경쟁기술로 대두되고 있다. 국내에서 3D프린팅 기술로 통용되는 이 기술은 국제적으로 Additive manufacturing(적층제조)로 표준화되고 있다.

2차원 패턴의 층상 배열을 통해 3차원 제품을 제조하는 3D프린팅 기술은 디자인의 자유도가 높다는 점에서 항공 이나 바이오 디바이스 분야에서 성능개선과 무게감량이 가능한 장점이 있다. 3차원 가상 모델로부터 별도의 생산 tool 없이 제품 생산이 가능하여 제품수정을 포함한 개발 의 주기와 비용이 절감될 수 있다. 또한, 이종 소재 간 연 속적인 적층을 통해서 접합공정 생략 등이 이루어질 수 있어 수요분야의 다양한 요구를 충족할 수 있는 가능성이 높다. 반면에, 현 기술로는 대량생산의 제한성이 있고, 단 순한 형태의 범용 소재는 기존 제조기술 대비 경쟁력이 낮다. 뿐만 아니라, 높은 장비/소재 가격, 낮은 생산속도, 생산기술의 신뢰성과 재현성, 참고 사례의 부족 및 표준화 와 인증 인프라 부족이 주요한 문제점으로 제기되고 있다 (표 1).

표 1.

금속 3D프린팅 기술의 보편화 및 보급을 위한 요소

기술적 측면	경제적 측면
제조공정기술의 선택 신뢰성	장비가격과 분말가격
장입소재의 선택 신뢰성	장입소재/특성 표준
공정변수 제어와 제품특성제어신뢰성	3D프린팅 기술의 사업화 가능성

현재 3D프린팅 기술 및 산업, 특히 금속 3D프린팅 기술 과 관련한 세계 선도국가는 미국, 독일 등으로, 기술축적 이나 산업인프라 측면에서 우리나라의 환경과 현저한 차 이를 보이고 있다. 따라서 한국의 3D프린팅 기술산업의 발전전략으로 단순히 선진국에 대한 fast follower로서의 전략은 유리하지 않다. 미국의 경우, 제조업의 근간이 무 너진 상태에서, 새로운 형태의 제조업 육성이라는 뚜렷한 목표를 띠고 있어, 제조업의 기초가 튼실한 한국의 상황과 다르며, 기계산업 분야에 강소기업군을 보유하고 있는 독 일의 경우는 전자 IT산업에 강점을 보이는 한국의 상황과 다르다. 외형적으로, 3D프린팅 제조기술은 3차원 모델을 입력하면 동일한 제품이 생산되는 것처럼 인식되고 있으 나 실질적으로 매우 광범위한 인자가 복합적으로 작용하 는 복잡계의 구조를 나타낸다. 아울러, 불연속적인 신기술 로 인식되나 사실은 오랜 기간 동안 산업에서 적용되고 있는 요소기술들이 배경기술의 발전에 따라 새로운 조합 을 구성하고 있다. 표 2는 금속 3D프린팅 공정기술과 적 합한 소재형태를 나타낸다. 각각의 공정기술과 소재기술 은 기존의 부품제조기술로써 다양한 응용분야에서 활용되 어 왔으며, 3차원 부품제조의 특징과 각 공정기술에서 요 구되어지는 특성에 따라 소재기술의 적절한 조합이 이루 어져있음을 알 수 있다.

표 2.

금속 3D프린팅용 소재

3D프린팅 공정	장입소재	금속분말	요구특성
Binder jetting	금속분말 잉크	> 1 µm	분산성 유변학적특성
Material extrusion	슬러리	> 10 µm	분산성 유변학적특성
Powder bed fusion	금속분말 코팅 금속분말	10 ~ 100 µm	유동성 충진밀도
Directed energy deposition	금속분말 금속분말 함유 선재	10 ~ 100 µm	유동성 화학적안정성

결국, 금속 3D프린팅 기술은 산업경제 및 사회전반에 걸쳐 파급효과가 큰 혁신 요소기술의 가능성을 가지고 있 는 동시에 현 기술수준에서 상업화에 한계를 가지고 있다 (표 3). 따라서 기존의 금속 3D프린팅 기술이 장비개발 중 심으로 제품화의 타당성을 검증하는 단계였다면, 향후 3D 프린팅 기술은 금속 소재 중심으로 현재의 생산성과 경제 성을 극복할 수 있는 다양한 사업화 사례를 도출하고 동 시에 산업 생태계의 다양한 참여주체가 나타날 수 있어야 한다. 또한, 앞서 언급한 선진국은 공통적으로 한국보다 최소 2배 이상의 내수시장을 가지고 있는데, 특히 부가가 치가 높은 금속 3D프린팅 기술적용 분야인 우주-항공, bio-medical 분야에 거대한 산업 인프라를 보유하고 있다. 이는 그간의 연구개발을 통해 축척된 기술력, 노하우의 비 교 우위뿐만 아니라, 개발 과정에서 발생하는 경제적 위험 을 각 국가 내부에서 흡수할 수 있어 보다 과감한 기술개 발 투자가 가능함을 의미한다.

표 3.

금속 3D프린팅 산업용 금속 소재의 문제점

구분	내용	해결방안
소재선택의 제한성	3D프린팅 분야에 적합성이 인정된 소재의 종류가 부족하다(Fe계, Ti 계, Al 계, Ni계, 귀금속 등). 실제로, ASTM 표준소재는 4종 수준	표준소재화 및 소재 다양성을 확보
높은 소재가격	3D프린팅 금속 소재분야에 참여하는 소재기업이 부족하고, 소재 수 요기업의 정보부족 및 소재 수요기업의 경험부족과 고가 장비에 대 한 보수적 관점이 밸류체인의 활성화가 저하되어 가격이 상승하는 원인이 되고 있다. 또한, 장비제작업체가 소재공급에 관여(장비 보증 연계)하여 가격이 높게 형성되는 문제도 함께 작용	다양한 소재기업의 참여를 확대하고, 소재 검증을 위한 공공 테스트 베드의 활성화 및 공동구매 방식 (예, 생산자 COOP)
3D프린팅 공정의 불확실성	공정기법과 공정전략에 따라서 제품특성에 영향을 미치는 소재의 민 감도가 높고, 소재변수와 공정변수의 스펙트럼이 넓어 대규모의 소 재-공정 최적화 과정이 요구되는 등 투자에 대한 불확실성이 높음	소재-장비-공정전략-평가 전 과정에 대 한 다양한 자료를 발생하고, 모델링-모 니터링 기술의 확보

본 리뷰에서는 금속 3D프린팅 산업과 시장에 결정적인 역할을 하는 금속 분말소재와 관련기술의 R&D 전략 수 립을 위한 최근 우리 정부의 노력을 살펴보고 이를 토대 로 우리나라의 분말야금분야 R&D 및 새로운 PM 시장창 출에 관한 발전을 전망해보고자 한다. 따라서 본 리뷰의 내용은 2014년 12월에 미래창조과학부와 산업통상자원부 가 공동으로 수립하여 발간한 3D프린팅 전략기술 로드맵 을 기초하여 작성되었다.

3D프린팅용 분말소재 R&D 수립전략

최근 우리 정부는 3D프린팅 소재의 기술개발전략을 수 립함에 있어, 단기간에 상용화가 가능하고 즉시 부품제조 산업에 사용될 수 있는 3D프린팅 소재기술 개발에 초점을 두고 중점지원을 통해 성공사례를 만들고 동시에 장기적 으로는 민간 기업들이 자발적으로 R&D을 추진하는, 정부 의 지원과 민간의 연구개발 투자가 동시에 이루어지도록 하는 기본 개념을 정립하였다. 이러한 기본철학을 토대로 2015-2025년 10년간의 R&D 기술로드맵을 수립하였다. 세부적으로는 단기, 중기, 장기의 시기적으로 구분하여 순 차적인 개발전략을 금속 소재의 경우에 대해 다음과 같은 기준으로 개발전략을 수립하였다.

즉, 금속 소재는 치과, 의료 및 prototyping 등 특정 분 야의 경우, 3D프린팅 기술의 상용화가 이미 시작되었거나, 곧 상용화가 될 만큼 기술성숙 단계에 접어든 반면, 복합 /합금 소재, 에너지 소재, 기능성 소재 및 양산 수준의 기 계부품류 등은 상용화까지 많은 시간이 필요하며 응용분 야별 상용화에 큰 차이를 보이고 있다. 항공/우주분야의 경우 선진국은 이들 금속 3D프린팅 소재를 수용할 수 있 는 전방 산업을 가지고 있는 반면, 우리나라는 그렇지 못 하다. 이런 상황에서 고부가가치형 금속 3D프린팅 소재 개발을 단기적으로 추진하는 것은 바람직하지 않다고 판 단된다. 아울러 소재기술의 성숙 단계 및 시장의 규모를 고려하였을 때, 공구 및 금형강과 같은 저부가가치 기술의 경우, IT 융∙복합기술을 접목하여 부가가치를 높이는 전 략을 활용하는 것이 바람직하다.

또한, 치과 및 의료용 3D프린팅 산업은 이미 상용화 되 고 있는데, 우리나라의 경우 유럽 등 해외에 비해 높은 생 체 임플란트 시술 비율 및 고령화 경향을 고려할 때 국내 외 시장 모두를 목표로 전략화 할 필요가 있다. 이러한 국 내 의료/치과 부품 분야의 시장성과 경제성은 최근 5년간 국내 임플란트 상위 5개사 중 3개사가 외국 자본에 의해 공격적으로 인수된 사실에서 증명되고 있다. 이와 같은 점 에서 한국의 3D프린팅 R&D 지원전략은 최우선적으로 국 내 기존 산업을 지원하는 방향으로 이루어져야 한다. 그러 나 소재산업의 특성상 국내에 목표하는 응용분야에 해당 하는 관련 소재산업이 없거나, 국내에 해당 장비기술이 선 진국에 비해 없거나 취약한 경우라도 독자적으로 태동, 성 장할 수 있는 토양을 마련하는 것이 중요하다. 즉, 이를 통 해 3D프린팅 소재의 수출전략을 추구할 수 있음을 간과하 지 말아야 한다.

현재 진행되는 3D프린팅 사업화 모델은 장비 업체가 소 재를 함께 공급하는 형태로 정착되어 가고 있다. 3D프린 팅 장비 업체 중 대다수는 기초 소재 기술은 보유한 경우 가 많으나, 고급 3D프린팅용 소재기술도 함께 보유한 업 체는 많지 않다. 이에 따라, 국내외 3D프린팅 장비 업체들 은 전문 소재업체와 제휴를 통한 사업을 하거나 전문 소 재업체의 인수-합병을 통해 시장 점유율을 높이고 있어, 결국 우수한 소재의 확보가 장기적 관점에서 핵심 역량임 이 증명되고 있다. 따라서 앞서 언급한 우리나라가 강점을 가지고 있는 분야가 아닌 경우에도 소재만을 사업화 목표 로 하는 ‘수출 전략형 3D프린팅 소재’의 개발 전략도 함 께 병행되어야 한다. 이와 같은 형태의 대표적인 소재 전 문업체로 스웨덴의 회가네스가 있으며 이들의 사업화 방 식을 참고할 필요가 있다. 아울러 대부분의 3D프린터 장 비들은 소재에 대한 제한을 두는 것이 원천적으로 불가능 한데, 이와 유사한 사례는 과거 잉크테크, 엘지화학 등의 잉크 및 토너 공급업체를 포함하는 출판용 프린터 시장에 서 쉽게 찾아볼 수 있다. 따라서 국내 산업 현황과는 별도 로 전세계 3D프린터 장비 보유자를 대상으로 하는 직접적 인 B2C 시장 공략도 함께 고려하여야 한다.

R&D 목표선정

3D프린팅 소재의 Target 시장은 실로 방대하며, 사실상 현재 제조업 전 분야를 포괄한다고 해도 과언이 아니다. 더욱이, 소재산업의 특성상, 국내의 산업 기반이 없지만, 해외 수요가 존재하는 시장을 고려하면 그 범위는 더욱 증가하게 된다. 표 4에 소재별 목표시장을 요약하였다.

표 4.

3D프린팅 소재의 Target 시장

	Target 시장
금속 소재	기계, 자동차, 항공, 국방, 조선해양, 전기/전자부품, 정보통신 IoT, 메디컬 헬스케어 금형, 공구
세라믹 소재	기계, 자동차, 항공, 국방, 금형기구, 전기/전자부품, 정보통신 IoT, 에너지 부품 소자, 메디컬 헬스 케어, 건설, 인테리어, 식기, 문화재 및 예술품, 수처리 및 공기정화용 필터
고분자 소재	기계, 자동차, 항공, 전기/전자부품, 정보통신 IoT, 에너지 부품 소자, 메디컬 헬스케어, 개인 엔터테인먼트, 개인 보호장 비, 스포츠, 인테리어
창의 소재	기계부품, 항공, 전기/전자 부품, 정보통신 IoT, 메디컬 헬스케어

3D프린팅 소재기술 로드맵 수립을, 단기(1단계) - 중기(2 단계) - 장기(3단계)로 나눔에 있어, 각각의 단계에서 개발되 어야 하는 소재 자체는 기반기술을 확보하는 Anchor 소재, 상업화 기술을 확보하는 Niche 소재, 선도 기술을 확보하는 Hybrid(Smart) 소재로 구분한다. 이러한 분류는 시장 환경과 시장 참여자, 요구기술의 개발상황 및 난이도, 국가의 공공 투자의 논리를 동시에 고려하여 선정하였다(표 5).

표 5.

3D프린팅 소재기술의 추진 목표, 전략 및 비전

내용	요약
4대 원칙	1. 시장, 2. 기술, 3. Resources, 4. 제도
타 국가 상황의 학습 및 이용 방안	시장의 규모, 기술적 강점 및 성숙도, 산업 자원의 존재, 관련 제도의 정비 및 지원 상황이 국가별로 다르며, 3D프린팅 기술이 유발할 산업구조의 재편을 고려할 때, 선진국의 상황에 대한 맹목적 학습 금지
기술개발 지원 우선순위	국내 산업의 현황과 장점을 고려, Synergy 효과를 노릴 수 있는 3D프린팅 소재기술 개발을 우선적으로 지원
소재산업의 특성을 반영한 시장공략 전략 (Two track)	3D프린팅 산업의 양대 business 모델을 고려, 3D프린팅 소재만을 해외 및, 기존 3D프린터 보유 소비 자에게 직접 판매하는 Two track 전략 수립 필요
3단계 추진전략	Catch-up 전략, Leading 전략, Quantum jumping 전략
창의소재	금속, 고분자, 세라믹 및 이들의 복합 소재에 기존의 가공 방법으로는 구현되지 않는 창의적인 기능 을 부여하는 데에 중점을 둔다. 장기 개발 전략 말기에는 각 개별 소재의 장기 전략과 수렴함
병행지원	3D프린팅 소재기술 표준화 작업, 3D프린팅 소재 인력 양성

3.1. 소재

1. Anchor 소재는 Star-brand와 유사한 개념으로써, 현재 시점에서 3D프린팅 시장을 주도하는 대표소재이다. 향후 표준화 경쟁이 높고, 대량생산 - 대량소비가 가능한 소재 로 예측되기 때문에, 단기(1단계)로 정의된 기간에 개발지 원이 이루어 져야 한다. 금속 3D프린팅 소재 중에서는 Fe 계 합금소재(Maraging steels/tool steels), Al계 합금소재 (Al-Si/Al-Cu), Ti계 합금소재(TiAlV), Co계 합금소재(Co- Cr)가 이에 해당한다.

2. Niche 소재는 현재 경쟁 중인 Anchor 소재를 3D프린 팅 기술별로 최적화한 소재(화학조성 최적화, 소재특성 최 적화)이며, 3D프린팅 최적화라는 측면에서 상당 기간의 검증과정이 필요한 소재이다. 금속 소재의 경우 나노석출 상 분산형 합금소재, 고온/고융점용 합금, 저가보급형 Ti 및 Ti합금 분말 등이 이에 해당된다.

3. Hybrid(Smart) 소재는 소재복합화나 다층구조, 경사 구조 등의 소재구조설계를 통해 새로운 물성을 제시하는 것으로, 시장이 성장기에 도입한 이후에 요구될 전망이다. 금속 소재로는 환경 능동대응형 신소재(자기 치유형 고강 도/고기능성 금속 및 하이브리드 3D프린팅 소재), 기능성 표면코팅 소재 및 공정(전자기파 흡수소재, 나노-마이크로 복합분말 등), 상압공정용 flux coated 분말(대형화/대량생 산용 대기 분위기 3D프린팅 장비 대응형 소재), 기능소자 임베디드 스마트 부품용 소재가 이에 해당된다.

3.2. 공정기술

상기한 소재 자체에 대한 개발 이외에, 소재 제조 및 전 /후처리 공정 기술, 신뢰성 향상 방안에 대한 기술개발이 함께 필요하다(표 6).

1. 1단계인 Anchor 소재 개발에서는, Atomization 기술 및 생산기반기술 개발을 통한 소재활성 및 소재특성제어 양산기술 개발이 필요하며, 산업 확장 및 market share 확 장이 중요시되는 1단계의 특성상, 전략적으로 1500°C이하 금속 소재에 대한 기술 개발에 집중해야 한다. 또한, 금속 기반 3D프린팅의 보급 확산에 큰 걸림돌 중 하나인 전처 리, 후처리 공정 기술 개발이 필요하다. 아울러, 표준화 이 슈를 해결하기 위한 글로벌 전략 표준소재 신뢰성에 관한 전 주기 표준 프로토콜 개발이 이루어 져야 한다.

2. 2단계인 Niche 소재 개발에 있어서는 고융점 금속 소 재에 대한 전략적 개발이 필요하며, 물질순환기술과 연계 한 극한환경/고융점 소재의 구상화 기술 개발이 필요하다.

3. 3단계인 Hybrid 소재에 있어서는, 환경인식형 능동소 자 등과 같은 응용분야 별 맞춤형 소재 개발에 주력해야 하며, 신뢰성 확보를 위한 전주기 고장발생 억제기술에 대 한 완성이 요구된다.

표 6.

금속 3D프린팅 소재의 종류별 문제점

구분	소 재	문제점
Fe 합금	공구강, SUS, 17-4PH	가장 많이 사용되고 있음 다원계 합금 조성 필요 고밀도화를 위한 극미세화 저비용 분말 대량생산
Al 합금	Al-Si, 6000계, 7000계	고반사율로 인한 고출력 열원 필요 다원계 합금 조성 필요
Ti 합금	Ti-6Al-4V, TiAl, TiNi	고융점으로 인한 분말 제조 어려움 금속간화합물의 낮은 인성
Refractory Metals	W, Mo, Re	고융점으로 인한 분말 제조 어려움 금속간화합물의 낮은 인성 조형시 고출력 열원 필요
Ni 및 Co 합금	Superalloy, Co-Cr	비교적 고융점에 따른 낮은 치밀화도 (후가공 필요) 낮은 점성으로 인한 분말 내부 Void 형성
Mg 합금	Mg 합금	폭발적인 산소친화력 높은 증기압에 따른 증발 문제 (합금조성 제어 어려움)

전략기술 로드맵과 추진 전략

상기한 바와 같은 목표, 비전, 목표시장, 핵심제품 및 기 술 선정을 바탕으로 소재별 3D프린팅 전략 기술 로드맵을 정리하면 다음과 같다. 전략기술 로드맵 2025에서 제시한 바와 같이, 기술개발 단계는 1단계(단기, Anchor 소재), 2단 계(중기, Niche 소재), 3단계(장기, Hybrid(스마트) 소재)로 나뉘게 되며, 각각의 단계는 Catch-up 전략(1단계), Leading 전략(2단계), Quantum Jump 전략(3단계)로 나누어 진행하 게 된다(표 7, 8).

표 7.

금속 소재 전략기술 로드맵 2025

표 8.

세라믹 소재 전략기술 로드맵 2025

4.1. 1단계: 단기 Anchor 소재 Catch-up 전략

시장진입 및 팽창전략상, Anchor 소재를 확보한 참여자 가 Niche 시장과 Hybrid 시장을 확보할 가능성이 높으므 로, Anchor 소재 확보는 단기적 차원의 기술개발 그 이상 의 의미를 갖게 된다. Anchor 소재는 대량생산 - 대량소비 의 성격이 강한 시장이므로, 규모가 큰 기업이 글로벌 시 장을 대상으로 사업화 할 가능성이 높은 반면, Niche 시장 의 경우 지역기반의 산업생태계에서 중소기업에 특화된 소재로 밸류체인에 참여하는 형태의 시장으로 진행될 가 능성이 크다. Hybrid 시장은 혁신기업이 새로운 소재기술 을 통해 글로벌 시장을 확보하는 시장이 될 것으로 예상 된다.

금속 및 세라믹 소재 3D프린팅 소재기술은 후발주자인 동시에 기초 산업생태계가 불안정한 우리나라는 국내산업 육성 및 보조, 해외로의 소재수출은 염두에 둔 catch-up 전 략과 leading 전략의 이원적인 추진이 필요하다. 1단계 기 술은 catch-up 전략으로 현재 표준화된 대표 소재를 이용 한 기술의 체계를 구축하고, 산업이 검증 가능한 형태의 결과물을 제시하는 추진전략을 취해야 한다. 시장의 불확 실성과 기술개발의 불확실성을 극복하기 위해서 비교 가 능한 분야에서 비교우위의 기술을 확보하여야 한다(예: 샌 드캐스팅용 몰드, 생체부품, 소형 기계부품 등). 또한, 소 비자용 개인기호 제품 등 대규모 잠재수요 분야의 기술수 요를 토대로 차별화된 시장을 창출하고 기술과 시장 참여 자를 확대하여야 한다.

4.2. 2단계: 중기 Niche 소재 Leading-up 전략

국가적 차원에서 전략 로드맵을 작성하는 목적에서 살 펴보면, 공공투자는 다양한 시장 참여자가 적극적으로 참 여할 수 있는 환경을 조성하는 역할을 해야 한다. 글로벌 시장의 진입, 시장 확대 및 시장 리드를 지속할 수 있는 모멘텀을 제시할 필요가 있고, 대기업에 의한 초기 Anchor 시장의 확보는 투자기업 자체에도 유리하며, 대기 업에 의해 조성된 글로벌 밸류체인을 후발 주자가 이용할 수 있는 장점을 가지게 된다. 중소기업의 경우, 시장참여 를 위한 불확실성과 위험성이 더 크므로, 시장 세그먼트를 소량 다품종-고부가가치 소재로 유도하면서, 중소-중견수 요기업과 연계하는 전략이 필요하며, 이를 견인하는 역할 을 하게 될 것이 Niche 소재로 전망된다. Niche 소재는 현 재 시점에서는 시장 참여자가 적거나 없을 수 있지만 3~4 년 사이에 시장참여자와 벨류체인 형성 가능성이 매우 높 은 소재 위주로 선정하였다.

2단계에서는 표준 기술 검증과정의 문제점을 개선할 수 있는 새로운 기술의 제시와 기존의 생산기반기술 및 제품 화 기술과 연계하여야 한다. 또한, 양적 성장을 기본으로 한 기술적 우위 확보에 치중했던 1단계와는 달리, 기존 생 산기반 기술과 연계 플랫폼을 통해서 경쟁우위의 요인을 확보해야 한다. 예를 들어 후처리 최소화형, 또는 불필요 형 소재의 선점 개발 또는 다성분계 복합 소재의 확대 등 을 통한 생산성 및 경제성 향상에 힘써야 한다. 금속 소재 의 경우, 2단계 기술은 1단계 기술검증과정의 기술혁신인 자를 상용화하는 기술로 대량소비 표준 금속 소재 확보와 niche 마켓용 소재 확보가 핵심이며, 고융점 3D프린팅 소 재기술의 개발이 필수적이다.

4.3. 3단계, 장기 Hybrid(Smart) 소재 Quantum-jump 전략

Hybrid 소재는 혁신기술을 보유한 시장참여자가 중장기 적으로 연구개발을 통해서 시장을 견인하도록 할 필요가 있 고, 이러한 기업을 혁신기업(Innovation Driven Enterprise, IDE)으로 육성하는 것이 국가적 차원에서 필요하다. 이 단 계에서는, 대량소비 표준 소재와 특화 소재를 통해서 다양 한 산업분야의 제품군을 생성하여 성장기 수익체증을 확 대, Quantum-jump를 이룰 수 있는 전략수립이 필요하다.

3단계에서는 모든 소재의 표준화 정립이 완성단계에 접 어들 것으로 예상되므로, Mass customization 분야의 표준 소재 위주의 전략과, 새로운 기능성(예: 자기 치유형, 에너 지 흡수효율, 공정분위기 제어형, 등방응고)이 부여된 소 재 위주의 전략 수립이 필요하며 이를 바탕으로 사업화와 직결되는 체인 형성이 이루어져야 한다. 또한, 친환경, 내 구성, 인체친화성 등의 이슈가 해결되어야 한다.

결 론

금속 3D프린팅 기술은 유럽을 중심으로 미국, 일본 등 과 같은 선진국에서 정부차원의 집중적인 지원을 통해 기 술을 개발하고 있으나, 아직까지 세계적으로도 초기단계 수준에 머물고 있다. 현재 금속을 포함한 3D프린팅 산업 은 장비 및 시스템의 개발에 집중되어 있으나, 이 분야는 기존 선진국의 높은 기술 장벽을 극복하기 어려우며, 후발 국가인 우리나라의 3D프린팅 산업구조에는 맞지 않다. 금 속 3D프린팅 기술 발전에 있어 가장 큰 한계는 느린 조형 속도와 고가의 원소재(전량 수입, 장비업체가 독점적으로 공급)이며 이로 인해 기존 제조가공 산업분야로의 확산에 큰 걸림돌이 되고 있다. 이러한 이유는 (1) 원소재 설계 및 특성 제어에 대한 이해 부족, (2) 기존 3D프린팅 기술에 종속된 소재 선택(소재 특성에 맞는 프린팅 공정의 개발 이 이루어지지 않고 있음), (3) 고가의 제한된 소재를 장 비 업체에서 독점적으로 공급하고 있는 등, 소재적인 관점 에서 산업적 적용을 확대하려는 연구가 체계적으로 이루 어지지 않고 있다.

현재 폴리머를 제외한 3D프린팅용 금속 및 세라믹 소재 는 외국 프린터 제조업체에서 장비에 특화된 고가의 분말 소재 형태로 독점적으로 공급하고 있는 실정이다. 철계 분 말소재의 경우에는 100% 외국으로부터 수입에 의존하고 있는 실정이며, 최근 현대제철과 포스코에서 순철 분말 제 조공장을 설립하여 2014년부터 양산체제로 가동되고 있으 나, 기존 고로의 선철로부터 수분사 방식으로 대량 생산하 기 때문에 소량 다품종에 적합한 3D프린팅용 합금의 제조 는 어렵다. 또한 제조된 분말의 입자크기가 수십~수백 μm 로 조대하므로 극미세를 요구하는 3D프린팅용 소재로는 적합하지 않다. 비철계 분말의 경우, ㈜창성에서 Gas atomization 공정을 이용하여 동 및 동합금, 은, 알루미늄 등의 분말을 생산하고 있는데 최근 3D프린팅용 금속분말 개발을 추진하고 있다. 그러나 국내의 기존 제조산업의 경 우, 소품종 대량생산 구조를 취하고 있고, 소량 다품종 맞 춤형 제품의 경우에는 시장이 협소하여 정부나 기업체가 기술개발 지원을 외면하고 있는 실정이다. 따라서 금속 3D프린팅 기술의 주요 이슈인 고속화, 정밀화, 복합화를 구현하기 위해서는 소재적인 관점에서 공정기술의 한계를 극복하는 방향으로 접근하여야 할 필요가 있으며, 3D프린 팅 산업의 생태계 구조를 소재적인 관점에서 장비와 연계 한 기술개발 체계를 구축해 나가는 것이 매우 중요하다.

Figure & Data

References

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