3D 프린팅, 소재별 특성 파악 및 육성 급선무 KDB산업은행 “진입장벽 높여 기술 우위 유지” 3D 프린팅에 활용되는 소재는 수지, 금속, 종이, 목재, 식재료 등 매우 다양하며 액체, 파우더, 고체 등 사용하는 재료의 형태에 따라 조형성, 견고함 등의 특성이 모두 다르다.액체 기반의 방식들은 정확한 조형이 가능하다는 장점이 있으나 내구성이 떨어진다는 단점이 있다. 반면, 파우더 기반 방식은 다양한 원료의 사용이 가능하며 액체 기반의 방식보다 결과물이 견고하다는 장점이 있다. 아울러 고체 기반 방식은 낮은 제조단가와 내습성 등의 장점을 보유했으나 열에 다소 취약한 편이다.KDB산업은행의 고재경 연구원은 최근 발표한 자료에서 “3D 프린팅의 주요 소재로는 수지와 금속이 사용되고 있으며, 수지를 활용한 3D 프린팅은 기술적 완성단계로 주로 저가형(가정용)에 적용되고 있고, 금속의 경우 기술개발 초기단계로 고가형의 산업용 프린터에 주로 사용되고 있다”고 말했다.고 연구원에 따르면, 수지의 경우 플라스틱, Glass, CFRP와 같은 복합재료 등 거의 모든 재료가 사용돼 시제품, 완구 등에 적용되고 있으며, 기술적으로 완성단계에 있다. 금속의 경우 알루미늄, 티타늄이 많이 사용돼 의료, 기계부품 등에 적용되고 있으며, 이종재료 적층, 고정밀 적층, 적층율 향상 등에 초점을 맞춘 기술개발 초기단계에 있다.최근 개발이 진행되고 있는 3D 프린팅의 소재는 금속 분야에 집중되고 있으며, 주로 티타늄합금과 초내열합금 등과 같은 고부가가치 소재가 주로 연구되고 있다.한 예로 티타늄으로 항공용 부품인 Bracket 제조시 기존 가공법(절삭)으로는 손실되는 원료가 많아 원가상승의 주요원인이 되지만, 3D 프린팅 적용 시 버려지는 원료를 약 1/30로 줄일 수 있다.이에 따라 저비용으로 고품질의 티타늄 분말을 제조하는 기술개발이 지속적으로 요구되고 있다. 단, 금속소재의 특성상 높은 가격, 가공방법, 소결온도 및 폭발 위험성 등으로 인해 산업용으로 주로 활용돼 개인 용도로의 확산은 상대적으로 느릴 것으로 예상된다.수지 소재 시장은 이미 미국, 유럽 등 선진국들의 주도하에 선점돼 있으며, 가격 또한 개인용으로 사용될 수 있는 수준으로 내려오고 있다.장비를 제조하는 업체에서는 자체적으로 개발한 소재를 공급해 매출의 약 25~30%를 창출하는 산업구조를 형성하고 있어, 장비와 소재의 동시개발이 필수적인 상황이다. 특히, 업계 1, 2위인 Strastasys(美)와 3D Systems(美)는 2012년 매출의 25~30%를 재료 판매를 통해 획득하는 수익구조를 형성하고 있어 소재의 중요성은 더욱 크게 대두되고 있다. 특히 소재는 각기 업체의 3D 프린터 특성에 맞게 개발돼야 하는 바, 장비와 연계되지 않은 독자적 소재 개발은 어려우며 이는 기술적 진입장벽으로 작용할 수 있다.각 업체의 프린터별로 소재의 적정융점, 제어방식 등이 상이해 일반적인 소재를 사용하기에는 어려운 점이 있음 일부 DMT 기술과 같이 일반 산업용 금속분말을 원료로 사용할 수 있는 분야도 있다.3D 프린팅에 원료로 사용되는 금속소재는 적절한 유동성, 낮은 열전도성, 결합력 등의 일정 물성치를 충족시켜야 하기 때문에 3D 프린팅용 금속소재는 특수성이 있어 개발에 난이도가 있다. 아울러 적층 제어에 적절한 유동성을 갖추기 위해 일정 크기의 입도분포와 형상의 분말이어야 하며, 주변으로 열이 전달되지 않기 위해 열전도성이 낮아야 한다는 전제도 만족시켜야 한다. 알루미늄, 텅스텐 등은 열전도성이 높아 고온의 열을 받으면 주변의 금속분말을 같이 녹여 제어가 어려운 편이다. 수지 계열의 소재는 금속소재와 같이 요구되는 특성이 많지 않아 소재의 특수성이 낮은 편이며, 이에 따라 국내업체도 비교적 용이하게 자체적으로 수지 소재를 개발하는 경향이 있다.수지소재가 주로 활용되는 분야 또한 패션, 완구 등으로 최종제품의 물성치보다는 형상에 중요성을 두고 있어, 소재 개발이 비교적 용이할 것으로 판단된다.따라서, 3D 프린팅에 적합한 소재의 개발과 원료의 고품질 저비용 제조 기술력은 필수적이며, 이는 높은 진입장벽으로 작용돼 기술경쟁력의 우위를 점할 수 있을 것으로 보인다.

3D 프린팅, 소재별 특성 파악 및 육성 급선무

KDB산업은행 “진입장벽 높여 기술 우위 유지”

기사입력 2015-08-27 08:05:00

[산업일보]
3D 프린팅에 활용되는 소재는 수지, 금속, 종이, 목재, 식재료 등 매우 다양하며 액체, 파우더, 고체 등 사용하는 재료의 형태에 따라 조형성, 견고함 등의 특성이 모두 다르다.

액체 기반의 방식들은 정확한 조형이 가능하다는 장점이 있으나 내구성이 떨어진다는 단점이 있다. 반면, 파우더 기반 방식은 다양한 원료의 사용이 가능하며 액체 기반의 방식보다 결과물이 견고하다는 장점이 있다. 아울러 고체 기반 방식은 낮은 제조단가와 내습성 등의 장점을 보유했으나 열에 다소 취약한 편이다.

KDB산업은행의 고재경 연구원은 최근 발표한 자료에서 “3D 프린팅의 주요 소재로는 수지와 금속이 사용되고 있으며, 수지를 활용한 3D 프린팅은 기술적 완성단계로 주로 저가형(가정용)에 적용되고 있고, 금속의 경우 기술개발 초기단계로 고가형의 산업용 프린터에 주로 사용되고 있다”고 말했다.

고 연구원에 따르면, 수지의 경우 플라스틱, Glass, CFRP와 같은 복합재료 등 거의 모든 재료가 사용돼 시제품, 완구 등에 적용되고 있으며, 기술적으로 완성단계에 있다. 금속의 경우 알루미늄, 티타늄이 많이 사용돼 의료, 기계부품 등에 적용되고 있으며, 이종재료 적층, 고정밀 적층, 적층율 향상 등에 초점을 맞춘 기술개발 초기단계에 있다.

최근 개발이 진행되고 있는 3D 프린팅의 소재는 금속 분야에 집중되고 있으며, 주로 티타늄합금과 초내열합금 등과 같은 고부가가치 소재가 주로 연구되고 있다.

한 예로 티타늄으로 항공용 부품인 Bracket 제조시 기존 가공법(절삭)으로는 손실되는 원료가 많아 원가상승의 주요원인이 되지만, 3D 프린팅 적용 시 버려지는 원료를 약 1/30로 줄일 수 있다.

이에 따라 저비용으로 고품질의 티타늄 분말을 제조하는 기술개발이 지속적으로 요구되고 있다. 단, 금속소재의 특성상 높은 가격, 가공방법, 소결온도 및 폭발 위험성 등으로 인해 산업용으로 주로 활용돼 개인 용도로의 확산은 상대적으로 느릴 것으로 예상된다.

수지 소재 시장은 이미 미국, 유럽 등 선진국들의 주도하에 선점돼 있으며, 가격 또한 개인용으로 사용될 수 있는 수준으로 내려오고 있다.

장비를 제조하는 업체에서는 자체적으로 개발한 소재를 공급해 매출의 약 25~30%를 창출하는 산업구조를 형성하고 있어, 장비와 소재의 동시개발이 필수적인 상황이다. 특히, 업계 1, 2위인 Strastasys(美)와 3D Systems(美)는 2012년 매출의 25~30%를 재료 판매를 통해 획득하는 수익구조를 형성하고 있어 소재의 중요성은 더욱 크게 대두되고 있다.

특히 소재는 각기 업체의 3D 프린터 특성에 맞게 개발돼야 하는 바, 장비와 연계되지 않은 독자적 소재 개발은 어려우며 이는 기술적 진입장벽으로 작용할 수 있다.

각 업체의 프린터별로 소재의 적정융점, 제어방식 등이 상이해 일반적인 소재를 사용하기에는 어려운 점이 있음 일부 DMT 기술과 같이 일반 산업용 금속분말을 원료로 사용할 수 있는 분야도 있다.

3D 프린팅에 원료로 사용되는 금속소재는 적절한 유동성, 낮은 열전도성, 결합력 등의 일정 물성치를 충족시켜야 하기 때문에 3D 프린팅용 금속소재는 특수성이 있어 개발에 난이도가 있다.

아울러 적층 제어에 적절한 유동성을 갖추기 위해 일정 크기의 입도분포와 형상의 분말이어야 하며, 주변으로 열이 전달되지 않기 위해 열전도성이 낮아야 한다는 전제도 만족시켜야 한다.

알루미늄, 텅스텐 등은 열전도성이 높아 고온의 열을 받으면 주변의 금속분말을 같이 녹여 제어가 어려운 편이다. 수지 계열의 소재는 금속소재와 같이 요구되는 특성이 많지 않아 소재의 특수성이 낮은 편이며, 이에 따라 국내업체도 비교적 용이하게 자체적으로 수지 소재를 개발하는 경향이 있다.

수지소재가 주로 활용되는 분야 또한 패션, 완구 등으로 최종제품의 물성치보다는 형상에 중요성을 두고 있어, 소재 개발이 비교적 용이할 것으로 판단된다.

따라서, 3D 프린팅에 적합한 소재의 개발과 원료의 고품질 저비용 제조 기술력은 필수적이며, 이는 높은 진입장벽으로 작용돼 기술경쟁력의 우위를 점할 수 있을 것으로 보인다.