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[분석]3E프린팅 산업, 소재개발에 더 집중해야

[글로벌메이커스 유창연 기자] 3D프린팅은 크게 모델링, 프린팅, 후처리, 소재 등의 분야에서 다음과 같은 핵심 요소기술이 적용된다.

우선 모델링 공정은 CAD 등의 컴퓨터 그래픽 설계 프로그램을 이용해 물체의 모양을 3차원으로 구성하는 단계다. 이때 물체를 스캔하거나 디자인하여 데이터로 변환하는 기술이 필요하게 된다.

다음으로 프린팅 공정은 디지털화된 파일을 불러들여 무수히 많은 얇은 층으로 데이터를 분석하고 조형을 하는 단계다. 무엇보다 해상도 및 제조시간 등을 개선시키기 위해 필요한 기술이다. 원료를 데이터 분석에 따른 위치에 맞게 분사하고, 이를 경화시키기 위해 필요한 에너지원을 제어하는 난이도 높은 기술을 필요로 한다.

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마지막으로 후처리 공정은 표면의 불순물을 제거하거나 매끄럽게 하는 과정으로 코팅, 페인팅 과정을 거쳐 결과물로 완성된다. 최근 프린터에 후처리 공정을 일체화시킨 기술이 개발되고 있다.

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사진= 클립아트코리아


이러한 소재 분야는 프린팅 공정에서 사용되는 기술의 방식과 수요산업에서 필요로 하는 제품에 맞추어 개발이 필요하며, 고부가가치를 창출하는 합금, 바이오 소재 위주로 연구가 되고 있는 추세다.

그렇다면, 소재 개발에 따른 3D프린팅 기술경쟁력은 현재부터 미래까지 어떻게 분석하고 전망할 수 있을까.

장비를 제조하는 업체에서는 자체적으로 개발한 소재를 공급하여 매출의 약 25~30%를 창출하는 산업구조를 형성하고 있다. 때문에 장비와 소재의 동시개발이 필수적인 상황임에 틀림없다.

실제 업계 1, 2위를 차지하고 있는 미국 Strastasys와 3D Systems의 경우에는 연 매출의 25~30%를 재료 판매를 통해 획득하는 수익구조를 형성하고 있다.

소재는 각기 업체의 3D프린터 특성에 맞게 개발되어야 하는 바, 장비와 연계되지 않은 독자적 소재 개발은 어려우며, 이는 기술적 진입장벽으로 작용할 수 있다고 분석된다.

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

전문가들 역시 3D프린팅에 원료로 사용되는 금속소재는 적절한 유동성, 낮은 열전도성, 결합력 등의 일정 물성치를 충족시켜야 한다고 강조한다. 즉, 3D프린팅용 금속소재는 특수성이 있어 개발에 난이도가 있다는 것이다.

그런데 알루미늄, 텅스텐 등을 사용하려고 하면, 이들 재료는 열전도성이 높아 고온의 열을 받으면 주변의 금속분말을 같이 녹여 제어가 매우 어렵다. 수지 계열의 소재를 사용하자니 이 요구되는 특성이 많지 않아 소재의 특수성이 낮은 편이라는 문제점도 나온다.

이에 따라 국내업체도 비교적 용이하게 자체적으로 수지 소재를 개발하는 편이다. 수지소재가 주로 활용되는 분야 또한 패션, 완구 등으로 최종제품의 물성치 보다는 형상에 중요성을 두고 있다.

따라서 앞으로 3D프린팅 산업에서 나아가야 할 길은, 적합한 소재의 개발과 원료의 고품질 저비용 제조 기술력을 개발하는 것이다. 이러한 기술력은 보다 높은 진입장벽으로 작용되어 기술경쟁력의 우위를 점할 수 있을 것으로 판단된다.

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