드론, 인공지능(AI), 무인자동차, 로봇 등의 미래 기술이 점점 현실이 돼가는 지금 관심을 가져야 하는 기술 중 하나는 이들 미래 기술을 생산할 수 있는 혁신적 제조기술인 3차원(3D) 프린팅 기술일 것이다. 이들 분야에서 전통적인 제조 방식을 이용해 연구를 하고 있지만 3D 프린팅 기술과의 접목으로 드론에 초경량 부품을 제작하거나 AI에 필요한 경험 데이터를 만들어 제공하려는 노력이 진행되고 있다. 지난달 데스크톱형, 혹은 소비자용 3D 프린터의 대표 업체인 메이커봇의 프린터 판매가 10만대를 넘어섰다는 보도를 접했다. 3D 프린팅 기술은 30년 이상 오래된 개념이지만 데스크톱형이 등장한 지난 2010년 이후 프린터를 구입하는 소비자가 폭넓게 증가했다. 지난달 식품의약품안전처는 두개골이나 광대뼈·임플란트와 관련 소프트웨어 등 3D 프린팅 의료기기를 제품화하는 데 필요한 기준 및 가이드라인을 개발·제공할 계획을 발표했다. 다른 분야보다 활용과 응용이 급속히 늘어나고 있는 의료 시장에서의 3D 프린팅 기술 접목이 발 빠르게 진행되는 실정을 반영한 것이다.
최근 의료 시장에서는 물에 녹는 알약, 기능성 화장품, 보다 정교한 인공 뼈, 그리고 치아 및 의수 부분에서 시장이 형성되고 있으며 줄기세포, 혈관, 상처 치료 및 인간 장기 분야에서는 주목할 만한 결과들이 나오고 있다. 이렇듯 기술에서의 혁신과 관련 정책 발굴로 3D 프린팅 기술의 산업화는 활발히 진행되고 있다.
3D 프린팅 기술의 응용 저변 확대 및 기술의 혁신은 소재 발전을 통해 가능할 것이다. 정보기술(IT) 시장조사 업체인 가트너는 올해 주목해야 할 10대 전략 기술 중 하나로 AI 기술인 진보된 머신러닝이나 사물인터넷(IoT) 등과 함께 3D 프린팅 소재 기술을 선정했다. 우리가 알고 있는 2D 종이 프린터와 같이 3D 프린팅 기술에서 수익의 상당 부분을 결국 잉크, 즉 소재가 낼 것으로 내다봤으며 특히 기능성 소재나 복합 소재를 강조했다. 최근 미국 시장조사 업체 프로스트앤드설리번은 3D 프린팅 산업의 발전은 고기능 고부가가치 소재의 개발을 통해 이뤄지고 있다고 분석했다. 고강도 및 고연신율 등의 특성을 가진 엔지니어링 플라스틱, 탄소 섬유나 탄소 나노 튜브로 강화된 소재, 그리고 기존 대비 크기의 균일도나 프린팅 특성이 좋아진 금속 분말 소재 등의 개발이 이뤄지고 있다. 특히 자동차나 항공우주 분야에서의 프린팅 공정 향상과 적합한 기능 소재 개발은 프린트된 부품의 신뢰성 향상에 무엇보다 중요한 부분이다.
3D 프린팅 소재와 관련한 주요 이슈는 응용 분야의 확대에 대응할 수 있는 적절한 소재의 보급, 보급되는 소재가 가진 물성의 균일성, 그리고 색깔, 기계적 특성, 접합력 등에 관련된 기능적인 부분일 것이다. 물론 가격이 기존의 다른 제조 분야에 적용되는 것에 비해 상당히 높게 형성되고 있지만 이는 점차 극복될 것이다. 프로스트앤드설리번의 분석에 따르면 현재까지 북미나 유럽을 중심으로 3D 프린팅 관련 시장이 주도되고 있는데 이는 원천 기술을 가진 3D 프린터 회사들을 중심으로 소재나 장비가 판매됐기 때문이다. 하지만 최근 3D 프린팅 분야에서 한국이나 중국 등 아시아 국가들이 주류로 부상하고 있다고 평가했다. 이는 우리나라와 중국이 기존 소재 부분에 강점을 가지고 있으며 이러한 강점을 3D 프린팅 기술에 빠르게 접목하고 있기 때문일 것이다. 우리나라의 과학기술 역량 중 소재 및 나노 기술은 세계 5위 내에 위치하고 있는데 이러한 역량을 3D 프린팅 소재 기술에 효과적으로 접목하는 것이 중요한 과제일 것이다. 기계적 물성이 우수한 엔지니어링 플라스틱, 금속 소재, 친환경 소재뿐 아니라 3D 프린팅 구조물의 핵심인 프린팅 층간 접착력, 전도성 등의 기능성을 향상시킬 수 있는 나노 소재가 결합된 다물성 소재를 개발함으로써 3D 프린팅 기술의 한계 극복에 힘써야 할 것이다. 우리나라가 3D 프린팅 산업에서 출발이 늦어 관련 원천 기술은 부족하다고 한다. 하지만 결국 핵심 수익원인 소재 기술을 선점하게 된다면 3D 프린팅 산업화는 우리가 주도할 수 있을 것이다.
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