뒤처진 국내 3D 프린팅 산업 국가 차원 육성 로드맵 시급

제조업 혁명을 가져 올 미래기술인 3D 프린팅이 올해 초부터 세계 제조업 시장을 달구고 있다. 포춘코리아가 해외 3D 프린팅 기술 사례와 함께 국내 3D 업계의 현황과 기술수준, 과제를 심층 분석했다.
유부혁 기자 [e-mail]
사진 윤관식 기자 [e-mail]

바야흐로 3D 시대다. 기계나 부품은 말할 것도 없고 의료, 식품, 패션에 이르기까지 3D 프린팅 기술을 이용해 제작한 ‘작품’들이 연일 쏟아져 나오고 있다. 생각하는 대로 제작해 내는 3D 프린팅 기술은 ‘21세기 연금술’이라고 평가받을 만하다. 제조업에 혁명을 일으킬 것이란 전망도 있다. 자동차 공장의 경우 제품별 생산라인이 아닌 하나의 생산라인에서 얼마든지 여러 가지 모델을 생산해 낼 수 있을 것이라는 얘기도 있다. 다품종 소량생산이 가능해지면 제품을 구매하는 것이 아니라 설계도를 구매하는 소비 혁명이 일어날 것이란 예측도 나온다.

포춘코리아가 찾아간 3D 프린터 업체 3곳(프로토텍, 캐리마, 오브젝트빌드)의 말을 종합해 보면, 현재의 국내 3D 프린팅 기술은 아직 작품을 만들어 내는 수준이다. 상품을 만들어 내는 단계까진 아니라는 뜻이다. 원하는 작품을 만들기까진 실패가 당연히 용인된다는 뜻이기도 하다. 업계에서 말하는 평균 20% 정도의 3D 프린팅 실패율은 뛰어난 기술력에 안정감이 더해져야 함을 의미한다. 이미 산업용 제품을 생산하는 글로벌 기업과 비교되는 대목이다.

세계 1위 3D 프린터 업체인 스트라타시스 제품의 한국 판매를 담당하는 신영문 프로토텍 대표는 말한다. “3D 프린팅 방식 중에 적층 방식보다 절삭 방식에 대한 신뢰도가 아직은 더 높습니다. 정밀도나 조도가 더 정밀해지기 전까지 이 흐름은 계속될 겁니다. 하지만 이 흐름이 뒤바뀌는 데 시간이 오래 걸리지는 않을 거예요.” 신대표의 말처럼 3D 프린팅은 크게 적층식(쌓아 올리는 방식)과 절삭식(깍아 내는 방식)으로 나뉜다. 하지만 우리가 요즘 흔히 말하는 3D 프린팅 기술은 적층식을 기준으로 삼고 있다. 신 대표는 “미국 보잉사는 스트라타시스의 3D 프린터를 이용해 3,000여 개에 달하는 항공기 부품을 대체하고 있다”고 말했다.

이미 언론을 통해 소개된 3D 프린팅의 다양한 활용 사례를 보면 그의 전망이 실현될 날은 멀지 않아 보인다. 세계 3D 프린터 시장의 40% 정도를 점유하고 있는 미국은 NASA 미국항공우주국 엔진연료 분사장치를 3D 프린터로 만들고 있다고 발표했다. 수년의 연구개발이 필요한 이 장치를 불과 4개월 만에 제작한 것을 두고 3D 프린팅 기술이 이제 정밀도와 제작 속도 측면에서도 다른 산업에 충분히 활용할 수 있는 수준으로 올라 왔다는 평가가 나오고 있다. 이뿐만이 아니다. 최고급 스포츠카인 람보르기니 아벤타도르는 모델 시제품을 3D 프린터로 제작한다고 알려져 있다. 람보르기니는 이를 통해 시제품 제작 기한을 4분의 1, 비용을 10분의 1 절감했다. GE 역시 자동차, 항공기 엔진 개발에 3D 프린팅 기술을 도입했다. 3M, 나이키, 지멘스 등 다양한 분야의 세계적 기업들도 3D 프린팅을 도입한 상황이다.

이들 중 가장 두각을 나타내는 분야가 의료산업이다. 최근 3D 프린터로 제작한 두개골 임플란트를 환자에 삽입하는 수술이 성공을 거뒀다. 이 외에도 3D 프린팅은 의료 기술 발전에 광범위하게 사용되고 있다. 가령 CT 자료에만 의존하던 의사들이 3D 프린터로 만든 인공 골격이나 신체 부위를 통해 더 세밀하게 수술부위를 확인하거나 의료 행위를 실습할 수 있게 됐다. 우리나라도 올해 초 3D 프린팅 기술의 도움을 받아 암 수술을 진행한 사례가 있다.

스트라타시스와 같은 글로벌 제조사의 3D 프린팅은 이처럼 항공, 우주, 자동차 등 기술집약적인 산업에서 가능성을 인정받고 있다. 그리고 의료, 패션, 푸드 등 다양한 분야에서 시제품을 제작해내며 상품성을 입증했다. 이제 남은 건 대중화다. 대중화는 곧 돈이고 하나의 산업화가 가능해진다는 것을 의미한다.

미국 컨설팅 회사 홀러스 어소시에이츠 발표에 따르면, 현재 37억 달러 규모의 3D 프린팅 시장은 2021년이 되면 107억 달러 규모로 성장한다. 하지만 이런 전망은 투자자나 관련 기업에겐 성에 차지 않을 수 있다. 3D 프린터를 ‘혁신’또는 ‘혁명’이라 칭하며 제조업 광풍을 기대했던 사람들에겐 최소한 그렇다.

해외 시장은 글로벌 기업이 주도하고 있다. 국내시장 역시 마찬가지다. 기술력과 자본력을 독점하고 있기 때문이다. 아직 규모가 영세한 국내 3D 프린팅 업체들 대부분은 외국 제품을 카피해 제작하는 수준에 머물고 있다. 외국 기업들의 제품 완성도에 다다르기엔 아직 역부족이라는 평가가 나오는 이유다.

다만 국내 업체들 중 캐리마와 오브젝트빌드는 기술 약진이 돋보이는 기업이다. 이병극 캐리마 대표는 주장한다. “기술력은 이미 다따라잡았습니다. 가격도 해외 제품과 비교하면 훨씬 저렴합니다. 외국 기업에 대한 환상과 국내 기술을 못미더워 하는 인식, 열악한 자본이 문제죠.” 캐리마가 보유하고 있는 3D 프린팅 기술 중 DLP(Digital Light Processing·디지털 광학기술)는 순수 국내 기술이다. 이는 SLS(Selective Laser Sintering·선택적 레이저 소결기술) 방식의 일종이다. 국내 순수 기술이라는 점이 알려지면서 연간 20~30대 판매되던 것이 월 10대 이상씩 판매되고 있다고 한다. 하지만 이 대표가 말하는 기술력에 대한 객관적인 평가는 아직 미지수다. 우선 기술력에 대한 업계의 기준이 명확하지 않다. 크게는 7가지 메인 기술과 약 30가지의 변종 기술이 존재하기 때문에 같은 기술력을 가진 업체와의 단순 비교도 어렵다. 또 3D 프린팅은 실패율이 높아 하나의 완성도 있는 제품으로 기술력을 평가하기도 곤란하다. 그리고 DLP 방식에 대한 동종 업계의 평가는 회의적이다. DLP방식은 액체원료를 사용하기 때문에 정밀도가 높고 표면이 매끄러운 것이 장점이다. 때문에 캐리마는 완성도 있는 기계 부품이나 의료용 시제품 제작을 주로 이 기술을 통해 하고 있다. 하지만 제작시간이 오래 걸리고 재료비가 비싸다. 또 재료 강도가 낮다는 것이 최대 단점으로 지적된다. 습도나 온도에 견고하지 못해 활용도도 낮다. 때문에 FDM (Fused Deposition Modeling·용융 압출 적층 모델링)방식을 선호한다는 것이 업계의 대체적인 평가다.

FDM 방식은 고체인 필라멘트를 녹여 쌓는 기술로 제작 비용과 시간 면에서 효율적이다. 또 제품의 강도 또한 견고해 시제품뿐만 아니라 자동차 · 항공 업계에서 개발 부품으로 사용하고 있다. 이 방식은 스트라타시스가 20여 년째 연구·발전시켜 오고 있으며 SLS방식을 보유한 3D 시스템즈와 함께 국내 시장을 양분하고 있다.

또 하나의 국내 3D 기업인 오브젝트빌드는 오픈 소스 기술로 개발한 국내 최초의 3D 프린터 윌리봇의 제작 · 판매 대행사다. 윌리봇 개발자인 윌리엄 SH JOO(한국명 주승환)가 이 회사 기술고문을 맡고 있다. 윌리봇은 스트라타시스와 마찬가지로 FDM 방식으로 제품을 만들어 낸다. 하지만 포춘코리아가 직접 눈으로 확인한 바에 따르면, 이미 산업용으로 쓰이는 스트라타시스 제품에 비해 기술력이 아직 조악한 수준이다. 윌리봇은 분사노즐이 쉽게 막히거나 실패율이 높다는 지적이 많다. 또 프린터 제작에 쓰이는 재료가 제각각이라 성능 차가 있고 기술 안전성 또한 의문으로 지적된다. 그러나 한 업계 관계자는 “노즐이 막히는 등의 문제는 이미 3D 프린터 업계에선 20년 전의 과제였다. 자체 기술력을 가진 데다 대세인 FDM 방식을 이용하고 있어 오브젝트빌드는 충분히 성장할 수 있는 기업이다”라며 긍정적으로 평점을 매겼다. 윌리엄 SH JOO 는 “앞으로 3D 시장은 정밀도와 사이즈에 따라 보급형과 산업용으로 재편될 것”이라 전망했다.

그가 개발한 윌리봇은 실제 국내 3D 프린터 유저들에게 큰 반향을 일으켰다. 그는 “현재 3,000명 정도의 유저 그룹이 윌리봇이 제공하는 블로그에서 활동 중이며 이들 중에는 초등학생도 있고 엔지니어도 상당수다”라고 말했다. 오브젝트빌드는 윌리봇 1호를 시작으로 기술발전을 거듭해 이제 윌리봇 5호 출시를 앞두고 있다. 윌리엄 SH JOO는 “대중화를 위해 오픈 소스 기술로 3D 프린터를 만들었지만, 지금은 보다 정밀도 높은 신제품 개발을 위해 노력 중이다. 내년 금속 관련 3D프린팅 특허가 풀리는데 이와 관련된 3D 프린터도 개발하고 있다”고 밝혔다. 윌리봇은 얼마 전 총기를 제작해 화제가 되기도 했다. 현재 윌리봇은 대학과 연구기관에도 판매 중이며 주로 개인용으로 판매하는 비중이 가장 높다.

국내 3D 프린터 시장은 아직 미성숙 상태다. 기업 시제품이나 학교, 연구기관에 3D 프린팅 기술을 이해시키려는 목적으로 납품하는 것이 대부분을 차지하고 있다. 하지만 캐리마와 윌리봇은 국내 걸음마 단계의 3D 시장을 세계적인 3D 기술국이자 수출국으로 만드는 것을 목표로 하고 있다. 이병극 캐리마 대표는 이를 위해 “당장 상용화는 쉽지 않겠지만 기술력에 대한 자금 지원이 절실하다”고 호소했다. “아직 적극적으로 참여하고 있지 않은 대기업들이 중소기업이 닦아 놓은 3D 시장에 자본을 무기로 뛰어들까 걱정”이라는 우려도 했다. 그는 또 “열악한 국내 3D 업계를 키우기 위해선 정부의 직접적인 육성방안이 필요하다”고 강조했다.

윌리엄 SH JOO 역시 “(시장이 시장성, 대중성을 갖추기 전까지는) 대기업들이 굳이 먼저 시장에 진입하지는 않을 것”이라 전망하면서 “그런 점에서 한국 시장은 전망이 없다. 윌리봇은 한국이 아닌 해외에 중점을 둘 것이다”라고 말했다. 이미 이들의 우려는 현실화 되고 있다. 국내 시장을 양분하고 있는 글로벌 기업이 국내 중소 3D 프린터 업체들을 M&A를 통해 사들이고 있기 때문이다. 이에 대해 윌리엄 SH JOO는 “한국은 오히려 조용한 편”이라며 “시장의 우위를 점하기 위해 지금 해외는 인수 합병전이 뜨겁다”고 말했다. 실제로 스트라타시스는 지난해 이스라엘 기업인 오브젯(보석가공 3D 업체)을 인수한 데 이어 3D 업계의 다크호스라 불리는 미국 업체 메이커봇(저가형 데스크톱 3D 업체)을 4억3,000만 달러에 인수하며 업계 선두에 나섰다.

3D 시스템즈 역시 지난 2년간 24개의 기업을 인수하며 공격적으로 시장 점유율 확보에 나선 상황이다. 이에 대해 신영문 프로토텍 대표는 “국내 기업도 마찬가지다. 스트라타시스는 국내 아이너스라는 기업도 인수했다. 이 밖에도 3D라고만 하면 무조건 인수하겠다는 기업이 많다”고 말했다. 신 대표 역시 “정부가 주도해 연구기관, 대학, 기업들과 컨소시엄을 구성해야 한다”고 주장했다.

국내 3D 업체 관계자들이 정부의 대책을 요구하면서 한목소리로 주장하는 건 ‘체계적 접근’이 필요하다는 것이다. 정부가 장기적인 계획을 마련해 3D 산업을 육성해야 한다는 것이다. 이런 필요성을 보여주는 예는 미국에서 찾을 수 있다. 올해 초 오바마 대통령은 3D프린팅 산업 육성에 관해 언급한 바 있다. 그 배경을 정리하면 이렇다. 미국의 제조업체들이 저임금 시장으로 떠나면서 미국엔 제조업 공동화 현상이 발생했고, 그 와중에 미국의 성장동력이 상당 기간 상실됐다. 정부로선 이들 기업이 자국으로 돌아오도록 유도하는 것과 동시에 제조업을 다시 성장시킬 묘책이 필요할 수밖에 없다. 이 부문에 3D 프린팅 산업이 기여할 수 있다고 판단한 미 정부는 수년간의 계획 수립 끝에 오하이오 주에 3D 프린팅 연구기관인 NAMII (National Additive Manufacturing Innovation Institute)를 설립했다. 계속해서 미국은 세계 3D 프린팅 선두국가로 앞서 나가기 위해 연구개발에 전폭적인 지원을 할 예정이다.

미국은 현재 전 세계 3D 프린터 생산량의 65% 정도를 담당하고 있다. 구매시장에서도 40% 정도를 차지한다. 국내 3D 업계가 우리정부의 역할을 강조하는 이유가 여기에 있다. 우리 정부의 대책 마련이 시급한 이유는 또 있다. 바로 3D 프린팅 산업의 성장이 가져올 후폭풍 때문이다. 우선 특허 소송이다. 윌리봇 개발자 윌리엄 SH JOO는 이에 대해 “현재 3D 프린터 특허는 3,000개 정도다. 기본적인 특허는 이제 거의 다 풀렸다. 내년에도 중요한 특허가 풀린다. 하지만 이제 시작이다. 3D 프린터가 산업혁명을 가져올 정도로 성장한다면 특허전쟁은 무수히 많이 벌어질 것이다. 휴대폰만 해도 특허가 10만 개에 달한다”고 말했다.

실제 3D 프린터는 프린팅 방식뿐 아니라 재료 시장과 프린터 제작 등 다양한 분야가 아직 표준화 되지 못한 상황이다. 우리나라 업체는 대부분 해외 기술을 복사한 수준이라, 본격적인 글로벌기업의 특허 공세가 시작되면 속수무책일 수밖에 없다. 이에 대해 오픈소스와 자체 기술 보유를 통해 경쟁력을 쌓아가고 있는 윌리엄 SH JOO는 “3D 프린팅 기술이 표준화 단계에 접어들고 시장이 본격화되면 기술과 시장을 보호하기 위한 국가 차원의 로드맵이 절실할 수 밖에 없다”고 덧붙였다. 당장 실제적인 지원을 요구하는 목소리도 있다. 이병극 캐리마 대표는 “우리 같은 중소 기업은 특허비용 자체가 부담이다. 1건당 1,000만 원에 달하는 특허 등록 비용을 감당하기 어렵다. 거절당하면 고스란히 날릴수도 있고….”라고 말했다.

현재 우리나라의 3D 프린팅 관련 주무부처는 산업통상자원부이다. 올해 7월, 산자부는 공청회를 비롯한 3D 산업 발전전략 포럼과 창립식을 갖고 정부 차원의 로드맵 마련에 돌입했다. 윤상직 산자부 장관도 “3D 프린터 활성화 방안을 곧 마련하겠다”며 적극 나서고 있다. 주무부서인 산자부 3D 프린터 제도분과 담당자는 “국내업계의 기술 수준과 현황 등을 파악하고 있고 학계의 의견도 취합하고 있다”고 전했다. 하지만 “특허 외 불법 복제를 비롯한 저작권에 대한 기준 마련은 진행되고 있는가”라는 질문에 “기술포럼과 함께 다각적으로 검토중인 사안”이라며 “이제 주무 부서와 역할을 논의하는 시점인 만큼 대안 마련을 위해선 시간이 필요하다”는 입장을 밝혔다. 해외에선 이미 인쇄 복제 범죄에 대한 방안을 업계가 모색하고 나선 상황이다. 불법 복제를 막는 소프트웨어를 개발한 것이다. 3D 프린터는 프린팅 이전에 그것을 실행하기 위한 설계도가 필요한데 이 소프트웨어를 사용하면 설계도를 단 한 번만 이용하도록 제한할 수 있다.

3D 프린팅 산업 발전에 대해 정부가 주목해야 할 점이 기술 보호와 특허, 저작권 보호 마련이라면, 우리 기업들이 대비해야 할 점으로는 3D 프린터 보급으로 인한 가격 하락을 꼽을 수 있다. 이에 대해 이병극 대표는 “5년 내 제조업의 25% 정도가 3D 프린팅으로 대체될 것으로 본다. 가격 하락은 어쩌면 당연하니 수출길을 열어야 한다. 대기업이 유통 활로를 만들어 줬으면 좋겠다”고 말했다. 반면 윌리엄 SH JOO는 “가격은 하락해야 한다. 싸게 만들 수 있는 걸 비싸게 팔 이유가 없다. 가격 부담 없이 3D 프린터를 하이마트 같은 전자제품 유통점에서 팔 수 있어야 한다. 다만 기술이 중요하다. 우리는 기술 경쟁력으로 대응할 것이다”라고 말했다. 스트라타시스 국내판매 담당사인 프로토텍 신영문 대표는 다른 시각에서 접근했다. 그는 “3D 기술이 일정 수준에 다다르고 가격이 하락한다면 이 업계는 3D 소프트웨어시장에서 판가름 날 수 있다”고 전망했다. 그는 또 “현재 대부분의 장비업체가 독점 공급하는 재료 역시 경쟁력있는 상품 개발과 함께 규격화가 필요하다”며 3D 프린터 기반 산업의 중요성을 강조했다.

규모가 영세한 국내 3D 프린터 업체들 대부분은 외국 제품을 카피해 제작하는 수준에 머물고 있다. 외국 기업들의 제품 완성도에 다다르기엔 아직 역부족이라는 평가가 나오는 이유다.