3D 프린터 산업 성공 키워드 3D(Discount·Daily·Direction)

3D 프린터 산업 성공 키워드 3D(Discount·Daily·Direction) 3D 프린터 전성시대 열려면 이창균 이코노미스트 기자 smilee@joongang.co.kr 가격 인하, 일상화, 정책 방향이 중요 … 해외 주요 기술 특허 만료돼 기회 미국·유럽연합·중국·일본 등 세계 각국이 미래 제조업의 핵심으로 3D 프린터 산업을 키우고 있다. ‘창조경제’ 구현을 강조하고 나선 우리 정부도 늦었지만 3D 프린터 산업 육성책 마련에 나섰다. 산업통상자원부는 9월까지 관련 기업·대학·연구소의 의견을 취합해 3D 프린터 산업 발전을 위한 정책을 발표할 계획이다. 3D 프린터 산업은 과연 3차 산업혁명을 이끌 21세기판 연금술이 될 것인가. 3D 프린터 산업의 성공 열쇠를 ‘3D(Discount·Daily·Direction)’로 분석했다. ‘웅~웅~’ 전원을 켜고 작업할 내용을 확인한 순간 경쾌한 기계음이 들렸다. 안에서 모터가 도는 소리다. 출력하려는 3차원(D) 디자인을 컴퓨터에서 만들어 저장한 SD 카드를 삽입하니 기계가 읽은 것이다. 네모난 겉은 일반 2D 프린터와 비슷하지만 작업을 시작하니 3D의 세계가 눈앞에 펼쳐진다. 미리 설치한 3D 출력용 원료(잉크가 아닌 파우더·플라스틱 액체 등)를 공급받은 압출기 노즐이 그림 그리는 로봇의 손처럼 좌우상하 정교하게 움직인다. 기본 원리인 X·Y·Z축 안에서만 움직인다. 건축물 공사와 비슷하다. 우선 출력물의 밑바닥을 기초공사 하듯 천천히 두껍게 만든다. 원료가 녹으면서 가느다란 실처럼 얽히고 설켜 건축물을 아래부터 위로 층층이 쌓아 올린다. 0.01~0.08mm로 종이 한 장보다 얇은 층이 1만개 이상 모여 건축물을 구성한다. “꼭 공상과학영화에서 배우가 ‘순간이동’ 하는 모습을 3D 그래픽으로 표현하는 것 같네!” 감탄사가 나왔다. 간간이 나오는 증기가 ‘화상 주의’라는 경고문을 실감케 한다.  컨트롤 패널이 진행 상황을 실시간 보고한다. ‘70%’란 자막이 뜨면 공사가 70% 완료됐다는 뜻이다. 베드 위에 3(길이)*2(너비)*10(높이)cm의 작은 인체 조형물이 완성되기까지 걸린 시간은 50여분. 기술력이 향상되면 이보다 훨씬 빨라질 것이다. 소형 인체 조형물의 완성본이 나온 과정이다. 이는 얼마 전 FDM(Fused Deposition Modeling) 기술을 쓴 국내 한 벤처 제조사의 가정용(데스크톱) 3D 프린터 사례다. 사실 3D 프린터는 신기술이 아니다. 미국에선 이미 1984년 무렵 3D 프린터가 나왔다. 한 대당 수억 원을 호가하는 장비는 산업 현장에서 시제품 제작용으로 쓰인다. 이런 고가 프린터를 본 사람이면 보급형 프린터를 보고 ‘왜 이렇게 느리고 정밀하지 않느냐’고 따질법도 하다. 새로운 게 아닌데도, 신제품의 모든 기술이 완벽하지 못한데도 요즘 들어 유독 활발히 논의되는 이유는 뭘까? 바로 특허 만료 때문이다. FDM은 미국의 3D 프린터 제조사인 스트라타시스(Stratasys) 창립자 스콧 크럼프가 1990년 이전에 출원해 등록한 특허 기술이다. 보통 미국에선 출원일로부터 20년간 특허권을 가진다. 이 특허가 만료되면서 다른 제조사들이 같은 기술로 저가에 생산할 수 있게 됐다. 최근 관련 업계가 ‘3차 산업혁명’ 기대감에 들썩이고 벤처 창업이 줄을 잇는 이유다. 시중에 나온 많은 상업용 3D 프린터는 FDM 방식이다. FDM은 생산 단가가 비교적 저렴해 가정용으로 안성맞춤이다. 3D 프린터의 대중화를 이끌 열쇠로 꼽힌다. 오바마 효과로 날개 달아 국내외 전문가들은 3D 프린터가 3차 산업혁명을 이끌려면 3가지 요소가 필수라고 강조한다. 첫번째가 ‘가격인하(Discount)’다. 기존에 나온 주요 기술의 특허 만료로 가격인하 흐름은 더욱 거세질 전망이다. 3D 프린터의 원료는 2D 프린터처럼 잉크가 아니다.  예컨대 FDM 방식에선 옥수수 전분에서 추출한 폴리락트산(PLA)이나 아크릴로니트릴·부타디엔·스티렌 공중합체 수지(ABS)가 많이 쓰인다. 잉크에 비하긴 어렵지만 이들 원료는 저렴하면서 수급하기 쉽다는 장점이 있다. FDM 값의 하향 곡선과 맞물려 일반 소비자들이 관심을 갖게끔 하는 요소다. 다른 주요 기술인 SLS(Selective Laser Sintering) 특허도 내년 초에 만료된다. 미국의 3D시스템스가 갖고 있던 이 기술은 원료를 레이저로 선택적 소결(가루나 그것을 다른 형태로 가압·성형한 것을 가열해 녹여 조형)하는 방식이다. 레이저를 쓴다는 점에서는 SLA(Stereo Lithography Apparatus)와 비슷하지만 이산화탄소 방식의 강한 레이저를 사용한다는 점에서 다르다.  SLS 방식의 프린터는 한 대당 최하 1억원대로 300만~400만원대가 많은 FDM보다 고가다. 좀 더 정밀하고 빨라 가정용보다는 산업용으로 적합하다. 내년부터는 이 가격이 수천 만원 단위로 내려가면서 시장이 더 활성화될 것으로 보인다. 각계 전망은 대체로 긍정적이다. 시장조사업체인 가트너는 2020년이면 산업용 3D 프린터 가격이 2500달러(약 270만원) 이하일 것으로 내다봤다. 현재 전문가용 3D 프린터는 평균 1만5000달러(약 1660만원)대다.  이성호 유화증권 연구원은 “3D 프린터 가격은 2001년 평균 11만7000달러(1억원 이상)였지만 10년 지난 2011년엔 7만3000달러(약 8000만원)로 하락했다”며 “1000달러대 개인용 제품 출시도 이어지고 있어 보급 속도가 빨라질 것”으로 분석했다. 다만 이치호 삼성경제연구소 수석연구원은 “산업용 3D 프린터는 10억원대 제품이 많을 정도로 여전히 고가”라고 덧붙였다. 산업용 3D 프린터의 진가는 시제품을 제작할 때 드러난다. 제조업체가 제품 규격을 결정하기에 앞서 모든 작동 성능을 최종 점검할 때 만드는 것이 시제품이다. 이탈리아의 수퍼카 제조회사인 람보르기니는 3D 프린터를 쓰기 이전까지 시제품 제작 때 보통 4개월의 기간과 4만 달러가 들었다.  ‘아벤타도르’ 모델 시제품 제작에 3D 프린터를 도입한 이후 기간은 20일, 비용은 3000달러로 줄었다. 각각 83%, 92%나 감소한 것이다. 포드 또한 3D 프린터를 들여온 결과 엔진 개발기간을 40%까지 단축했다. 3M·나이키·지멘스 같은 글로벌 기업들이 너나 할 것 없이 3D 프린터를 도입한 이유다. 두 번째는 ‘일상화(Daily)’다. 2D 프린터나 개인용 컴퓨터(PC)가 그랬듯 일반 소비자 일상에 자연스레 스며들어 입소문을 타면 성공 확률이 높아진다. 관련 업계가 가정용 3D 프린터 연구개발에 힘쓰는 이유다. 유석환 로킷 대표는 “버락 오바마 미국 대통령이 공식 석상에서 3D 프린터의 중요성을 강조하면서 일명 ‘오바마 효과’를 거뒀다”고 전했다.  오바마 대통령은 올 초 국정연설에서 “3D 프린터 산업은 우리가 만드는 거의 모든 제조방법에 혁명을 가져올 것”이라고 말했다. 이후 외신 보도가 쏟아졌고 세계 각국에서 관심을 가졌다. ‘3D 프린터로 ◯◯을 만들었다’는 내용의 소개 동영상이 유튜브 같은 인기 웹사이트에 잇따라 올라왔다. 논란으로 예기치 않은 입소문을 타기도 했다. 5월에 미국의 민간 무기 개발 단체인 디펜스디스트리뷰트가 3D 프린터로 권총을 만든 영상을 공개해 논란이 됐다. 일반인이 소총을 만들어 실제로 총알을 발사하는 영상까지 공개돼 논란이 증폭됐다. 인터넷에서 총기 설계도를 누구나 내려 받을 수 있다는 게 비판의 주안점이었지만 ‘대체 3D 프린터로 무엇까지 만들 수 있느냐’는 대중의 호기심을 자극했다. 3D 프린터 업체들로선 본의 아니게 노이즈 마케팅처럼 일반 소비자의 일상을 뒤흔든 계기가 됐다. 3D 프린터는 일상을 속속 파고들고 있다. 주로 항공·우주·자동차 등 기술 집약적 산업에서 시제품 제작용으로 쓰이다 대중화 시대를 맞았다. 『3D 프린터의 모든 것』의 저자인 허제 회계사는 “3D 프린터 등장 초기 단순했던 원료가 콘크리트나 티타늄 등으로 늘었다”며 “원료를 구입해 프로슈머가 집에서 만드는 ‘개인제조혁명’을 불러올 것”으로 기대했다.  예컨대 간단한 주방용 식기나 휴대전화 케이스처럼 일반 소비자가 접하기 쉬운 일상용품을 제작할 수 있다. 시간이 지나면서 기술이 급속히 발전하고 노하우가 공유되면 개인도 고성능 부품이나 전에 없던 발명품을 만들 수도 있을 것이다. 이런 DIY(Do-It-Yourself, 사용자 손수 제작)가 유행하면 기존 제조업 환경도 달라질 수밖에 없다. 세 번째는 ‘정책 방향(Direction)’이다. 가격 인하의 주체가 관련 업계, 일상화의 주체가 일반 소비자라면 정책 방향을 세우는 건 정부다. 최근 들어 각국 정부는 활발히 3D 프린터 산업 육성책을 제시했다. 지난해 세계 시장 점유율이 38.3%로 1위인 미국은 오바마 대통령이 “3D 프린터 연구개발(R&D) 허브를 육성하라”고 강조할 만큼 적극적이다.  지난해 8월 오하이오주에 3D 프린터 기술을 집중 연구하는 국립첨삭가공혁신연구소(NAMII)를 만들어 미래 대비에 한창이다. 제조업을 살리기 위한 강력한 U턴 정책과 고용 창출에 사활을 건 오바마 행정부는 3D 프린터를 히든 카드로 점 찍었다. 재정위기 후폭풍과 실업 문제로 몸살을 앓는 유럽연합(EU) 역시 3D 프린터에서 경기회복의 실마리를 찾고 있다. 지난해 10월 첨단기술을 육성해 2020년까지 국내총생산(GDP) 가운데 제조업 비중을 20%로 키우겠다는 방안을 발표했다. 여기엔 3D 프린터가 중점 과제의 하나로 포함됐다. 영국은 조금 더 적극적이다. 영국 정부는 올 6월 대규모 펀드 조성 계획을 발표하면서 3D 프린터 업체들을 장기적으로 키우겠다고 선언했다. 9월 3D 프린터 산업 육성책 발표 중국과 일본도 발빠르게 움직이고 있다. 중국은 지난해 10월 베이징에 3D 프린터 기술 산업 연맹을 세웠다. 산·학·연·관 협력체계를 구축하고 산업표준을 빠르게 제정한다는 목표다. 중국 과학기술부는 올해 3D 프린터 기술을 ‘국가 연구발전 계획’에 포함했고 지방정부도 개발단지 조성에 뛰어들었다. 일본 정부는 속도·가격 경쟁력을 갖춘 3D 프린터 연구개발을 2018년까지 주도한다는 계획을 발표했다. 우리 정부도 최근 3D 프린터가 가져올 다양한 파급효과에 주목했다. 산업통상자원부는 7월 8일 산·학·연·관이 모인 ‘3D 프린팅 산업 발전전략 포럼’ 발대식을 했다. 삼성전자·현대자동차·LG전자 등 대기업과 벤처 3D 프린터 제조장비사가 참여해 발전 방안을 모색했다. 산업통상자원부 관계자는 “9월까지 각계 의견을 모아 3D 프린터 산업 육성책을 발표할 예정”이라고 밝혔다. 하지만 늦은 감이 있다. “3D 프린터를 처음 연구할 때 경제적 지원이 필요했지만 도움 받을 곳이 없었습니다. 벤처캐피털과 공공 보증기관까지 안 찾아가본 곳이 없을 정도였죠. 우리 기술을 증명하는 특허와 신기술인증을 다 가지고 있어도 문전박대 당하기 일쑤였습니다.” 국내 한 관련업체 CEO의 말이다.  그는 “투자할 만한 중소기업의 기술력도 선입견으로 묻히는 경우가 많다”며 “정부가 탁상공론에 그치지 말고 현장의 사람들을 더 많이 만나 목소리를 들었으면 좋겠다”고 전했다. 다른 CEO는 “보조금 지원은 기대하지도 않는다”며 “정부가 대기업 위주의 정책에서 벗어나(3D 프린터가) 중소기업과 1인 창조기업의 중요성을 인식하는 계기가 됐으면 한다”고 말했다.  그는 “정부 차원에서 데이터베이스를 구축해 볼트나 베어링 같은 기계 요소들의 숫자와 원리를 알기 쉽게 소개하면 일반 창업자들이 3D 파일링을 하는 데 도움이 될 것”이라고 덧붙였다. 중소기업 현장을 잘 아는 중소기업진흥공단(이하 중진공) 같은 공공기관들은 정부 부처보다 빨리 3D 프린터의 중요성을 인식했다. 중진공 창업사관학교는 2001년 무렵부터 이미 산업용 3D 프린터를 도입했다. 중소 규모 업체를 운영하는 기업인이나 예비 창업자가 3D 프린터로 시제품을 출력할 수 있도록 지원(제작대행)하기 위해서다.  기업인인 경우 시중가의 60% 정도만 수수료를 내면 고가 3D 프린터를 쓸 수 있다. 한 달 평균 30~40건을 지원한다. 현재 SLA 방식의 일본산 ‘EQ-1’, FDM 방식의 미국산 ‘Fortus 900MC’, 잉크젯 방식의 이스라엘산 ‘Connex500’ 등 3대를 보유했다. 시중가로 5억원이 넘을 만큼 고가 장비다. 경기지방중소기업청(이하 경기중기청)도 지난해 5월 경기도 수원에 시‘ 제품 제작터’를 만들어 3D 프린터 3대를 도입했다. 중진공과 마찬가지 취지다. 박동철 경기중기청 연구원은 “정밀도가 높은 미국산·일본산 장비를 도입했다”며 “비용 부담이 커 엄두를 못 내던 예비 창업자 사이에서 반응이 좋다”고 말했다.  박 연구원에 따르면 이들은 제조업종 창업에 뛰어들었다가 중간에 포기하거나 낭패를 보는 경우가 많다. 3D 프린터로 출력하는 시제품은 이런 시행착오를 줄여주고 가능성이 있는 사업인지를 알기 쉽게 보여준다. 유석환 대표는 “컴퓨터 모니터로 볼 때와 3D로 출력한 시제품을 직접 보며 분석할 때 성과는 천지차이”라며 “대기업들이 비싼 비용을 감수하더라도 산업용 3D 프린터를 도입하는 것은 이 때문”이라고 설명했다. 특허 분쟁 대비해야 애로점도 있다. 기관들로선 막대한 예산을 투입해 고가 장비를 들였는데 막상 애프터서비스(AS) 비용 등 유지비가 많이 들어 고심이다. 중진공의 8억원짜리 프린터 한 대에 연간 3000만원의 AS 비용이 든다.  일본 등 제조사에서 직접 전문 인력이 비행기를 타고 날아와 손본다. 이들 업체로서도 수요가 늘지 않은 한국 시장에 지사를 설립할 필요성이 적다.  그나마 중진공은 사정이 낫지만 연구·교재용으로 무작정 고가의 3D 프린터를 사들인 사립대학은 손실이 크다.  서울 시내 한 사립대 교직원은 “원료가 굳는 걸 염려해 전원을 마음대로 끌 수 없고 상온을 유지해줘야 하는 등 관리가 까다롭다”며 “5억~8억원 들여 프린터를 샀어도 정작 막대한 유지비가 부담돼 전시용으로나 방치하는 실정”이라고 토로했다. 결국 정밀도가 높은 고가 3D 프린터의 업무환경을 유지해주려면 많은 인력·비용 소모가 불가피하다는 이야기다. 제품 가격까지는 감당했어도 매년 들어가는 유지비를 감당하기 어려워 활용성이 떨어질 수밖에 없다. 우영환 중진공 팀장은 “유지비 문제는 아직 척박한 3D프린터 시장 상황을 단적으로 보여주는 사례”라며 “제품 가격이 낮아져 수요가 늘고 시장 환경이 개선돼야 유지비 문제가 개선되고 걸음마 단계인 국내 관련 업계의 발전 속도가 빨라질 것”이라고 덧붙였다. 다른 하나는 중소기업들의 특허보호 문제다. 3D 프린터 시장이 커질수록 국내외 제조사와 특허 분쟁에 휘말릴 가능성이 커진다. 암암리에 대기업들의 표적이 되기도 한다. 익명을 요구한 국내 벤처 제조사 CEO는 “한 대기업으로부터 10억원에 우리 회사 특허권을 공동 소유하자는 제안을 받은 적이 있다”고 말했다.  법적 분쟁이라도 생기면 중소기업으로선 대응하기가 쉽지 않다. 특허법인 대아의 정병직 대표변리사는 “3D 프린터 시장이 팽창하면 특허 분쟁도 그만큼 증가할 수밖에 없다”며 “중소 규모 벤처기업들이 특허 보호의 중요성을 미리 알고 대비해야 한다”고 말했다. 이 같은 문제들이 있지만 국내 3D 프린터 시장이 세계적인 추세에 발맞춰 성장을 이을 것이란 전망이 우세하다. 컨설팅 전문업체인 홀러스어소시에이츠에 따르면 지난해 47억 달러였던 3D 프린터 시장 규모는 2019년 138억 달러로 성장할 전망이다. 3D 프린터가 바꿀 산업환경은 무궁무진하다.  예컨대 지금까지는 인건비가 싼 중국에 신발 공급기지를 만들어 4시간 만에 본사까지 선적·포장해 날랐다면 앞으로는 디자인 파일만 있으면 복잡한 유통과정 없이 만들어낼 수 있다. 수송과 물류 개념이 지금과는 달라지는 것이다. 많은 기업들을 든든하게 하던 대량생산 원가가 3D 프린터로 제조했을 때 원가보다 높아지는 진풍경이 나올 수 있다. 차근차근 대비해야 할 문제도 생기지만 즐겁게 지켜볼 일도 많다. 최근 관련 기술의 발전은 전문가들도 놀랄 정도다. 미국항공우주국(NASA)은 올 들어 로켓엔진 연료 분사장치를 3D 프린터로 만드는 데 성공했다. 우주로 향하는 매우 복잡한 부품마저 구현에 성공할 만큼 3D 프린터가 정밀해진 것이다.  타일런 힉맨 NASA 연구원은 “제작비가 가장 많이 드는 부품 중 하나마저 구현할 만큼 3D 프린터 기술이 발전했다”고 말했다. 제작 기간은 수년에서 4개월로 단축했다. 공상과학영화로나 꿈꾸던 ‘더 빠르고 정밀한’ 3D 세계 구현이 머지않았다. 프로슈머(Prosumer) 생산자(Producer)와 소비자(Consumer)의 합성어다. 소비자가 소비뿐 아니라 제품 개발과 유통 과정에 적극적으로 참여하는 것을 뜻한다. 미래학자 앨빈 토플러가 『제3의 물결』에서 처음 언급했다.