글로벌 제조산업계의 디지털 전환이 가속화되면서 디지털 제조 구현을 위한 핵심 요소 중 하나인 3D 프린팅 기술의 중요성이 부각되고 있다. 3D 프린팅 기술은 제조혁신 및 다른 산업과의 융합을 통해 고부가가치가 높은 신시장을 창출할 수 있는 주요 핵심 수단이나, 국내 시장은 핵심 장비/소재/소프트웨어에 대한 외산 기술 의존도가 높은 가운데 제조업의 3D 프린팅 활용/투자 필요성 인식이 저조한 실정이다.
과학기술정보통신부와 정보통신산업진흥원(NIPA)은 국내 3D 프린팅 산업 활성화를 위한 정책 수립의 기초자료를 제공하기 위해 국내 3D 프린팅 산업 실태와 국내외 3D 프린팅 동향을 조사한 후, 그 결과를 정리한 ‘2022 3D 프린팅 산업 실태조사’보고서를 발표했다. 이 글에서는 내용을 요약, 소개한다. ■ 이성숙 기자
과학기술정보통신부와 정보통신산업진흥원 주관으로 진행된 ‘2022 3D 프린팅 산업 실태조사’의 조사 대상은 크게 3D 프린팅 공급사와 수요사로 구성되어 있다. 공급사는 3D 프린팅 장비·소재·소프트웨어 제조 및 외산 제품 유통 기업과 모델링, 컨설팅, 교육, 출력, 콘텐츠 유통 등의 서비스를 제공하는 기업이 대상이다. 또 수요사는 3D 프린팅 기술을 직접 도입한 기업과 출력 서비스 등의 서비스를 이용하는 기업 및 기관이 대상이다.
3D 프린팅 산업 현황
3D 프린팅 거시환경 분석
정치/정책(Political), 경제(Economic), 사회(Social), 기술(Technological) 등 PEST 관점에서 글로벌 3D 프린팅 산업의 주요 이슈를 분석해 보면, 코로나19 완화로 인한 세계 경제의 회복 속에 미.중 기술 패권전쟁으로 신보호무역주의가 강화되며 공급망 재편이 가속화되고 있다.
정치/정책 관점에서는 미.중의 패권전쟁이 확대되는 가운데, 각국 정부는 신보호무역을 중심으로 한 제조 리쇼어링 확대를 통해 통제 가능한 공급망 구축을 강화했다. 경제 관점에서는 장비 부품, 소재 등 공급망 타격에 따른 부품 공급 지연 지속과 환경에 대한 경각심으로 탈탄소 운동과 ESG 경영이 확대되는 경향을 나타냈다. 사회 관점에서는 코로나19의 촉발로 개인 건강에 대한 사회적 중요성이 확대되며 안면보호대, 인공호흡기 등 다양한 의료 제품에 3D 프린팅 기술이 적용되고 있다. 기술 관점으로는 5G/IoT 기술의 고도화에 따른 인더스트리 4.0의 확대 속에 스마트 공장 수요가 증가하며 AI, 빅데이터 등 첨단기술과의 융합이 확대되고 있다.
주요 국가별 정책 동향
미국, 유럽, 중국, 일본 등 글로벌 주요 국가들은 3D 프린팅의 국제 경쟁력 확보를 위해 자국의 대표 제조산업 정책에 3D 프린팅 기술을 포함하고, 코로나19로 촉발된 디지털 전환을 자국 경제 성장의 동력으로 삼아 3D 프린팅 기술을 통한 제조 혁신에 나서고 있다.
특히, 미국은 코로나19 이후의 제조업 혁신 가속화를 위해 ‘America Makes’를 중심으로 추진된 3D 프린팅 지원정책을 제조산업 육성정책에 포함하며, 생산시설의 디지털화를 통한 현지 생산기지 강화와 더불어 부처기반의 3D 프린팅 R&D를 확대하고 있다. 중국 또한 장기적인 자국 제조산업 육성정책인 ‘중국제조 2025’를 중심으로 3D 프린팅, 인공지능 등의 차세대 첨단기술과 제조업의 융합을 확대하고 있다.
그림 1. 국내 3D 프린팅 산업 주요기업 현황(출처 : NIPA)
국내 3D 프린팅 산업 현황
국내 3D 프린팅 산업은 장비, 소재, 소프트웨어와 서비스 등 4가지 시장으로 구성되는 가운데 국산 제조업체와 외산 유통업체가 경쟁하고 있다. 3D 프린팅 프로세스는 디자인, 모델링부터 3D 프린팅 제품 제작 후 최종적으로 후가공을 거쳐 완성된다. 3D 프린팅 기술은 우주/항공, 자동차, 국방/방산, 발전/플랜트, 의료/치과 등 고부가가치 응용산업에서 활용되며 시장을 확장하고 있다.
2022년 국내 3D 프린팅 사업체는 2021년 대비 8개 사, 2.6% 증가한 320개가 존재하고 있다. 특히, 코로나19로 인한 3D 프린팅 산업의 더딘 확장성과 안전성 이슈에 따른 부정적 인식 확산으로 시장의 정체가 지속됨에 따라 국내 장비 제조, 소프트웨어 개발 및 서비스 기업의 사업 축소/전환 및 폐업이 나타났다. 그러나 기존 기업에서 퇴사한 임원들의 신설법인 설립과 외산 중심의 시장 형성에 따른 외산 유통기업 확대 등으로 인해 국내 3D 프린팅 기업체가 소폭 증가했다. 최근 3년간 서비스 분야의 업체 비중은 축소되는 반면, 장비 제조업체의 비중은 지속적으로 증가하는 추세이다.
3D 프린팅 시장 동향
코로나19 완화에 따른 세계 경제회복, 기업들의 투자 확대 및 3D 프린팅 공급망이 개선되면서 2021년 글로벌 3D 프린팅 시장은 전년 대비 약 27.7% 성장한 152억 달러를 기록했다. 특히, 2020년 코로나19 팬데믹의 영향으로 매출실적이 감소했던 글로벌 3D 프린팅 대표 기업인 3D시스템즈와 스트라타시스의 매출이 회복세로 반전하는 등 산업 전반적으로 성장세가 증가하는 상황이다.
글로벌 3D 프린팅 시장을 장비, 소재, 서비스 등 세부 시장으로 살펴보면, 2021년 시장은 서비스 부문이 59.1%로 시장을 주도한 가운데 그 뒤를 이어 장비 23.8%, 소재 17.0% 순으로 나타났다. 특히, 세계 시장은 서비스 중심의 선진 시장 구조를 띄는 가운데 서비스 시장은 코로나19 완화에 따른 경제 회복으로 출력 서비스 수요가 크게 증가하며 2019년 대비 1.6%p 상승했지만, 장비 시장은 수요사들의 보수적인 투자로 인해 신규 장비, 소프트웨어 투자가 제한적인 수준에서 성장하며 2019년 대비 2.6%p 감소했다. 한편, 소재 분야는 3D 프린터 장비의 누적 보급 확대에 따른 고정 소비가 증가하며 시장점유율이 2019년 대비 0.9%p 소폭 증가했다.
응용산업별 활용 동향
응용산업별 2021년 3D 프린팅 시장 비중을 살펴보면, 우주/항공 산업이 16.8%로 가장 높은 가운데 그 뒤를 이어 의료/치과(15.6%), 자동차(14.6%)가 시장을 주도하고 있다. 특히, 고부가가치 산업인 우주/항공은 엔진, 인공위성 등 다양한 분야에서 3D 프린팅 기술이 활용되면서 3D 프린팅 응용산업에서 선두를 차지했다. 코로나19 이후 의료 및 치과 분야 내 개인맞춤형 3D 프린팅 활용이 더욱 활성화되면서 전통 강세 시장인 자동차 산업을 추월하며 시장에서 2위의 자리를 기록했다.
응용산업 내 3D 프린팅 활용목적을 살펴보면, 완제품 제작이 50.7%로 가장 높은 가운데 시제품 34.2%, 교육/연구 11.6% 순으로 나타났다. 우주/항공, 의료/치과, 자동차 등의 고부가가치 산업에서 대량생산, 품질 등의 생산성 향상, 자체적인 3D 프린팅 센터 구축, 소재 다양화 등으로 인해 최근 완제품 목적의 3D 프린팅 활용이 증가하고 있다.
그림 2. 국내 3D 프린팅 공급사 현황(출처 : NIPA)
국내외 3D 프린팅 산업 비교분석
세부 시장별 비중
세계 시장과의 비교분석을 위해 스캐너를 제외하고 소프트웨어 시장을 장비 시장에 통합하여 장비, 소재, 서비스 시장으로 재구분하여 2021년 국내외 3D 프린팅 시장 부문별 비중을 비교해보면, 국내외 시장 모두 서비스 시장이 과반을 차지하며 시장을 주도하는 가운데 장비, 소재 순으로 구성된 것으로 나타났다. 해외 시장은 자동차, 우주/항공 등 고부가가치 산업에서의 R&D와 3D 프린팅 부품 활용을 위한 표준 구축으로 완제품 적용이 활발히 일어나고 있으나, 국내는 실질적인 완제품 활용을 위한 경영진 인식, 표준, 기술력 부족 등으로 서비스 시장 규모에 비해 활용 수준이 다소 낮은 것으로 분석된다.
산업용 3D 프린터 누적 판매 비중
주요 국가별 산업용 3D 프린팅 누적 판매비중을 비교해보면, 미국은 스트라타시스, 3D시스템즈, GE 애디티브, HP 등 주요 3D 프린팅 기업을 기반으로 33.1%의 장비 판매 비중을 차지하며 3D 프린팅 시장에서 선두주자로 자리매김하고 있다. 그 뒤를 이어 중국(10.6%), 일본(8.9%), 독일(8.3%), 이탈리아(4.3%), 한국 (3.9%)에서 산업용 3D 프린터 판매가 활발히 일어나는 것으로 나타났다. 특히 중국, 일본 등 아시아 국가는 미국과 유럽 국가에 비해 늦은 3D 프린팅 시장 진입에도 불구하고 인재 육성, R&D 등 정부 주도의 산업 활성화 지원과 디지털 전환에 따른 신기술 도입 확대 등으로 고성장세를 유지하고 있다. 한편 국내는 캐리마, 인스텍, 로킷 헬스케어 등의 기업들이 세계 시장에서 기술력을 인정받으며 세계 시장에서 6위(3.9%)를 기록했다.
3D 프린팅 소재 활용 비중
현재 국내외 3D 프린팅 소재 시장은 플라스틱 중심으로 구성되며 금속이 그 뒤를 잇는 것으로 나타났다. 특히, 국내는 최근 금속 3D 프린팅 기술 도입 확대로 인해 글로벌 시장 대비 플라스틱 비중이 상대적으로 적고 금속(20.8%)과 의료/치과에서 활용되는 바이오, 세라믹 등의 기타 소재(5.5%) 활용률이 다소 높게 나타나고 있다.
3D 프린팅 활용 용도
전세계적인 3D 프린팅 활용 용도를 살펴보면, 완제품 제작이 50.7%로 과반을 차지하며 시장을 주도하고 있는 가운데 시제품 제작(34.2%), 교육·연구(11.6%)가 그 뒤를 잇고 있다. 반면 국내에서는 시제품 제작(46.0%)을 목적으로 한 3D 프린팅 기술 활용이 가장 높았으며 그 뒤를 이어 완제품 제작(44.0%), 교육·연구(14.0%) 순으로 나타났다. 현재 국내 3D 프린팅 기술 활용은 시제품 제작을 중심으로 활용되고 있으며 완제품 제작도 예비부품 제작 등 기업 내부적인 용도로 주요하게 활용되고 있어, 산업 활성화를 위해서는 3D 프린팅 부품을 통한 매출 발생까지 이어질 필요가 있다.
3D 프린팅 기술 수준
3D 프린팅 기술 수준 및 기술격차
글로벌 주요국의 3D 프린팅 기술 수준은 미국이 가장 높은 기술력을 보유하고 있으며 그 뒤를 이어 유럽 96점(-0.4년), 일본 86.7점(-1.4년), 중국 86.3점(-1.5년), 한국 84.2점(-1.7년) 순으로 미국과 기술격차를 보인다. 특히, 국내 3D 프린팅 기술은 기초, 응용 부분보다 사업화 부분에서 경쟁국인 유럽(95점), 중국(90점), 일본(85점)에 비해 상대적으로 취약한 것으로 나타났다. 종합적으로 국내 3D 프린팅 산업 시장은 주요국 대비 기술격차를 축소시키기 위한 자국 기술력 확보를 지원하기 위한 노력이 필요하다.
3D 프린팅 특허 경쟁력
글로벌 주요국과 3D 프린팅 특허 경쟁력을 비교해 본 결과, 세계 최고 경쟁력을 보유한 미국 대비 유럽(94점), 일본(92.8점), 중국(85.2점), 한국(85점) 순으로 확인되었다. 국내는 세부적으로 특허 영향력에서 2위를 차지하였으나 3D 프린팅 특허 활동도 4위(80.3점), 특허 시장력 4위(80.1점)를 포함 전반적으로 80점 초반대의 점수를 기록하며 미국과 큰 격차를 기록했다. 즉, 3D 프린팅 특허의 질은 미국을 제외한 타 국가 대비 높은 수준이나, 절대적인 특허 수와 패밀리 특허 부족으로 격차가 확대되었다. 국내 3D 프린팅 산·학·연·관은 다양한 연구개발 활동을 강화하여 3D 프린팅 특허 출원을 확대해야 한다.
그림 3. 국내 3D 프린팅 수요사 현황(출처 : NIPA)
국내 3D 프린팅 산업의 방향
산업 트렌드
미.중의 패권전쟁과 러시아의 우크라이나 침공 장기화 속에 공급망 타격에 따른 부품 공급 지연과 환경 보호에 대한 경각심 강화로 탈탄소 운동과 ESG 경영 확대 등 거시 환경의 변화에도 불구하고 3D 프린팅 기술의 고도화에 따른 생산성 개선, 공급망 재편 및 제조혁신을 위한 기업들의 투자로 인해 3D 프린팅 산업은 성장세를 유지하고 있다.
특히, 산업 내 3D 프린팅 기술 적용 확산을 위한 3D 프린팅 기업들의 R&D, 타 기업/기관과의 협약체결 등 다양한 노력이 지속되면서 시장의 성장을 견인하는 가운데, ‘3D 프린팅 프로세스 자동화’, ‘온디맨드 생산/개인맞춤형 제품생산 증가’, ‘3D 프린팅 출력물의 대형화’, ‘친환경 이슈에 따른 엔지니어링 플라스틱 수요 증가’, 그리고 우주/항공, 자동차, 국방/방산, 의료/치과 등 고부가가치 산업에서 ‘금속 3D 프린팅 수요 증가’가 주요 트렌드로 나타나고 있다.
국내 산업계의 애로사항
국내 3D 프린팅 산업은 지속적인 성장세를 유지하고 있으나, 산업계에서는 전년 대비 성장세가 크지 않아 사업을 중단하거나 축소하는 사례도 증가하고 있다.
국내 3D 프린팅 산업을 활성화하고 국내 기업들의 성장을 지원하기 위해서는 ‘3D 프린팅 기술에 대한 부정적 인식’, ‘외산 선호도 심화’, ‘전문인력 및 교육기관 부족 현상’, 그리고 ‘응용산업별 레퍼런스 및 성공사례 미흡’ 등 기업들이 현장에서 체감하는 여러 가지 문제점을 해결하는 것이 필요하다. 이와 함께 3D 프린팅 기술과 관련하여 시장이 형성될 수 있도록 법/제도 개선 및 마련이 시급하다.
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