Special 핵심전략소재 자립을 위한 소재산업 생태계 조성 및 기술 개발 동향(2)

세라믹 3D 프린팅 소재 국산화 및 산업 생태계 조성 전략

이지현_한국기계연구원 부설 재료연구소 학생연구원
박수진_한국기계연구원 부설 재료연구소 연구원
장성완_한국기계연구원 부설 재료연구소 박사후 연구원
배창준_한국기계연구원 부설 재료연구소 책임연구원

1. 서론

인공지능 기술의 발달로 인해 개인 맞춤형 제품에 대한 수요가 증가함에 따라 제조업은 기존의 소품종 대량생산에서 벗어나 다품종 소량생산 체계 확립 및 개인 맞춤형 특화 기술 개발 등의 제조혁신에 매진하고 있다. 3D 프린팅은 적층 공정을 적용하여 3차원의 정교하고 복잡한 형상을 쉽게 제작함으로써 개인 맞춤형 제품을 제작하는데 특화되어 있는 기술로 제조업 효율성 혁신 및 4차 산업혁명을 이끌 차세대 기대주로 각광받고 있다. 2013년, 가트너의 ‘Hyper cycle for Emerging Technologies’에서 선정한 미래유망기술에 채택되었고, 2013, 2014, 2018년에 MIT가 선정하는 ‘10 Emerging Breakthrough Technologies’ 중 하나로 뽑힌 바 있다. 현재 선진국과 개발도상국을 망라한 다양한 국가에서 3D 프린팅 기술을 실제 제조업에 적용하여 소재 및 부품 개발에 주력하고 있다.

그림 1. 맞춤형 세라믹 구조체 제작 시 절삭 가공과 적층 가공 비교

  특히, 세라믹 산업체들은 3D 프린팅 기술을 적용하여 복잡한 형상을 갖는 맞춤형 세라믹 구조체를 제작하고자 심혈을 기울이고 있다. 세라믹은 낮은 열팽창 계수와 우수한 내마모성, 내식성 등의 특성으로 인해 여러 산업 분야에서 각광받고 있으나, 동시에 단단하고 쉽게 깨지는 취성에 의해 전통적인 절삭 가공을 이용하는 복잡한 형상 제조와 다품종 소량 생산은 기술적으로 불가능하다. 이러한 한계점을 극복하기 위해입력된 정보를 바탕으로 레이어를 쌓아 3차원 복잡 형상을 만들어내는 적층 공정을 도입하여 세라믹이 다양한 산업 분야에서 사용될 수 있는 초석을 놓았다. 그림 1.에서 같이 원재료를 깎아내 형상을 만들어내는 절삭 가공과 비교했을 때, 각 층을 쌓아 제품을 직접 생산하는 적층 가공은 비용과 시간 측면에서 큰 경제적인 장점을 갖고 있다. 입력된 정보를 바탕으로 필요한 만큼의 재료 만을 사용하므로 낭비되는 재료를 90% 가량 줄일 수 있고, 복잡 형상 가공 시 필요한 시간 또한 약 87.5% 적기 때문에 제조 효율성이 우수하여 다품종 소량생산도 가능하다.
  하지만 차세대 기술로 각광받고있는 세라믹 3D 프린팅 시장은 일본의 수출규제로 인해 여러 문제점이 발생할 것으로 보인다. 지난 2019년 7월, 일본은 군사목적으로 전용하는 물품과 기술 수출 시 승인 절차 간소화 혜택을 인정하는 국가 목록인 화이트리스트에서 한국을 제외하였고, 일본에 의존하고 있었던 소재∙부품∙기술을 사용하는 국내 산업은 큰 타격을 입게 되었다. 세라믹 3D 프린팅의 주요 소재 역시 거의 전량 일본 수입에 의존하고 있는 현실이기 때문에 미래에 세라믹 3D 프린팅 산업에도 큰 피해를 줄 수 있을 것으로 보인다. 본 기고는 이러한 사회 문제를 짚어보고 해외 선두 시장의 기술 및 기업 현황을 점검하여 세라믹 3D 프린팅 소재 산업의 국산화와 산업 생태계 조성을 위해 나아가야 할 방향을 제시하고자 한다.

------이하 생략

<본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2020년 6월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF를 다운로드 하실 수 있습니다.>