혁신기업

㈜쓰리디컨트롤즈,
세라믹 3D프린팅 기술 국산화 성공

- 세라믹 3D프린팅, 제조혁신의 새로운 패러다임으로 주목
- 치과, 주얼리, 첨단, 의료 등의 다양한 세라믹 분야 적용
- 3D 프린팅 기술 소부장 핵심 전략 기술 기업으로 산업부 인증

3D프린팅은 4차 산업혁명 시대 제조혁신의 새로운 바람을 일으키고 있다. 세라믹 분야에서도 기존의 전통 방식인 절삭 가공 및 CIM(세라믹 분말 사출 성형) 방식에 비해 시간과 비용을 효과적으로 줄일 수 있는 혁신적인 방법으로 평가받고 있다. 정밀하고 복잡한 첨단 세라믹 가공물 제작에는 전통 가공 방식으로는 한계가 있다.
  ㈜쓰리디컨트롤즈(대표이사 이상규)는 혁신적인 제조 기술인 세라믹 3D프린팅 기술 국산화로 업계의 주목을 받고 있다. 2014년 12월에 설립된 ㈜쓰리티컨트롤즈는 부산에 본사를 두고, 서울 마포 공덕역 서울 창업 허브 별관 2층에 데모 센터를 구축 운영하고 있는 대한민국의 대표적인 3D프린팅 소재 기반 연구 기업이다.
  2020년 산업통상자원부로부터 UV 에너지를 이용한 지르코니아 구조물의 정밀 3D프린팅 기술 소부장(소재·부품·장비) 핵심 전략 기술 기업으로 인증받았고, 2023년 7월 조달청으로부터 혁신제품(세라믹 부품 3차원프린팅 시스템)으로 지정받았다. 세라믹 3D프린터 TD6는 조달 혁신 장터를 통해 별도의 입찰 과정없이 수의 계약으로도 구매 가능하다.
  ㈜쓰리티컨트롤즈는 외산의 기술에 의존하지 않고 소재와 장비 모두 직접 개발하여 국산화에 성공했다. 보유기술 특허는 국내/외 19건이 있다.

  세라믹 3D프린팅은 출력부터 소결 공정까지 완벽하게 연속되어야만 최종적으로 완전 소결체 세라믹 가공물이 만들어진다. ㈜쓰리디컨트롤즈의 완전 소결체 세라믹 3D프린팅은 출력부터 탈지 및 소결까지 모든 과정을 하나로 연결하는 것이 특징이다. 서울 창업 허브 내 데모 센터에서 그림 3. 예시와 같이 회사의 최신 기능과 세라믹 제작 과정 전주기를 직접 체험해 볼 수 있어 많은 관심을 받고 있다.
  사용자는 원하는 디자인을 단지 3D 모델링 설계만 하면 될 뿐, 별도의 크기가 크거나 복잡한 설비 없이도 연구소 수준에서 최상급 품질의 최종 제품을 만들어 낼 수 있게 되었다. 이는 전통적인 제조 가공 과정에서 겪던 여러 어려움과 불편을 해소할 수 있다.
  ㈜쓰리디컨트롤즈의 세라믹 3D프린팅은 기존 절삭 및 사출 성형 가공 장치에 비해 도입 및 설치가 쉽고, 별도의 기능자가 없어도 운용이 간편하다. 대규모 공장 시설과 열악한 환경의 전통 방식의 세라믹 가공에 비해 연구소 단위의 소규모 공간에 경제적인 가격으로도 완전 소결체 세라믹 가공이 가능하다.

그림 2. 전통 생산공장

그림 3. 세라믹 3D프린팅 설비 

㈜쓰리디컨트롤즈는 치과, 주얼리, 첨단산업, 의료분야 등의 다양한 세라믹 분야에서 요구되는 매우 정밀하고 복잡한 형상을 3D프린팅으로 구현하기 위해 지르코니아 및 알루미나 세라믹 재료 기반의 광경화 복합 레진을 자체 개발했다. 이를 사용할 수 있는 고성능 DLP 엔진 기반의 고정밀 3D프린터 장비 및 전용 소결로까지 자체 개발, 국산화에 성공했다.
  광경화 방식의 세라믹 3D프린팅은 재료로 레진 복합제를 사용하기 때문에 3D프린터 출력 이후 탈지 및 소결 공정까지 완벽하게 연속되어야 최종적으로 완전 소결체 세라믹 가공물로서 만들어질 수 있다.

그림 5. 완전 소결체 세라믹 3D프린팅 & 소결 결과물

가. 세라믹 3D프린팅의 특징 및 도입 효과
  ① 고정밀의 세라믹 3D프린팅은 3D프린터로 출력 후 완전 소결체 세라믹 가공을 위해 전용 소결 장치를 사용하여 소결하는 과정으로 완성된다.
  ② 기존 절삭 가공 및 사출 성형에서 구현하기 어려웠던 복잡한 난 성형성 구조의 제작이 가능하고, 맞춤형 디자인 또는 쉽게 복제하기 어려운 고부가의 디자인 구조에 대한 제작 및 생산을 할 수 있다.
  ③ 4차 산업혁명의 핵심인 3D프린팅 기술의 국산화에 성공함으로써 고가의 외산 장비에 비해 합리적인 가격으로 도입할 수 있으며, 고가의 외산 장비 대체로 기업 및 기관의 연구 개발 경쟁력을 제공한다.
  ④ 3D 프린팅 적층 방식을 통해 전통적 세라믹 가공 대비 복잡한 형상도 쉽게 제작되며, 이에 따른 높은 가공 비용이 극복될 수 있다.
  ⑤ 단순 구조 설비와 재료 재회수 사용 시스템을 도입함으로써 ESG 경영을 실천할 수 있다.

나. ㈜쓰리디컨트롤즈 세라믹 3D프린터 활용 분야
  ① 바이오 세라믹 분야는 ㈜쓰리디컨트롤즈에서 개발한 식약처 2등급 허가의 우수한 인체 적합성을 갖는 ZrO2(지르코니아) 기반 3D프린팅 재료를 사용하여 의료 치과용 환자 맞춤형 임플란트 등 세라믹 응용 제품을 제작할 수 있다. (FDA Class I 등급은 연내 승인 예정). 이를 통해 환자들에게 더 나은 치료 결과와 짧은 회복 시간을 제공할 수 있다.
  ② 교육 분야는 세라믹 3D프린팅 기술을 이용하여 학교나 연구소에서 복잡한 구조물, 과학 모델 등을 손쉽게 제작할 수 있어 교육과 연구의 질이 향상될 수 있다.
  ③ 보석 및 패션 분야는 복잡한 패턴이나 개별화된 주문형 맞춤 디자인 구현 과정에서 시간과 비용, 개발 기간을 단축하여 빠른 시장 진입을 가능하게 해주며, 이러한 디자인 과정의 혁신은 부가가치가 높은 지식 기반의 디자인 산업의 육성 및 주도권 확보를 할 수 있고, 나아가 우수한 디자인 실력을 보유한 여성 인력들의 경력 단절에 대한 사회적 활동을 이어주는 등 사회적 가치를 확대해 준다.
  ④ 반도체, 이차전지용 전고체 분야는 ㈜쓰리디컨트롤즈에서 개발한 높은 내화학성과 높은 표면 경도, 우수한 전기 절연성, 우수한 단열성 등의 성질을 갖는 Al2O3(알루미나) 기반 3D프린팅 재료를 사용하여 첨단 신소재 파인 세라믹 응용 제품을 제작할 수 있다.
  ⑤ 환경 보호 측면에서는 전통적인 세라믹 제조 방식에 비해 에너지 소비와 자원 낭비가 줄어들며, 필요한 부분만 3D 프린팅으로 제작함으로써 폐기물을 감소할 수 있다.

다. ㈜쓰리디컨트롤즈 「TD6」의 주요 특징
  ① 자체 개발, 국산 세라믹 3D프린터, 식약처 2등급 재료 사용, 조달청으로부터 혁신제품 인증 (혁신제품 전용 몰에서 구매 가능).
  ② Full HD 고해상도 DLP 엔진의 하향식 면 조사 기술로서 빠르고 정밀한 3D프린팅 제작이 가능하다.
  ③ 재료 평탄화 시스템(블레이드 리코팅) 자체 기술 개발에 대한 국내/외 특허를 보유, 이 기술로써 프린팅 과정에서 재료의 분포를 균일하게 유지하여 고품질의 출력물을 얻을 수 있다.
  ④ 15.6인치 전면 LCD를 통해 손쉬운 조작, 화면을 통해 긴급 유지보수를 할 수 있는 설명서를 제공한다.

“세라믹 3D프린터 및 재료는 정부의 세라믹 산업 육성정책에 발맞추어 급변하는 기존 산업 구조에서 차세대 소재 및 장비로써의 역할을 다하며 국가 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대”

㈜쓰리디컨트롤즈의 자체 개발 세라믹 3D프린터 및 재료는 정부의 세라믹 산업 육성정책에 발맞추어 급변하는 기존 산업 구조에서 차세대 소재 및 장비로써의 역할을 다하며 국가 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대된다.
  대표적인 무기질 재료 중 하나인 세라믹은 산업군에서 금속과 함께 많이 사용되는 재료이며, 완성품으로 제작되기 위해서는 반드시 소결 과정을 거쳐야 최종 완성이 된다. 이 소결 과정을 해결하기 위해 세라믹 소재를 사용하는 3D프린팅 기술은 그동안 많은 혁신을 거쳐왔지만, 여전히 소결까지 이루어지는 세라믹 3D프린팅은 국산화가 쉽지 않아 주로 수억 원대 고가의 외산 제품에 의존하고 있어 소수의 기관만이 제한적으로 사용할 수밖에 없는 상황이다.
  이에 따라 많은 중소 국내 기업이나 연구기관들은 고성능 첨단 세라믹 응용 제품을 개발하는 데 많은 어려움을 겪고 있으며, 꾸준히 국산화가 요구되어 왔다.
  국내 세라믹 가공 기업들은 이러한 고가의 외산 제품을 대체할 수 있는 국산 세라믹 3D 프린팅 기술을 도입한다면 그동안 시도하지 못했던 새로운 첨단 세라믹 제품을 개발하는 데 있어 적극 활용할 수 있게 될 것으로 기대하고 있다.
㈜쓰리디컨트롤즈의 관계자는 “국내 자체 개발 세라믹 3D프린터 및 재료는 4차 산업의 주역인 3D프린팅 분야에서의 국가 경쟁력뿐 아니라 첨단 세라믹, 바이오 세라믹, 나노/융합 세라믹 및 관련 세라믹 소재 등 세라믹 산업 전반의 경쟁력 강화에도 크게 이바지할 것으로 기대한다” 전했다. 아울러 “세라믹 3D프린팅 기술은 금속과 플라스틱을 대체하는 극한 환경에서의 세라믹 전환을 통해 탄소중립 실현과 친환경적 ESG 경영의 기초를 제공하여 대한민국의 첨단 세라믹 시장 선도에 크게 이바지할 것”이라고 말했다.
  한편, 쓰리디콘트롤즈는 오는 10월 18일부터 20일까지 개최되는 <2023국제세라믹 및 융복합기술전_COEX>에 출품한다. 또한 10월 19일 오후 2시 세미나에서는 세라믹 3D프린팅 기술에 관한 주제 발표가 예정되어 있다.

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<본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2023년 10월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF를 다운로드 하실 수 있습니다.>