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3D Printing 3D모델링 3D프린팅 제품
Full Printed
100년만의 산업혁명 “ 3D 프린팅”
3D프린팅이 인터넷이 일으킨 변화보다 더 영향력이 클 것이다.
2012년 7월 Financial Times
3D프린팅이 제조업의 총아로 떠올랐다.
2013년 포브스, 니혼게이자
‘2013년 세상을 바꿀 10대 기술, 3D프린팅”.
2013년 MIT 인더스트리 4.0 관점의 산업 혁명 단계
“3D프린팅”으로 인하여, 전통적인 산업 구조에 일대 혁신이 일어날 것으로 예측하고 있다.
DEALIM I&S
■ 최근 주요 원천기술이 만료됨에 따라 미국, 한국 등 5년간 특허출원 증가
■ 역기능(지적재산권) 문제 대두 : 불법 도용, 개량특허 사용, 무단사용 등
○ 출원현황 ○ 특허추이 ○ 특허효력 ○ 특허분쟁사례 증가
미국, 유럽, 일본, 중국 등의 순으로 특허출원 3D프린팅 시장의 영역확대(의료 등) 및 기업의 특허 리스크 예방차원 등으로 최근 5년간 특허 출원 증가 FDM(‘09. 10), SLS(‘14.2), DMLS(‘14.8) 등 주요 원천 특허가 만료됨에 따라 개인용 3D프린팅 시장의 확대 예상 최근 3년 사이 시장 주도권 확보를 위한 특허소송이 급증, 대부분 3D프린팅 선도기업 중심으로 발생
: : : :
국내외 3D프린팅 특허동향
수요 공급의 변화에 따른 기업 전략 변화 과정
수 요 / 공 급
시간 생산위주 제품위주 판매주의 마케팅주의 개인화/맞춤형
품질의 개념 변화
단순 (생산자 위주)
복잡 (소비자 위주)
공급곡선
수요곡선
원가절감 품질향상
1910 1950
Not bought but sold
- 판매 후 생산 - 팔릴 수 있는 것 을 만들어라 - 생산이전의 중요
초과공급량
수정 수요/공급 곡선
Industry 4.0 with 3D Printing
2020
3D Printing
Bits Atoms
STL 모델링 하기 .STL 로 저장 Slicing(슬라이싱)
평면화 작업 G-Code
경로화 작업
3D Printing이란?
- 가상의 3D CAD 데이터를 손으로 만질 수 있는 물리적인 모델로 빠르게 제작하는 조형 기술
기하학적인 복잡성
소량화
제품 출시 소요시간
유통 비용
상품의 컨셉트
시제품화
최적화
검사
3D 프 린 팅
제조업
3D 프 린 팅
연도 2013 2014 2015 2016 2017 2018 CAGR
3D프린팅 산업 관련
세계 시장 합계 30.7 50 53 70 94 125 33%
제품관련 시장 15.5 20.2 26.8 35.4 47.3 63.2
서비스 시장 15.2 19.8 26.2 34.6 46.2 61.7
[ 세계 시장 현황 및 전망 ] (단위 : 억달러)
○ AM 제품 및 서비스 시장의 성장
- (AM 제품) 전세계 매출이 2014년에 약
19억9천7백만
달러($1.997 billion)이며, 2013년($1.518 billion)에
비해 31.6% 성장
AM 제품 시장은 2013년에 41.3% 증가, 2012년에는
28.8% 증가, 2011년 28.0% 증가하면서 꾸준히
증가
- (AM 서비스) 전세계 매출이 2014년에 약 21억 5백만
달러($2.105 billion)로 성장했으며, 2013년($1.516
billion)에 비해 39.9% 증가
AM 서비스 시장은 2013년 26.3% 증가, 2012년
36.4% 증가, 2011년 30.7% 증가
- 위와 같이, 최근 5년 동안 상당한 성장을
경험하였으며,
사실상 시장은 5년 동안 시장크기가 4배로 성장
(차트) 전세계 AM 제품 및 서비스의 총수입
제품의 총수입
■ ’13년 이후 급격한 성장세에 있으나, 국내업체의 시장 점유율이 10% 불과하여, 해외 기술에 의존적인 실정임
○ 일부 중소/벤처기업 중심으로 제품 개발, 상용화 초기 단계 진입하였으나, 시장을 선점하기에는 역부족
연도 2013 2014 2015 2016 2017 2018 CAGR
3D프린팅 국내시장 420 590 820 1,160 2,260 3,160 40%
[ 국내 시장 현황 및 전망 ] (단위 : 억원)
3D프린팅 국내시장
- (Stratasys) 2014년에 산업용 AM시스템 6,665개를 판매 이 추정치는 FDM 및 PolyJet 시스템 판매와 Solidscpae(Stratasys사)의 기기 판매도 포함하며, MakerBot사의 판매는 제외
- Stratasys사의 점유율은 2013년 54.7%에 비해 2014년 51.9%로 다소 하락 하였으나, 13년 연속 판매량 선두를 지키고 있음 - 2003년에 Stratasys사는 가장 큰 설치 기반을 가진 기업으로 성장하였으며, 꾸준히 선두를 지키고 있어
시장에서 영향력을 확대하고 있음 - 2014년말까지, Stratasys사는41,869개산업용시스템를판매(Object, Solidscape의판매량포함) ․ 3D Systems사는
산업 고객 중에서 약 17,792개의 산업용 시스템을 가지고 있으며, 두 번째로 큰 설치 기반을 가지고 있음(Z Corp.의 판매량 포함)
시장점유율
산업용 AM시스템 제조업체 중 2014년 판매량에 따른 시장 점유율
전자업계 대형 기업들도 속속 3D 프린터 산업에 손을 뻗고 있다. 글로벌 PC 시장의 강자였던 휴렛 팩커드(HP)는 내년 중반에 3D 프린터 시장 진출을 선언한 상태며, 구글의 자회사인 모토로라도 모듈형(조립식) 스마트폰 개발 프로젝트인 '아라(Ara)'에 3D시스템스의 3D 프린터와 협력 체제를 구축하기로 했다. 애플도 3D 프린팅 시장에 눈독을 들이고 있다. 최근 애플은 리퀴드메탈(액체금속)을 이용한 3D프린팅 기술 5건에 대해 특허를 출원한 것으로 알려졌다. 이는 사실상 3D프린팅에 의한 스마트폰이나 태블릿 제조 가능성을 시사하는 것으로 받아들여진다.
반면 국내를 대표하는 삼성전자, LG전자 등은 여전히 3D 프린터와 관련해 논의 중인 사실이 없다고 밝혔다. 특히 최근 업계에서 제기된 삼성전자의 3D 프린터 사업 진출설과 관련해 삼성전자 측은 "사실무근이며 3D 프린팅 사업과 관련해 진행 중인 사안이 전혀 없다"고 전했다. 때를 놓칠 수도 있다는 지적이다. 이미 전 세계는 제3의 산업혁명 채비를 마쳤다.
캐논코리아 3D프린터 “마브”
휴렛페커드(HP) 3D프린터 “멀티 제트 퓨전”
AutoDesk의 3D프린터
UPS 3D프린팅 서비스 샵
소재의 형태와 파워 소스에 따른 기술 / 방식 분류표
Material Extrusion
Material Extrusion 기술로 분류되는 대표적인 3D프린터로는
FDM(;Fused Deposition Modeling)방식이다. FFF(;Fused
Filament Febrication)라고도 불리며 재료는 필라멘트라고 부르
는 플라스틱 와이어를 사용한다. 재료는 가열된 압출기를 통과하
면서 용융이 되고 노즐을 통해 흘러나온 재료를 출력판에 적층하
여 필요한 형상을 조형하는 방식으로 가정에서 접착용도로 사용
하는 글루건과 방식이 유사하다.
직접압출방식(좌)과 보우덴방식(우)]
Dual Extruder방식의 3D프린터
Vat Photopolymerization
Vat Photopolymerization 기술로 분류되는 대표적인 3D
프린터는 DLP(;Digital Light Processing)방식이 있다. 빛에
의해 고체화되는 액상의 광경화수지를 재료로 하며, 경화를
시키기위한 DLP엔진을 내장하고 있다. 빛이 투광될 수 있
는 수조에 액상재료를 담고 아래쪽에서 DLP엔진을 통해 조
형대상물의 단면영상을 재료에 투사함으로써 필요한 부분
만 경화시킬 수 있다.
DLP방식의 3D프린터 Vat Photopolymerization기술을 대표하는 또 다른 방식
으로 SLA (;Stereo Lithography Apperatus)가 있다. 3D
프린터가 최초로 발명되었을 때 개발된 방식이기도 하
며 DLP와 같이 액상의 광경화수지를 사용하고 빛을 투
사하여 경화시키는 것은 동일하다.
다른점은 DLP엔진을 사용하지 않고 레이저를 광원으로
스캔하여 재료를 경화시한다는 점과 광원의 위치가
상부에 있다는 것이다
SLA방식의 3D프린터
쌓지 않고 뽑아서 100배 빨라진 3D프린트 기술,
카본3D CLIP Joseph DeSimone(조셉 데시몬)
Video
Powder Bed Fusion
SLS 방식의 3D프린터
Powder Bed Fusion기술은 SLS(;Selective Laser Sintering)방식에 대표적으로 사용되고 있다.
고체입자의 파우더를 재료로 사용하며 레벨링롤러에
의해 평평하게 정리된 재료위에 레이저광원을
선택적으로 조사함으로써 재료가 부분적으로 용융이
일어나 접합되게 되는 방식이기 때문에
선택적소결방식이라고도 한다. SLS방식 역시 높이
방향으로 적층하는 원리이기 때문에 Z축 구동부와
레이저광원과 레이저를 조절하는 스캐닝장치가
주요부를 구성하고 있다. 다양한 소재를 사용할 수
있으며, 금속소재를 다루는 대부분의 3D프린터가 이
방식을 사용하고 있다. 항공기용 부품제작이나 의료용
보철물 제작에 주로 사용되어지고 있다.
ㅇ (HP) 멀티젯퓨전(Multi Jet Fusion)라는 새로운 기술 발표(2014년 10월) - 레이저 소결(LS)과 유사하게 열가소성 분말로부터 부품을 생산하지만, 멀 티젯퓨전은 레이저 없이 부품을 생산하는 기술 - 열가소성 분말의 얇은 층 위에 용해제(Fusing agent)와 세부물질(detailing agent)을 인쇄하기 위해 HP 열전 잉크젯 배열(Thermal inkjet arrays)을 사용 - 에너지 소스는 물질들이 증착되어지는 영역들이 융해하는 곳에 사용 ㅇ 멀티젯퓨전(Multi Jet Fusion) 프로세스 소요시간 - 잉크젯 배열은 초당 3000만 입자가 각 영역의 25mm(1인치)에 증착 가능 - 테스트 결과, 멀티젯퓨전 방식은 결과물을 얻기까지 3시간 소요 - 같은 결과물을 얻기까지 FDM 방식은 83시간, 레이저 소결(SL)은 38시간 필요
멀티젯퓨전(HP Multi Jet Fusion)
Direct Energy Deposition
DED 방식의 3D프린터
Direct Energy Deposition 기술은 금속소재를
사용하며 부분적으로 용융을 하는 SLS와는 달리
높은 에너지로 완전히 용융을 하여 전 레이어 또는
금속모재에 접합을 하는 방식이다.
분말소재를 가스와 함께 일정하게 주입시키고
재료가 접합부에 닿는 지점에 높은 에너지의
레이저빔을 쏴서 완전히 용융시켜 접합을 하기
때문에 공극이 없고 강도 또한 우수하다.
용융접합이 되는동안 산화를 막고 접합성을
높이기 위해 차폐가스가 노즐 주변에서 유로를
형성하는데 주로 아르곤가스를 사용한다
Video
Hybrid Metal Systems □ 하이브리드 금속 시스템(Hybrid Metal systems) ㅇ 2011년 하반기, Matsuura사는 주기적 CNC밀링(periodic CNC Milling)과 금 속 분말베드용융(metal powder bed fusion)을 결합한 기기로 생산된 금속 부품을 전시 ㅇ 2013년, 하이브리드 제조 기술 시대 도래 - DED(Directed enegrgy deposition) 방식을 이용하여 거의 모든 CNC 머시닝 센터를 하이브리드 시스템으로 변환이 가능한 AMBIT 도구변환가능 분말 증착 헤드(AMBIT toolchangeable powder deposition head)를 개발 - DMG사 모리 세이키(Mori Seiki) 곧 이어 Lasertech 65 하이브리드 시스템 을 유로몰드 2013에서 선보임 ㅇ 2014년 하이브리드 금속 시스템의 홍수 시대 - 산업용 기계 제조사인 Mazak, Fonon Technologies, Sodick, Hurco, Hermle 사는 하이브리드 AM 금속 시스템을 위한 계획을 발표 - RPM Innovations사 및 Flexible Robotic Environment사가 새로운 금속 및 금속 하이브리드 시스템을 다년간 발전시키며 시장에 출현 ㅇ 정밀 가공과 최종 제품에 가까운 형상(near net shape) 금속 증착의 장래 성은 헤아릴 수 없지만, 여전히 미 검증 - 레이어 간 금속 접합의 품질, 미세구조의 제어, 프로그래밍의 복잡함, 공구 경로(tool path)의 최적화의 잠재적 문제를 가짐 - 미세 금속 분말은 잠재적 마모를 가속시킬 수 있고, 다른 문제를 일으킬 수 있는 정밀 기기 부품의 동작과 불화 가능성이 높음 - 유동체(fluid) 및 금속 칩의 절단의 문제 및 비싼 분말의 재사용 문제
^ Lasertech 65 Hybrid
Video
Voxel8 - 새로운 복합 소재 전자프린터 Voxel8은 전자제품을 출력하는 3D프린터로 고전도성 잉크를 사용하여 제품의 내부 전자회로를 출력하는 방식으로 LED램프, 반도체 칩과 같이 3D프린팅이 용이하지 않은 전자부품은 3D프린팅 중에 작업을 중단하고 부품을 끼워 넣은 후, 다시 프린팅을 재개하여 다양한 전자제품을 출력할 수 있다. 전자제품을 출력할 수 있는 3D프린터인 Voxel8의 핵심기술은 하버드대학의 제니퍼루이스 교수의 연구진이 개발한 고전도성 잉크로 기존의 필라멘트와 비교하여 약 5,000배 높은 전도성을 가지고 있으며 내부 부품을 고정시키는 역할 뿐만 아니라 안테나와 같은 전자부품을 만들 때도 사용 가능하다. Voxel8과 함께 3D프린터 출력을 위한 전자설계 CAD소프트웨어는 오토데스크의 SP APK 플랫폼을 기반으로 한 ‘프로젝트 와이어’를 이용할 수 있다. (현재는 오토데스크 Wire 3D Electronics S/W로 Voxel8 구매시 번들로 제공) 와이어는 기존의 CAD로 만들어진 모델링 데이터를 읽어 들인 후, 여기에 장착할 부품과 배선 및 회로도를 배치하여 전자제품을 출력할 수 있도록 설계할 수 있다. 또한 다양한 전자 부품 데이터가 들어있는 라이브러리와 3D배선 툴 등 기능을 지원하며 미리보기 기능을 통하여 설계디자인과 출력 결과물이 일치할지 점검할 수 있으며 수작업으로 부품을 끼워 넣을 수 있도록 3D프린터의 출력을 중지시킬 수 있다. 외형이나 외관 제작에서 그치는 것이 아니라 전자제품 제작의 전 과정에 걸처 3D프린팅을 이용할 수 있을 것으로 기대된다.
Video
Korea
Japan
America
Germany
Canada France
China
Sweden
Korea
Japan
America
Germany
Canada
France
Sweden
China
유통
소비자 생산자
전송
~현재 : 생산자 ≠ 소비자 생산기술 독점화 사회 원거리 생산 : 상품의 흐름
가까운 미래 : 생산자 = 소비자 생산기술 보편화 사회 자가 생산 / 근거리 생산 : Data의 흐름
대량생산 Mass Production
대량맞춤 Mass Customization
Twinsumer를 찾아서 cloud Market으로..
Food
Figure
기술 촉발 부풀려진 기대의 정점 환멸 단계 계몽 단계 생산성 안정 단계
Time
2 to 5 years 5 to 10 years More than 10 years time
Food
▲ 내추럴머신즈 푸디니 3D 프린팅 결과물 (사진=내추럴머신즈)
▲ 3D시스템즈 쉐프젯 3D 프린팅 결과물 (사진=3D시스템즈)
◀ 미국 코넬 대학교에서 제작중인 음식 3D 프린터 결과물 (사진=http://creativemachines.cornell.edu)
현재 킥스타터 업체인 내추럴머신즈를 비롯해 다양한 업체가 음식 3D 프린터 개발에 한참이다. 여기에는 3D시스템즈와 같은 3D 프린터 명가와 네슬레, 허쉬 등 이름 높은 식품 제조사도 포함된다. 3D 프린팅 리딩 브랜드, 3D시스템즈는 CES에서 음식 3D 프린터 쉐프젯을 발표했다. 3D시스템즈 쉐프젯은 설탕을 사용해 디저트를 만들어낸다. 네슬레는 개인의 영양 상태에 맞는 음식을 만드는 3D 프린터를, 허쉬는 초콜릿 전용 3D 프린터를 개발 중이다.
Construction
Contour Crafting
▲ 3D프린터로 찍어낸 6층 빌라 (사진=http://news.kmib.co.kr/article/view.asp?arcid=0009056994&code=61131811&cp=nv) t
3D 프린터로 ‘찍어낸’ 집에서 살게 될 날이 머지않아 보인다. 영국 일간 텔레그래프는 20일(현지시간) 중국 장쑤성 쑤저구 공업단지에서 3D 프린터로 지어진 거주용 빌라가 공개됐다고 전했다. 건물은 6층 규모이며 면적은 총 1100㎡다. 바닥부터 벽까지 모두 3D 프린터로 제작됐다. 건물을 제작한 건 중국 3D 프린팅 건축기업 ‘윈선’이다. 윈선은 6층 빌라와 함께 2층으로 이루어진 호화저택도 선보였다. 윈선 관계자는 “건물 바닥과 벽은 모두 공장에서 3D 프린터로 제작한 후 적당한 크기로 분리해 건축 예정지로 가져 온다”며 “현장에서 벽과 바닥을 조립해 완성된 건물로 만든다”고 설명했다.
Animation Contour Crafting
Clothing
아시아 3D프린터 전시회가 3월 12일 상하이(上海)에서 막을 올렸다. 3D프린터로 출력한 두 벌의 웨딩드레스가 현장에 전시되어 사람들의 이목을 집중시켰다. 이런 3D프린터 웨딩드레스는 나일론 토너를 이용해 출력한 것으로 일반 웨딩드레스와 같은 부드러운 질감과 내구성을 지니고 있다고 한다. 한 벌의 웨딩드레스를 출력하는 데는 일주일의 시간이 소요되며 원가는 2만 위안(한화 약 360만 원) 정도로 가격이 좀 비싼 편이다.
Bioprinting
오가노보의 ‘노보젠 MMX’
세계 최초의 상용 3D 바이오프린터
신약 개발에 도움을 줄 간 조직 생성
Education
3D Printing 교육 동안 보고 만지며 직접 조작
3D 프린터로 혁신적인 수업 프로젝트 진행으로 사고력 확장
평면 스케치 과정에서 입체 스케치로의 전환
□ 3D프린터 사용을 통해 창조 과정을 경험하고 문제 해결 능력 배양 ‘아이디어-디자인-제작’의전과정을 포함한 ‘디자인과 기술’과목 도입 -‘디자인과 기술’은 학생들이 자신의 아이디어를 시각적으로 구현하는 데 그치지 않고 3D 프린터, 레이저 절삭기 등을 이용한 직접 제작까지 학습 (1~2학년) 구조물을 만드는 방법 과안정감있게 강화하는 방법학습 (3~6학년) 보다 복잡한 구조물, 회로 및 모터와 같은 전기장치 학습 (7~9학년) 진보된 디자인 기술과 3D 모델링, 수학 모델을 학습하며, 3D프린터를 활용해 실제 디자인한것 을제작
아이디어 구현과정에서 부딪히는 잠재적 문제들의 해결 능력배양
- 실물 제작에서 나타나는 문제 경험을 통해 보다 실제적인 아이디어 구상
Figure
아트 토이 –
아트 토이는 '플랫폼 토이',
'디자이너 토이'라고도 불리는데,
기존의 장난감에 아티스트나
디자이너의 그림을 입히거나,
디자인에 일부 변형을 입힌
장난감을 통틀어 이르는 말,
히카모토리 - 일본에서 에니메이션을 보면서 그에 관련된 물건[피규어 , 캐릭터상품 등]을 수집하는 사람들을 일컫는 용어이다. 히카모토리를 오타쿠와 동일하다 생각하는 사람이 많은데 히카모토리는 애니 오타쿠를 지칭하는 말이고 오타쿠는 무언가의 전문가[페인]을 지칭하는 말로 서로 다르다.
유럽우주기구(ESA)가 3D프린터 로봇을 이용한 달 기지 건설 구상을 공개했다고 9일(현지시간) 영국 일간 인디펜던트가 보도했다. 이 기술이 실현되면 이르면 40년 후 인류의 달 기지 생활이 시작될 것으로 보인다.
ESA는 최근 3D 프린터 로봇이 달 표면 흙을 채취, 기지 건설 재료를 생산하고 구조물을 짓는 달 기지 건설 동영상을 공개했다.
aerospace
Dental
3D Systems ProJet 1200, ProJet 3500 3D 프린터로 3D 프린팅한 풀크라운과 치아모형
Jewelry
Orthopaedics
장애를 가진 아이들이 ‘이-네이블링 더 퓨처’에서 제작한 3D 프린터 의수를 착용한 모습.
22일 외신에는 ‘울버린 의수(義手)’를 착용하고 장난스럽게 웃는 아이의 모습이 소개됐습니다. 분명 의수인데 사람 손과 전혀 다릅니다. 영화 엑스맨 시리즈의 주인공 울버린처럼 날카로운 손톱 세 개가 그럴듯하게 부착돼 있거든요. 언뜻 보면 장난감처럼 보이는 이 의수는 3D 프린터로 제작됐습니다. ‘이-네이블링 더 퓨처(E-Nabling The Future)’라는 비영리단체의 작품입니다. 이 단체는 손가락이 없는 아이들에게 무료로 의수를 만들어주고 있습니다. 3D 프린터로 제작하자 3000만∼5000만원이었던 비용이 5만원 정도로 저렴해졌거든요. 디자인도 다양합니다. 알록달록한 색깔은 물론 아이언맨의 손처럼 빛이 나오는 의수도 있습니다. 재질도 플라스틱부터 나일론까지 다양하게 시험 중입니다. 3D 프린터 기술의 특성 덕분입니다. 설계도가 오픈소스로 공개돼 가족들이 둘러앉아 아이의 손을 조립하는 풍경도 벌어집니다.
감사합니다
