2017년 글로벌 3D 프린팅 소재 시장은 약 9억2,000만 달러(약 1조454억 원)다. 이중 자동차 산업 3D 프린팅 소재 시장은 1억8,360만 달러(약 2,086억 원)로 전체 시장의 약 18%를 차지한다. 특히 고분자에 대한 수요가 80%에 달하면서 가장 큰 시장을 형성하고 있고, 이러한 추세는 앞으로 더 심화될 전망이다. 유럽시장은 물량이나 매출면에서 가장 높은 성장률을 기록할 것으로 보인다.

3D 프린팅 소재 시장의 잠재력은 무궁무진하다. 프로스트앤설리번은 “글로벌 자동차산업에서 3D 프린팅 소재 시장은 2017년부터 2024년까지 연평균 17.8%의 높은 성장률을 보일 전망이며 2024년 시장의 크기가 약 5억7,640만 달러(약 6,549억 원)에 달할 것이다”고 예측했다.

현재 자동차산업에 쓰이는 3D 프린팅 어플리케이션 중 62.6%가 프로토타이핑 제작용이고 나머지 37.4%는 애프터마켓 판매와 툴(Tooling) 용이다. 자동차업체들은 프로토타이핑을 통해 현재 생산과 복잡한 조립, 고유한 생산 장비의 콘셉트 등을 눈으로 확인할 수 있다.

포드와 맥라렌, 다이하쓰 등 글로벌 OEM 사들이 3D 프린팅 기술 도입을 앞당겨 공식 대리점에서도 부품을 프린팅 할 수 있도록 하고 있다. 이들은 이 기술을 통해 공급망의 복잡성을 줄이고 비용 절감 효과를 노리고 있다. 또한 새로운 디자인을 보다 쉽고 가볍게 제작함으로서 안전한 제품 생산과 리드 타임을 단축한다. 동시에 편리하고 신속한 차량 정비를 통해 고객 만족도 극대화를 기대하고 있다.

자동차 3D 프린팅 생산 시장의 평가

자동차 제조업체들은 프로토타이밍과 툴링 분야에 3D 기술 활용을 늘리면서 높은 성장을 보이고 있다. 특히 플라스틱 파우더 등 경량 소재들이 무게 감량이 중요한 자동차산업에서 빠르게 성장하고 있다.

때문에 이 시장의 경쟁은 치열하다. 현재는 대표적인 기업인 스트라타시스(Stratasys), 3D 시스템스(3D Systems), 머터리얼라이즈(Materialize) 등이 자동차 브랜드 역량을 강화시키는 기계와 소재, 지원이 포함된 번들 서비스를 제공하면서 시장의 대부분을 장악하고 있다.

아직 대부분 개발 초기 단계에 불과하다. 때문에 현재 상당수의 자동차업체들이 3D 프린팅 기계 가공 요건에 적합한 소재들을 생산하기 위해 소재 제조사와 협력하고 있다. 또한 이들은 3D 프린팅 기계를 효율적으로 운영하는데 필요한 지식들이 부족하기 때문에 소재 제조사에 의존하고 있다. 반면 소재 제조사들은 기계를 효율적으로 운영하는데 필요한 추가적인 서비스를 제공하고 있는 실정이다.

3D 프린팅 방식이 주목받는 6가지 이유

3D 프린팅 생산 방식이 기존 방식보다 더 주목받는 이유는 크게 6가지다. 시간과 비용, 보안, 생산장비, 협업, 그리고 환경보호다. 우선 제작 시간을 대폭 단축할 수 있다. 기존에는 설계자와 부품 제작자간에 타협을 위한 많은 시간이 요구되고, 실제 제품을 만들기 위해서 긴 작업시간이 필요했다. 또한 예상 시간이 초과될 경우 더 많은 비용이 발생했다. 하지만 3D 프린팅 방식은 컴퓨터를 통해 결과물을 쉽게 확인할 수 있어 서로의 요구사항을 빠르게 반영할 수 있다.

제작 과정에서의 비용도 줄일 수 있다. 기존 방식은 소재와 인건비 등으로 높은 가격을 책정할 수밖에 없다. 물론 3D 프린팅 제작에도 꽤 많은 비용이 투입되지만 앞으로 대량 생산 수요가 늘어나면서 가격은 상당히 떨어질 전망이다.

세 번째는 높은 보안성이다. 기존방식은 외부제작자자가 참여해 기밀 설계가 제 3자에게 유출될 가능성이 높다. 하지만 3D 프린팅은 모든 공정을 자체 제작할 수 있어 유출 가능성이 희박하다.

생산 장비에 드는 비용도 대폭 절감할 수 있다. 기존 방식은 장비와 금형에 고가의 소재들이 사용되고, 고유 장비와 금형 개발에도 추가적인 투자가 필요하다. 하지만 3D 프린팅은 모든 장비와 금형을 3D 프린팅으로 생산할 수 있어 추가 장비에 따른 투자가 발생하지 않는다.

효과적인 협업이 가능하다. 기존 프로토타입 제작과정에서는 설계대로 구현하기 힘든 미묘한 변화에 대한 의견 조율이 어려웠다. 하지만 3D 프린팅은 재설계가 쉽고, 제작자들이 모든 과정에 참여할 수 있어 맞춤형 제작이 가능하다.

마지막은 환경보호에 탁월하다. 기존에는 기계에서 발생하는 폐기물 처리에 대한 어려움이 많았지만, 3D 프린팅은 기계에서 소량의 폐기물만 발생하고 소재 폐기물은 거의 없어 환경보호에도 도움을 준다.

자동차 3D 프린팅 소재 시장의 경제성

메가 팩토리에서 마이크로 팩토리로의 변화

3D 프린팅의 발달은 공장의 규모에 변화를 줄 것이다. 프로스트앤설리번은 “대규모 3D 프린팅이 상용화되고 현지 생산이 가능한 공장이 등장하면서 보다 더 나은 고객맞춤형 자동차와 자동차부품이 가능해질 것”이라고 내다봤다. 즉, 기존 거대한 공장에서 생산되던 자동차와 자동차부품들이 고객에 맞게 보다 저렴하고 적합한 부품을 생산할 수 있는 분산형 생산 방식으로 전환된다. ‘메가 팩토리 시대’에서 ‘마이크로 팩토리 시대’로 변화해 가는 것이다.

마이크로 팩토리는 무엇보다 주문형 3D 프린팅 방식으로 높은 효율성을 자랑한다. 기계와 원자재 재고 등의 투자비용을 감축하면서 필요한 기계만 활용해 운영비용도 절감된다. 또한 디자인이 변경되어도 생산 장비를 변경할 필요가 없고, 최적의 디자인을 설계하기 위해 디자이너와 엔지니어, 제작자 등 다양한 이해관계자들이 협업할 수 있다. 주문형 생산이기 때문에 대기 시간이 길어 대량생산 판매의 일부분만을 감당할 수밖에 없다는 한계도 갖고 있다.

자동차 3D 프린팅 소재 시장의 생산 비즈니스 모델 변화

현재 3D 프린팅 소재 시장이 자동차 분야에서 어려운 점은 불안정한 소재 공급과 최종 부품 생산의 일관성 결여, 그리고 높은 비용을 꼽을 수 있다. 하지만 소개 가격이 합리화되면서 머지않아 OEM 업체들 사이에 3D 프린팅 기술이 더욱 광범위하게 도입될 것이다.

또한 3D 프린팅에 대한 수요가 높아지면 소재 가격이 하락하고 이에 힘입어 2030년까지 3D 프린팅 활용이 실제 생산 영역까지 확장될 것으로 전망하고 있다. 현재 기존의 자동차부품은 3D 프린팅 부품보다 75~80% 더 저렴하다. 하지만 2030년에는 이 가격차가 10%까지 줄어들 것으로 보인다.

3D 프린팅 기술은 주요 럭셔리, 스포츠카 브랜드들이 가장 앞장서 도입할 것으로 보인다. 이 때문에 이러한 브랜드 대부분이 위치한 북미와 유럽시장에 가장 빠르게 나타날 것으로 기대하고 있다. 반면 실적이 저조한 아시아 태평양 시장에서는 생산비 합리화가 이뤄진 5~8년 후에나 성장세를 보일 것으로 프로스트앤설리번은 내다봤다.

프로스트앤설리번 자동차 기획조사팀