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중소기업 기술로드맵 조회결과

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3D 프린팅 제조 시스템
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

3D 프린팅 제조 시스템 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : 기존의 제조방법(절삭가공, 주조, 단조 등)의 비효율성과 복잡형상, 복합재료 적용 문제를 극복하기 위한 적층 제조(Additive manufacturing)기법으로 대상 물체의 3차원 형상정보로부터 재료의 연속적 적층을 통해 제품이나 부품을 가공하는 방식
  • 범위 : 3D 적층제조 기술은 분말, 액체, 고체 형태의 특정 물질(폴리머, 금속 등)로 입체 형상을 제조하기 위해 설계 및 해석, 적층제조, 가공후 처리 등의 요소기술들을 포함하고 있으며, 폴리머, 금속, 하이드로겔, 복합소재(탄소) 등 다양한 재료의 초정밀~초대형 제품 생산까지 포함
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
대분야중분야세부제품 및 기술
3D 적층제조 시스템 모델링
  • 3D 디자인 변환, 3D 스캐닝, 3D 디자인 SW 등
프린팅
  • 미세노즐, 미세분사기술, 에너지원(열, 레이저, 전자빔 등)출력 및 조절기술, 정밀 위치제어, 고속제어 기술 등
소재
  • 적정융점 및 경화 제어기술 등
후처리
  • 착색, 연마, 표면재료증착 기술 등

[ 공급망 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발 테마공급망 관점세부 기술
3D 프린팅 제조 시스템 장비
  • 접착제분사 방식 프린터, 재료분사 방식 프린터, 분말소결방식 프린터, 고에너지 직접조사 방식 프린터, 압출방식 프린터, 광조형 방식 프린터, 시트적용방식 프린터
소재
  • 금속, 세라믹, 고분자, 창의소재, 생체적합성 소재, 하이브리드 스마트소재 등
소프트웨어
  • 위상최적설계 SW, 가상 프로토타이핑 툴, 형상검색 SW, 디자인/콘텐츠 지적재산권 관리, 프린터용 임베디드 SW, 하드웨어 제어기술 등
3. 시장현황 및 전망분석
(1) 세계시장

전 세계 3D 프린팅 시장은 2018년 122억 달러에서 2021년 282억 달러로 성장 전망

(단위: 백만달러,%)

3D 프린팅 세계 시장규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
세계시장 7,000 9,254 12,234 16,173 21,381 28,265 32.2

* 출처 : 삼정KPMG 경제연구원, 삼정 Insight 제55호 (2017.12.19.)

(2) 국내시장

국내 3D 프린팅 시장은 2018년 2,600억 원에서 2021년 8,721억 원으로 성장 전망

(단위: 억원,%)

3D 프린팅 국내 시장규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
국내시장 1,160 1,737 2,600 3,892 5,826 8,721 49.7

* 출처 : 삼정KPMG 경제연구원, 삼정 Insight 제55호 (2017.12.19.)

4.기술분석
(1) 기술개발트렌드

금속재료용 3D 프린팅 기술혁신이 빠르게 발달하면서 산업용 3D 프린팅 보급이 가속화

3D 프린팅 기술은 제조업, 의료, IT 등 다양한 분야에서 기술 패러다임을 바꾸며 산업 혁신을 이끌 것으로 기대되고 있음

기술 관련 주요 이슈로는 핵심 특허권 만료, 위상 기하학 최적화, 새로운 프로세스 기술개발, 금속물질의 개발 및 진화 등이 있음

ISO/TC 261, ASTM F42, SASAM 프로젝트 등을 통해 3D 프린팅의 전반적 표준화 활동이 진행 중

3D 프린팅 기술은 시제품 생산을 빠르게 하는데 초점을 두고 사용하고 있지만, 최근 일부 다국적 기업들은 3D 프린팅을 비즈니스 모델에 적용하여 그들의 가치전달 네트워크의 효과성과 효율성을 높이려는 움직임을 보여주고 있으며, 가장 대표적으로 눈에 띄는 움직임을 보이고 있는 곳은 신발산업임

제조 프로세스의 효율성 증대에 대해서는 다양한 보고서에서 제시되어 왔으며, 제조 방식의 근간인 주물(Casting), 주조(Molding), 성형(Forming) 등의 작업이 원재료 또는 금형을 깎아 제조하는 절삭가공이라면, 3D 프린팅은 점진적으로 재료를 더하는 적층가공으로 3D 프린팅을 사용할 경우, 절삭으로 인해서 발생하는 재료의 낭비를 줄일 수 있고 금형의 필요성을 줄여서 제조비용 감소를 예상

3D 프린팅은 기업이 가지고 있는 가치사슬 뿐만 아니라 가치전달 네트워크상의 변화를 가져올 수 있을 것으로 예상되어 소비자들에게 맞춤화된 제품을 제공하는 데 현재의 시스템보다 높은 효율성을 가져다줄 수 있을 것으로 예상

신제품 개발 관련 R&D의 주체로서 고객의 영향이 확대될 수 있으며, 3D 프린팅이 확산될 경우 소비자가 더 이상 소비의 주체만이 아닌 제품 계획단계에 주도적으로 참여 가능

(2) 기술환경 분석

3D 프린팅 기술은 현재 초기 성장 단계로 기술 발전에 따라 높은 성장이 기대되나 산업의 핵심 기술로 수용되기까지는 앞으로 5~10년이 자나야 할 것으로 예상됨

3D 프린팅 관련 특허 출원은 지속적으로 증가 추세에 있으나 원천 특허들이 만료되어 시장 확산에 도움이 되고 있음

3D 프린터의 영향으로 다음과 같은 현상의 발생 전망

3D 프린팅 기술이 기존 산업의 변화에 영향을 주기 위해서는 융합기술이 필수적

5.핵심요소기술 선정

확정된 요소기술을 대상으로 중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정

[ 3D 프린팅 제조 시스템 분야 핵심요소기술 ]

핵심기술 선정결과
분류핵심요소기술개요
공정 및 소재 자유 곡면 상의 이종 금속 소재 3D 프린팅 기술 3차원 물체 표면에 기능성 구현(전자회로 인쇄, 부분 도금 등)을 위한 3차원 프린팅 기술
3D프린팅을 이용한 사물인터넷용 스마트센서 모듈 제조 기술 스마트 센서를 실제 IoT에 적용하기 위해 넘어야할 가장 핵심 요소인 안정성과 저가격을 구현하기 위해, 스마트 센서 칩을 각 IoT 응용에 최적화된 모듈 형태로 구현하도록 3D프린팅을 이용하는 기술
복합소재 (탄소섬유, 세라믹) 3D 프린팅 기술 산업용 탄소섬유복합소재 (단섬유/장섬유) 및 세라믹 제품의 직접 제조를 위한 3D 프린팅 공정 기술 및 관련 소재 가공 기술
설계 및 SW서비스 클라우드/빅데이터/인공지능 기반 협업제조 기술 원격 협업 및 데이터 기반 인공지능 기술을 이용하여, 3D 프린팅을 활용한 제품개발 및 양산화 관련 전주기를 관리하는 기술
DFAM 응용 기술 개발 (시뮬레이션 기반 설계/공정 최적화) DFAM(Design for Additive Manufacturing)은 3D 프린팅의 장점을 극대화하는 설계 기법으로, 컴퓨터 시뮬레이션을 기반으로, 다중소재, 복잡구조, 최적구조 설계 등을 3D 제품에 적용 가능한 기술
장비 금속 적층-절삭 동시 가공 3D 프린터 국산화 및 양산 적용 정밀 금형, 항공기 엔진 부품 등의 고정밀/고부가가치/복잡형상 금속 부품의 제작을 위한 금속 3D 프린팅과 CNC 절삭 동시 가공 기술
주형 제작을 위한 대형 주물사 3D 프린터 국산화 및 양산 적용 금형 제조 산업의 스마트화를 위하여 선박용 프로펠러, 엔진 등 대형 주물품 제작을 위한 모래형 거푸집을 직접 3D 프린터로 제작 하는 기술