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3D 프린팅 기술 및 시장 동향

3D 프린팅 기술 및 시장 동향. 2014 . 04. 목 차. 3D 프린팅에 주목하는 세계 2. 3D 프린팅 이란 ? 2-1 개 념 2-2 3D 프린팅 연혁 2-3 작동 방식별 분류 2-4 작동 방식별 성능과 제작 사이즈 3. 3D 프린팅 동향 3-1 국가별 시장 동향 3-2 국가별 정책 동향 3-3 3D 프린팅 시장 실태와 전망 3-4 주요 이슈.

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3D 프린팅 기술 및 시장 동향

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  1. 3D 프린팅기술 및 시장 동향 2014 . 04

  2. 목차 • 3D 프린팅에 주목하는 세계 • 2. 3D 프린팅 이란 ? • 2-1 개 념 • 2-2 3D 프린팅 연혁 • 2-3 작동 방식별 분류 • 2-4 작동 방식별 성능과 제작 사이즈 • 3. 3D 프린팅 동향 • 3-1 국가별 시장 동향 • 3-2 국가별 정책 동향 • 3-3 3D 프린팅 시장 실태와 전망 • 3-4 주요 이슈 4. 3D 프린팅 기술 개발 동향 4-1 3D 프린팅의 하드웨어와 소프트웨어 구성 4-2 3D 프린터용 재료 4-3 재료 관련 기술개발 이슈 5. 3D 프린팅 특허 동향 5-1 주요 특허 동향 5-2 주요 업체별 보유 특허

  3. 1. 3D 프린팅에 주목하는 세계 ○ 제조업 Paradigm 의 변화 투자 생산 판매 재무관리 전통 제조업 한계 금형비 비용 및 디자인 자유도 측면에서 제품 개발 단계의 가장 큰 걸림돌 수천만원에서수억원에 이르는 금형 제작 비용 및 수개월의 제작 기간 금형으로 구현 가능하고 경제적인 디자인으로 타협 필요 재고관리비 부품과 완제품의 적정재고 운영 필수 재고유지 및 주문비용, 이에 따른 기회비용 부품수급(SCM) 다수의부품을 제작, 수급하여 조립하므로 SCM 비용이 높고 복잡 최소 주문 비용타산이 맞지 않는 소량 주문고객 판매 불가능 고객 만족도 맞춤형 제품의 높은 가격 제조공정의 한계로 Optimum design 구현 불가능 투자의사 결정 높은 초기 투자비용에 따른 의사결정 어려움 및 투자비 회수관리 재고자산의 회수 불확실성 현금 유동성에 악영향 중소기업의 경우 흑자 도산 원인이 되기도 함 3D 프린팅이 바꾸는 제조업 금형 투자 고정비용을 낮춰 소량 생산 가능 금형의 디자인 한계를 없앰 주문제작으로 재고 수준 낮춤 부품을 통합하여 조립 비용절감 SCM 단순화 최소 주문 수량 감소 Mass customization 향상된 성능과 디자인 투자 실패 리스크 감소 회수 불확실 자산 감소로 경영 리스크 감소 자료: ICT와 3D 프린팅에 의한 3차 산업혁명 (KT경제경영연구소)

  4. 1. 3D 프린팅에 주목하는 세계 ○ 3D 프린터에 대한 주요 기관/미디어 평가 “ 3D 프린터가 내연기관과 컴퓨터에 이어 3차 산업혁명을 이끌 것 “ - Economist紙 “ 2013~2025 미래 예측 20 “  3D 프린터가 생산 혁명 유발 할 것 - 세계 미래 학회 미래 10대 기술을 발표 하면서 3D 프린터가두 번째로 포함(2013.2.14) - 세계 경제 포럼 2012년 최고의 발명품 26종에 3D 프린터 포함 - TIME紙 2013년 주목 받을 10대 뉴스 - Foreign Policy紙 이머징 기술분야 ‘Best of CES’의 하나로 3D Systems의 CubeX 3D 프린터 선정 - CNET

  5. 1. 3D 프린팅에 주목하는 세계 ○ 용어 설명 • Additive Manufacturing • - 제품의 3차원 데이터를 기본으로 • 박판을 서로 겹쳐지는 형태를 제조의 근본 데이터로서 작성하여 • 그것에 분체, 수지, 강판, 종이 등의 재료를 적층하여 • 물건을 만드는 제조기술. • - AM 가운데서 가장 중심적인 위치에 있는 것이 3D 프린터 임. • RepRap (Replicating Rapid Prototyper) Project • - 목적 : 무료오픈소스소프트웨어(FOSS) 3D프린터를 만드는 것. • - 목표 : RepRap자신의 부품을 3D프린트하여 • 또 다른 온전한 RepRap을 복제 할 수 있게 만드는 것. • - 현재, RepRap이 자신의 회로판과 금속 부품들을 프린트 할 수 있게 만드는 연구가 • 진행 중 임. • RP : Rapid Prototyping

  6. 2. 3D 프린팅 이란 ? 2-1 개 념: 가상의 3D CAD 데이터를 손으로 만질 수 있는 물리적인 모델로 빠르게 제작하는 조형기술. • CAD나 Animation 모델링 • SW를 통해 3차원 도면 작성 • 디지털 횡단면 작성. • 사용된지지구조 제거 • 사포로 연마, 색칠, 용접되는 것이 보통의 과정 • CAD가상모델의 횡단면과 대응하여 소재(액체,파우더,종이 등)를 쌓아 올리는 방식으로 프린트.

  7. 2. 3D 프린팅 이란 ? 2-2 3D 프린팅연혁 자료 : 정보산업연합회(3D 프린팅의현재와 미래)를 기반으로 재작성

  8. 2. 3D 프린팅 이란 ? 2-3 작동 방식별분류

  9. FDM (Fused Deposition Modeling) – 용융수지 압출 조형 [FDM 기술원리] • X,Y,Z 축을 기반으로 노즐의 움직임을 제어하고 • 막을 형성. • 소재는 Hot Plate 와 노즐(nozzle)을 거쳐 용융 되어통과. • 노즐을 통과한 소재는 적층과 동시에 경화되며 제품 형태를 만듦. 필라멘트가 Extruder와 연결 원료가 둘둘 말려있는 필라멘트 스풀 핀치시스템을 사용하여 압출기는 토크 및 정확한 양을 공급, 필라멘트를 철회 [용융 접착 방식] 히터 블록은 필라멘트가 녹을 수 있는 온도로 올라감. 가열된 필라멘트가 더 작은 직경의 노즐을 통해 밖으로 나옴. 압출된 원료가 녹아 설정된 양 만큼 쌓이게 됨 녹은 플라스틱을 분사하는 노즐 녹은 재료가 쌓여진 것 조작 가능한 이동 태이블 인쇄 헤드나 베드가 X/Y/Z축으로 원료가 정확히 설정된 지점에 위치하도록 동작. • 장점 : 장치 구조와 프로그램 간단함. 장비 가격과 원료 비용이 상대적 저렴.. • 단점 : 출력물의 detail 과 표면 조도가 대체로 미흡. • 소재 경화시간이 있어 흘러내림 방지 지지대 필요성으로 부 재료 소모가 큼.

  10. SLS (Selective Laser Sintering) – 선택적 레이저 소결 • Bed에 도포되어 있는 Powder에 선택적으로 Laser를 쏘면,Laser를 맞은 부분의 powder는 • 소결(Sintering), 즉 분말을 가열하여 결합. [SLS 기술원리] 스캔 미러 레이저 로더 고결 상태의 모델더 파우더 전달 시스템 파우더 공급 피스톤 조형물 피스톤 • 장점 : 속도가 빠르고, 재료 다양하며, 완제품이 정교 함 • 단점 : 프린터가 고가에 부피가 크고, 사용을 위해 전문적인 교육이 필요.

  11. SLM (Selective Laser Melting) – 선택적 레이저 용융 1) Wiper 라는 재료 이송 및 도포 장치가 작업 플랫폼 한 층 두께만큼 미세한 메탈 파우더를 얇게 도포. 2) 도포된 파우더 위로 레이저가 조형하고자 하는 영역을 선택적으로 조사. 3) 레이저에 조사된 파우더는 용융되고 나머지 부분은 파우더 상태. 4) 레이저가 파우더를 용융하고 있는 동안 산화 방지를 위해 불화성 가스(아르곤)가챔버 내에 공급. 5) 한 층 작업이 끝나면 작업 플래폼은 아래로 한 층 만큼 내려가며 다시 와이퍼가 파우더를 공급. [SLM 기술원리] • 장점 : 특성상 그 어떤 복잡한 형상의 메탈 재질 제품을 쉽게 만들어 내기 때문에 선호도가 높음. • 단점 : 정교함과 정밀도는 다소 떨어짐..

  12. SLM : Selective Laser Melting

  13. EBM (Electron Beam Melting) – 전자 빔 용해법 • 진공상태에서 전자빔으로 금속분말을 녹여서 작업 • 한층 작업 완료 되면 작업 베드는 아래로 이동 • Roller 가 금속분말로 새로운 층을 쌓음 • SLM 방식과의 차이점 : EBM은 전자빔 사용, SLM은 레이저 사용. [EBM 기술원리] • 장점 : 공극이 없고 매우 견고 함.

  14. EBM : Electron Beam Melting

  15. DMT(Laser-aided Direct Metal Tooling) – 레이저금속 성형 기술 작업 플랫폼의 한 층에 해당되는 두께만큼 미세한 메탈 파우더를 얇게 도포. 도포된 파우더 위에 정밀한 레이저가 조형하고자 하는 영역을 선택적으로 조사. 조사된 부분이 용융되며 제품을 조형.. 레이저가 파우더를 용융하고 있는 동안 산화 방지를 위해 불화성 가스(아르곤)가 챔버 내에 공급 [DMT 기술원리] • 장점 : • - 구형의 일반 산업용 금속(합금) • 분말을 사용하므로 경제적 임. • - 조형과정에서 재료의 손실이 • 없으므로 고가의 특수금속제품 • 제작 적합. • - 내부 구조물을 갖는 금속 제품 • 제작 가능  복잡한 구조 금속 • 제품 제작 • - 손상된 금속 제품과 금형 재생 • 또는 보수 가능. • - 합금설계분야 적용 가능.

  16. DMT : Laser-aided Direct Metal Tooling

  17. PBP (Powder Bed & inkjet head 3d printing) - 분말 및 잉크젯 투사 조형 • 프린터 헤드의 Nozzle 에서 액체상태의 컬러 잉크와 경화 물질(바인더)을 분말 원료에 분사하여 • 조형하는 방식 [PBP 프린터 구조] [분말 및 잉크젯 투사 조형 기술원리] • 장점 : CMYK 컬러 잉크를 사용, 원하는 컬러를 거의 그대로 출력 가능해 최상의 detail을 얻을 수 있음.. • 단점 : 조형 완료 후 분말 제거 및 표면처리 필요. 가격이 비싸 개인 운용이 어려움.

  18. LOM (Laminated Object Manufacturing) – 개체 접합 조형 재료의 시트가 가열된 롤러로 기본 구조물에 붙여짐. Laser가 모델 한 층의 형상대로 잘라내고 나머지 불필요한 부분 제거 됨. 적층이 완료된 플랫폼은 아래로 살짝 내려감. 새 재료시트가 플랫폼 위로 다시 올라옴. 적층될 층을 조형중인 모델에 붙이기 위해 플랫폼이 다시 위로 올라옴. [LOM 기술원리] • 장점 : 제작 비용이 저렴. 실사와 같은 색상 인쇄 가능. 작업공정 시 수축이 작고 잔여물이 붙지 않음. • 단점 : 종이를 이용할 경우 내구성이 약함.

  19. LOM : Laminated Object Manufacturing

  20. SLA (Stereo Lithography Apparatus) – 입체 인쇄 3D CAD 도면를작성하여 SLA machine으로 전송 제조 단계에서 레이저 사용 - 레이저의 각 자국은 1층 막을 형성 반복하여 막 형성 과정이 완료 수지 지지대 제거 자외선 오븐에 넣어 건조 시킴 [SLA 기술원리] • 장점 : 정밀도가 뛰어나고 속도가 빠른 편 임. • 단점 : 내구성이 떨어짐.

  21. DLP (Digital Light Processing] - 마스크 투영 이미지 경화 조형 ○ 이미지 프로세스 칩을 장착, 이미지 고 정밀 표시를 구현하는 기술. 광원으로 Digital Light Projector 사용. 안전광환경에서 한통의 액체상태 폴리머를DLP 프로젝트에서 나온 빛에 노출. 빛에 노출된 폴리머는 굳게 되며, build plate가 서서히 아래로 움직이게 되어 다시금 빛에 노출. 최종적으로 통 안의 액체상태 폴리머는따라 내어져 고체상태 모델만 남게 됨. [DLP 기술원리] • 장점 : 소음이 적음. 표면조도 우수. 출력속도가 빠름. • 단점 : 사용 가능한 원료와 색상이 제한적. 원료와 프린터 비쌈. 제품 사이즈가 작음.

  22. Polyjet(Photoploymer Jetting Technology - 폴리젯적층 조형) 포토폴리머재료를 build tray에 분사. 이렇게 분사된 재료는 16~30㎛ 두께의 초박형 층을 형성. 이때 각각의 층은 분사 뒤 자외선을 쬐어 경화. [폴리젯적층 조형의 기술원리] • 장점 : 소음이 적음. 치수정밀도가 뛰어나 우수한 표면 조도. 출력물 품질 매우 높음. • 단점 : 비용이 많이 듦.

  23. MJM (Multi Jet Modeling) – 멀티 젯 조형 O 프린터헤드에서 모델 재료인 Acrylic Photopolymer와 지지대(Support)가 되는 WAX재료를 동시에 분사. 자외선으로 굳혀가며 모델을 만드는 방식. 작업대가 앞뒤로 왕복하면서 정해진 위치에 모델 재료와 지지대 재료가 적층 될 수 있도록 X축 방향을 잡아주게 되며 모델이 한층 한층 완성되면서 그 높이만큼 MJM 헤드가 Z축 방향으로, 즉, 위로 올라감. [멀티 젯 조형의 기술원리] • 장점 : 정밀도가 가장 높은 기술.내부를 확인 할 수 있는 조형물 제작에 적합. 표면조도 우수. • 단점 : 강도가 약하며,65 ℃이상에서 변형 가능.가격이 비쌈

  24. MJM : Multi Jet Modeling

  25. 2. 3D 프린팅 이란 ? 2-4 작동 방식별 성능과 제작 사이즈 ○ 3D 프린터 작동방식별 성능

  26. 2. 3D 프린팅 이란 ? ○ 3D 프린터 작동방식별제작 사이즈

  27. 3. 3D 프린팅 시장 동향 3-1 국가별 시장 동향

  28. 3. 3D 프린팅 시장 동향 3-1 국가별 시장 동향 (계속)

  29. 3. 3D 프린팅 시장 동향 3-1 국가별 시장 동향 (계속)

  30. 3. 3D 프린팅 시장 동향 3-2 국가별 정책 동향 ○ 미국, 일본, 유럽 등 주요국들은 3D 프린팅육성을 위하여 산업 클러스트 형성, 산·학 연계 기술·제품 개발 등 연구지원을 통해 산업육성 지원.

  31. 3. 3D 프린팅 시장 동향 3-3 3D 프린팅 시장실태와 전망 산업별점유율 국가별점유율 자료 : Wohers Associates, Inc.(2013)

  32. 3. 3D 프린팅 시장 동향 3-3 3D 프린팅 시장실태와 전망 (계속) ○ STRATASYS 와 3D SYSTEMS 비교 자료 : 정보통신산업진흥원

  33. 3. 3D 프린팅 시장 동향 ○ 장비 가격 ○ 프린터 및 재료 가격 ○ 개인용 ○ 산업용 ○ 향후 전망 (매년 평균 20%~30% 성장 전망)

  34. 3. 3D 프린팅 시장 동향 3-4 주요 이슈 ○ 향후 해결해야 할 과제 ○ 활성화 이슈

  35. 4. 3D 프린팅 기술 개발 동향 4-1 3D 프린터의 하드웨어와 소프트웨어 구성 ○ 하드웨어 분야

  36. 4. 3D 프린팅 기술 개발 동향 ○ 3D 프린터 하드웨어 타입

  37. 4. 3D 프린팅 기술 개발 동향 ○ 소프트웨어 분야

  38. 4. 3D 프린팅 기술 개발 동향 4-2 3D 프린터용 재료

  39. 4. 3D 프린팅 기술 개발 동향 4-2 3D 프린터용 재료 (계속)

  40. 4. 3D 프린팅 기술 개발 동향 ○ 3D 프린팅재료별 조형물

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