3D 프린팅 소재 최근 동향 및 경쟁의 핵심 요소

3D 프린팅 기업들은 프린터, 공정, 소프트웨어 분야에서 경쟁해 왔지만, 이제는 독자적인 소재 개발로 경쟁의 수준이 한층 높아지고 있다.

• 3D 프린팅(3DP) 기업들 개별 고객을 위한 특수 소재 개발

• 프로토타이핑에서 양산으로의 진화는 새로운 소재 개발 촉진

• 3D 프린팅 기업들은 소재 과학 기업 및 대학과 협력하여 소재 R&D 가속화

3D 프린팅 시장은 지금 독자적인 소재 개발 경쟁에 온 힘을 쏟고 있다.

Stratasys는 독점적인 열가소성 플라스틱 소재 분야에서 강력한 입지를 유지하고 있으며, 3D Systems는 광경화성 수지 및

금속 분말에서 우위를 점하고 있다. HP는 멀티젯 퓨전(Multi-Jet Fusion) 기술에 최적화된 특수 분말을 통해 독자적인 시장을

개척해 왔다.

3D 프린팅 기업들은 일반적으로 프린터와 서비스, 소프트웨어, 시제품 제작 등을 판매해 왔다. 그러나 종종 놓치고 있는 수익원 중

하나가 소재 판매이다. 주요 3D 프린팅 기업들은 폴리머, 금속, 특수 소재 등에서 독자적인 재료를 개발함으로써 경쟁 우위를

확보하고 있다.

3D 프린팅 소재 분야의 지적 재산권 및 특허 활동을 보면 치열한 경쟁을 알 수 있다.

Stratasys, 3D Systems, BASF와 같은 주요 제조업체들은 고성능 폴리머와 금속 분말 분야에서 새로운 소재 조성물에 대한 특허를

공격적으로 출원하고 있다.

이러한 소재 특허의 핵심 요소에는 내열성, 난연성, 경량화, 지속가능성 등이 포함되며, 기업들은 소재의 가공 방식 및 소재와

장비 간의 상호작용까지 특허를 통해 보호하며 경쟁 우위를 확보하려 노력하고 있다.

독점 소재의 부상

현재 3D 프린팅 업계에서는 다양한 소재 전략이 등장하고 있다. 일부 기업은 독점 소재를 추구하는 반면, 다른 기업들은 오픈소스

소재를 선호하기도 한다.

“일부 3D 프린팅 기업은 자체적으로 독점 소재를 개발하고, 일부는 파트너사로부터 독점 소재를 구매한다. 또 다른 기업들은 자사

프린터에 사용할 수 있는 오픈소스 소재를 제공한다. 어떤 프린터는 어떤 소재든 사용할 수 있지만, 어떤 프린터는 사용할 수 있는

소재를 제한하기도 한다.”

- SME의 적층제조 산업 매니저 앤지 저롱 -

소재 소유 구조에는 다양한 형태가 있지만, 소재의 품질과 요구 사항이 3D 프린팅 시장의 성장을 주도하는 핵심 요소로 부상했다는 점은

주목할 만하다.

“많은 기업이 경쟁력을 확보하기 위해 소재 개발에 상당한 자원을 투자하고 있다.

이러한 현상에는 많은 이유가 있지만, 오늘날에는 소재가 산업을 이끌고 있기 때문이다.”

- SME의 적층제조 산업 매니저 엔지 저롱-

일부 3D 프린팅 기업들은 품질 확보를 위해 독점 소재가 필수적이라고 주장한다.

“시스템을 구매한 고객 중에는 당사의 소재는 필요 없다고 말하며, 더 저렴한 소재를 구매하려 한다. 경우에 따라선 괜찮을 수도 있지만,

최적의 성능을 원한다면 우리가 모든 패키지를 제공하는 것이 훨씬 낫다. 우리는 고객에게 턴키베이스 서비스를 제공한다. 테스트해

볼 수 있도록 소량의 시제품 몇 개도 직접 출력해 드린다.”

- 3D Systems Corporation의 응용개발 부사장 패트릭 던(Patrick Dunne)-

고객을 소재 개발에 직접 참여 시킴

3D Systems는 이 회사에서 개발한 소재 사용을 고객에게 권장하지만, 다양한 선택지를 제공하는 것 또한 중요하게 여긴다.

“핀란드에는 금속 소재를 개발하는 부서, 미국 텍사스 템플에는 폴리머 소재 개발 사업부가 있다. 우리가 직접 소재 개발을 하는 이유는

고객에게 완성된 패키지를 제공하고, 모든 요소가 잘 조화를 이루고 있다는 신뢰를 드리기 위해서이다.”

-3D Systems 패트릭 던-

만약 기존 소재가 고객이 원하는 특성에 맞지 않을 경우, 고객의 요구에 맞춘 맞춤형 소재 개발도 가능하다.

“고객과 대화와 소통을 하면서 특정한 특성이 필요한지를 확인할 수 있다. 그런 경우에는 함께 협력해 소재 자체의 공식(formulation)을

새롭게 만들 수도 있다. 예를 들어, 기존 소재에서는 얻을 수 없는 기계적 특성을 얻기 위해 열을 가하는 방식까지 조정할 수 있다.”

–3D Systems 패트릭 던-

3D 프린팅 기업들은 강도, 경량성, 생산 용이성 등 시장에서 주목받을 수 있는 소재 특성을 확보하려고 노력한다. 일단 소재가 개발되면,

해당 기업은 바로 소재 판매 비지니스를 하는데, 그 이유는 단순하다. 수익 때문이다.

일부 기업은 폐쇄적이고 독점적인 시스템을 유지하는 반면, 어떤 기업들은 개방형 소재 플랫폼을 제공한다.

내구성을 강화하거나 인쇄 속도를 향상시키기 위해 개발된 다양한 소재들이 등장하고 있으며, 의료 및 항공우주와 같은

규제 산업에서는 소재 인증과 품질 기준이 중요한 차별화 요소가 되고 있다.

경우에 따라서는 고객이 소재 개발에 투자하고 지적 재산권(IP)을 소유하기도 한다.

“우리가 생산하는 어느 한 소재의 지적 재산권은 보잉사가 소유하고 있다. 이 소재는 보잉을 위해 20년째 생산 중이며, 보잉이

소재 개발에 투자했기 때문에 지분을 보유하게 되었고, 독점하고 있다. 그들은 이 소재를 다른 누구에게도 넘기고 싶어 하지 않는다.”

-3D Systems의 패트릭 던-

표준 소재의 경우 가격 경쟁이 치열하지만, 고급 소재는 상황이 다르다. 독점 소재는 특정 용도에 맞는 고유한 특성과 이점을

가지기 때문에 더 높게 가격을 형성할 수 있다.

일부 3D 프린팅 기업들은 소재 과학 전문 기업이나 대학과 전략적 파트너십을 맺어 연구개발을 가속하며, 혁신적인 솔루션을 빠르게

시장에 선보이려 노력하고 있다.

제조용으로의 전환이 소재의 중요성에 변화

3D 프린팅 초창기에는 소재가 그렇게 중요한 요소는 아니었다.

“10년, 15년, 20년 전만 해도 3D 프린터는 단지 시제품(프로토타입)을 만들기 위한 도구에 불과했다. 그 당시에는 소재가 그리

중요하지 않았다. 비용만 적당하면 모두가 만족했다. 하지만 이제 제조용으로 활용되기 시작하면서, 소재의 품질이 훨씬 중요해졌다.

오랫동안 사용될 제품을 만드는 것이기 때문에, 시제품보다 훨씬 더 많은 요건을 충족해야 한다.”

-Boston Micro Fabrication의 CEO 존 카울라-

프로토타이핑에서 양산으로의 진화는 소재 분야의 새로운 발전을 촉진시켰다.

“지난 5년 동안 소재 관련 혁신과 개선은 폭발적으로 증가했다. 지금은 3D 프린터나 3D 프린팅 소재로 할 수 있는 일들이, 5년 전만 해도

대부분의 사람들이 상상조차 못 했을 수준이죠.”

-Boston Micro Fabrication의 CEO 존 카울라-

3D 프린팅 산업의 발전과 성장에서 소재가 점점 더 중요한 역할을 차지하고 있지만, 소재 중심 접근이 완전히 새로운 개념은 아니다.

“35년 전, 한스 랑어(Hans Langer)가 EOS를 창립했을 때에는 시스템 중심의 비즈니스였죠. 그러나 랑어는 곧 경쟁 우위를 확보하려면

소재를 완벽히 이해하고 다룰 수 있어야 한다는 사실을 깨달았다. 이후 소재는 35년 동안 우리 비즈니스 모델의 핵심 요소로 자리 잡았다.”

-3D Systems의 패트릭 던-

참고 ㅣ https://www.designnews.com/3d-printing/materials-are-the-competitive-substance-in-3d-printing