- 4D 프린팅 시장은 2025년까지 5억3800만 달러에 이를 전망 -

- 헬스케어, 사회기반시설, 자동차·항공·방위산업 등에 활용 가능 -

 

 

□ 4D 프린팅 정의 및 전망

  ㅇ 4D 프린팅 정의

    - 4D 프린팅은 온도와 시간 등과 같은 외부 특정 자극 요소에 의해 특성과 습성이 자가변환(Self-Assembly)할 수 있는 생산기술을 의미함. 4D 프린팅은 현재 자가변환이 가능한 형상기억소재 등의 소재 개발과, 제조과정에서 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 혁신적인 프린팅 기술에 초점을 맞춰져 개발이 진행 중임. 

  ㅇ 4D 프린팅 시장 전망

    - 글로벌 조사기관 Markets and Markets 보고에 따르면, 4D 프린팅 시장은 2025년까지 5억3800만 달러에 이를 것으로 조사됨.

    - 전문조사기관 Gartner의 2016년 3D 프린팅 하이프 사이클(Hype Cycle for 3D Printing, 2016)에 따르면, 4D 프린팅은 기술 태동단계(Innovation Trigger)로 아직 기술 개발 초기단계에 머물러 있다고 할 수 있음.

Gartner 3D 프린팅 하이프 사이클(Hype Cycle)에 등장한 4D 프린팅 기술

 

     

자료원: Gartner

  ㅇ 현재 정부의 지원 아래 대학교 연구소에서 위 기술을 개발 중이며, 대학교 연구소와 글로벌 선두 프린팅 기업 간 전략적 파트너십을 바탕으로 공동 연구개발을 진행 중

    - 피츠버그 스완슨 공대, 하버드 공대, 일리노이 공대는 정부의 지원 아래 시간이 지남에 따라 자가변환이 가능한 4D 프린팅 기술이 개발되고 있음. 콜로라도 볼더 대학의 경우, 싱가포르 SUTD(Singapore University of Technology and Design)와 함께 4D 프린팅 기술을 개발하고 있음.

    - MIT 공대 자가변환 연구소(Self-Assembly Lab)는 프린터 시장 글로벌 선두기업 스트라타시스(Stratasys)와 파트너십을 통해 4D 프린팅 기술을 개발 진행 중

 

MIT 연구소, TED 강연에서 4D 프린팅 강연하고 있는 MIT Skylar Tibbits 교수

자료원: TED

 

□ 4D 프린팅 응용 분야

 

  ㅇ 헬스케어 분야

     - 4D 프린팅의 기술의 헬스케어 분야 접목을 통해 프로그램이 가능한 생체물질을 개발 가능할 것으로 전망함. 이를 통해 스마트 약리학(Smart pharmacology), 개인 맞춤형 의약품, 프로그램형 세포 개발이 가능해져 질병 치료에 유용하게 활용될 것으로 예상됨.

    - 미국 Organovo Holdings는 바이오프린팅 프로젝트에 참여해 인간의 근육조직(Human Tissue) 개발에 주안점을 두고 있음. 위 회사는 4D 프린팅 기술을 활용해 인공 간(Artificial Human liver) 개발을 진행해옴. 아울러 타 장기 이식 및 약학 조사 분야에 위 기술을 응용할 수 있을 것으로 예상됨.

  ㅇ 사회기반시설(Infrastructure) 분야

    - 4D 프린팅 기술을 활용해 상하수도관 개발에 접목시킬 수 있음. 특정 목적을 위해 상하수도관의 자가변환 기술을 통해 관을 확장하거나 축소 가능. 이를 통해 별도의 시간과 비용을 수반하지 않고 도시 계획의 목적에 따라 상하수도관 형태 변경이 가능해짐. 

    - MIT 공대 자가변환 연구소는 미국 Shackleton Energy Company의 디자인 고문으로 참여해 회사가 우주 사회시설기발 건설에 4D 프린팅 기술을 활용할 수 있도록 지원하고 있음. Shackleton Energy Company는 국제우주정거장 개발에 주유 및 에너지 추출 파이프라인에 4D프린팅 기술을 활용할 것으로 예상됨. 이를 통해 우주와 지구 간 운송 횟수를 획기적으로 줄여, 비용절감이 가능할 것으로 업계 전문가들은 전망하고 있음.

MIT 연구소에서 발표한 자가변환 가능한 4D 프린팅

                                   

자료원: MIT Self-Assembly Lab

 

  ㅇ 자동차, 항공, 방위산업 분야

    - 4D 프린팅 기술을 자동차 코팅부문에 활용하게 되면 다양한 주변환경의 변화에 맞게 변형 가능한 형태로 전환 가능함. 환경의 변화에 맞게 차량 코팅부문이 변환 가능해 차량 외관 부식을 방지할 수 있음. 또한, 차량 부품 개발에도 4D 프린팅 기술을 활용한 재질을 활용해 유연성과 강도를 자유롭게 조절 가능한 제품을 생산할 수 있어, 제품 생산의 효율성을 향상시킬 것으로 예상됨.

    - 항공 분야는 4D 프린팅 기술을 활용할 수 있는 분야가 다양할 것으로 예상됨. 항공기의 외부 손상이 감지될 경우, 자가 수선이 가능할 것으로 전망됨.

    - 군사방위 분야에서는 4D 프린팅 기술을 군복 재질에 접목시키고 있음. 외부로부터 비춰오는 빛을 군복에서 굴절시켜 적으로부터 은폐를 할 수 있는 군복을 개발 중. 또한, 탱크와 군용 트럭 외관 제조 시 4D 프린팅 기술을 활용해 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있음.

  ㅇ 제조 및 패키징, 내구소비재 분야

    - 제품 운반 후 목적지에서 4D 프린팅 기술을 활용해 자가변환이 가능한 제품을 개발해 제품 운송비용과 인건비를 획기적으로 줄일 수 있음.

    - 위 기술을 활용한 가전용 내구 소비재 제품 개발로 가정에서 공간의 제약으로 인한 불편함을 최소화할 수 있음.

□ 4D 프린팅 시장 활성화를 위한 시사점

   

  ㅇ 정부 및 민간기업의 지원 및 협업 필요

    - 4D 프린팅 기술의 활성화를 위해 정부와 민간 기업의 전폭적인 지원이 필요함. United States Army Research는 4D 프린팅 기술개발 대학연구소(하버드대학교, 피츠버그대학교, 일리노이대학교)에 총 85만5000달러를 지원할 예정임. 위 연구소를 통해 구체화 및 개발된 4D 프린팅 기술은 헬스케어와 자동차산업 등 다양한 분야에 활용될 것으로 전망

    - 스트라타시스(Stratasys)와 오토데스크(Autodesk)와 같은 프린팅 선두 민간기업들과 대학 연구소 공동 프로젝트 추진을 통해 4D 프린팅 기술 상용화를 꾀하고 있음.

  ㅇ 지속적인 투자 및 지원 통해 높은 초기 개발비용 극복 필요

    - 4D 프린팅이 시장에서 상용화되기 위해서는 상대적으로 높은 개발비용 및 기술 표준화 문제에 대한 해결이 요구됨. 현재 4D 프린팅 시장 제조기업은 한정돼 있기 때문에 기업들의 맞춤형 수요에 대해 능동적으로 대처하기 위해서는 초기 개발과정에 대핸 투자와 지원이 필요함.

 
 

자료원: Gartner, MarketsandMarkets, Fronst & Sullivan, MIT Self-Assembly Lab 및 KOTRA 실리콘밸리 무역관 자료 종합