지난해 7월 신촌세브란스병원에서 뇌종양 수술로 인해 머리뼈가 결손 된 일곱 살 아이의 두개골 복원 수술이 있었다. 아이의 머리를 스캔한 후, 3D프린터로 출력한 티타늄 소재의 ‘환자 맞춤형 인공 머리뼈’가 사용됐다.

3D프린터 사용 범위가 놀랍다. 최근 아이언맨 수트, 초콜릿, 피자, 건물 등도 만들어 냈다. 그야말로 3D프린터 한계가 어느 정도인지 짐작하기에 어려울 정도이다.  그러나 3D프린터로 무엇을 만들었다는 기사는 빈번한데 반해 상용화 됐다는 뉴스는 거의 없다. 왜일까. 여러 이유가 있겠지만 그 중 대표적 하나가 소재 때문이다.

3D프린터에 사용되는 소재는 수지, 금속, 종이, 식재료 등 매우 다양하다. 하지만 재료의 형태에 타라 조형성이나 견고함이 다르기 때문에 제품을 만드는 소재로 상용화하기에는 어려움이 따른다. 합성수지인 폴리머는 개인들도 많이 사용할 만큼 가장 많이 사용되는 소재이다. 그러나 아직 많이 사용하는 소재들에게서 유연성이나 냄새 등과 같은 단점이 나타나고 있다.

금속은 고가형 산업용 프린터에 많이 사용되고 있는데 기술개발 초기단계이다. 특히 금속인 경우에는 녹는점이 달라 이것을 제어하기가 만만치 않다. 분말을 동글게 만들어내기도 어렵지만 금속 파우더를 콘트롤하기도 쉽지 않다. 금속 소재 기술이 난이도가 높은 것도 이 때문이다. 바이오 소재는 2000년 전후로 고정밀 3D프린터 상업화가 본격적으로 이루어지면서 연구가 활발해졌다. 생체친화성, 생분해성 고분자를 기존 화학공학적 방식과 결합하기도 하고 세포를 직접 분양해 소재로 이용되고 있지만 이 역시 갈 길이 멀다.

하지만 3D프린터 소재 중요성은 날로 커지고 있다. 소재의 다양성의 곧 3D프린터 활용 범위의 확장성과 연계되기 때문이다. 이미 그 조짐을 보이고 있다.

한국산업기술평가관리원의 ‘3D 프린팅 고분자 소재의 현황과 연구방향’ 보고서에 “현재 소재의 시장은 6억 1500만 달러 (2014년 기준)이며 2018년도에 8억 6800만 달러로 성장할 것”이라고 영국의 시장조사업체 아이디테크엑스(IDTechEx) 보고서를 인용해 전망했다. 특히 플라스틱 소재의 시장은 연평균 23.3% 성장률을 보여 2012년도에 1억 8300만 달러에서 2018년도에 5억 8300만 달러로 증가할 것으로 예상하고 있다.

KDB산업은행 ‘3D프린팅 기술 현황’ 보고서에서도 “3D프린터 1,2위 업체인 스트라타시스(Stratasys)와 3D시스템즈(3D systems)의 2012년 매출의 25~30%가 재료 판매를 통해 획득하는 수익구조를 형성하고 있다.”고 밝히고 있다.

3D프린터에서 소재가 중요한 이유는 2D프린터를 생각해보면 쉽게 이해할 수 있다. 우리가 사용하는 프린터가 대중화되면서 기기 자체보다 잉크나 토너 등 소모품이 매출의 주요 부분이 됐다. 대표적 2D프린터 업체인 HP도 잉크 등 판매를 통한 매출이 전체의 약 60%란 점만 봐도 현재 2D프린터 기업들의 수익이 어디서 발생하는지 알 수 있는 셈이다. 3D프린터도 별반 다르지 않다. 세계적인 소재 기업들과 3D프린터 회사들이 소재 개발에 박차를 가하는 이유이다. 그리고 앞서 시작한 만큼 세계 시장 점유율도 압도적이다. 중요한 것은 우리나라가 3D프린터 소재 분야가 걸음마 단계라는 점이다. 폴리머와 금속 소재를 만들어내고는 있다고는 하지만 아직은 역부족이다.

(주)대림화학의 성유철 부장은 “미국은 플라스틱 소재가 강하고 독일은 금속 3D프린터 소재에서 우위를 점하고 있지만 우리나라는 외국 소재를 흉내만 내는 캐치업(catch-up) 단계”라면서 “3D프린터에 대한 기술적 이해를 바탕으로 오픈소스의 기술로 만들어진 3D프린터에 해외(스트라타시스, 3D시스템스 등) 3D프린터 회사의 3D프린팅 소재를 사용하고 있는데, 우리나라의 기술적 수준은 안타깝게도 아직 이 정도”라고 설명했다.