제조 기술 성장 동향: CNC, 3D 프린팅, 주조 분야의 채택 현황 및 전망

CNC 가공, 적층 제조, 주조 기술의 혁신은 기업, 프로슈머, 소비자에게 전례 없는 수준의 설계 옵션을 제공하고 있습니다. 그러나 시장에 너무나 많은 기술이 존재하는 상황에서, 성장 측면에서 어떻게 성과를 내고 있으며 어떤 산업에서 가장 두드러지게 채택하고 있는지가 문제입니다.

여기서는 2019년 CNC 가공, 3D 프린팅, 진공 주조의 성장 동향을 살펴보고 향후 전망을 예측해 봅니다.

CNC 가공

채택 및 사용 통계

테크나비오(Technavio) 자동화 연구 부문 수석 애널리스트 라가브 바라드와즈 시바스와미(Raghav Bharadwaj Shivaswamy)에 따르면, "공작기계 응용 분야는 금속 절삭 공작기계, 금속 성형 공작기계, 기타 액세서리라는 세 가지 중요한 제품 세그먼트로 분류됩니다. 금속 절삭 공작기계 세그먼트가 2016년 미국 시장에서 약 51%의 점유율로 시장을 지배했으며, 이는 주로 산업용 금속 절삭 응용 분야에 대한 높은 수요 때문입니다."

자동차, 항공우주, 금속 가공 기업이 자동화된 절삭 가공 기술의 가장 두드러진 사용자입니다. 기타 주요 산업으로는 건설, 전력 및 에너지가 있습니다. 미국은 자동차 공구 시장에서 단일 최대 시장으로, 인구 규모, 정부 인센티브, 소비자 기반 등 여러 요인으로 인해 더욱 성장할 전망입니다.

테크나비오의 산업 자동화 시장 조사 애널리스트들이 이 보고서에서 강조한 가공 기술(CNC 및 레이저) 주요 공급업체로는 다롄 머신(Dalian Machine), DMG MORI, 하스 오토메이션(Haas Automation), JTEKT, 코마츠(Komatsu)가 있습니다. CNC 장비는 밀링, 드릴링, 탭핑, 보링 등 다양한 용도로 사용됩니다.

현재 APAC 지역이 CNC 컨트롤러를 가장 많이 사용하고 있지만, 유럽 시장은 기술 발전과 투자로 인해 많은 성장을 보일 것으로 예상됩니다. 주요 글로벌 기업으로는 보쉬 렉스로스 AG(독일), DMG MORI CO., LTD.(일본), 파고르 오토메이션(미국), 화낙(FANUC Corporation, 일본), 하스 오토메이션(미국), 휴르코(Hurco Companies, 미국), 미쓰비시 전기(일본), 오쿠마(일본), 지멘스 AG(독일) 등이 있습니다.

성장 및 전망

CNC 컨트롤러 시장은 2016년에 28억 6천만 달러로 평가되었으며, 2017년부터 2023년까지 연평균 3.8% 성장하여 해당 기간 말까지 37억 달러에 이를 것으로 예상되었습니다. 마켓츠앤마켓츠(Markets and Markets)에 따르면, 제조 부문의 산업 자동화 채택 증가, 운영 비용 절감 능력, 최종 사용자 산업 전반의 대량 생산 수요 증가가 CNC 시장 성장의 주요 동인입니다.

구체적으로 3축 CNC 장비가 이 기간 동안 가장 높은 시장 점유율을 차지할 것으로 예상됩니다. 3축 장비가 업계 내 최고 사용 수준을 유지하는 가운데, 5축 장비도 2023년까지 성장할 것으로 전망됩니다.

자동차 산업이 CNC 사용에서 지배적 위치를 유지할 가능성이 높습니다. 혁신, 신속한 생산 필요성, 더 나은 품질 요구가 주요 추진 요인으로, 자동차 생산뿐만 아니라 방위 및 항공우주 산업에서도 마찬가지입니다.

또 다른 추산에 따르면 2021년까지 4% 증가를 보일 것으로 예상됩니다. 가드너 비즈니스 인텔리전스(Gardner Business Intelligence) 보고서에 따르면 "미국 공작기계 산업은 공작기계 주문(USMTO) 기준으로 2014년 9월 7.4% 성장으로 정점을 찍은 후, 2016년 7월에는 단위 물량이 19.4% 감소하는 침체기를 겪었습니다."

3D 프린팅

프린터 제조사 및 채택 기업

프린터 제조사 측면에서 2018년까지의 주요 변화는 고가 시스템으로의 전환이었습니다. 주요 세그먼트 성장은 5,000달러 이상 가격대의 프린터를 생산하는 기업 수로, 135개에서 177개로 증가했습니다. 이에 비해 이 가격대 미만의 기계를 생산하는 기업은 감소했지만, 전체 시장은 순수 매출과 투자 측면에서 상승 궤도에 있습니다.

연간 채택 증가로 인해 어떤 산업이 3D 프린팅을 사용하는지 정확히 추적하기 어렵지만, 항공우주와 방산이 가장 두드러진 사용자임은 분명합니다. 2018년까지 설문에 포함된 모든 산업 중 항공우주 및 방산 기업의 64%가 생산에 3D 프린팅을 사용하며 1위를 차지했습니다.

사용 사례 측면에서 기술의 건전한 수명을 나타내는 최근 몇 가지 발전이 있었습니다. 올 4월, HP는 멀티 제트 퓨전(Multi-Jet Fusion) 기술을 사용하여 1년 만에 1,000만 번째 프린팅 부품을 생산했습니다. HP는 다임러 트럭 북미, 패스트 레디우스(Fast Radius), 리니어 AMS(Linear AMS), 미 해병대 등 다양한 산업과 협력해 왔습니다.

나노 디멘션(Nano Dimension)의 자체 연구에 따르면 전자 산업에서 3D 프린팅 다층 PCB와 플렉시블 전자기기가 가장 인기 있는 용도입니다. 또 다른 조사 결과, 이 업계가 3D 프린팅 적용에 주로 관심을 갖는 이유는 제품 개발 가속화와 혁신 촉진입니다.

의료 산업은 꽤 오랫동안 3D 프린팅을 활용해 왔습니다. 하버드 비즈니스 리뷰(2015)에 따르면, 미국 보청기 산업이 500일도 안 되어 99% 적층 제조로 전환했습니다. 마찬가지로 치과 3D 프린팅은 여전히 가장 두드러진 의료 용도 중 하나로, 클리어캡스(ClearCaps) 같은 기업이 대량 생산용 치과 교정기를 제작하는 데 사용하고 있습니다.

사용 현황 및 소재

스컬pteo(Sculpteo)에 따르면, 2017년 기업의 55%가 2017년에 3D 프린팅 서비스 및 솔루션에 더 많은 비용을 지출할 것으로 예측했습니다. 1년 후 스컬pteo는 2018년에 기업의 70%가 2017년(49%) 대비 3D 프린팅 투자를 늘렸다고 밝혔습니다. 전반적으로 투자 수준의 증가는 기술의 건전성을 보여주는 좋은 신호입니다. 이러한 투자는 기업 내에서 3D 프린팅이 수행하는 여러 가능한 기능으로 향합니다.

2017년 스컬pteo의 기업 설문조사에 따르면, 3D 프린팅은 주로 제품 개발 가속화(28%), 맞춤형 제품 제공(16%), 생산 유연성 증대(13%)에 사용되었습니다.

2018년은 폴리머 분말 베드 퓨전 소재 판매가 최고치를 기록한 해였습니다. 이 기술은 약 4억 달러 규모에 도달했습니다. 플라스틱이 여전히 가장 일반적인 프린팅 소재지만, 성장률은 2017년까지 정체되어 있다가 산업용 고강도 폴리머에서 급격한 성장이 있었습니다. 마찬가지로 금속 소재도 한 해 동안 41% 성장했습니다.

성장 및 예측

2020년까지 전체 3D 프린팅 시장은 전 세계 모든 AM 제품 및 서비스를 합쳐 158억 달러에 달할 것으로 예상됩니다. 월러스 리포트(Wohler's Report)는 2022년 239억 달러, 2024년 356억 달러로 매출 전망이 상승할 것으로 예측합니다. 전반적으로 향후 몇 년간 연간 40% 이상의 성장이 예상되어 업계의 미래는 밝습니다.

또 다른 흥미로운 통계는 스스로를 '3D 프린팅 퍼스트' 기업으로 간주하며 이 기술을 주 생산 모드로 사용하는 기업의 수입니다. 이러한 기업은 2017년 15%에서 2018년 22%로 증가했습니다. 같은 해 스컬pteo 설문조사 기업의 36%가 금속 프린팅을 사용했으며, 이전 계산의 28%에서 증가했습니다.

전체 3D 프린팅 기술 중 분말 베드 퓨전이 2024년까지 가장 큰 점유율을 차지할 것으로 예상됩니다. 항공우주, 자동차, 의료, 엔지니어링 산업이 DMLS(직접 금속 레이저 소결), EBM(전자빔 용융), SHS(선택적 열 소결), SLM(선택적 레이저 용융), SLS(선택적 레이저 소결) 같은 기술을 기능성 부품 개발에 가장 많이 사용합니다.

다이캐스팅

제조사 및 채택 기업

이 기술 분야의 주요 제조사로는 알코아(Alcoa Corporation), 월브로(Walbro), 컨솔리데이티드 메트코(Consolidated Metco, Inc.), 다이나캐스트(Dynacast), 깁스 다이캐스팅(Gibbs Die Casting Corporation), 보딘 알루미늄(Bodine Aluminum, Inc.), 료비(Ryobi Ltd), 중국 알루미늄(Aluminum Corporation of China Limited), 마르티나 혼셀 독일(Martinrea Honsel Germany GmbH), 인듀어런스 테크놀로지스(Endurance Technologies Limited), 알캐스트 테크놀로지스(Alcast Technologies) 등이 있습니다.

다이캐스팅 시장은 자동차 산업에서 상당히 큽니다. 주요 관심사는 고내구성 다이캐스트 부품 생산입니다. 산업 기계 및 배관 제조사들도 점점 더 다이캐스팅을 채택하고 있으며, 최근 몇 년간 항공우주 및 방산 산업에서도 성장이 있었습니다. 또 다른 최근 발전은 농업 및 의료 기기에 더 강한 알루미늄 부품 사용이 증가한 것입니다.

알루미늄은 주조 기술에 가장 널리 사용되는 금속입니다. 전 세계 알루미늄 주조 시장은 2018년 471억 달러로 추정되며, 2019년부터 2025년까지 연평균 9.1% 성장할 것으로 예상됩니다. 이러한 알루미늄 사용 증가는 자동차 제조와 아시아 태평양 지역의 건축 및 건설 부문 수요 증가에 힘입은 것입니다. 산업 부문에서 최종 사용 알루미늄 부품의 또 다른 유망하고 빠르게 성장하는 세그먼트가 있습니다. 2025년까지 이 세그먼트의 성장은 인도와 브라질 같은 전통적인 농업 국가의 현대화에 크게 기인합니다.

다이캐스팅 공정은 2018년 시장 매출의 약 53.0%를 차지했으며, 그 인기는 대량 생산 덕분입니다. 고압 다이캐스팅(HPDC)은 압력 다이 공정의 71.0%를 차지하여 다양한 산업에서 더 높은 생산 속도를 가능하게 합니다.

성장 및 예측

2017년 전 세계 다이캐스팅 시장은 628억 7천만 달러로 평가되었으며, 2023년까지 938억 7천만 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 시장은 2018-2023년(예측 기간) 동안 6.93% 이상의 연평균 성장률을 기록할 전망입니다. 아시아 태평양은 전 세계 다이캐스팅 시장에서 단연 최대 시장으로, 2017년 기준 58% 이상의 점유율을 차지합니다. 최종 사용자들의 낮은 생산 비용 선호 증가로 인해 아시아 태평양 마그네슘 합금 다이캐스팅 시장에서 많은 신생 기업을 위한 추가 성장이 임박했습니다. 기존 기업들은 기술, 신뢰성, 품질 문제에서 큰 도전을 제기하고 있어, 중소 기업과 기존 기업 간의 합병과 인수가 체결되고 있습니다.

다이캐스팅 산업의 두 주요 시장은 1위 자동차 산업과 2위 주택 산업입니다. 이 두 산업은 주조 산업의 전반적인 건전성을 가늠하는 좋은 지표입니다. 2016년 경차 판매량은 1,755만 대에 달해 2017년과 맞먹을 것이라는 추측에도 불구하고 또 한 해 좋은 실적을 기록했습니다. 전 세계적으로 시장의 모든 주조 제품 중 약 60.0%가 자동차 산업으로 향합니다.

최근 북미 시장에서 자동차 분야의 다이캐스팅 기술 사용 증가는 차량의 마일당 갤런(mpg)에 대한 EPA 규제에 기인합니다. 이는 예상치 못한 증가를 가져왔을 수 있습니다. 새로운 요구 사항에 따라 제조사들은 차량을 더 가볍게 만들려 했고, 그 결과 다이캐스팅 사용이 증가했습니다. EPA가 마일당 갤런 기준을 2016년까지 35.5 mpg, 2025년까지 54.5 mpg로 높인 조치가 영향을 미쳤습니다. 유럽도 2019년부터 2025년까지 가치 기준 연평균 7.1% 성장할 것으로 예상되며, 특히 독일, 프랑스, 이탈리아, 러시아에서 두드러집니다.

사출 성형

제조사 및 채택 기업

금속 사출 성형 기술은 자동차 및 항공우주, 소비재, 의료 기기 제조사들에 의해 채택되었으며, 특정 연구들은 이것이 시간이 지남에 따라 부문 성장을 이끌었다고 봅니다. 스마트폰 및 기타 전자 제품 수요를 고려할 때 더 많은 성장이 예상되며, 라이트닝 커넥터, 플립 슬라이더, 광섬유 부품 등 여러 구성품이 MIM 장비로 생산됩니다.

플라스틱 분야에서는 사출 성형의 주요 채택 산업이 자동차와 의료이며, 그 뒤를 건설, 의료, 포장 산업이 잇고 있습니다. 자동차 등 많은 산업에서 경량화를 위해 강철을 플라스틱으로 대체하고 있어, 생산 선호도에서 이쪽으로 이동이 증가하고 있습니다.

사출 성형 주요 기업으로는 다이나캐스트, GKN Plc, 브릿 매뉴팩처링(Britt Manufacturing), 딘 그룹 인터내셔널(Dean Group International Ltd.), 사이프러스 인더스트리(Cypress Industries), 신텍스(Sintex), CMG 테크놀로지스, 인도-MIM(Indo-MIM Pvt. Ltd.), 리얼 테크닉 AG(Real Technik AG), ATW 컴퍼니즈 등이 있습니다. 플라스틱 분야 주요 기업으로는 바스프(BASF), 다우 케미컬(Dow Chemical Company), 듀폰(DuPont), HTI 플라스틱 등이 있습니다.

기업들은 더 빠른 처리 시간, 2차 공정 제거, 최종 제품의 더 나은 공차 수준을 위해 사출 성형을 채택합니다. 또한 마감 및 후처리 작업을 최소화할 수 있으며, 다양한 다른 제조 방법에 비해 비용 효율적입니다.

의료 산업도 브라켓, 약물 전달 장치, 관절 치환 장비, 다양한 임플란트 등에 사출 성형을 활용하고 있습니다.

소재

플라스틱 측면에서 최근 시장 가격 변동성이 성장에 영향을 미칠 가능성이 있습니다. 벤젠, 에틸렌, 프로필렌, 스티렌 같은 원자재가 변동을 겪고 있으며, 폐기 관련 환경 문제로 비판받고 있습니다. 이는 미래 시장을 불확실하게 만듭니다. 그러나 이는 기업들이 최근 몇 년간 다양한 대체 생분해성 소재에 투자하도록 촉진했습니다.

아시아 태평양이 두 사출 성형 범주 모두에서 선두를 달리고 있습니다. 플라스틱 성형 부문에서 37% 시장 점유율을 차지하며, 포장, 휴대폰, 소비재 때문일 가능성이 높습니다. 북미가 두 번째 주요 소비자로 부상하여 연평균 10% 성장할 것으로 예상됩니다. 유럽도 또 다른 주요 시장으로, 2025년까지 총 수요가 452억 9천만 달러에 달할 것으로 추정됩니다.

성장 및 예측

전 세계 사출 성형 플라스틱 시장 규모는 2018년 3,256억 9천만 달러로 평가되었으며, 예측 기간 동안 연평균 5.7% 성장할 것으로 예상됩니다. 마찬가지로 전 세계 금속 사출 성형(MIM) 시장 규모는 2015년 21억 달러로 평가되었으며, 2016년부터 2025년까지 연평균 11.9% 성장할 것으로 예상됩니다.

브라질, 중국, 인도, 멕시코, 러시아, 남아프리카의 제품 지출 증가가 추가 성장을 도울 것으로 보입니다. 플라스틱과 금속 모두에서 경량 및 소형 자동차 부품 수요 증가가 MIM 기술 기회를 늘리고 있습니다. 이는 자동차 산업의 엔진 및 전자 시스템용 고강도 부품에도 해당됩니다.

광학적 투명성, 생체 적합성, 비용 효율적인 생산 방식 등이 의료 산업 수요를 견인할 것으로 예상됩니다. 헬스케어 및 의료 분야는 6.3%를 초과하는 연평균 성장률을 기록하며 2025년까지 404억 9천만 달러 규모에 도달할 것으로 전망됩니다.

본 기사에 사용된 데이터의 주요 출처는 월러스 리포트, 스컬pteo, 그랜드 뷰 리서치, 테크나비오, 로이터, 북미 다이캐스팅 협회, 모도 인텔리전스입니다.