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3D 스캐너3D 프린터와 함께 대중화를 꿈꾸다
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승인 2014.04.22  13:41:15
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산업시장분석실 선임연구원 유형선 (Tel: 02-3299-6173  e-mail: hsyoo@kisti.re.kr)

[요 약]

1. 3D 스캐너는 대상 물체의 3차원 형상 정보를 획득하여 디지털화하는 장치로, 3D 영상 콘텐츠 제작, 역설계와 품질 관리, 의료, 패션, 문화재 복원 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.
2. 2013년 3D 스캐너의 세계 시장 규모는 16.5억 달러로 추정되며, 12.4%의 연평균성장률을 보이며 성장하여 2018년에 29.6억 달러에 이를 것으로 전망된다.
3. 특히 3D 프린터 시장이 활성화 되면서 3D 프린팅에 필요한 3D 데이터를 직접 생산할 수 있는 3D 스캐너도 주목받고 있으며, 최근 보급형 제품이 다수 출시되면서 3D 스캐너의 대중화를 촉진하고 있다.
4. 향후에는 휴대성과 사용 편리성이 강화된 제품의 수요가 지속적으로 증가될 것으로 예상되며, 활용 목적에 맞는 전문 소프트웨어나 서비스 분야에서 새로운 사업 기회를 찾을 수 있을 것으로 기대된다.

제품개요
3D 스캐너는 대상 물체의 3차원 형상 정보를 획득하여 디지털화하고 이를 용도에 맞게 분석·가공할 수 있도록 도와주는 장치이다. 우리에게 친숙한 스캐너는 사진이나 각종 문서에 포함된 2차원 정보만 획득해주고, 카메라 역시 대상 물체 표면에 대한 2차원 정보만 제공하는 반면에, 3D 스캐너는 대상 물체의 크기, 형태, 색깔과 더불어 깊이 정보까지 획득해준다. 3D 스캐너는 크게 광원, 광수신부, 통신장치, 디스플레이 등으로 구성된 하드웨어와 데이터를 분석·가공하는 소프트웨어로 구성된다. 광원으로는 레이저, 백색 램프와 더불어 최근에 LED도 사용되는데, 광원으로부터 방출된 빛이 대상 물체 표면에서 반사되어 카메라나 광센서와 같은 광수신부에 도달하면 물체 표면을 이루는 점들에 대한 방대한 양의 점군(point clouds) 데이터가 얻어진다. 점군 데이터를 제품 생산이나 서비스 제공에 활용하기 위해서는 일반적으로 활용 목적에 맞는 전문적인 소프트웨어를 통해 데이터를 가공해야 한다. 아울러 대상 물체에 대한 완벽한 3D 입체 정보를 얻기 위해서는 여러 각도에서 측정되어야 하며, 이들을 하나의 좌표계로 정렬시켜 합치는 작업도 필요하다.

   
 
기존의 제품 생산 공정에는 프로브(probe)를 이용한 접촉식 3차원 측정기인 CMM(Coordinate Measuring Machine)이 주로 활용되었으나 대상 물체에 손상을 줄 수 있고 측정 속도가 느리다는 단점이 있었다. 이에 비해 3D 스캐너는 휴대성과 사용 편리성이 뛰어나고 정밀도도 빠르게 개선되고 있으며 측정 대상 물체에 대한 제한이 적어 활용 분야가 크게 확대되고 있다. 실제로 현재 3D 스캐너는 3D 영상 콘텐츠 제작, 제조업 분야의 역설계와 품질 관리, 문화재 형상복원, 성형수술과 치과 치료, 의류와 신발 등의 패션·디자인 등 다양한 분야에 활용되고 있다.

이처럼 응용분야가 다양할 수 있는 이유는 다양한 원리의 3D 스캐닝 기술이 접목된 다양한 3D 스캐너가 존재하기 때문이다. 3D 스캐너는 CMM과 달리 빛을 이용하는 비접촉식에 한정되며, 스캐너 자체에 광원을 가지고 있는 능동형이 주를 이룬다. 이러한 범주 내에서 물체의 3차원 형상 정보를 얻는 기술은 광간섭(Interferometry), 컴퓨터 단층촬영(Computed Tomography; CT), 광삼각측량(Triangulation), 비행시간측정(Time of Flight; TOF) 방법 등이 있다. 이 중 빛의 간섭을 이용한 복굴절 홀로그래피, 공초점 현미경 및 산업용 컴퓨터 단층촬영의 경우 크기가 작은 물체의 표면과 내부 3D 형상을 측정하는데 효과적이지만, 적용 가능한 대상 물체에 제약이 있고 1회 측정 면적이 작아 바이오 분야 등 특정 분야에 주로 활용되고 있다. 따라서 대부분의 산업용 3D 스캐너에는 비행시간측정법과 광삼각측량법이 적용되고 있다. 비행시간측정법은 3D 스캐너에서 방출된 레이저 빔이 대상 물체 표면에서 반사되어 되돌아오는 시간을 측정하여 3차원 입체 정보를 파악하는 방식이다. 비행시간측정법에서는 레이저 펄스(pulse)를 이용하거나 반사된 빔의 위상(phase) 차이를 측정하는데, 다른 방법에 비해 상대적으로 분해능은 떨어지지만 대형 물체에 대한 원거리 측정이 가능하여 주로 건축물이나 지형지물을 측정하는데 활용된다. 광삼각측량법은 물체 표면의 깊이에 따라 광수신부에 도달하는 위치가 달라지는 원리를 이용하여 물체의 3차원 입체 정보를 획득한다. 광원으로는 레이저나 백색 램프가 이용되는데 측정 속도를 높이기 위해 선, 줄무늬, 격자 형태의 패턴 빔이 주로 이용된다. 빠른 측정 속도로 실시간 스캔도 가능하고 정밀도도 높아, 제조업 분야는 물론이고 패션, 문화재, 의료, 영상 분야 등에 가장 일반적으로 사용된다. 최근에는 광삼각측량법을 이용한 휴대용 스캐너도 출시되고 있어 향후 활용 분야가 더욱 확대될 것으로 전망된다.

   
 
시장동향 및 예측

2013년 3D 스캐너의 세계 시장은 16.5억 달러 규모로 추정되며 12.4%의 연평균 성장률로 성장하여 2018년에 29.6억 달러에 이를 것으로 전망된다. 국내 시장은 세계 시장의 2.5% 수준으로 추정되어 2013년 454억 원 규모에서 2018년 814억 원에 이를 것으로 예상된다. 또한 Yano Research에 따르면 일본의 3D 스캐너 시장은 2012년 77억엔 규모에서 9.4%의 연평균 성장률로 성장하여 2016년에 110억엔 규모에 이를 것으로 전망된다.

   
▲ 자료 : "3D Scanning Market“, MarketsandMarkets 2013을 바탕으로 KISTI 추정. 국내 시장은 세계 시장의 2.5% 수준으로 추정. 환율 1,100원 적용.
시장의 성장을 견인하는 가장 큰 요인은 제품의 품질과 생산성 향상을 위해 제조업 분야에서 3D 스캐너의 활용이 증가하고 있고, 이를 이용한 서비스도 점차 확대되고 있다는 점이다. 특히 제조업 분야에서는 제품 생산의 참고용으로 사용되던 3D 스캐너가 정밀 금형 제작 분야를 중심으로 필수용으로 자리 잡고 있다. 이미 현대자동차, GM, Audi, Toyata 등 자동차 업체와 삼성전자, Sony, Hitachi 등 전자 업체들이 3D 스캐너를 제품 생산에 활용하고 있다. 또한 대기업들의 엄격한 품질관리 요구에 따라 부품을 납품하는 중소기업들도 품질검사와 동시에 생산성 향상을 도모하기 위해 인-라인(in-line) 3D 스캐닝 시스템 도입을 추진하고 있다. 최근에는 현대중공업이 오차 측정 시간을 단축시키기 위해 세계 최초로 해양플랜트 구조물 검사에 3D 스캐너를 도입하는 등 조선해양과 항공우주 분야에도 3D 스캐너가 도입되고 있다. 또한 의료 분야에서 임플란트나 보철물 제작을 위한 치과용 3D 스캐너가 이미 활발히 보급되고 있고, 미국 Axis Three 사의 3D 스캐너를 이용한 성형 기법도 국내 병원에 도입되고 있다. 그 밖에 Acustom Apparel, Victoria’s Secret 등 미국 패션 업체들이 양복, 속옷, 신발 등 맞춤형 의류 제작에 3D 스캐너를 이용하고 있고, 국내 가발 전문 기업 하이모도 맞춤형 제품 제작을 위해 3D 스캐너를 이용하고 있다. 문화재 분야에서는 정부 주도로 주요 문화재에 대한 3D 데이터 디지털화 작업이 활발히 추진되고 있는데, 이를 소실 문화재에 대한 형상 복원과 3D 영상 전시 등에 활용할 계획이다. 이와 같은 활용 분야 확대가 수요 촉진의 주요 요인으로 작용하면서 3D 스캐너 시장 성장을 견인하고 있다.

그와 더불어 3D 프린터 시장의 급격한 성장 역시 3D 스캐너 시장의 중요한 성장 요인으로 작용한다. 2013년 세계경제포럼에서 3D 프린터가 10대 유망기술로 선정되었고 미국 버락 오바마 대통령도 2013년 초 국정연설을 통해 3D 프린팅 기술에 대해 크게 주목하면서, 3D 프린터에 대한 관심이 크게 고조되었다. 이에 따라 3D 프린터를 제조·유통하는 업체도 크게 늘었고 이를 제품 생산 공정에 적용하고자 하는 시도도 빠르게 확산되고 있다.

특히 최근에는 50만 원대 제품이 출시되는 등 개인이나 가정에서도 구매를 고려해 볼만큼 가격이 크게 하락하면서 3D 프린터의 대중화가 가속화되고 있다. IDC에 따르면 2012년 2,800만 달러 규모였던 3D 프린터 시장이 2017년 3.2억 달러 수준까지 성장할 것으로 전망되고, Wohlers report에 따르면 국내 시장도 세계 시장의 1.5% 수준에 불과하지만 지속적인 성장을 보일 것으로 전망된다. 3D 프린팅을 하기 위해서는 3D 도면 파일이 있어야 하는데 이러한 3D 디지털 데이터를 생산할 수 있는 3D 스캐너의 수요도 동반 성장할 것으로 예상된다. Thingverse.com과 같이 3D 도면 파일을 공유할 수 있는 온라인 사이트가 존재하지만, 사람들이 각자의 일상적인 사물을 프린팅하고 싶어 하기 때문에 3D 스캐너의 대중화가 3D 프린터의 대중화에도 중요한 밑거름이 될 수 있다.

정부가 3D융합산업과 콘텐츠산업을 적극적으로 육성하고 있는 것도 국내 시장의 성장에 긍정적인 요소로 작용한다. 정부는 2012년부터 5년간 3,266억원의 예산을 투입하여 ‘초광역 연계 3D 융합산업 육성사업’을 추진하고 있으며, 이를 통해 3D 스캐너를 포함한 3D 융합제품 관련 기술개발과 인력양성, 기술사업화를 지원하고 있다. 3D 콘텐츠 시장 역시 ‘콘텐츠 산업 진흥계획’ 등 정부의 적극적인 관심 속에 지속적으로 성장하고 있어, 3D 콘텐츠를 직접적으로 생산할 수 있는 3D 스캐너에 대한 관심도 점차 커질 것으로 예상된다.

시장경쟁상황
반면 수요에 대한 가격 민감도가 높다는 점은 3D 스캐너 시장의 중요한 걸림돌로 작용한다. 3D 스캐너 하드웨어는 Faro, NextEngine, Konica Minolta, Leica, Riegl, Creaform, Breuchmann, Nikon 등 전통적인 강자들이 세계 시장을 선점하고 있는데, 실제 이들의 고성능 제품 가격은 수억 원대에 달한다. 국내 업체 중에는 솔루션닉스, 포디컬쳐, 이오시스템 등 소수 업체들이 자체 기술력을 축적하면서, 3D 스캐너 하드웨어를 개발하고 있다. 이들은 선도 업체들에 뒤지지 않는 기술력과 상대적으로 저렴한 가격, 보다 원활한 애프터서비스를 무기로 국내 시장을 공략하고 있지만 아직까지 시장 점유율은 높지 않은 편이다.

반면 최근에 3D 프린터 전문 업체들이 3D 스캐너 시장에 참여하면서 저가의 보급형 제품을 앞 다투어 출시하고 있다. 대표적으로 작년 6월 3D 프린터 분야의 최대 강자인 Stratasys사에 인수된 MakerBot사는 3D 프린터를 줄곧 생산해 왔지만 최근 이동형 3D 스캐너를 1,400달러에 출시하였다. 물론 8인치 크기의 물체까지만 측정 가능하지만 일반인도 사용이 편리하여 3D 프린터와 연계된 대중적 활용도가 크게 개선되었다.

또 다른 3D 프린터 강자인 3D Systems사는 2013년 말 휴대용 3D 스캐너를 399달러에 출시하였고, Apple사의 iPad에 쉽게 장착하여 쓸 수 있는 3D 스캐너를 499달러에 선보인 바 있다. iPad에 장착하는 기술은 미국 Occipital사에서 처음 선보였는데 여기에는 최근 Apple사에 인수된 이스라엘의 Primesense사의 센서 기술이 적용되었다. 그 밖에 Matterform사도 CES 2014를 통해 휴대가 간편한 접이식 3D 스캐너를 선보였고 579달러에 출시할 계획이라고 밝힌 바 있다. 이러한 보급형 제품의 등장은 3D 프린터와 연계되어 3D 스캐너에 대한 친밀감을 높이고 소비자들의 경험을 확대하는 중요한 요소가 될 것이다. 3D 스캐닝 소프트웨어 분야에서 세계 최고의 시장 점유율을 자랑하던 국내 기업 (주)아이너스기술이 2012년 3D Systems사와 인수합병된 것도 3D 프린터와 연계된 서비스를 강화하여 3D 스캐닝 기술을 대중화하고자 하는 의지가 중요하게 작용된 결과이다.

시사점
향후 3D 스캐닝과 관련된 새로운 사업 기회는 하드웨어보다는 소프트웨어나 관련 서비스에서 더 쉽게 찾을 수 있을 것으로 판단된다. 하드웨어 관련 기술은 어느 정도 정립되었고 선도 업체들을 중심으로 경쟁이 치열한 편이다. 반면 다양한 분야에 3D 스캐너가 활용됨에 따라 각 적용 분야에 꼭 맞는 전문 소프트웨어나 일반인도 다루기 쉬운 소프트웨어, 그리고 관련 서비스 분야에서는 틈새시장을 공략해 볼 수 있는 여지가 상대적으로 큰 편이다. 스위스 취리히 연방공대나 Microsoft사에서 별도의 스캐너 없이 스마트폰 카메라만으로 3D 스캐닝을 할 수 있는 애플리케이션을 개발하고 있는데, 아직까지는 기술력이 부족하지만 이러한 시도도 3D 스캐너의 대중화와 맞물려 새로운 사업 기회를 창출하는 계기가 될 수 있다. 물론 3D 스캐너의 대중적 확산을 위해서는 앞서 언급한 예와 같이 보다 저렴하고 휴대성과 편리성이 강화된 하드웨어의 개발도 반드시 필요하다. 이러한 개발 전략이 신규 진입자들에게는 새로운 기능이 추가된 고성능의 하드웨어를 개발하는 것에 비해 높은 가능성을 보여 줄 것으로 기대된다.

3D 프린터와 함께 3D 스캐너가 향후 3D 융합산업과 콘텐츠 산업에 적지 않은 영향을 미칠 수 있으므로, 실시간 스캐닝 기술 등 다양한 핵심 기술 확보와 국산화를 위해 정부의 끈기 있는 지원이 필요하다. 한편으로는 3D 스캐너를 이용한 디자인의 불법 복제 가능성에 대해 우려의 목소리가 나오고 있는 만큼, 이에 대한 방지 대책에 대해 사회적 고민도 함께 이루어질 필요가 있다. 
 

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