3D 프린팅과 특허, 저작권, 디자인권 (1)

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3D 프린팅과 특허, 저작권, 디자인권 (1)

1. 3D 프린팅의 개념과 원리

2D 프린터가 활자나 그림을 인쇄하듯이 입력한 도면을 바탕으로 3차원의 입체 물품을 만들어내는 기계를 3D 프린터라 합니다.

2D 프린터의 경우, 프린터에서 디지털화된 파일이 전송되면 잉크나 레이저를 종이 표면에 분사하여 2D 이미지(활자나 그림)를 인쇄합니다. 이 때 2D 프린터는 앞뒤(x축)와 좌우(y축)으로만 운동하지만, 3D 프린터는 여기에 상하(z축) 운동을 더하여 입력한 3D 도면을 바탕으로 입체 물품을 만들어내는 것입니다.

입체물품을 만들기 위하여는 CAD(Computer-Aided Design)와 같은 프로그램으로 설계한 물체의 형상을 금속, 플라스틱, 파우더 및 고무와 같은 소재를 적층(Layer-by-layer)하여 3차원의 입체물을 형상화하여야 하는데, 이 기술이 바로 3D 프린팅 기술입니다.

PICD2A3< 출처: 연합뉴스 >

2. 3D 프린팅 공정 및 내용

3D 프린팅은 일반적으로 모델링(Modeling)-프린팅(Printing)-피니싱(Finishing) 으로 3단계의 과정을 거치며 단계별 자세한 내용은 아래와 같습니다.

과정 내용
모델링 CAD(STL 파일)와 같은 디자인 설계 소프트웨어, 3D 스캐너 등을 이용해 물체의 모양을 3차원 디지털 도면으로 제작
프린팅 STL 파일을 3D 프린터에서 불러들이면, 3D 모델을 가로 방향으로 무수히 많은 얇은 막으로 쪼개어 데이터를 분석하고, 재로를 세팅한 후 조형을 시작
후처리(피니싱) 조형이 완성되면 완성물의 주변에 붙어있는 찌거기나 부산물 제거. 표면청소, 코팅, 페인팅 과정을 거쳐 최종 상품화를 위한 마무리 공정

< 자료: 국가과학기술심의회, 3D 프린팅 산업 발전전략(안) >

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3. 3D 프린팅의 역사 및 기술

 

(1) 3D 프린팅의 역사

연도 내용
1984년 3D 프린터의 발명
– 미국 텍사스대학교의 학생인 칼 데커드는 레이저 또는 전자빔으로 가루 입자를 녹여 기계의 부품을 만드는 아이디어를 구체화시켜 SLS(Selective Laser Sintering) 방식을 개발.
– Charles Hull은 SLA 방식(입체인쇄술, Stereolithography) 방식의 기술 특허를 받음
1986년 최초의 3D 프린터 생산
– Charles Hull은 3D Systems를 설립하고, 광경화성 수지에 UV레이저를 쏘아 형태를 만드는 SLA방식의 프린터를 생산하기 시작
1988년 FDM 방식 개발
– Scott Crump는 필라멘트를 녹여 만드는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식을 개발하고, 1989년 Stratasys를 설립
2006년 3D 바이오 프린팅 시대의 도래
– 미국의 생명공학회사 올가노보는 바이오 잉크를 적층하여 인공혈관 및 장기를 만드는 3D 프린팅 기술개발에 성공
– 2012년에는 3D 프린터로 제작한 인공 턱을 최초로 인간에게 이식
2013년 미래를 이끌 신기술로 주목
– 미국의 오바마 대통령이 국정연설에서 “3D 프린팅 기술은 모든 제품 생산 방식을 바꿀 수 있는 잠재력을 가진 기술” 이라고 언급
– 2013 세계 경제포럼에서 신기술 관련 글로벌 아젠다위원회가 “미래를 바꿀 10대 신기술” 로 3D 프린터에 주목
2014년 SLS 특허 만료와 지각변동
– 1989년 출원된 SLS 방식의 특허가 2014년 2월에 만료되어 새로운 지각변동이 예상됨

< 자료: 특허청, 2014 해외 특허분쟁대 대응전략 로드맵, 2015. 2. >

 

(2) 3D 프린팅의 기술 방식을 결정하는 기초 – 적층방식과 재료

3D 프린팅은 ① 적층방식과 ② 재료에 따라 다양한 기술유형이 존재하며, 특징에 따라 아래와 같이 구분할 수 있다. 현재는 정밀성과 효율성이 높은 SLS, FDM 방식이 시장의 주류를 이루고 있습니다.

 

① 3D 프린팅 기술에서의 적층방식

적층방식 정의
압출 (Extrusion) 고온으로 가열한 재료를 다이스에 부착한 용기에 넣어 강한 압력을 가해서 구멍으로부터 압출하여 성형하는 방식
분사 (Jetting) 고압의 액체 원료를 분출시키는 방식
광경화
(Light Polymerised)
빛의 조사에 의해 광경화성 플라스틱에서 일어나는 중합반응을 이용하여 재료를 고형화하는 방식
파우더소결
(Granular Sintering)
분체를 융점이하 또는 부분적인 용융이 일어날 정도로 가열하여 고형화하는 방식
인발 (Wire) 끝이 좁은 다이스를 통해 생성된 실 형태의 폴리머 재료를 이용해서 이를 조형물 적층에 활용
시트접합
(SheetLamination)
얇은 필름 모양의 재료를 접착제를 사용하거나 열접착 방법으로 접착시키는 방식

< 자료: 한국콘텐츠진흥원, 글로벌 3D 프린터 산업, 기술동향 분석, 2013. 9. >

 

② 3D 프린팅 기술에 활용되는 재료의 종류

재료 종류
폴리머 PLA, ABS, HDPE, 폴리스티렌, 나일론, Resin
금속 거의 모든 금속(티타늄, 알루미늄, 코발트, 스테인리스 스틸 등)
종이(Film) 종이, 필름형태의 플라스틱
기타 목재, 식재료, 아크릴, 석회가루, 왁스(밀랍)

 

③ 3D 프린팅의 기술방식

– FDM (Fused Deposition Modeling)
– MJM (Multi Jetting Modeling)
– Polyjet
– 3DP (3 Dimensional Printing)
– SLA (Stereo Lithography Apparatus)
– DLP (Digital Light Processing)
– SLS (Selective Laser Sintering)
– SHS (Selective Heat Sintering)
– SLM (Selective Laser Melting)
– DMLS (Direct Metal Laser Sintering)
– EBM (Electron Beam Melting)
– DMD (Direct Metal Deposition)
– EBF (Electron Beam Freeform Fabrication)
– LOM (Laminated Object Manufacturing)

** 3D 프린팅 기술별 주요 특징과 장단점, 적층방식과 재료에 따른 기술구분 등에 대해서는 추후 별도로 상세히 다루도록 하겠습니다.

 

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4. 3D 프린팅 경쟁력 향상을 위한 필연적 법률대응 – 특허, 저작권, 디자인권

 

(1) 3D 프린팅 기술의 혁신적 활용 증가

재료를 적층하여 3차원의 입체 구조물을 만들어내는 3D 프린팅 기술은 1980년대에 이미 개발된 기술이지만 핵심기술 특허의 연이은 만료(2006년 SLA에 이어 2009년 FDM의 특허가 만료, 2014년 SLS 기술의 핵심특허 만료)와 더불어 ICT, SW, 오픈소스 공유기술 등 관련 기술의 획기적 발전이 이루어짐에 따라 산업용, 가정에 보급되는 개인용까지 확산되어 시제품 제작 및 자신만의 개성을 반영한 제품을 생산하는 등 활용도가 혁신적으로 높아지고 있습니다.

 

(2) 3D 프린팅의 미미한 국내 시장규모

3D 프린팅 기술에 대한 관심은 2013년 미국 오바마 대통령의 국정연설로 폭발적으로 늘어나 세계 유수의 기관 등을 통해 발표된 자료에서는 아래와 같이 3D 프린팅 기술이 미래유망기술, 혁신기술 등으로 언급되어 그 중요성이 날로 높아지고 있습니다.

기관 내용
가트너(Gartner) ‘07년 미래유망기술로 3D 프린터 선정
MIT 공대 ‘13년 10대 유망기술 중 하나로 3D 프린터 선정
세계경제포럼(WEF) ’13년 10대 유망기술 중 하나로 3D 프린팅 기술 선정
이코노미스트
(Economist)
’12년 제3차 산업혁명을 가져올 기술 중 하나로 선정
씨티은행(Citi Bank) ’13년 세상을 변화시키는 10대 기술 선정
삼성경제연구소(Seri) 미래산업을 변화시킬 7대 파괴적 기술 선정
타임지(Times) 2012년 최고의 발명품 26종에 3D 프린터 포함
씨넷(CNET) 이머징 기술 분야 ‘Best of CES’ 의 하나로 3D systems의 CubeX 3D 프린터 선정
세계미래학회 2013∼2025 미래예측 → 3D 프린터가 생산혁명 유발할 것

< 자료: 특허청, 해외특허분쟁 대응전략 로드맵, 2015. 2. >

그럼에도 여전히 국내 3D 프린터 시장규모는 미미한 수준으로 2012년 국내 3D 프린팅 시장 규모는 약 300억원 규모로 추정되었습니다. 최근들어 핵심원천 특허의 만료와 함께 해당 특허기술의 실시를 통해 국내 중소기업들도 산업용 및 개인용 제품을 출시하고 있으나 국내는 후발주자로서 기술경쟁력이 부족한 상황입니다.

 

(3) 3D 프린팅 관련 특허전쟁의 필연성과 충분한 법률적 사전 대비 요망

Stratasys와 3D systems 등 3D 프린팅 관련 선도기업들의 핵심원천특허가 만료 또는 만료예정인 소식에 따라 산업계에서 적극적인 개발의지를 나타내고 있지만 원천특허들은 개량특허, 주변특허와 같이 다양한 응용특허가 존재해 해당특허의 상세한 분석 없이 기술을 개발하는 것은 향후 특허전쟁으로 이어질 수 밖에 없습니다. 즉, 3D 프린팅 기술개발 기업은 이러한 점을 염두에 두고 사전에 충분한 법률적 관점에서의 대비가 필요합니다.

3D 프린팅 기술은 다른 산업과 다르게 제조, 생산대행, 제작지원 등이 복합적인 구성을 이루기 때문에 모델링(설계)부터 피니시(후처리)까지 관련 요소 중 어느 하나라도 특허침해 문제를 해결하지 못하면 생산, 유통, 판매, 전시, 광고 등 제품 출시와 관련된 일체의 행위를 할 수 없기 때문에 법률적 특허분쟁은 필연이며, 특허전쟁에 따른 위험도도 매우 크다고 할 수 있습니다.

그러나 최근 3D 프린팅 시장에 뛰어들고 있는 국내 기업들은 대체로 규모가 작은 중소기업들이 많아 관련 특허에 대한 대비나 인식이 부족한 경우가 많습니다. 그러므로 관련 기술에 대한 소송, 분쟁을 사전에 예방하고, 소송이 발생했을시 적절한 대응전략을 마련할 수 있도록 3D 프린팅과 관련된 특허, 저작권, 디자인권 등에 관한 법률검토가 필수적으로 요청된다고 하겠습니다.

참고자료
– 특허청, 2014 해외 특허분쟁 대응전략 로드맵 사업, 2015. 2.