3D 프린팅 특허 괴물들 몰려오는가

글로벌 기업들 특허 확보에 혈안

3D프린팅 원천기술에 대한 특허 장벽 형성됐으나 2014년 약 130여개 특허 만료, 2016년 50개 특허가 추가로 만료될 예정이다. 하지만 원천 특허 관련 기술에 대한 체계적인 파악 없이 핵심 특허가 만료됐다는 사실만으로 시장에 뛰어드는 것은 위험하다. 어떤 이유로 위험한지 3D프린팅 특허 분야에서는 또 어떤 ‘총성 없는 전쟁’이 벌어지고 있는지 광개토연구소의 김철영 소장이 설명한다. 이 글은 2015 전자 ICT 산업 국제특허분쟁 세미나에서 발표한 김소장의 발표 내용을 정리한 내용이다. <정리 : 신윤오 기자>

3D 프린팅 어떻게 시작되었는가

3D 프린터는 1980년대에 개발된 기술로 제조업을 비롯한 다양한 산업 분야에서 관심이 집중되고 있다. 미국의 오바마 정부는 제조업 부활을 위해 3D프린팅 기술 개발 및 인프라에 집중 투자할 계획이며 우리나라 산업부와 미래부도 공동으로 ‘3D 프린팅 산업발전 전략’ 국가과학기술 심의회를 의결했다. 핵심 특허 권리 기간이 만료돼 HP, 애플 등 대기업들이 시장진입을 시도하고 있다.

2013년 맥킨지는 와해적 혁신을 유발할 기술로 3D프린팅 분야를 꼽았다. 3D 프린팅 기술은 설계 데이터에 따라 액체/파우더 형태의 폴리머, 금속 재료를 가공하고 적층방식(LAYER-BY LAYER)으로 쌓아 올려 입체물을 제조할 수 있다. 방식에 따라 광경화 조형 방식, 선택적 레이저 소결방식, 수지 압출방식이 있다.

1984년 미국 텍사스대학교 학생 아이디어

1984년 3D 프린터는 미국 텍사스대학교의 학생인 칼 데커드는 레이저 또는 전자빔으로 가루 입자를 녹여 기계의 부품을 만드는 아이디어를 조셉 비먼 교수의 도움으로 구체화시켜 SLS(Selective Laser Sintering) 방식을 개발했다. 찰스 휼(Charles Hull)은 SLA(Streolithography) 방식 기술의 특허를 받았다.

찰스 휼은 3D시스템즈를 설립하고 광경화성 수지에 UV 레이저를 쏘아 형태를 만드는 SLA 방식의 프린터를 생산하기 시작했다.

스캇 크럼프는 필라멘트를 녹여 만드는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식을 개발하고 1989년 스트라시스(Stratasys)를 설립했다. 2006년 3D 바이오 프린팅 시대가 도래했다.

미국의 생명공학회사 올가노보는 바이오 잉크를 적층해 인공 혈관 및 장기를 만드는 3D 프린팅 기술을 개발 성공했다. 2012년에는 3D 프린터로 제작한 인공턱을 최초로 인간에게 이식했다.

영국 바스대학교 기계공학과의 아드리안 보이어 교수는 자가복제가 가능한 3D 프린터인 랩랩(RapRap) 프로젝트를 시작했다. 2008년 랩랩의 최초 버전이 배포되면서 3D 프린팅의 대중화에 크게 기여했다.

2013년 미국의 오바마 대통령이 국정 연설에서 “3D 프린팅 기술은 모든 제품 생산 방식을 바꿀 수 있는 잠재력을 가진 기술”이라고 언급했다. 세계경제포럼에서 신기술 관련 글로벌 아젠다 위회회가 미래를 바꿀 10대 신기술로 3D 프린터에 주목했다.

1089년 출원된 SLS 방식의 특허가 2014년 2월에 만료된다. FDM 방식의 특허권 만료 이후 저가형 3D 프린터의 보급이 가속화된 것처럼 새로운 지각변동이 예상된다.

테크트리 기반 분쟁 분석의 필요성

원천기술에 대한 특허 장벽 형성됐으나 2014년 약 130여개 특허 만료, 2016년 50개 특허가 추가로 만료될 예정이다. 하지만 원천 특허 관련 기술에 대한 체계적인 파악 없이 핵심 특허가 만료됐다는 사실만으로 시장에 뛰어드는 것은 위험하다.

특허 리스크의 위험은 여전히 존재한다. 만료를 예상한 주변 특허 및 응용 특허를 확보하고 있으며 M&A를 통한 기술 및 시장 점유율을 확대하고 있다. 3D 시스템즈(3D SYSTEMS)는 2011년 이후 25건 M&A를 통해 시장점유율을 확대하고 있으며 스트라시스는 오브젯 지오메트리스(OBJET GEOMETRIES)인수로 폴리젯(PolyJet) 적층 방식 원천기술을 확보했다.

국내 기술 및 산업동향

캐리마는 대한민국 최초로 3D 프린터인 마스터(MASTER)를 개발했다. 2014년 일본 미쓰이 화학과 인체에 상용할 수 있는 3D 프린터용 신소재 개발 공동 협약을 맺었다. 액체 재료를 사용한 광경화 조형방식(DLP)을 택하고 있다.

인스텍은 국내 최초 3D 금속 프린터를 개발했다. 2014년 일본에 초정밀 3D금속 프린터 MX-4를 공급했다. 분말 파우더를 사용한 레이저소결방식(SLS)을 사용한다. DMT 원천기술을 보유했다.

로킷은 2014년 세계 최초의 멀티형 3D 프린터 뉴에디슨 시리즈를 발표했으며 2014년 3D프린터 전용 와이파이 수진 장치를 출시했다. 고체 방식의 수지압축방식은 가정용 소형화 제품에 유리하다.

소수 선두업체들이 70% 이상 과점

스트라타시스

2012년 12월 유로몰드(Euromold) 국제 금형 박람회에서 대형 3D 프린터인 오브젯1000(Objet1000)을 공개했다. 오브젯1000은 사용이 편리한 초대형 빌드 플랫폼과 고정밀 3D 프린팅 기술은 물론, 업계에서 유일하게 서로 다른 재료를 한번에 분사할 수 있는 복합재료인 코넥스(Connex) 3D 프린팅 기술을 모두 탑재했다.

2013년 5월에는 소규모 교정치과 및 기공소를 위한 덴탈 전용 데스크톱 3D 프린터인 ‘오브젯30 오르토데스크(Objet30 OrthoDesk)’를 출시했다. 오브젯30 오르토데스크는 규모에 상관없이 모든 기공소 및 치과에서 디지털 치과교정 기술을 구현할 수 있도록 특별히 설계했다.

2014년 9월 트리플 젯(Triple-jetting) 기술을 탑재한 복합재료 3D 프린터인 ‘오브젯500 코넥스1(Objet500 Connex1)’과 ‘오브젯500 코넥스2’를 출시했다. 트리플 젯 기술은 한 번에 최대 세 가지의 서로 다른 재료를 조합해 제품 제작이 가능할 뿐만 아니라 여러 재료를 혼합해 디지털 ABS와 같은 새로운 디지털 재료를 만들어 낼 수 있도록 설계했다. 적용 사례를 보면 아웃도어 스포츠 활동을 기록하고 영상을 촬영하는 세계 최초의 자동비행 드론 에어도그(Airdog)는 스트라타시스 FDM 기술을 사용해 전체를 3D 프린팅으로 제작했다.

또 전체가 3D 프린팅으로 제작된 자동비행 추적 장치인 에어리시(AirLeash)도 스트라타시스 복합재료 3D 프린팅 기술로 경질 및 고무 재질의 재료를 결합해 한번의 프린팅 작업으로 제작됐다. 손목에 착용하는 추적 장치인 에어리시의 사용자는 사전에 거리, 속도 및 높이를 설정해 에어도그가 자신을 따라오며 실시간 고공 영상을 촬영하게 할 수 있다.

3D 시스템즈

2012년 1월 CES 2012에서 개인용 3D 프린터 시스템 ‘쿠비피(Cubifi)’를 선보였다. 3D 시스템즈에서 운영하는 웹사이트에서 디지털 파일을 판매하고 있어 필요한 파일을 구입해 무선으로 쿠비피를 통해 출력 가능하다. 2012년 10월 한국의 3차원 스캐닝 소프트웨어 업체인 아이너스 기술을 인수합병해 아이너스기술의 기술인 ‘래피드폼 소프트웨어(Rapidform SW)’를 통해 고객에게 3차원 콘텐트로부터 3차원 프린팅까지 제공할 수 있게 됐다.

특허 보유 현황

미국이 가장 많은 특허를 보유하고 있고 다음으로 독일, 이스라엘, 한국, 프랑스 순이다. 미국은 광경화 조형방식, 독일은 레이저 소결방식, 이스라엘은 폴리젯 방식, 한국은 응용기술, 프랑스는 레이저 소결 방식 비중이 높다.

소송 특허수가 가장 많은 기업은 3D 시스템즈로 13개의 소송 특허를 보유하고 있다. 소송 특허는 경쟁 업체인 스트라타시스, 오브젯, 폼랩(FORMLAB)과 소송을 제기할 때 주로 사용한다(SLA 특허).

스트라타시스가 보유한 소송 특허 4개는 모두 2013년 마이크로보드 테크놀로지(Microboards Technology)와 소송에 사용했다(FDM 특허).

EOS는 MCP와 페닉스 시스템즈(Phenix systems)와 소송에 사용했다(SLS 특허).

다거래(양도/양수) 관련 핵심 특허 분석

M&A 및 특허 매입으로 3D 프린팅기술 확장했다. 3D 시스템즈가 주도해 총 155건의 특허를 매입했다.

금속 3D 프린터 업체 2013년 페닉스 시스템즈, 3차원 컴퓨터 모델링 역설계 및 품질 검사 솔루션인 지오매직(Geomagic)을 합병했다.

의족 보조기기 비스포크(Bespoke)를 인수했다. 시버룩 리서치(Siverrook research) 40건과 Z 코프레이션(Z CORPRATION) 22건, 헌츠만 인터네셔널(Huntsman international) 8건 등 다양한 권리자로부터 특허를 매입했다.

3D 시스템즈는 주력분야 FDA외에 매입관련 분야까지 사업을 확장할 가능성이 높다. 소재와 서비스 사업부문 모두 갖출 가능성이 매우 높다.

스트라시스는 이스라엘 기업인 오브젯 지오메트리스를 인수, FDM 및 폴리젯 원천 기술을 확보했다.

3D 마이크로프린트(3D Microprint)는 독일회사 EOS와 3D 마이크로맥(3D Micromac)의 조인트 벤처회사로 SLS 분야의 기술 노하우를 공유하고 초정밀 레이저 소결 기술을 개발했다. 그외 독일 기업인 복셀젯(Voxeljet)은 27건의 SLA 관련 기술 특허를 매입했다. EOS, 엔비전텍(Envisiontec), 오브젯 지오메트리스 등도 양도 이력이 존재한다.

글로벌 기업의 적극적인 특허 포트폴리오 확보가 향후 3D프린팅 산업 분야의 특허 분쟁에 어떤 영향을 끼칠지 주목할 필요가 있다. 아직은 3D 특허 분쟁을 하지 않고 있지만 특허 확보고 활발히 진행되고 있다.

피인용 관련 핵심 특허 분석

피인용 수를 가장 많이 보유한 기업은 3D 시스템즈다. 스트라타시스, 오브젯 지오메트리스, EOS 등 글로벌 3D 프린팅 기업의 피인용이 높게 나타나 보유한 특허 포트폴리오가 상대적으로 뛰어남을 보여준다.

휴렛패커드(Hewlett Packard), 포드 글로벌 테크놀로지스(Ford Global Technologies)를 비롯해 롤스 로이스(Rolls Royce), 제너럴 일렉트릭(General Electric) 등 타 산업에서 제품 생산에 주력하고 있는 기업들도 광경화 조형 방식 분야의 피인용 특허를 보유하고 있다.

100건 이상의 피인용 수를 기록한 특허 4건의 현재 권리자는 3D 시스템즈와 오브젯 지오메트리즈, 스트라타시스다. 이 특허들은 해당 기업에서 주력하고 있는 조형 방식 분야에 속하는 특허들이다. 자사 피인용 수도 20회 이상으로 높게 나타나고 있어 매우 중요한 핵심특허라고 판단할 수 있다.

오브젯의 등록번호 6259962, ‘세 가지 모델 프린팅을 위한 장치 및 방법(Apparatus and method for three dimensional model pinting)’은 폴리젯 적층 방식을 활용한 시스템과 방법에 관한 특허로 168회 피인용을 기록했다. 소송이력이 없으며 향후 소송에 활용될 가능성이 있다.

셀프 피인용 비율이 높은 특허는 해당 권리자가 향후 관련 분야에 연구개발 등 회사의 역량을 집중할 가능성이 높다. 해당 특허의 후속 특허들을 활용해 타사를 제소할 때 활용할 가능성도 높다.

소송관련 특허 현황 분석

2013년도에 소송의 수가 급증했다. 소송에 사용된 특허는 모두 22개이며, 이는 전체 특허 중 2.5% 정도로 미미한 수준이다. 조형 방식과 관련 소송이 95% 이상이다. 응용기술에 대한 소송은 2005년 단 1건이다. 최근에는 3D 시스템즈의 광경화 조형방식과 스트라타시스의 수지 압출방식에서 소송이 많이 일어난다. 22개의 소송 특허 중 3D 시스템즈가 보유한 특허는 무려 13개로 가장 많을 뿐만 아니라 M&A 및 특허 매입 등으로 인한 특허 포트폴리오 강화로 3D 프린팅 산업 전반에 걸쳐 특허 분쟁을 주도할 가능성이 높다.

3D 프린트 산업 전체 기술군에서 발생할 소송은 총 9건이다. 가장 최근에 발생한 소송은 2013년 11월에 3D 시스템즈가 폼랩을 상대로 제기한 소송이다. 이 소송에 총 5개의 광경화 조형 방식 특허가 소송특허로 사용됐다.

폼랩은 MIT 미디어 랩에서 출발한 회사로, 저비용 개인용 3D 프린터를 출시해 사업화 중인 기업이다. 3D 시스템즈가 광경화 조형 방식 기술 분야에서 차지하고 있는 압도적인 특허 보유량과 주요 핵심특허를 바탕으로 타사의 시장 진입 또는 점유율 확대를 경계하기 위한 수단으로서의 소송 활용을 전략적으로 펼쳐나가고 있다.

3D 시스템즈는 최근엔 소송 제기 시 사용하는 소송 특허가 많아지고 있는데, 이는 과거에 제기했던 소송보다 좀 더 전략적이고 공격적인 소송임을 의미한다.

3D프린팅 기술, 10년 이끌 전략 마련한다
정부, 산학연관 협력으로 로드맵 수립

산업통상자원부(장관 윤상직)와 미래창조과학부(장관 최문기)는 지난해 7월 3D 프린팅 산·학·연·관 전문가 50여 명이 참여한 가운데, 3D 프린팅 전략기술 로드맵 수립·출범식을 개최했으며 11월에는 3D 프린팅 기술 로드맵(이하 로드맵)’에 대한 공청회를 열었다.

전략기술 로드맵은 지난 제5회 국가과학기술심의회(2014. 4. 23)에서 의결된 3D프린팅 산업 발전전략(관계부처 합동)의 후속조치로 2014년 10월까지 로드맵 최종(안)을 마련하고, 정부의 R&D사업 기획 및 부처 간 역할분담 등에 활용했다.

현재 3D프린팅 산업은 핵심 원천기술을 보유한 글로벌 선도 기업이 전체시장을 주도 중인 상황이다. 국내는 일부 기업이 독자기술을 보유 중임에도 불구하고 여전히 글로벌 선도기업 대비 기술경쟁력이 취약한 상황이며 관련 연구개발도 대학, 연구소 등에서 산발적으로 이뤄지고 있다.

정부는 국내 3D 프린팅 산업 발전의 토대를 이룰 기술 역량 확보를 위해 종합적 관점으로 기초·원천연구에서 사업화까지 전주기를 포괄한 전략기술 로드맵을 수립하고 있다.

이를 위해 대상기술 선정, 로드맵 수립 방향 등 주요 사항을 결정하는 총괄위원회를 두고 장비, 소재, 소프트웨어, 응용 4개 분과를 구성했다. 각 분과별 위원은 전문가 추천을 통해 3D프린팅 기술 노하우를 축적하고 있는 대학 연구원 및 자동차, 의료, 전자 등 핵심 활용 수요기업을 포괄하여 선정했다. 로드맵 수립 방향은 3D프린팅 기술수요, 환경변화 전망 등을 조사·분석하여 향후 10년간의 단계별 기술 확보 전략을 제시할 계획이다.

10대 핵심 활용분야 선정

수립된 로드맵은 ‘선(先) 기술개발 후(後) 사업화’라는 기존 공급자 중심의 기술개발 한계를 탈피하고자 시장 선점과 수요 창출이 유망한 ‘입체(3D)프린팅 10대 핵심 활용분야’를 먼저 도출하고, 이를 육성하기 위한 15대 전략기술을 제시했다.

10대 핵심 활용분야는 전문가 평가, 국제적인 시장전망, 국내 산업구조 분석 등을 통해 의료, 금형, 문화/국방, 전기 전자, 자동차/항공/조선, 에너지 등 8개 제품군 및 디자인, 유통 등 2개 서비스 군을 도출했고, 입체(3D)프린팅 후발주자인 우리나라가 앞으로 10년간 집중 투자해야 할 분야를 제시하는데 의의가 있다.