3D 프린터

 

3D 프린터?

글자 그대로 3D 도면을 가지고 3차원의 물체를 만들어내는 기계를 뜻한다. 초창기에는 대부분 플라스틱을 사용하여 단순한 시제품을 제작하였지만, 고무, 콘크리트, 식품, 금속까지 다양한 재료로 다양한 분야로 진출하고 있다. 우리가 잘 알고 있는 프린터는 종이에 잉크를 뿌려 사진이나 문서를 출력한다. 즉 2D이다.

4차산업혁명이 시작되며 화두로 떠오르는 것 중 하나가 3D 프린터다. 1981년 일본 나고야시 공업 연구소가 시초로 이론화하였고 1986년 미국의 척 헐(chuck hull)이 특허를 얻어 3D systems 사에서 처음으로 제품화하였다. 이미 실제 현장에 도입된지는 오래된 기술이다. 하지만 제작 과정의 긴 시간과 비싼 비용으로 대중에게 알려지기 시작한 건 생산 비용이 저렴해지고 제작 시간이 짧아진 FDM방식이 상용화된 6~7년 전부터이다.

“3D 프린터는 우리가 만들 수 있는
모든 것의 제조방법을 혁명적으로 바꿀
잠재력을 가졌다.
-버락 오바마 미국 제45대 대통령”

오바마 대통령의 말이 참 재미있다. 만들 수 있는 모든 것이 가능하다고 한다. 도면과 재료만 있다면 무엇이든 만들 수 있다.
기존 목재나 금속을 깎아 만들어 내는 기술이 있었지만 3D 프린터는 더욱 정교하다. 3D 프린터가 가져다 줄 가까운 미래에는 더이상 쇼핑몰에서 물건을 구매하고 기다리지 않아도 될 것이다.
구매 버튼을 누르면 3D 프린터가 만들어 줄 것이다. 모든 물건이 복제와 제조가 가능한 미래가 머지 않았다. 3D 프린터가 무엇인지 어떻게 세상을 바꾸고 있는지 알아보자.

 

3D 프린터의 종류

절삭형
커다란 원재료 덩어리를 칼날을 이용해서 조각하는 방식으로 완성품의 품질은 높지만 별도의 채색이 필요하며 원리상 재료 소비를 많이 소비한다. 하지만 프린터라고 부르기보다 CNC (컴퓨터 수치제어 공작기계)의 범주에 포함된다. 이미 산업현장에 널리 쓰이고 있다.

적층형
가루나 액체 형태의 재료를 굳혀가며 한 층씩 쌓는 방식이다. 복잡한 모양을 만들 수도 있고 제작과 채색을 동시에 진행할 수 도 있다. 실제 3D 프린터라는 단어에 더 많이 쓰인다.
원료를 녹여 노즐로 분사하는 FDM 방식, 액상화된 재료를 노즐로 분사하는 Polyjet 방식(재료 혼합이 가능), 액상의 통에 프로젝터로 빛을 쏘아 경화시켜 만드는 DLP 방식(정교한 작업이 가능), 액상의 수조에 레이저를 쏘아 대형크기(1.5m 크기)의 제작이 가능한 SLA 방식 등 여러 방식들이 개발되었다.

 

3D 프린터의 장점과 단점

장점
정말 다양한 모양의 프린터가 가능하다. 예전엔 구현이 불가능하거나 매우 어려웠던 모양들이 프린터를 통해 구현이 가능해졌다. 다양한 재료로 만들 수 있다는 것도 큰 장점이다. 금속부터 시멘트, 플라스틱 등 다양한 재료로 제품을 만들 수 있다. 또한 재료의 낭비 또한 없고 불량률이 적은 것도 장점이라 할 수 있다.

단점
아직은 기술이 사람들이 생각하는 만큼 발달해 있지 않다. 제품 1개를 제작하는데 하루 이상의 시간이 걸리기도 하며 프린터 자체만으로도 몇억 대를 오가는 고가 장비이다. 아직 다양한 소재를 한 번에 사용할 수 없기에 아직은 일반인들이 편한하게 사용할 정도의 상용화까지는 많은 세월이 필요하다.
사회적인 단점도 있다. 이미 3D프린터로 총기를 제작하여 시연한 사례가 있다. 더이상 총기는 불법으로 소지하지 않아도 도면만으로 만들어 낼 수 있다. 총기가 없는 나라에서도 총기를 만들 수 있게 된 것이다. 총알까지 인쇄가 가능하다 하니 놀라운일이 아닐 수 없다.
실제 일본에서는 3D 프린터로 총기를 만든 20대에게 2년의 실형이 선고 되기도했다. 총기 식별번호가 없는 총이 만들어진다는 점만 해도 정부는 머리가 아파질 만하다. 그 외 여러 창작물에 대한 복제가 쉬워 저작권 보호에 대한 우려도 나오고 있다.

현재 어떻게 활용되나?

두개골 출력(바이오 프린팅)
두개골이 두꺼워져 시력과 운동능력까지 상실하는 희귀병을 앓는 소녀에게 두개골을 프린트하여 환자에게 딱 맞는 두개골을 이식하였다.

의수
남수단에 살고있는 16살 소년 다니엘 오마르(Daniel Omar)는 2년전 양팔을 잃었다. 이 아이만의 일이 아니다. 2011년 독립한 남수단은 40년에 걸친 내전으로 많은 아이들이 팔을 잃었다. 이런 소식을 접한 낫 임파서블의 창업자 믹 에블링은 ‘Daniel Project’라는 의수 (인공 팔) 만들어 주기 운동을 시작한다. 3D 프린터를 이용해 의수하나를 제작하는 데 드는 비용은 100달러(약 10만원) 다니엘은 팔을 잃은지 2년만에 자신의 손으로 직접 식사를 할 수 있었다.
의수 분야에선 여러 제작자들이 의수를 만드는데 필요한 파일을 오픈소스로 공개했다. 덕분에 8만불에 육박했던 의수의 가격은100~300불에 제작이 가능해졌고 전 세계적으로 다양한 종류의 오픈소스와 의수 제작단체가 등장했다. 한국도 여러 재능기부 단체들이 이런 흐름에 동참하고 있다. 3D 프린터의 기술과 사람들의 따뜻한 마음이 모여 전 세계 손을 잃은 많은 아이들에게 최고의 선물을 선사했다. 한국에서도 티타늄으로 찍어낸 두개골을 함몰된 60대 여성 환자에게 이식시키는데 성공하였다.

이식용 피부 프린터
토론토대학은 MaRS 이노베이션(MaRS Innovations)과 협력해 모낭과 땀샘을 가진 이식 피부를 프린트할 수 있는 3D 프린터를 만들어 냈다. 이 프린트는 환자의 성숙된 세포와 기타 생체물질을 초소형 기기에 주입시켜 몇 개의 채널을 통해 사출한다.

 

뼈 조직을 대체
3D 프린터는 개개인의 신체에 맞는 뼈 조직을 프린트 할 수 있다. 워낙 정교한 인쇄가 가능하므로 다른 도구로 제작하는 것보다 월등한 효율을 가진다.

사람의 장기
인공적으로 만들어진 사람의 세포로 사람의 장기를 만들어 낼 수 있다. 곧 장기기증이 아닌 본인의 세포를 가지고 배양된 재료로 자신에게 필요한 장기를 프린트해 이식할 수 있을 듯 하다.

주택
중국에서 3D프린터를 이용해 하루 만에 10채의 집을 지어냈다. 초기에는 모양이 썩 아름답지 않았지만 현재는 유럽풍의 저택까지 지어낸다. 6층 빌라를 짓는 가격이 1억 7천만원이라고 하니 현재 인건비가 많이 들어가는 건축방식에 비하면 상당한 비용절감이 가능해졌다.
러시아에서도 하루 만에 집을 지어내는 영상이 올라왔는데 심지어 고급 주택을 한 채 짓는데 필요한 비용은 1만불 즉 천만원대 불과하다.

아디다스의 운동화
아디다스는 프린터를 3D 프린터로 제작하여 판매에 들어갔다. 아직은 시제품이지만 아디다스는 2018년 말까지 3D 프린팅을 통해 10만 켤레를 생산할 계획을 가지고 있다.
매장에 들어가 런닝머신에서 가볍게 뛰고 분석된 자료로 개개인의 발에 맞춘 쿠셔닝을 가진 운동화를 3D 프린터가 출력해 준다.

우주선 부품
나사는 곧 3D 프린터를 우주에 쏘아 올릴 예정이다. 우주에 설치될 3D 프린터가 우주에서 필요한 도구나 부품들을 프린트하여 사용하게 된다. 이미 우주에서 프린트하는 실험을 마쳤다.
사용 후 필요가 없어지면 다시 재생하여 다른 제품을 만드는데 사용이 가능하여 장기적으로 인간을 다른 행성으로 이주시킬 때 큰 역할을 할 것 으로 보고 있다.

푸드
음식에 대한 프린터 연구도 매우 활발하다. 지도가 정교하게 새겨진 초콜릿, 사탕과 과자가 출력되는 프린터, 햄버거나 빵을 만들 수 있는 프린터, 전투 식량, 피자 등 다양한 분야에서 제품이 나오고 있지만 아직은 소요되는 시간과 식품의 안정성 등 해결해야 할 문제가 남아 있다.

” 새로운 것을 만들어 내는 것이야 말로 도구를 사용하는 인간의 진화와 항상 함께 해온 일이다. 상상하고 있는 모든 것을 더 이상 공장이 아닌 가정에서 만들 수 있게 된 사실만으로도 미래를 가장 혁명적으로 바꿀 핵심 기술임은 분명하다. 아직 대중화가 되기까진 많은 시간과 해결해야 할 문제들이 남아있지만 모든 것을 만들어 줄 3D 프린터가 우리 곁에 다가오고 있음을 기억하자. “