- 컴퓨터에 입력한 글자나 그림을 물리적으로 변형시켜 주는 것이 프린터다. 그 결과물은 평면에 글자나 그림이 선으로 새겨지는, 2차원적인 형태를 띤다.
그런데 만약 프린터로 입체적인 물건을 인쇄할 수 있다면? 상상이 아니다. 3D 프린터라면 가능하다.
3D 프린터는 특정 소프트웨어로 그린 3차원 설계도를 보고 입체적인 물건을 인쇄한다.
최근 기술 관련 특허가 풀리고, 가정에 보급될 수 있는 저렴한 프린터가 속속 등장하면서 3D 프린터에 대한 관심이 높아졌다.
◆3D 프린터(Three-Dimension Printer)
3D 프린터(Three-Dimension Printer)는 하루아침에 갑자기 나타난 기술은 아니다. 1984년 미국의 찰스 훌(Charles W. Hull)이 설립한 회사 3D시스템즈에서 발명된, 30년이 넘은 기술이다. 3D 프린터는 시제품을 만들기 위해서 탄생했다. 값싸고 성형에 용이한 재료로 시제품을 만들어 상품화 이전에 제품의 문제점을 발견하고 정정하는 데 쓰였다. 건설업계나 자동차 제조업계에서는 처음부터 3차원 설계를 하기 때문에 시제품을 인쇄하는 것은 어렵지 않았다. 실제로 이미 항공과 자동차 산업 등에서는 시제품을 만드는 용도로 산업용 3D 프린터가 널리 쓰이고 있었다. 최근에 들어 120만~250만원대의 보급형 프린터가 등장하면서 일반인들에게도 친숙한 기기로 변모하고 있다.
캐나다의 콜이콜로직(Korecologic)과 미국 스트라타시스사가 차량 전체를 3D프린팅한 플라스틱 하이브리드카 Urbee 2./Carscoops.com/
◆3D 프린터의 원리
3D 프린터는 입체적으로 그려진 물건을 1만 개 이상으로 잘게 잘라 분석해 그것을 덩어리에 조각을 하듯 깎거나(절삭형) 얇은 막을 층층이 쌓아 올리는 방식으로(적층형) 물건을 만든다. 최근에는 막을 쌓아 올리는 적층형 프린트가 많이 쓰인다. 절삭형이 여분을 깎아내는 것이기 때문에 재료의 손실이 있는 반면, 적층형은 재료의 손실이 없다는 것이 장점이다. 3D 프린터는 설계에 따라 너비를 조절해가며 바닥에서부터 꼭대기까지 막을 쌓아 올려 물건을 완성한다. 1시간당 높이 2.8㎝의 속도를 낸다. 막의 두께는 약 0.01~0.08㎜ 정도로 종이 한 장보다 얇다. 이러한 방식으로 인쇄한 물건은 얼핏 보면 곡선처럼 부드러워 보여도 현미경으로 보면 계단처럼 표면이 들쭉날쭉하다. 따라서 막이 얇으면 얇을수록 물건이 더 정교해진다. 적층형 원리를 이용하는 방식에도 약 20가지가 있는데, 이 중 가장 많이 쓰이는 것이 고체형 재료를 사용하는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식이다. 보급형 프린터들이 대부분 사용하는 방식으로, 필라멘트(Filament)라고 불리는 플라스틱 실을 녹여 물건을 층층이 쌓아 나가는 방식이다. 글루건을 녹여 물건을 만드는 방식과 유사하다고 보면 된다.
3D 프린터로 만든 인체 보정물./designDB/
◆3D 프린터의 재료
현재 가장 널리 쓰이는 3D 프린터의 재료는 플라스틱이다. FDM방식의 보급용 프린터에서는 PLA(Poly Lactic Acid) 플라스틱과 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 플라스틱이 주로 사용된다. PLA는 옥수수 가루를 원료로, ABS는 유독가스를 제거한 석유 추출물을 원료로 만들어졌다. 플라스틱의 가장 큰 장점은 가격이 저렴하다는 것. 플라스틱을 실처럼 만들어 놓은 것을 필라멘트라고 하는데, 필라멘트 1㎏ 한 롤의 가격은 1만~2만원대다. 고가의 산업용 프린터에는 티타늄, 알루미륨, 나일론, 세라믹 등의 재료들이 사용돼 다양한 제품이 만들어지고 있다. 재료의 범위가 넓어질수록, 3D 프린터의 활용도는 더욱 커질 것으로 전망된다.
3D 프린터로 제품을 주문제작해 배송해주는 Shapeways의 폰 케이스./Shapeways/
◆3D 프린터의 활용 분야
1)자동차·항공 분야 - 산업용 3D 프린터는 오래전부터 자동차와 항공 회사에서 시제품을 만드는 데 활용됐다. 특히 요즘은 시제품이 아닌 실제 부품을 생산하는 데까지 활용된다. 보잉(Boeing) 사는 이미 300여 개의 부품을 3D 프린터를 이용해 생산하고 있고, 포드(Ford) 사는 실린더를 3D 프린터로 제작했다.
2)우주 분야 - 현재 NASA는 우주선에 3D 프린터 탑재를 추진 중이다. 필요한 부품을 즉석에서 바로 프린팅할 수 있고, 이를 통해 우주선 내부 공간 절약뿐 아니라 부품을 적시에 만들 수 있어 안전성을 향상시킬 수 있을 것으로 예상된다. NASA는 또 2020년까지 3D 프린터와 로봇을 이용해 우주에서 안테나와 태양광 발전기를 조립하는 기술을 개발한다는 계획도 발표했다.
3)의료 분야 - 3D 프린터가 가장 획기적인 역할을 할 것으로 기대되는 분야다. 미국 카네기 멜론 대학 연구진은 최근 3D 프린터를 이용해 저렴한 비용으로 생체시료(biological materials)를 만들어내는 데 성공했다고 밝혔다. 이러한 방식으로 환자의 CT 스캔 데이터를 기반으로 3D 프린터를 이용해 인공 장기를 만들어내는 장기(Organ) 프린팅, 저렴하게 의수나 의족을 제작할 수 있는 의족·의수 프린팅, 인공 턱뼈나 보청기 등 인체보형물을 만드는 보형물 프린팅 등의 분야가 특히 각광을 받고 있다. 아직 임상실험이 완료되지 않았고 정교함도 매우 떨어지는 수준이지만 프린트의 품질이 향상되고 프린팅 재료의 스펙트럼이 넓어질수록 의료분야에서의 3D 프린터 활용은 크게 증가할 것으로 보인다.
3D 프린팅 업체 Solid concepts가 제작에 성공한 금속 권총./Solid concepts/
◆3D 프린터가 가져올 변화
3D 프린터가 가져올 가장 큰 변화는 제조업의 주체가 기업에서 개인으로 옮겨갈 수 있는 가능성을 내포했다는 점이다. 개인적 취향이 반영된 소품을 제조업체를 거치지 않고 개인이 개별적으로 생산할 수 있기 때문이다. 이미 Shapeways와 같은 출력 서비스 회사는 소비자가 원하는 외형과 재료를 반영해 후가공까지 마친 소품을 주문 판매하고 있다. 아울러 3D 프린터의 보급이 소자본 제조업 창업의 문턱을 낮추는 계기가 될 수 있다는 점도 3D 프린터가 불러올 변화의 한 축이다. 3D 프린터를 이용할 경우 특별한 자본력 없이도 개인의 아이디어를 기반으로 제조 전 과정을 현실화할 수 있고, 이를 소비자들에게 직접 시험하고 판매할 수 있기 때문이다.
3D 프린팅으로 제작한 의자./shapeways/
◆3D 프린터, 규제도 필요하다
하지만 변화에 대한 우려 또한 만만치 않다. 특히 제조 대상에 대한 규제가 없다 보니 살상무기 등 위험한 물건들이 무제한적으로 제조될 수 있다는 위험성이 크다. 2013년 5월 미국에서는 총기 제작 기술 개발사 디펜스디스트리뷰티드 그룹이 3D 프린터로 생산한 총 ‘리버레이터’의 설계도면을 인터넷에 공개해 다운로드 횟수가 순식간에 10만 건을 넘어서며 논란이 일었다. 전 세계적으로 3D 프린터를 이용한 총기 제조에 대한 규제 법안을 마련해야 한다는 목소리가 높아지고 있다. 아울러 무분별한 복제와 저작권 침해에 대한 우려도 커지고 있다. 저작권이 있는 디자인을 도용해도 이를 규제할 특별한 방도가 없기 때문이다. 황금알을 낳는 기기, 혁신의 아이콘으로 떠오른 3D 프린터. 그러나 이 기기의 질적 향상 정도와 관련 규제에 따라 그 보급과 활용도 달라질 것으로 보인다.
김유경 기자 bora@knnews.co.kr < 경남신문의 콘텐츠는 저작권법의 보호를 받는 바, 무단전재·크롤링·복사·재배포를 금합니다. > - 김유경 기자의 다른기사 검색
2024년 04월 20일 (토)
