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왜! 우리는 3D 프린터에 열광하는가?
제 872 호    발행일 : 2014.02.10 

  영화나 상상 속에서 일어날 법한 일들을 이제는 우리의 생활 속에서 어렵지 않게 찾아볼 수 있다. 그중에서 최근에 많은 이야깃 거리를 만들어 내고 있는 것이 3D프린터일 것이다.
  3차원(3D) 프린터를 한마디로 정의하자면 ‘물체를 만들어 내는 프린터’라고 생각하면 된다. 과거에는 자동차의 디자인이나 성능을 테스트하기 위해서는 실제크기의 자동차를 제작해야만 했다. 하지만 3D 프린터가 있으면 그럴 필요가 없다.


  컴퓨터로 자동차 디자인 작업을 한 후, 인쇄하기 버튼을 누르면 자동차 모형이 그대로 출력되고, 3D 프린터에서 출력된 자동차로 자동차의 디자인이나 기능들을 수정하고 보완하면 된다. 3D 프린터를 통해 수정 보완 후 실제 자동차 생산을 하게 된다면 많은 시간과 비용이 절약할 수 있다.
  이뿐만이 아니다. 병원에 골절로 온 환자의 뼈를 3D 프린터를 이용해 제작하여 수술장에서 바로 수술을 하고, 심장 이상인 환자에게 3D 프린터를 이용하여 만든 심장을 이식하는 모습들을 상상해 볼 수 있다. 또한 비행기의 부품들을 3D 프린터로 프린팅하여 바로 항공기 정비에 사용하는 것도 가능하다. 이런 모습들은 3D 프린터 기술의 발달 여부에 따라 영화에서만 볼 수 있는 일이 아니라 우리 일상의 현실이 될 것이다.


  2007년부터 IT 컨설팅 업계 가트너는 ‘Hyper Cycle for Emerging Technologies’를 통해 3D 프린터를 미래유망기술로 선정하였고, MIT는 2013년에 발표한 <10 Breakthrough Technologies>의 하나로 3D 프린터 기술(Additive Manufacturing)을 선정했다. 경영컨설팅 업체 맥킨지는 2013년 5월 ‘와해적 혁신을 유발할 것으로 예상되는 12개 기술’ 중 하나로 3D 프린터 기술을 선정하였다. 맥킨지에 따르면 2025년경의 예상 경제적 파급효과로 가정용 3D 프린터, 소량.고부가가치 산업용 부품 생산, 3D 프린터 기술로 생산한 금형 등을 포함하여 2,300~5,500억 달러를 추산한 바 있다. 또한 맥킨지는 3D 프린터 기술의 경제적 파급효과는 소비 패턴 변화, 창업 활성화, 신제품.서비스 창출 및 생산성 증가를 중심으로 전개될 것으로 전망하고 있다.
  미국의 대통령 버락 오바마는 2013년 초 국정연설에서 ‘3D 프린터 사업의 발전에 대한 기대’를 표하면서, ‘제3의 산업혁명’이라고 비유하며, 국립첨삭가공혁신연구소(NAMI)를 설립한 바 있다.
  최근 국내에서도 ‘3D 프린터를 생산한다’는 소문만으로 주가가 상승하는 웃지 못 할 일이 벌어지고 있는 모습만 보아도 3D 프린터가 산업 전반에 미치는 영향과 관심이 얼마나 큰지 알 수 있다.

3D 프린터란 무엇일까?

  3D 프린터는 ‘컴퓨터를 이용해서 우리가 원하는 물체를 만들어 내는 프린터’라고 말할 수 있다.
  아주 쉽게 설명하면, 돌로 조각을 만든다고 하자, 옛 사람들은 좋은 돌을 찾아 여기저기 다니다가 좋은 돌을 찾으면 정을 가지고 조금씩 조금씩 원하는 모양을 만들기 위해 인고의 시간들을 보내고, 각고의 노력 끝에 볼품없었던 돌이 예술 작품으로 다시 태어난다.
  조금 더 좋은 방법을 생각해 보자. 입체의 재료들을 기계적 가공이나 레이저를 이용하여 자르거나 깎아서 원하는 모양으로 만들 것이다. 이 방법은 과거에 사람의 손으로 만드는 것보다 ‘혁신적’이라고 말 할 수 있을 것이다. 이처럼 원래의 재료를 깍아서 만드는 방법을, 우리는 ‘절삭가공(Subtractive Manufacturing)’이라 부른다.
  그런데 3D 프린터는 컴퓨터 3D 모델 데이터로부터 빠르게 실물을 만든다. 이 기술을 전문 용어로는 ‘쾌속조형 또는 신속조형(RP: Rapid Prototyping)’이라고 부른다. ‘3D 프린터’라는 용어가 대중화 되기 전까지 “쾌속조형 또는 신속조형”이라는 용어를 주로 사용했으며, 이제는 일반인이 쉽게 이해할 수 있는 3D 프린팅으로 알려지게 되었다.


  우리가 흔히 사용하는 잉크젯 프린터는 ‘인쇄’ 버튼을 누르면, 파일이 프린터로 전송되고, 프린터는 종이에 잉크를 분사해 이미지를 인쇄한다. 반면, 3D 프린터는 컴퓨터 3차원 모델 데이터를 바탕으로, 잉크젯 프린터의 잉크 대신, 고체, 액체, 가루의 재료를 넣고 그 고체, 액체의 물질들을 한층 한층(layer–by–layer) 쌓은 후 재료를 굳히면, 내가 원하는 모양의 완제품이 만들어진다. 이것을 우리는 물체를 깍아서 만드는 ‘절삭가공(Subtraction Manufacturing)’과 반대의 의미로 ‘적층가공(AM: Additive Manufacturing)’이라 부른다.
  탑을 쌓아가듯 아래부터 하나하나 쌓아 올라 가면서, 내가 원하는 모양을 만들어 가는 과정이 ‘적층가공’이라면, ‘적층가공’을 어떠한 원료를 가지고, 얼마나 빠르고, 정확하게 쌓아서 내가 원하는 모양을 만들어 내는가가, 바로 ‘3D프린터의 핵심 기술’이라고 말할 수 있다.
  최초의 3D 프린터는 광경화성 수지(Photocurable Resin)에 레이저를 쏘아 한층 한층 경화시키는 초보적인 수준이 있다.
  3D 프린터는 재료들을 압출하느냐, 분사하느냐에 따라서 그리고 프린터의 잉크처럼 액체를 사용하느냐 고체를 사용하느냐에 따라 기술 방식의 차이가 있고, 각각의 고유의 장단점을 가지고 있다.


  지금은 재료의 내구성, 다양성, 정밀도, 속도 등이 과거보다 많이 발전하여 원래의 모양을 빠르고, 정확하게 만들 수 있게 되었다. 최근 들어서는 살아있는 세포들도 프린팅 하여 조직으로 발전시키는 ‘3D bioprinting’ 기술도 선보이고 있다. 이 ‘3D bioprinting’ 기술의 완성도가 높아질 경우, 맞춤형 조직, 장기의 생산으로도 발전해 나갈 수 있다는 것은 의심할 여지가 없다. 이처럼 3D 프린터의 작동 방식과 사용 되는 재료에 따라서 위의 표와 같이 분류 할 수 있다.


제3의 산업혁명

  ‘제3의 산업혁명’이라고 불릴만큼, 혁신적인 3D 프린팅 기술은 제조업 분야에서 제품의 설계개발을 쉽고 빠르게 한다. 이는 시간과 비용을 절약할 수 있을 뿐만 아니라 제품의 기술혁신 속도도 더욱 빨라질 것으로 전망된다. 따라서 세계 각 국가들은 3D 프린터의 R&D 활동을 활발하게 전개할 것이고, 기술선점을 위한 경쟁 또한 치열해질 것으로 예상된다.
  특히 2014년 2월, 미국의 ‘3D 시스템스’가 보유하고 있는 레이저소결방식(SLS) 3D 프린터 관련 특허의 기한이 만료됨에 따라서 제조업계에는 큰 변화가 일어날 것이다. 이에 따른 기술경쟁의 심화가 기술 발전을 한 단계 높일 것이고, 3D 프린터의 대중화에 기여 할 것이다. 우리나라 또한 대기업들의 3D 프린팅 분야에 대한 관심이 증가하고 있고, R&D 또한 증가할 것이다.
  특히, 주목되는 것은 최근 국내의 의료 분야에서 일궈낸 3D 프린터로 제작된 인체기관의 이식 수술의 성공이다. 보청기, 의족, 인공 뼈, 인공 장기, 인공 치아, 그 밖의 수술 용 보조기구들을 만들어냄으로써, 3D 프린터는 의료분야에서도 혁신을 가져올 수 있는 놀라운 기술이다.
  반면, 최근 인터넷에서 이슈가 되었던 3D 프린터를 이용한 총기제작에서 보듯, 3D 프린터를 이용한 범죄와 윤리적인 문제, 저작권의 문제 등 부정적인 측면도 간과 할 수 없다.
  3D 프린터 기술이 주목을 끄는 기술이기는 하나 제작 속도, 결과물의 정확도, 표면의 해상도, 목적에 맞는 강도, 재료가 가지고 있는 한계성, 그리고 일반인도 쉽게 접근 할 수 없는 소프트웨어적인 접근성의 한계를 극복해야 하는 문제점을 가지고 있다. 이것을 해결하기 위한 방향으로 기술의 혁신이 이루어져야 할 것이다.
  이에 우리 학교 의용생체공학협동과정 (지도교수 이태수)에서도 3D 프린터를 이용한 의학적 접근 방법을 연구 중에 있다. 아직 시작 단계이기는 하지만 몇몇의 경우 임상 자료를 직접 제작하여 임상 의사들로부터 “수술의 정확성과 시간의 절약에 좋은 효과가 있었다”는 평을 들었고, 좀 더 많은 부분에서의 임상적 적용을 검토하고 연구하고 있다.

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