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3D 프린팅 기술, 지금 어디까지 발전됐을까?

2019-11-01

미래 10대 유망 기술, 제조업의 혁신으로 꼽히는 ‘3D 프린팅 기술’을, 전 세계에 모르는 사람이 있을까요? 이슈라는 것은 시기가 지나면 사그라들기 마련이지만 3D프린터 경우는 다릅니다. 인터넷 포탈에 3D 프린터 관련 기사가 하루에도 수십 개씩 오늘도 쏟아지고 있습니다.

 

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2000년대 초반 시작된 3D 프린터는 날이 갈수록 빠른 속도로 발전해오고 있습니다. 3D 프린팅이 처음 이슈가 되었을 때에만 해도 구현성과 보존에 대한 문제로 다양한 분야에 쓰이지 못했다면 현재는 대량 제조 생산 부품에 믿고 사용할 수 있을 만큼 구현성과 신뢰도가 상당히 높아졌죠. 보청기, 치아교정기부터 이식용 인공뼈까지 제작되고 있으며 이외에도 많은 분야에서 활용되고 있습니다. 지금도 제조업체들은 3D 프린트 기술을 적용하기 위해 매일같이 새로운 제품을 찾느라 정신이 없습니다.

 

 

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1. 3D 프린팅 이란?

 

3D 프린팅 기술은 프린터로 3차원의 물체를 뽑아내는 기술입니다.  3D프린터 원리는 잉크 대신 플라스틱, 나일론, 바이오 소재, 금속 등 다양한 재료를 층층이 쌓아 형태를 완성하는 적층식이 대부분의 3D 프린터에서 사용하는 방식입니다.

이외에도 플라스틱을 녹여서 층층이 쌓아 형태를 만드는 방법, 금속을 용접하여 형태를 만드는 방법, 액체로 된 물질에 레이저를 쏘아 굳혀서 형태를 만드는 등 다양한 원리로 구현됩니다.

 

초기 3D 프린팅 기술은 피규어 제작과 같은 단순한 분야에 이용되었지만 현재는 우리가 생각할 수 있는 모든 분야에서 다양한 이유로 활용되고 있죠.

 

 

2.  3D 프린팅 활용 분야

 

첫 번째, 스테이크 하우스

3D 푸드 프린팅은 인류의 식생활 패러다임을 바꿀 ‘21세기 인류의 불’이라고도 불립니다. 식품 영역에서 처음 3D 프린터가 적용된 것은 지난 2011년 영국의 엑스터 대학 연구진들이 개발한 ‘초콜릿’이었습니다. 

 

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3D 프린터로 만든 식물성 고기

 

이후, 스테이크, 쿠키 등 다양한 음식이 3D 프린팅 기술로 제작되고 있고, 상용화 직전에 양상을 보이고 있습니다.

3D프린터를 활용해 음식물을 제조하는 '푸드 프린터'가 글로벌 시장에 출시되고 있으며 국내에서는 관련 기준이 미비하여 상용화가 어려운 상황이지만, 식품위생법을 개정해 푸드 프린터’ 기준을 신설하자는 주장까지 나오고 있습니다.

 

두 번째, 인공 무릎 관절

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3D 프린팅 기술로 제작한 인공 관절

 

'3D 프린팅' 기술을 접목시켜 인공관절 수술의 정확성을 향상시킨 수술법이 시행되고 있습니다. '3D 맞춤형 인공관절 수술'은 '3D 프린팅' 기술을 접목해 보다 정교한 수술이 가능해졌고, 오차 없이 정확하게 다리를 정렬할 수 있게 되었죠. 그뿐만 아니라 수술 전 충분한 시뮬레이션을 통해 실제 수술 시간을 단축시켜 수술 중 출혈량 감소와 합병증의 위험도 줄일 수 있게 되었습니다.  

 

무릎 관절 이외에도 보청기, 코 보형물, 치아 교정 장치와 같은 다양한 의료 분야에서 쓰이고 있으며 앞으로 10년 뒤면 의료분야의 3D프린팅 시장규모가 61억달러(약 7조4000억원)에 이른다는 보고서가 나왔죠.

 

3D 프린팅과 의료 기술의 접목은 더욱 정밀하고 커스터마이징된 인체공학적 수술 및 시술이 가능하다는 부분에서 큰 의로움을 보이고 있습니다.

 

세 번째, 아이언맨 수트

지난 몇 년 동안, Hollywood에서는 3D 프린팅 기술을 도입한 영화가 늘어나고 있고 최근 영화 중 3D프린터를 이용하지 않는 영화란 찾기 쉽지 않을 정도입니다. SF영화나 판타지 영화에는 단연 필수죠.

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영화 '아이언맨’ 아이언맨 수트

 

어떤 이유로 이렇게 많이 영화에 쓰일까요? 3D프린터를 이용하면 영화에서 쓰이는 소품을 맞춤형으로 제작할 수 있고 제작이 빠르고 수월해집니다. 또한, 재생산과 복제가 쉬워 같은 소품을 여러 개 제작할 때, 액션 씬 촬영 중 소품이 파손되었을 때, 저장된 데이터와 3D프린터만 있으면 빠르게 재생산이 가능합니다.

 

네 번째, 전투 무기

미군은 지난 1990년대 초부터 시제품을 더 빠르게 만들어내기 위해 3D 프린팅 기술을 활용하기 시작했습니다. 이제는 완성제품에 들어가는 부품을 생산하는 데까지 이르고 있습니다. 방탄복, 헬멧 등의 일반 군수품과 수리부속 제작, 정비에도 활용되고 있죠.

 

실제 이야기로 2014년 5월, 미 해병대 AV-8B 해리어 전투기의 랜딩 기어에 문제가 발생해 비상착륙을 했는데, 이 과정에서 전투기의 노즈콘(nose cone) 내부 프레임 일부가 손상되었죠. 전통적인 방식으로는 4주가 걸리는 작업을 3D 프린터를 활용해서 단 1주 만에 처리한 실례가 있을 정도로 미국 국방부에서는 활발히 사용되고 있습니다.

이외에도 건축 분야, 토목 분야 등 다양한 분야에서 활용되고 있고 앞으로 무궁무진한 분야에서 쓰일 것으로 전문가들은 예상하고 있고 실현되고 있습니다.

 

그렇다면 3D 프린팅 기술은 다른 제조방식에 비해 어떠한 기술적 장단점을 가지고 있을까요

 

 

3.  3D  프린팅 기술적 장점

 

1. 제작 비용 및 시간 절약

3D 프린터는 간편하게 디자인을 수정할 수 있을 뿐만 아니라 금형이 필요 없기 때문에 초기 비용과 제작 시간이 단축됩니다. 또한 정확히 필요만큼의 재료만 사용하기 때문에 버리는 재료가 없어 제작 비용이 절감됩니다.

 

2. 복잡한 형상 제작 가능

3D 프린터는 작동 원리 특성상 형상에 구애받지 않아 어떠한 디자인도 제작할 수 있습니다. 예를 들어 벌집 구조와 같은 복잡하고 속이 비어있는 형상 제작도 손쉽게 제작이 가능하죠.

 

3. 개인 맞춤형 제작에 용이

디자인이 매번 다른 제품을 제작하더라도 추가 발생되는 비용이 들지 않고 쉽게 디자인 변경이 가능하기 때문에 개인 맞춤형 제작이 용이합니다. 때문에 보청기, 뼈 등 의료 분야에 있어 강점을 보이죠.

 

 

4.  3D  프린팅 기술적 단점

 

3D 프린팅 단점은 지금의 단점이 내일의 허용 지물로 변할 만큼 빠르게 보완되고 있습니다. 최근까지 3D 프린팅이 갖는 가장 큰 단점으로 속도와 진동이 있었습니다. 특히 가벼운 소재 및 모델의 경우 프린터의 움직이는 부품들이 진동을 일으켜 생산되는 제품의 품질을 떨어뜨렸죠. 하지만 이러한 문제는 곧 해결되어 이제는 문제가 되지 않습니다. 3D 프린팅에 대한 연구가 빠른 속도로 진행되고 있는 만큼 기술적인 단점은 빠르게 보완되고 있는 중입니다.

 

3D 프린팅은 다품종 소량생산 시대를 이끌어 내면서 제조업 전반에 혁신을 가져왔습니다. 3D 프린터 시장은 수 차례 시행착오 끝에 꾸준한 성장을 이루었습니다. 앞으로는 로봇, AI 등 신기술과 결합해 스마트 공장의 한 부분을 차지하게 될 것이며 얼마나 더 크게 성장할 수 있을지 계속 지켜봐야 할 것입니다.

 

 

태그 #아이언맨 #인공관절

MeshFree Team

Written by MeshFree Team

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