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[과학에세이] 3D 프린터가 가져올 세상 /이병국

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  •  |  입력 : 2014-12-01 19:57:53
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2D 프린터가 문서에 작성된 문자나 그림을 종이에 인쇄하는 것이라면 3D프린터는 3차원으로 설계된 데이터로 입체적인 형태의 물체를 만들어내는 것을 말한다. 아무리 복잡한 형태라도 3D설계 도구로 제작된 것이라면 언제 어디서든 조립과정 없이도 무엇이든지 만들어 낼 수 있어 꿈의 기기라 할 만하다. SF영화에서 본 손상된 신체부위를 기계가 재생시켜 주던 장면이 이제는 허구가 아닌 현실이 되고 있다. 자신과 똑같은 복제인형인 피규어를 만드는 것에서부터 인류의 생명을 연장시켜 줄 의료부문에 이르기까지 3D 프린터는 상상 이상의 역할을 할 것이다.

독일의 프라운호퍼 연구소는 3D 프린터의 노즐로 고분자 물질을 한 방울씩 뿌린 뒤 굳게 해 층을 쌓는 방법으로 인공혈관을 만드는 데 성공했다. 

일본에서는 환자의 간을 복제품으로 3차원 출력한 뒤에 어느 부분을 어떻게 절제할지 수술집도에 대한 실제 시뮬레이션을 해 이식수술을 성공적으로 마쳤다는 사례가 소개되었다. 턱뼈를 만들어 이식한 사례도 있으며, 인공 귀나 의족도 3D 프린터로 만들고 있다. 우주정거장 건설 시 필요한 부피 큰 부품을 싣고 가는 게 아니라 소재와 다양한 부품의 제품 정보 파일만 가지고 가서 직접 출력해 사용하는 방식으로 구현할 계획이라고 한다. 

디지털 전자기기 부문까지 파고들어 MP3 플레이어, 카메라뿐만 아니라 통신, 비행 기능 등을 갖춘 첨단기기도 3D 프린터를 통한 제작을 시도하고 있다. 지난해에는 3D프린터로 제작된 플라스틱 권총이 시험 발사에 성공하면서 많은 사람에게 우려를 주기도 했다. 사진이나 책을 온라인으로 구입해 프린터로 인쇄하듯 앞으로는 원하는 물건의 설계도를 내려 받아 3차원 프린터로 뽑아 사용하게 된다는 이야기다. 

최초의 3D 프린팅 기술은 1981년 일본의 나고야시립연구소 히데오 코다마가 개발했으나, 이를 시스템으로 최초 구현한 것은 미국의 찰리스 헐(Charles Hull)이다. 그는 1984년 입체인쇄술(Stereolithography)이라는 제목으로 3D 프린터 기술의 특허를 출원했으며, 3D시스템즈사(Systems)를 설립해 1988년 상용화를 달성했다. 3D 프린터는 디지털화된 3차원 제품의 설계도면을 2차원 단면으로 연속적으로 재구성, 소재를 한 층씩 인쇄하면서 적층하는 방식이다. 재료를 자르거나 깎는 방식의 전통적인 생산방식을 절삭가공이라고 한다. 반면 3D 프린팅은 새로운 층을 켜켜이 쌓는 방식으로, 적층가공 혹은 한층 한층 미세물질을 쌓아 올려 입체적인 물체를 제조한다고 해서 첨삭가공이라 한다. 

3D 프린터는 적층 방식과 입체물 제조의 재료에 따라 다양한 기술로 구분할 수 있다. 소결형 SLS(Selective Laser Sintering) 방식은 3D 프린터가 고분자물질이나 금속가루 같은 원재료를 설계도에 맞게 충분히 쌓은 후 자외선이나 레이저를 쏘아 재료를 굳혀 입체감 있는 제품을 제조하는 방식으로 다양한 원료를 사용할 수 있고 정밀하다는 장점이 있다. 압출형 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식은 가열된 노즐을 통해 조형 재료인 고체의 열가소성 플라스틱 등 원료를 녹이고 압출, 얇은 막이 경화되면서 층층이 쌓아올려져 형태가 만들어지는 방식으로 제작비용과 시간 면에서 효율적이다. 잉크젯 기반 기술은 광경화성 수지 재료를 미크론 단위의 매우 미세한 두께의 층으로 분사해 조형하는 방식으로, 매끄러운 표면처리와 매우 정밀한 디자인의 시제품 제작이 가능하다. 

이렇듯 만약 물건을 내 집에서 프린트할 수 있게 된다면 공장에서 제조해 보관하고 마트 등에서 판매할 필요도 없어지면서 유통과 수송의 대변혁이 일어날 것이다. 요즘 우리는 개인 스마트폰에 모든 디지털 서비스가 융합되어 있는 모바일혁명 시대에 살고 있다. 여기에 3D 프린터가 접목되면 어떠한 세상이 될까? 이런 세상에선 물건을 잘 만드는 숙련된 노동력이 아니라 새로운 창의성으로 어떤 물건을 만들어 지구촌에 내다팔 것인가가 중요하다. 하드웨어보다 소프트웨어 산업이 더욱더 중요해진다. 

그동안 우리나라는 정보화 시대에 전국적인 광통신망을 잘 설치하고 디지털 IT제품, 스마트폰을 잘 만들어 온 국민이 잘 사주고, 잘 사용해 IT강국이라고 했는데 이제 누구나 만들 수 있는 세상이 오고 있는 것이다. 엄청난 부가가치가 있는 IT 소프트웨어산업에 더더욱 창의적이고 혁신적인 아이디어가 필요한 시대이다.

동서대 컴퓨터공학과 교수


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