4D 프린터 시대 열린다
출력 후 조립…물체 크기 한계 극복
세계경제포럼(The World Economic Forum)은 2013년도의 10대 기술을 발표하면서 3D 프린터를 두 번째로 꼽았다. 세계적인 경제학자 제러미 리프킨(Jeremy Rifkin)은 3D 프린터가 3차 산업혁명의 주인공이 될 것이라고 이야기 하기도 했다.
제러미 리프킨이 말한 ’3차 산업혁명’의 핵심은 바로 ‘누구나’ 기업가가 되어 혁신적인 제품을 만드는 것이다. 3D 프린터가 주목받는 이유가 바로 여기에 있다. 재료가 가볍고 필요한 소량으로 낭비 없이 맞춤 생산할 수 있다는 강점을 가지고 있다.
3D 프린터는 말 그대로 컴퓨터 디자인 프로그램으로 만든 3차원 도면을 바탕으로 실물의 입체 모양을 ‘그대로’ 찍어내는 기계를 일컫는다. 설계도만 있으면 150여 개 소재로 한 시간에서 하루 안에 실물로 만들 수 있다. 현재 3D 프린터를 이용하여 집을 짓는 사례도 발표되고 있다. 그야말로 21세기 첨단 기술의 총아로 손꼽히고 있다.
3D 프린터는 실물의 입체 모양을 그대로 찍어내는 특징이 있다. 여기서 멈추는 것이 아니라 도면을 넣으면 스스로 조립하는 4D 프린터의 시대로 접어들고 있다. 사진은 강원지식재산센터 무한상상실 창업준비실에서 창업희망자를 대상으로 3D프린터 원리를 설명하고 있다. ⓒ ScienceTimes
최근 몇년 사이 3D 프린터에 대한 관심이 높아졌고, 이런 관심에 부응하듯 관련 기술도 빠른 속도로 발전하고 있다. 원래 3D 프린터가 만들어진 목적은 상품을 내놓기 전 시제품을 만들기 위해서였다. 값싸고 성형하기 쉬운 재료로 똑같이 생긴 시제품을 만들면, 실제 상품에 어떤 문제점이 있는지 쉽게 알 수 있기 때문이다.
입체적으로 그려진 물건을 가로로 1만 개 이상 잘라 분석하고, 아주 얇은 막을 한 층씩 쌓아 물건의 바닥부터 꼭대기까지 만드는 방식을 통해 물건을 인쇄하게 된다. 잉크젯프린터가 빨강, 파랑, 노랑 세 가지 잉크를 조합하여 다양한 색을 만드는 것처럼, 3D 프린터는 설계에 따라 레이러를 조절하여 쌓아 올리는 것이다.
유럽항공방위산업체(EADS)에서는 2011년 3월 이미 3D 프린터를 이용하여 자전거를 인쇄하기도 했다. 바퀴와 페달, 안장, 몸체를 따로 만들어 조립한 것이 아니라, 자전거 한 대를 완성품으로 인쇄했다는 점에서 특별하다. 나일론 가루로 만든 이 자전거는 페달을 밟으면 일반 자전거처럼 바퀴가 굴러간다. (관련링크)
현재 3D 프린터 시장의 주도권을 잡기 위해 국가 간 경쟁은 치열하게 전개되고 있다. 어느 장소에서든 원하는 제품을 생산할 수 있고, 다른 분야와 융합한다면 새로운 산업분야를 개척할 수도 있기 때문이다. 한국과학기술정보연구원(KISTI)는 지난해 11월 11일 ’2014 미래유망기술세미나’에서 10대 미래유망기술 중 하나로 3D 프린터 산업을 꼽기도 했다. (관련링크)
3D 프린터를 넘어 4D 시대로
이제는 3D 프린터 시대를 넘어 4D 프린터 시대로 접어들고 있다. 4D 프린터의 핵심은 부품 설계도를 3D 프린터에 넣고 출력하면 스스로 조립된다는 것이다. 물체가 스스로 조립된다는 점에서 3D 프린터 보다 한 단계 진화한 것이다.
작년 5월부터 7월까지 홍콩에서 열린 미국전기전자공학회(IEEE) 로봇 및 자동화학회에서는 트랜스포머처럼 스스로 조립되는 전등이 등장했다. 평면에 펼쳐진 몸체와 센서에 열을 가하면, 어느새 전등으로 변신해있다. 당시 하버드대학교 4학년에 재학중인 한국인 신병현씨는 이 연구를 이끌었다. (원문링크)
또한 다니엘라 루스(Daniela rus) 미국 매사추세츠공과대학(MIT) 교수팀도 열을 가하면 스스로 조립되는 로봇을 작년 6월 내놓았다. 3차원 모양의 디지털 렌더링 시스템을 통해 플라스틱에 2D 패턴을 만들며, 열을 받으면 스스로 구부러지기도 했다. (관련영상)
4D 프린터 기술은 설계도와 프린터만 있으면 어디서든 원하는 물체를 만들 수 있다는 점에서 물체의 원격 전송을 가능하게 할 미래 기술로 꼽히기도 한다. 3D 프린터가 출력할 수 있는 물체의 크기에 한계가 있는 반면, 4D 프린터는 출력된 뒤에 조립되기 때문에 이런 한계가 비교적 적은 편이다.
수중에서 물질이 변화하기도 한다
사실 구조 변형을 하는 프린터는 새로운 것이 아니다. 이미 학자들이 메모리와 스마트 재료를 통해 프린터를 하고 있으며, 그 속성을 증명하고 있기 때문이다. 형상 기억 합금은 온도 변화가 형상을 변화시키는 가장 대표적인 기술 중 하나이다.
미국 매사추세츠공과대학(MIT)의 자기조립 연구소(Self-assembly lab)에서는 수축, 변형할 수 있는 재료를 개발하고, 3D프린터로 출력한 후 간단한 변형이 가능하도록 만들기도 했다. 이렇게 만들어진 재료는 원래 부피보다 200퍼센트(%) 이상 확대된다. (관련링크)
이렇게 커진 재료는 모양의 넓은 범위를 만들게 되고, 물에 의해 활성화된다. 그래서 밀짚처럼 쉽게 구부러지게 된다. 접합을 만들기 위해서 주요 구조에 매우 전략적으로 배치되기도 한다. 이러한 재료를 이용하면 3D 프린터에서는 MIT 처럼 보였던 글자가 SAL 이라는 또 다른 형태로 변화할 수도 있다.
하지만 이렇게 발전하는 4D 프린터 기술의 오용을 경계하는 목소리도 커지고 있다. 2013년 5월 미국에서는 3D 권총 논란이 있었다. 총기 제작 기술 개발사에서 3D 프린터로 생산한 총의 설계도면을 인터넷에 공개하자, 다운로드 횟수가 10만 건을 돌파했기 때문이다.
앞으로 3D 프린터 활용 가능성이 커질수록 규제 목소리도 함께 높아질 것으로 보인다. 물론 규제의 기준과 내용에 따라 논란도 함께 커질 가능성도 있다. 여러 규제가 만들어질 수 있으나, 소비자가 제조사에 의존하지 않고 스스로 물건을 만들 수 있다는 점에서 또 다른 혁신으로 이어질 수 있다.
- 이슬기 객원기자justice0527@hanmail.net
- 저작권자 2015.03.18 ⓒ ScienceTimes