[사이언스타임즈] 3D 프린터

FERRIMAN 2014. 3. 4. 15:31

3D 프린터도 이제는 금속이 대세 금속을 소재로 한 3D 프린터 등장 2014년 03월 04일(화)

3D 프린터는 하루가 다르게 발전하고 있지만, 사용하는 재료의 대부분이 플라스틱 소재이기 때문에 아직까지는 산업 현장에서 적용되는 부품이나 설비들을 제작하는 용도로 사용하기에 무리가 있다.

▲ 최근 들어 금속을 소재로 한 3D 프린팅 기술이 등장하면서 3D 프린터의 가능성을 새롭게 제시하고 있다 ⓒJoris Laarman Lab

그러나 최근 들어 금속을 소재로 한 3D 프린팅 기술이 등장하면서 3D 프린터의 가능성을 새롭게 제시하고 있다. 이와 관련하여 과학기술 전문 매체인 phys.org는 네덜란드의 과학자들이 다양한 금속 재료를 다룰 수 있는 산업용 3D 프린터를 개발하여 상용화를 앞두고 있다고 보도했다.

금속 재료를 국수처럼 뽑아내는 3D 프린터

금속은 플라스틱과는 달리 매우 높은 온도에서 액체 상태가 될 뿐 아니라 열처리 과정 등을 통해 강도를 비롯한 물성이 꽤 달라질 수 있으므로, 금속을 소재로 3D 프린팅을 한다는 것은 간단한 문제가 아니다.

3D 프린터의 기본적인 작동 원리를 금속 재료에도 그대로 적용해 보면 높은 온도에서 금속을 분사해 이를 공기 중에서 조금씩 식혀 나가면서 원하는 모양으로 만들 수 있다. 하지만 대다수 전문가들은 이 같은 과정이 말은 쉬워도 실제로 구현하는 것은 기술적으로 매우 어려운 일이라고 입을 모은다.

특히 금속은 높은 온도에서 흐물흐물한 액체 상태이기 때문에 쉽게 흘러내리거나 모양이 변하기 때문이고, 또한 사용하려는 금속의 소재마다 녹는점이나 여러 가지 특성이 다르다. 따라서 그동안 금속을 재료로 하는 3D 프린터 개발 시도에 대해 기술적인 면이나 경제성 면에서 부정적인 시각이 많았다.

그러나 최근 네덜란드 암스테르담에 위치한 요리스라만(Joris Laarman) 연구소의 과학자들이 다양한 금속 재료를 국수처럼 뽑아내는 재주를 가진 MX3D라는 명칭의 산업용 3D 프린터를 만드는 데 성공하여 주목을 끌고 있다.

▲ 지지대가 없이도 프린팅이 가능한 다축 금속 프린팅 기술 ⓒJoris Laarman Lab

요리스라만 연구소는 MX3D가 강철 소재는 물론 스테인레스 스틸이나 알루미늄, 그리고 구리 및 청동 등 다양한 금속 소재를 출력할 수 있다고 발표했다. 이 산업용 3D 프린터는 금속을 소재로 했을 때 발생할 문제점들을 극복하기 위해서 각각의 금속 소재에 따라 프린트헤드(Print Head)가 서로 다른 것으로 나타났다.

이 3D 프린터는 그림에서 보듯 별다른 지지대 없이 금속을 국수가락 뽑듯이 뽑아내고 있다. 연구진은 이런 기능을 지지대가 없는 다축 금속 프린팅(Supportless Multi Axis Metal Printing) 기술이라 부른다고 밝혔다.

지지대가 없는 다축 금속 프린팅이란 글자 그대로 빈 공간에서 어느 방향으로든 제품을 입체 형태로 프린팅 할 수 있다. 이에 대해 연구진의 한 관계자는 “멀지 않은 미래에는 다양한 모양의 제품을 주조로 만들어 내는 대신에 3D 프린팅으로 해낼 수 있을 것”이라고 예상했다.

현재 MX3D는 오토데스크(Autodesk)와 같은 설계 관련 소프트웨어들과 연동되어 여러 가지 다양한 구조물을 디자인 하고 출력할 수 있도록 개발되고 있다. 연구진은 조만간 MX3D의 개발을 기념하는 의미에서 굵은 철사 같은 물질을 출력하여 이를 고객들에게 전시한다는 계획을 갖고 있는 것으로 알려졌다.

협업이 가능한 오픈 소스 기반의 금속 3D 프린터

금속을 재료로 한 3D 프린터 개발은 미국도 발 빠르게 추진하고 있다. 미 미시간공과대학은 최근 오픈 소스를 기반으로 한 금속 3D프린터를 개발했다고 발표했다. 특히 이번에 개발한 3D 프린터는 제작에 필요한 비용은 1,500달러 미만인 것으로 알려져 금속 3D 프린터의 대중화에 기여할 것으로 업계는 예상하고 있다.

플라스틱을 소재로 하는 3D 프린터는 그동안 기술개발 및 보급 확대를 통해 가격이 상당히 낮아진 반면, 금속 소재 3D 프린터는 아직까지 수 억원에 달하는 높은 가격대를 유지하고 있다. 때문에 대부분 연구기관이나 기업체 등이 연구용으로만 보유하고 있는 실정이다.

이 3D 프린터의 또 다른 특징은 오픈 소스를 기반으로 하기 때문에 개발자들의 협업이 가능해졌다는 점인데, 누구든지 부품 리스트와 설계도를 내려 받아 마음대로 수정하고 응용하면서 직접 프린터를 제작할 수 있다.

이와 관련하여 이번 연구의 책임자인 미시간공대의 조슈아 피어스(Joshua Pearce) 박사는 “플라스틱 3D 프린터에서 목격된 바 있는 과학자들이 이 놀라운 혁신을 모델로 하여 금속 3D 프린터의 설계 시스템을 공유한다면 아마도 급속한 진보를 이룰 수 있을 것”이라며 “요즘은 한 달 내로 누군가 더 나은 제품을 만들어낼 수 있지 않을까 종종 생각한다”고 밝혔다

하지만 이 금속 소재 3D 프린터가 과학자나 엔지니어들만을 염두에 둔 것은 아니다. 오히려 미시간공대 연구진은 벽지 마을에 거주하는 보통 사람들의 삶을 혁신적으로 향상시키겠다는 큰 포부를 갖고 있다. 모든 계획이 순조롭게 진행된다면 오지에 사는 주민들도 이 금속 소재 3D 프린터를 이용해 필요한 도구를 직접 만들고 고장 난 기계를 수리할 수 있게 된다.

피어스 박사는 “오늘날 시골이나 오지에서 트랙터와 자전거의 교체 부품을 구하지 못해 애를 먹는 사람들이 많다”며 “적은 비용으로도 맞춤형 제품과 대체 부품을 찍어낼 수 있기 때문에, 경제적으로 상당한 이익을 얻게 될 것”이라고 덧붙였다.

이와는 반대로 3D 프린터가 나쁜 목적으로 쓰일 가능성도 무시할 수 없다. 피어스 박사와 연구진은 3D 프린터가 추적이 불가능한 화기 제작에 사용될 수도 있다는 생각 때문에 긴장하고 있다. 실제로 지난해에 3D 제조업체인 솔리드컨셉트사가 3D 프린팅을 통해 금속총 부품을 만들어냈다고 발표해 전 세계의 우려를 낳은 바 있다.

이 같은 우려에 대해 피어스 박사는 “물론 누군가 3D 프린팅 기술을 이용해 총이나 기타 무기 등을 만들 가능성도 있다”면서 “그렇다 해도, 이 기술이 가진 장점이 단점보다는 훨씬 크다. 예를 들면 개도국이나 후진국에서 모자라는 의료 장비를 3D 프린터로 만들어 수많은 인명을 구하는 도구로 사용될 수도 있기 때문”이라고 설명했다.

김준래 객원기자 | joonrae@naver.com