4차산업혁명 3D 프린터

4차 산업혁명 3D 프린터

과자에서 옷까지 뭐든지 만드는 기계

 

카 제스 매장에서는 3D 프린터를 사용하여 사탕, 과자, 젤리를 동물과 벌레 모양으로 만들어 판매하고 있습니다. 아이들이 원하는 모양의 과자를 그 자리에서 만들어주어 인기가 매우 높습니다. 명품 브랜드 샤넬도 2015/16년 가을·겨울 오트 쿠튀르 쇼에서 60여 벌을 선보였습니다. 트위드, 실크 등의 원단에 3D 프린터로 뽑아낸 천을 덧씌워 만든 것으로 전통적 노하우와 첨단 기술의 진정한 결합이 무엇인지 보여주고 있습니다. 3D 프린터는 3차원 설계도 파일을 통해 물건을 입체적으로 인쇄하는 기계입니다. 신발, 장난감과 캐릭터 상품, 의자, 집, 의수, 자동차, 인테리어 제품, 집, 항공기와 우주선 부품, 권총, 문화재 복제, 예술 복제품, 초콜릿, 음식, 뼈와 신체 부분에 이르기까지 3D 프린터가 만들어낼 수 있는 물건은 끝이 없어 보입니다.

3D 프린터를 "무엇이든지 만들어내는 산타클로스 머신"이라고 말하는 이유가 여기에 있습니다.

3D 프린터는 디지털로 제작된 설계도 파일에 기반하여 특수 고분자 물질이나 금속 가루를 뿌려 재료를 층층이 쌓고, 자외선이나 레이저를 사용하여 재료를 굳힙니다. 거기에 사포로 연마하거나 색칠하고 조립하는 과정을 거쳐 마무리됩니다. 초창기에는 재료가 주로 플락스틱이었지만 점차 종이, 고무, 식품, 금속까지 범위가 넓어지고 있습니다.

또한 재료들을 쌓아서 만드는 방식뿐만 아니라 커다란 합성수지를 둥근 칼로 깎아서 만드는 방식도 있습니다. 전통적 제조업에서는 틀이 되는 금형에 액체로 용해된 금속을 넣고 굳혀 제품을 만들어냅니다.

그런데 3D 프린터를 이용하면 금형을 만드는 과정이 생략되어 비용 절감의 효과가 있기 때문에, 이 많은 제조 업계에서는 시제품 제작에 3D 프린터를 활용하고 있습니다. 대부분의 사랍들은 그동안 자기에게 맞지 않는 기성품을 구입하여 그 기성품에 맞추어 생활해왔습니다. 하지만 이제는 3D 프린터를 이용하여 저렴한 비용으로 본인에게 맞는, 본인만의 장치와 도구를 만들 수 있게 되었습니다.

체형이나 취향에 딱 맞는 제품들을 예전보다 훨씬 편리하게 만들어낼 수 있 낼 수 있게 된 것입니다.

이렇게 개인화된 맞춤형 상품들이 등장했다는 것은 제조업의 새로운 미럐가 열리고 있음을 의미합니다.

실제로 플락스틱 핸드폰 케이스를 제작 전통적인 방식으로 하면 제작에만 수백만 원이 소요됩니다. 그래서 한두 가지 시안을 채택하기 위해서 고민을 많이 해야 합니다.

 

그렇지만 3D 프린터를 이용하면 여러 종류의 시안을 제작해서 실제로 체험하면서 최종안을 선택할 수 있습니다. 3D 프린터의 등장에 대해 제조업계가 환호성을 터뜨린 이유는 실질적인 비용 절감 효과와 최종 생산 제품의 높은 퀄리티 때문입니다. 큰 비용 없이 견본 제품을 다양하게 만들어 볼 수 있습니다.

3D 프린터는 개인 맞춤형 제조업의 발달에도 크게 기여하고 있습니다. 대부분의 사람들은 그동안 자기에게 맞지 않는 기성품을 구입하여 그 기성품에 맞추어 생활해왔습니다. 하지만 이제는 3D 프린터를 이용하여 저렴한 비용으로 본인에게 맞는, 본인만의 장치와 도구를 만들 수 있게 되었습니다.

체형이나 취향에 딱 맞는 제품들을 예전보다 훨씬 편리하게 만들어낼 수 있게 된 것입니다. 이렇게 개인화된 맞춤형 상품들이 등장했다는 것은 제조업의 새로운 미래가 열리고 있음을 의미합니다.

 

3D 프린터로 제조업의 심장이 다시 뛴다.

3D 프린터는 3D 시스템즈(3D Systems)의 창업자인 척 헐(Chuck Hull)이 1986년에 최초의 3D 프린터인 SLA 1을 내놓으면서 탄생했습니다. SLA는 척 헐이 액체를 굳혀가며 쌓고 첨가한다는 뜻으로 만든 용어인 "스테레오 리소그라피(Stereolithography)"에서 따왔습니다.

그는 1983년에 3차원으로 물건을 프린트하는 기계에 대한 아이디어를 처음 떠올렸습니다. 샘플을 좀 더 싸고 빠르게 만들어 다품종 소량 생산을 하려는 의도였습니다. 이는 이제까지의 표준화된 대량 생산과 대량 소비 체계가 소비자의 다양한 요구와 주문에 기반하는 다품종 소량 생산과 소비 체계로 변화할 것을 예상하게 만드는 대목입니다. 그는 3D 프린터에 대해 "제조업의 심장을 다시 뛰게 할 것"이라는 유명한 말을 남겼습니다. 척 헐이 3D 프린터로 세계 최초로 만든 물건은 아내에게 선물할 찻잔이었습니다.

3D 시스템즈의 3D 프린터로 금속을 조형하는 특허가 2014년 2월에 끝나면서 세계적으로 다양한 기술과 형태의 개발이 폭발적으로 이루어지고 있습니다.  초창기에 20만 달러 정도 하던 3D 프린터는 종류가 다양해지면서 1천 달러짜리도 시중에서 판매되는 등 이미 많은 사람들이 접하고 있습니다.

3D 프린팅 시장은 개인용과 산업용으로 분류할 수 있습니다. 2012년 기준으로 산업용 3D 프린팅 시장의 규모는 개인용에 비해서 약 18배 이상 큰 것으로 추정되고 있으며, 2025년 총 시장 규모는 약 230~550억 달러로 내다보고 있습니다. 3D 프린텅 기술의 경제적 파급 효과는 소비 패턴의 변화, 창업의 활성화, 신제품 및 서비스 창출, 생산성 증가를 가져올 것으로 전망하고 있습니다.

 

 

3D 프린팅의 기대와 전망

미래학자들은 3D 프린터가 새로운 산업혁명의 견인차가 될 것이라고 망설임 없이 주장합니다. 제조업과 정보통신 기술(ITC)의 융합이 만들어내는 전혀 새로운 생산 시스템이기 때문입니다. 구글은 3D 설계도 파일을 편집할 수 있는 소프트웨어인 스케치업(Sketchup)을 개발하여 무상으로 배포하고 있으며, 사용자들은 스케치업의 데이터 플랫폼인 3D 웨워하우스 등에서 다양한 설계도를 무료로 다운로드하거나 자신이 직접 설계도를 만들어 3D 프린터로 물건을 제작할 수 있습니다. 자신이 제작한 설계도 역시 플랫폼을 통해 다른 사용자들과 공유할 수 있습니다.

아이튠즈와 구글플레이어에서 음악이나 게임 앱을 다운로드하는 방식처럼 유료로 3D 설계도를 판매하는 사이트들도 생겨나고 있습니다. 이들 사이트를 통해 설계도를 구매하여 세계 어디에서든지 완구류, 문구류, 복제 문화재, 장식품 등을 3D 프린터로 제작할 수 있습니다., 제조업체들은 상품 설계가 바뀌더라도 생산 라인을 교체하지 않는 '설계 혁명'의 시대를 맞을 것입니다.

전 세계 언제 어디서나 3D 프린터로 상품을 생산할 수 있기 때문에 번거롭게 선박이나 기차로 부품과 제품을 이동할 필요가 없는 '유통 혁명'도 시작되고 있습니다. 설계도 파일은 컴퓨터를 통해 편지할 수 있기 때문에 끝도 없이 새롭게 변형·창조될 것입니다.

인터넷에서 3D 모델링 자료를 받아 미니어처 모델이나 피겨를 만들고, 온라인을 통해 자신만의 설계도를 공유하는 활동도 확산되고 있습니다. 의료 분야에서도 수술에 앞서 뼈나 장기, 의수와 의족, 치아, 신경 등을 프린팅하고 세포를 배양하여 3D 프린터로 인쇄하고 이식하는 사례가 등장하고 있습니다.

 

저작권, 속도, 범죄···3D 프린터가 직면한 한계점입니다.

어두운 전망도 있습니다. 3D 프린터로 온갖 무기도 만들 수 있다는 점 때문입니다. 2013년 5월 4일 미국 디펜스 디스트리뷰티드(Defense Distributed)사는 3D 프린터로 제작한 권총의 시험 발사를 성공시켜 설계 도면을 온라인에 공개했습니다. 미국 국무부가 설계 도면의 공개를 금지했지만 이미 다운로드 횟수가 10만 건을 돌파한 후였습니다. 

그런가 하면 3D 프린터는 갈수록 복잡한 기능으로 진화하겠지만 많은 한계점을 갖고 있습니다. 예를 들면 아직 3D 프린터의 출력 속도가 너무 느리고 구현할 수 있는 소재도 제한적이라는 점입니다. 하지만 기술은 눈부시게 발전하고 있는 중입니다. 카본 3D(Carbon3 D) 사는 CLIP(Continuous Liquid Interface Production)이라는 새로운 기술을 통해 기존 3D 프린터보다 25배에서 100배 정도 빠르게 출력하는 혁신을 이루었습니다. 미세한 두께의 단면을 얻어낸 후 이를 연속적으로 적층 하는 광조형(Photo Fabrication) 방식으로 속도를 개선하고 있습니다. 새로운 소재도 계속 개발되고 있습니다. MIT 연구팀은 고열을 감당할 수 있는 카트리지를 개발하여 3D 프린터로 유리그릇을 만들고 있습니다. 

3D 프린팅은 다품종 소량 생산과 개인 맞춤형 제작에 용이한 산업으로, 규모의 경제와 저임 노동비 우위를 가진 전통적인 방식과 다른 형태의 생산·유통·소비 방식을 낳고 있습니다. 이미 벨기에의 인테리어 제품 업체인 머티리얼 라이즈(Materialise)의 생산 라인에는 주물 제작 설비나 절삭 기계, 조립 로봇이나 기술자들도 없이 수십 대의 3D 프린터는 시제품의 제작 비용 및 시간 절감, 다품종 소량 생산, 제조 공정 간소화 등에 장점이 많습니다. 이는 척 헐의 말처럼 '제조업의 심장을 다시 뛰게' 할 수 있습니다. 하지만 제조업 노동자들의 심장을 다시 뛰게 할지는 또 다른 문제로 남아있습니다.

 

척 헐(Chuck Hull)

3D 프린터의 아버지로 1986년에 최조의 3D 프린터라고 할 수 있는 SLA 파일 방식의 프린터를 발명했습니다. 3D시스템즈의 공동 창립자이자 최고 기술 책임자인 그는 2014년 국립 발명가 명예의 전당(National Inventors Hall of Fame)에 이름을 올렸습니다.