미래 먹거리 3D가 앞장선다
3D프린팅이 인류의 미래를 바꿀 전망이다. 불과 세상에 나온지 얼마되지 않았지만, 3D기술력이 하루가 다르게 발전하고 있다. 눈에 보이는 것은 무엇이든지 만들어 낼 수 있는 3D프린팅기술은 도대체 어떤 것인가. 선진국들을 중심으로 3D기술력이 발전되고 있는 가운데 우리나라, 특히 지역에서도 3D의 중요성을 인식하고 눈을 돌리고 있다. 3D는 미래기술의 혁명이자 제3의 혁명으로 인류를 어떻게 변모시킬지 아직은 정확히 알 수 없지만 미래학자들에게는 꿈의 기술로 불려지고 있기 때문이다. 아직은 국내에서는 조금은 생소하지만 향후 미래 먹거리개발에 엄청난 파장을 가져올 3D프린팅 기술력에 대해, 지역과 가장 앞서있는 선진국들을 비교하고, 향후 발전계획 등에 대해 시리즈로 짚어본다.
자동차·항공·의료부품 등 제조업 분야 혁명 기대
살상용 무기 제조 등 악영향 우려, 안전지침 필요
글싣는 순서
① 기술혁명 3D프린팅이란
②가장 앞서있는 미국의 3D프린팅 기술력
③우리나라 3D프린팅 실력 어디까지 왔나
④대구 경북 지역의 3D프린팅 수준은
⑤대구·경북 3D프린팅 기술력의 발전방향
□ 3D프린팅이란 무엇인가
`상상이 현실로 되다` 3D프린팅을 한 마디로 표현한 말이다.
3D프린팅은 세상에 존재하는 모든 제조방법에 혁명을 가져올 것이라고 전문가들은 입을 모으고 있다. 불과 세상에 선을 보인지 얼마되지 않은 요즘 이런 기류가 곳곳에서 감지되고 있다. 특히 의료, 항공산업에서 이미 3D제품이 깊숙이 자리하면서 관련전문가들은 물론이고 일반인들까지 각종 동호회를 만드는 등 등 변화의 바람이 불고 있다. 전 세계에 `3D프린팅 붐`이 불기 시작한 지난 2013년 초 버락 오바마 미국 대통령은 국정연설에서 3D기술력에 대해 집중하겠다고 밝히면서 다시 한번 주목받기 시작했다. 당시 세계는 3D프린팅이 인류의 삶을 획기적으로 바꿀 듯 들뜨기 시작했고, 어린아이부터 노인까지 누구나 3D프린팅이라는 단어를 알게 됐다. 국내 상황 역시 다르지 않다. 성장동력을 잃어버린 경제의 활로를 찾던 전문가들은 `3D프린팅을 통한 제3차 산업혁명`에 주목했다. 3D프린팅 기술을 적극적으로 도입해 소프트웨어 중심의 창업 생태계를 하드웨어(제조업) 영역으로까지 넓히고, 기존 산업의 효율성을 높여야 한다는 지적이 잇따랐다.
3D프린팅(printing)이란 연속적인 계층의 물질을 뿌리면서 3차원 물체를 만들어내는 제조 기술로, 1984년에 개발됐다.
3차원 프린터는 밀링 또는 절삭이 아닌, 기존 잉크젯 프린터에서 쓰이는 것과 유사한 적층 방식으로 입체물로 제작하는 장치를 말하며, 컴퓨터로 제어되기 때문에 만들 수 있는 형태가 다양하고 다른 제조 기술에 비해 사용하기 쉽다. 단점으로는 현재 기술로는 제작 속도가 조금 느리다는 점과, 적층 구조로 인해 표면이 매끄럽지 못하다는 점 등이 있다.
3차원 인쇄 기술은 제 3의 산업혁명으로 불리며, 산업 전반에 걸쳐 제조 기술의 큰 변화를 가져올 것으로 예상되고 있다. 일반적으로 가공방식은 크게 두 가지로 나뉜다. 가장 많이 쓰이는 적층가공(additive manufacturing) 방식은 가루나 액체 형태의 재료를 굳혀가며 한 층씩 쌓는 방식이다. 비교적 복잡한 모양을 만들 수 있고, 제작과 채색을 동시에 진행할 수 있다는 장점이 있다. 다만 완성품의 표면이 매끄럽지 못해 품질이 상대적으로 떨어진다. 이외 절삭가공(subtractive manufacturing)은 재료를 공구로 깎아가며 모양을 만드는 방식으로, 비교적 매끄럽게 인쇄할 수 있지만, 컵 같은 모양은 날이 들어가지 않아 만들기 어렵다.
3차원 인쇄는 적층가공 방식에 속한다.
□ 3D프린터의 역사
3D프린터의 기술은 혜성처럼 나타난 신기술이 아니라, 시간이 가면서 발전된 것이다. 반세기 전인 1946년 최초의 전자식 계산기인 컴퓨터가, 1963년 상호작용이 가능한 컴퓨터그래픽이 개발됐다. 바로 이 컴퓨터 시스템이 CAD(전문적인 설계를 지원하는 컴퓨터기반의 모델링 도구)의 시초다. 이후 CAD는 발전을 거듭해 컴퓨터를 이용해 생산하는 CAM(제품생산과정에서 기계 및 관련도구를 제어하기 위한 컴퓨터 소프트웨어)이 개발됐다. 또 CNC장비에 1960년대에 개발된 레이저가 더해져 수치제어를 통해 기계가 작동됐다. 하지만 이러한 장비들도 복잡한 3차원제품을 만들어내는데 한계가 있었다. 이를 극복하기 위해 1988년 3D시스템즈사에서 지금의 광경화 적층방식의 한 종류인 SLA(Stereolithography)방식의 3D프린터를 만들어 냈다. 이 프린터는 초창기에는 가격이 비싸, 대중화가 늦었으나 점차 가격이 낮아지면서 대중성을 확보하는 단계로 발전해 왔다.
□ 제작 프로세스
우선 일반적으로 CAD 또는 3차원 모델링 소프트웨어를 이용해 3차원 데이터를 완성하는 모델링(modeling)을 한다. 3D 스캐너를 이용해 3차원 데이터를 얻을 수도 있다. CAD와 기기 간의 표준 데이터 인터페이스는 일반적으로 STL(Stereolithography) 파일 형식이다. 3D 스캐너로 생성된 파일은 보통 PLY 파일 형식을 쓴다. 모델링 후 프린팅(printing)에 들어간다. 기계가 모델링 과정에서 만들어진 도면을 이용해 물체를 만들어내는 과정이다. STL파일을 읽어들여 CAD모델에서의 가상적인 단면을 만들어내 액체나 분말등의 재료의 연속적인 층을 생성한다. 인쇄 과정은 사용 방법과 모델의 크기와 복잡성에 따라 몇 시간에서 며칠 정도의 시간이 소요될 수 있다.
인쇄된 결과물에 대해서는 필요할 경우 마무리 공정이 추가되기도 한다. 사포로 연마하거나, 색칠하거나, 인쇄된 파트들을 조립하는 공정이 추가될 수 있다. 3D 프린터는 기존 잉크젯과 동일한 구동 방식을 이용해 적층 방식으로 찍으므로, XY축 해상도와 함께 각 층의 두께로 해상도가 정해진다. 즉 한 층의 두께와 XY축의 해상도를 dpi(dots per inch)로 표현하게 된다. 현재 기술로는 일반적으로 한 층에 100㎛정도이고, XY해상도는 50~100㎛정도로 표현되고 있다.
□ 관련 기업
3D 프린터를 생산하는 관련기업으로는 나스닥 상장기업인 미국의 스트라타시스(Stratasys)가 업계 선두로 알려져 있다. 그 외에 뉴욕거래소 상장기업인 3D 시스템즈(3D Systems) 등의 회사가 미국에서 잘 알려진 3D 프린터 관련 기업이다. 3D 프린터는 기존의 프린터 업계 강자인 HP에서도 많은 관심을 보이며, 2013년경부터 시장 진출을 선언했다. HP의 멕 휘트먼 CEO는 기존 3D프린터의 느린 속도 문제를 포함한 여러 단점들을 보완하여 자사의 제품을 내놓을 것이라고 발표했다. 우리나라에서는 관련 기술을 가진 기존 기업들과 몇몇 벤처 기업들에서 3D 프린터가 시험제작되고 있다. `미완의 우주인`으로 대중에 잘 알려진 고산 씨는 `타이드 인스티튜트`라는 벤처를 설립해 3D 프린터 사업에 뛰어들었다. 전 세계가 3D프린터 산업에 뛰어들고 있는 반면에 아직 우리나라는 모든 면에서 뒤쳐져 있는 상황이어서 지금 현황을 분석하고 그에 맞는 전략을 수립하는 것이 중요하다.
□ 해결해야 할 문제
아직 기술적으로 완전히 완성된 것이 아닌 3D프린터는 아직 해결해야할 문제들을 갖고 있다. 대표적으로 인쇄되어 나올 때 휘어짐 현상이 있는데 이 휘어짐 현상이 해결되려면 인쇄 원리 자체가 바뀌어야 하기에 좀 더 진전된 기술력이 나와야 된다고 전문가들은 분석하고 있다. 3D프린터의 실제 개발된 사례로 여경을 위한 여성경찰보호복 패턴으로, 이는 3D프린터가 아니면 개발 될 수 없었다고 평가받고 있다. 이어 자동차, 항공, 의료부품 등에서 잇따라 3D프린팅 기법으로 부품이 개발되면서 제조업 분야의 혁명을 가져올 것이라 보고 있다.
□ 사회적 영향
3D 프린터의 보급이 제3의 산업혁명으로 불리는 이유는 기계절삭 및 성형 등 기존의 생산 방식을 탈피해 일괄된 방식으로 어떤 형태의 제품도 만들어낼 수 있기 때문이다. 치과 등의 의료 분야는 물론 각종 가정용품을 비롯해 자동차나 비행기 등에 쓰이는 기계장치도 3D 프린터에 의한 생산이 가능하다. 이미 자동차 업계에서는 엔진 등 핵심 부품을 3D 프린터로 만들어내는 공정을 연구하고 있다. 3D 프린터는 이론상 어떠한 물건도 만들어낼 수 있기 때문에 각종 살상용 무기도 만들 수 있으며 따라서 총기 등의 규제가 무력화될 수 있다는 우려를 낳고 있다. 그러기에 정부차원에서 개인용 3D 프린터에 관한 안전지침을 만들어 알리는 것이 중요하다. 2013년 5월 미국에서는 디펜스 디스트리뷰티드라는 회사가 세계최초로 3D 프린터로 제작한 권총의 시험 발사를 성공시켜 주목받았다. 이 회사는 3D 프린터 권총의 설계도면을 온라인에 공개했고 이것이 논란이 되자 미국 국무부는 설계도면의 공개를 금지했다. 그러나 이미 다운로드 횟수는 10만건을 돌파한 후였다. 지난해 일본에서는 3D 프린터로 찍어낸 권총을 5정 제조해 소지하고 있던 대학 직원이 경찰에 체포되는 사건도 있었다. 일본은 총기 소유가 불법이기 때문에 사회에 미친 충격은 더 컸다. 앞으로 정부도 미래의 변화를 인지하고, 이 분야에 대한 지침을 만드는 등 사회적동의와 연구가 필요할 걸로 지적되고 있다.
※본 기획물은 지역신문발전기금의 지원을 받았습니다.
/이창훈기자 myway@kbmaeil.com
