[대한민국 희망 프로젝트]<558>3D프린터

4차 산업혁명을 얘기할 때 빠지지 않고 나오는 기술 중 하나가 3D프린터입니다. 영화 아이언맨에서 아이언맨이 입는 슈트도 3D프린터를 활용해 만들었다고 합니다. 전문가와 산업계는 3D프린터의 성장 전망이 크다고 얘기합니다. 어떤 물건이기에 이렇게 각광받는지 알아보겠습니다.

ⓒ게티이미지뱅크

Q:3D프린터는 무엇인가요.

3차원으로 물건을 만들어내는 기계입니다. 입체 설계도만 있으면 3차원으로 사물을 만들어냅니다. 기존 잉크젯 프린터와 기본 원리는 같습니다. 잉크젯 프린터는 x축(앞뒤)과 y축(좌우)을 이용해 잉크를 종이 표면에 분사합니다. 3D 프린터는 여기에 z축(상하)을 더해 3차원으로 물건을 만듭니다.

Q:3D프린터에는 어떤 기술이 사용되나요.

3D프린터에는 '적층가공(Additive Manufacturing)'이 주로 쓰입니다. 적층가공은 3차원 물체를 만들어 내기 위해 원료를 여러 층으로 쌓고 결합합니다. 고체 열가소성 플라스틱, 금속 분말, 모래 등 재료를 이용합니다. 종이보다 얇은 0.01~0.08㎜ 층을 적용합니다. 금형을 제작하는 등 중간 과정이 필요없기 때문에 효율이 높습니다. 즉각 수정 작업이 가능해 제품 개발 주기도 단축합니다. 정교한 내부 구성이 가능한 것도 장점으로 꼽힙니다. 일반적으로 3D프린터라고 하면 적층가공 기술을 떠올리지만 큰 범주에서 보면 재료를 자르거나 깎아서 제품을 생산하는 '절삭가공'도 3D프린터 범주에 포함하기도 합니다.

3D프린터 기술을 세분화하면 크게 6가지로 나눌 수 있습니다. 한국산업기술평가관리원(KEIT)의 '2017 차량용 3D프린팅 기술 동향' 보고서에 따르면, 3D프린팅 기술에는 △가열된 노즐로 재료가 압출하면서 경화된 층을 쌓는 '압출형(Extrusion)' △액체 원료를 고압으로 분출하는 '분사형(Jetting)' △액체 재료가 원하는 형상에 맞게 조사된 빛으로 부분 경화하는 '광조형(Light Polymerized)' △편평하게 깔린 재료에 부분 용융이 일어날 정도로 가열해 경화하는 '소결형(Sintering)' △레이저 등 고출력 에너지로 재료 분사와 동시에 재료를 녹여 결합하는 '고에너지형(Directed Energy Deposition)' △필름 형태 재료를 한 장씩 놓고 모양대로 잘라낸 후 접착제 등으로 쌓는 '층층형(Laminated)'이 있습니다. 현재 시중에는 압출형 방식이 많습니다.

Q:3D프린터에서 제작과정은 어떻게 되나요.

모델링(modeling), 프린팅(printing), 피니싱(finishing) 과정을 거칩니다. 모델링은 3D 도면을 제작하는 단계입니다. 3D 캐드(CAD)나 3D 모델링 프로그램 등을 활용합니다. 프린팅은 모델링으로 제작된 3D도면을 이용해 물체를 만드는 단계입니다. 프린팅에 걸리는 제작물 크기와 복잡도, 3D프린터 성능에 따라 다릅니다. 피니싱은 산출된 제작물에 대해 보완 작업을 하는 단계입니다. 색을 칠하거나 표면을 연마하거나 부분 제작물을 조립하는 등 작업을 합니다.

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Q:3D프린터 시장규모와 성장 잠재력은 어떻게 되나요.

3D프린팅 기술은 1980년대에 나왔습니다. 최근 쓰임새가 다양해지면서 시장 잠재력 또한 커지고 있습니다. 3D프린터 시장 조사기관 '월러스 어소시에이츠(Wohlers Associates)'에 따르면 2015년 세계시장 3D프린팅 산업 시장 규모는 51억달러(5조5335억원) 규모 입니다. 월러스 어소시에이츠는 향후 시장 성장이 클 것으로 예상했습니다. 2019년까지 연평균 31% 성장해 2019년에는 158억달러(17조1430억원) 규모로 대폭 커질 것이라고 전망합니다. 다만 일각에서는 실제 3D프린팅 산업 성장세가 기대에 미치지 못한다는 의견도 제기합니다.

3D프린팅 산업 성장세가 가파른 이유는 다양한 산업군과 개인 사용자에게 널리 보급될 것으로 예상되기 때문입니다. 현재도 산업 곳곳에서 시제품 제작이나 실제 제품 생산에 활용하고 있습니다. 개인사용자가 레고 같은 완구를 만드는 용도로도 사용하지만 로봇 같은 복잡한 제품에도 쓰이기 시작했습니다. 한 예로 장애인 보행을 돕기 위한 웨어러블 로봇을 만든 공경철 서강대 교수는 로봇 제작에 3D프린터를 활용했다고 밝혔습니다. 아이언맨 슈트 같은 정교한 영화 소품에도 쓰입니다.

Q:국내 3D프린팅 산업 시장 동향은 어떤가요.

국내에서는 중소기업 위주로 3D프린팅 산업이 형성되고 있습니다. 대학이나 초·중·고등학교에서 실습용으로 주로 쓰입니다. 산업용 3D프린터를 제작하는 곳도 있습니다만 스트라타시스나 3D시스템즈 같은 외국기업에 비하면 미미한 수준입니다. 주요 기업으로는 신도리코와 메이커스테크놀로지, 포머스팜, 센트롤 등이 있습니다.

◇『3D프린터 창업을 출력하라』 이승준·진동환 지음, 프로젝트A 펴냄

3D프린팅 시장에 관심 있는 예비 창업자를 위해 쓰였다. 3D프린터 전문 강사이자 창업자이기도 한 저자가 3D프린팅과 관련된 창업을 하면서 겪었던 경험을 담았다. 3D프린터로 접근하는 분야를 상세히 소개한다. 3D프린터 종류·재료를 제공하거나 3D모델링을 다루면서 아이디어를 구현하는 방법을 다룬다.

◇『3D프린터를 활용한 무한상상 창조교실』 이성웅 지음, 성안당 펴냄

상상력이 풍부한 초·중·고 학생과 3D프린터 초보자가 3D프린터를 활용하도록 돕는다. 학생과 초보자 눈높이에 맞춰 해설과 이미지를 활용해 쉽게 설명했다. 고급 모델링 기술까지 따라할 수 있도록 구성했다.

변상근기자 sgbyun@etnews.com