3차원(3D) 프린팅 들어 보셨나요? 요즘에는 초등학생들도 방과 후 프로그램 등에서 3D 프린터로 만들기를 한다고 하는데요. 3D 프린팅이란, 2차원 이미지를 입력하면 이를 3차원 3D로 변환하여 고분자 신소재나 금속, 세라믹과 같은 소재를 층층이 쌓아 올리거나 커다란 덩어리의 재료를 깎아서 실제로 사용할 수 있는 물건을 만들어 출력하는 기술을 말합니다. 그야말로 뭐든지 입력만 하면 바로 만들어서 눈으로 확인할 수 있으니 지니의 요술 램프에 비견될 만한 획기적인 발명품이죠.
최초의 3D 프린터는 1984년 미국 3D 시스템즈를 설립한 공동창업자 찰스 헐(Charles Hull)에 의해서 만들어졌습니다. 하지만 3D 프린터 소재가 너무 비싸서 극히 제한된 용도에만 사용되어 왔는데요. 최근 플라스틱 소재는 물론이고 나일론과 고무, 금속, 세라믹, 바이오 물질까지 범위가 무한대로 확장되면서 그 쓰임새가 다양해지고 있다고 합니다. 기업에서도 기존에는 3D 프린터를 사용해서 실제 제품을 출시하기 전에 샘플이나, 시제품을 제작하는 용도로만 사용했었는데요. 최근에는 신발, 휴대전화 케이스, 자동차 부속품 등 실제로 사용될 제품을 출력하는 용도로 확대되고 있다고 합니다. 3D 프린팅 기술을 사용할 경우에 재고가 쌓이지 않고, 필요한 때 바로바로 생산할 수 있어서 물류비, 창고관리 비용 등을 절감할 수 있다고 합니다.
지난 3~4년 사이에 3D 프린팅 시장은 급격히 확대되고 있으며, 전문 시장조사기관인 월러스에 따르면 오는 2020년에는 3D 프린팅 산업이 210억 달러 규모로 성장할 것이라고 합니다. 3차원(3D) 프린팅은 자율 주행 자동차, 가상현실(VR), 사물인터넷(IoT), 클라우드컴퓨팅과 함께 미래 사회를 견인할 5대 유망 분야로 손꼽히고 있습니다. 앞으로는 가정에서도 3D프린터 한 대씩 구비하여 필요한 물건은 그때그때 만들어서 사용될 것으로 예측되고 있습니다. 지금까지 소비자의 역할에만 충실했던 사람들이 직접 생산자가 되는 것이죠. 제4차 산업 혁명으로 불릴 만큼 인류의 삶을 바꿀 놀라운 발명품 3D 프린터, 어떤 용도로 사용되고 있는지 그 원리를 살펴보고, 배울 점을 찾아 봅시다.
음식을 출력하는 3차원(3D) 프린팅
3D 프린터의 소재로 이제, 음식물이 쓰이는 시대가 되었다고 합니다. 물과 기름, 밀가루 등의 재료를 섞어서 프린터의 소재로 넣으면 음식을 만들어 주는 것이죠. 원하는 음식을 입력하면 뚝딱 만들어주는 3D 프린터가 있다니, 혼밥, 혼족 시대에 꼭 필요한 제품이 될 것 같습니다.
최근, 스페인 바르셀로나에 있는 신생 기업 ‘Natural Machines’가 개발한 음식을 출력하는 3D 프린터 ‘푸디니(FOODINI)’가 대표적인 사례인데요. ‘푸디니’는 다양한 종류의 재료를 사용하여 소비자가 원하는 다양한 요리들을 척척 만들어 낼 수 있다고 합니다.
https://www.naturalmachines.com/
https://www.naturalmachines.com/
3D 프린터 ‘푸디니(FOODINI)에는 다양한 재료들이 각각 다른 크기의 노즐을 통해 두께나 질감 등을 조절할 수 있고 아름다운 음식을 만들어 낼 수 있다고 합니다. 그야말로 보기도 좋고 맛도 좋은 음식을 뚝딱 만들어 내는 것인데요. 초콜릿, 쿠키, 피자 등은 물론이고 햄버거 등 원하는 것은 무엇이든 입력만 하면 된다고 합니다. 3D 프린터 ‘푸디니(FOODINI)의 자세한 작동 원리는 아래 영상을 참고하세요.
바이오 프린팅
3D 프린팅의 가장 큰 장점은 개인화된 특별한 제품을 만들어 낼 수 있다는 점 같습니다. 똑같은 사이즈의 똑같은 제품을 대량으로 생산하는 것이 아니라 꼭 필요한 단 하나의 제품을 금세 만들어 낼 수 있는 것이죠. 이러한 특징을 가장 잘 활용하고 있는 분야가 바로 의학계입니다. 3D 프린터를 활용하여 인공 치아나 인공 관절, 보형물 등은 물론이고, 인공 뼈나 인공 장기, 인공 피부 등을 만들어 내는 기술이 연구되고 있는데요. 일일이 사이즈를 측정해서 본을 띄고 틀을 만들어 낼 필요 없이 바로 필요한 부위의 사진을 찍어서 이를 3D 프린터로 출력만 하면 된다고 합니다. 이를 위해서는 다양한 종류의 세포를 원료로 만든 바이오 잉크(bioink)를 3D 프린터의 재료로 사용하며, 동맥, 간, 신장, 피부, 심지어 심장까지 3D 프린터로 만들어낼 수 있다고 합니다. 실제로 미국의 얼라인테크놀로지(Align Technology)는 치아에 장착했을 때 눈에 잘 띄지 않는 투명한 교정기를 생산하고 있다고 합니다.
http://investor.aligntech.com/
미국 비스포크이노베이션(Bespoke Innovation)은 3D 프린팅 기술을 활용하여 환자 개개인의 신체 사이즈에 맞춤형으로 제작한 의족을 생산하고 있다고 합니다.
http://premium.chosun.com/site/data/html_dir/2016/06/17/2016061701137.html
2007년 설립된 미국의 생명공학 회사 오가노보(Organovo)는 3D프린터 기술을 활용해 장기나 신체의 일부를 생산해내고 있으며, 2013년에는 수만 개의 세포로 이루어진 바이오 잉크를 사용해서 인공 간을 만들어 내는데 성공했다는 소식도 있습니다.
스웨덴 발렌베리산림과학센터(WWSC)는 3D 프린터로 인공 귀 연골을 제작하는 데 성공해서 임상 실험을 진행하고 있다고 하네요.
http://www.etoday.co.kr/issue/newsview.php?idxno=1221251
바이오잉크를 활용한 바이오 3D 프린터에 대해서 좀 더 자세히 알고 싶다면 아래 영상을 참고해 주세요.
이처럼 3D 프린터의 소재는 날이 갈수록 진화를 거듭하여, 피가 통하고 신경을 연결할 정도로 실제 세포가 살아 움직이는 바이오잉크를 만들어 내기에 이르렀습니다. 현재도 전 세계의 유수의 기업들은 좀 더 진화한 3D 프린터를 만들기 위해서 총력을 기울이고 있다고 합니다. 인공 장기를 마음대로 만들어 낼 수 있는 날이 온다면 인류의 삶은 또 어떻게 진화할지 기대됩니다.
맞춤형 깔창
3D 프린터를 활용한 다양한 비즈니스 아이템도 나오고 있습니다. 최근에 캐나다의 스타트업 기업 ‘위브(Wiivv)’는 크라우드 펀딩 사이트 킥스타터에 3D 프린터를 활용한 맞춤형 깔창 주문 생산 서비스를 개시하여 큰 인기를 얻었다고 합니다.
https://wiivv.com/
‘베이스(BASE)’라는 이름의 이 깔창은 50달러(약 6만 원)에 판매되고 있으며, 스마트폰에 앱을 설치하고 자신의 발을 다양한 각도에서 촬영한 5장의 사진을 업로드하여 직접 주문하면 제작된다고 합니다.
http://www.bizion.com/bbs/board.php?bo_table=product&wr_id=1332
앞으로도 다양한 분야에서 3D 프린터를 활용한 다양한 사업이 시작되고 관련 일자리도 창출될 것으로 전문가들은 보고 있습니다. 앞으로는 어떤 새로운 소재를 활용한 3D 프린팅 기술이 나올지 벌써부터 기대가 됩니다. 3차원(3D) 프린팅은 2차원 이미지를 3차원 3D로 변환하였다는 점에서 천재들의 발명 원리, <트리즈의 17번 차원 변경 원리>가 적용되어 있습니다. 기존의 종이에 원하는 그림이나 글씨를 찍어내던 프린터가 물건을 생산하는 획기적인 전환점을 맞게 된 것입니다.
이렇게 3차원의 형태를 만들어 내기 위해서는 고분자 신소재나 금속, 세라믹은 물론이고 세포로 만들어진 바이오 잉크 등과 같은 다양한 신소재가 꼭 필요한데요. 식재료를 비롯한 다양한 재료를 포함시켜 새로움을 창조해내는 3D 프린팅에는 <트리즈 5번 통합> 원리도 적용되어 있습니다.
마지막으로 3D 프린팅 기술은 다양한 신소재를 분출하여 가느다란 실과 같은 형태로 계속 쌓아올려서 빠르게 굳혀 제품을 생산하는데요. 여기에는 미분과 적분의 수학적 원리가 숨어 있습니다. 인쇄할 물건을 미분의 원리를 활용하여 잘게 나눠 분석하고 이를 다시 적분의 원리로 쌓아올려서 형태를 만들어 내는 것이죠. 즉, 3D 프린팅의 마지막 혁신의 비밀은 <트리즈 1번 분할> 원리임을 알 수 있습니다. 만약, 하나의 형태를 만들기 위해서 잘게 쪼개어 쌓는 것을 생각하지 못했다면, 오늘날의 3D 프린터는 결코 탄생하지 못 했을 겁니다.
이에 더해서 간편하게 휴대할 수 있는 3D 프린터 펜도 출시되었습니다. ABS 수지를 재료로 사용해서 허공에 그림을 그리면 원하는 제품이 만들어지는 3D 프린터 펜, ‘3Dooler’ 입니다.
http://the3doodler.com/
색깔이 있는 ABS 또는 PLA 수지를 녹여서 사용하며 펜의 끝에는 플라스틱을 냉각시키는 기체가 분출되어 바로 굳힌다고 하네요.
http://the3doodler.com/
현재 99달러로 판매되고 있는 이 3D 펜은 컴퓨터 프로그래밍의 도움 없이 인간이 직접 상상해서 바로 만들어 볼 수 있다는 점에서 어린이들에게도 인기를 얻고 있다고 합니다.
일회용품
3D 프린터로 만든 1회용 ‘친환경 팬티’도 있습니다. (출처 http://www.bizion.com/bbs/board.php?bo_table=product&wr_id=891) 영국의 ‘Tamicare’사가 만든 일회용 팬티는 ‘Cosyflex’라는 특수 섬유 원단으로 만들어져 3D 프린터만 있으면 3초 만에 만들 수 있다고 합니다. 앞으로 3D 프린터를 사용해서 누구나 쉽게 한번 입고 버릴 수 있는 양말, 속옷, 기저귀 등을 만들 수 있는 시대가 오겠습니다.
출처 http://www.bizion.com/bbs/board.php?bo_table=product&wr_id=891
딱 한번 하루만 입고 버려도 자연적으로 생분해가 되는 친환경 소재라서 환경오염 걱정도 없다고 합니다.
http://www.tamicare.com
이 제품은 <빼기 반복>의 원리를 활용해서 일회용 제품을 만들었습니다.
지금까지 미래 사회의 삶을 바꿀 혁신적인 발명품, 3D 프린터에 대해서 살펴보고 창의적인 혁신의 비법을 배웠습니다. 여러분도 할 수 있습니다. 다양한 트리즈의 원리를 적용해서 아이디어를 만들고 공유해 보세요. 슬쩍북이 여러분을 응원합니다.
TRIZ는 천재들의 창의적 문제해결을 위한 이론으로서 <슬쩍북>에 수록된 <슬쩍 원리>의 기초가 되었습니다. TRIZ 의 40가지 발명 원리는 러시아의 겐리히 알트슐러 박사가 직접 전 세계 200만 건 이상의 특허를 분석하여 공통점을 분석하여 만들어 졌으며, 현재 전 세계적으로 널리 통용되고 있습니다.
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