3D 프린팅 산업육성을 위해 정부가 팔을 걷어붙이고 나섰다. 미래창조과학부와 산업통상자원부는 최근 창조경제 구현을 위한 신시장 창출과 제조업의 혁신을 위해 ‘3D 프린팅 산업 발전전략’을 공동 수립했다.

‘2020년 3D 프린팅 글로벌 선도국가 도약’이란 비전을 목표로 이번에 수립된 전략은 △수요 연계형 3D 프린팅 성장기반 조성 △비즈니스 활성화 지원 △기술경쟁력 확보 △법·제도 개선 등 4대 분야를 중심으로 이루어질 예정이다.

이처럼 3D 프린팅 기술이 미래 신성장 동력으로 떠오르고 있는 상황에서, 지난 23일 코엑스에서는 미래창조과학부가 후원하고 3D프린팅연구조합이 주최하는 ‘3D 프린팅 전문가 초청 심포지엄’이 개최됐다. 이번 행사는 국내 3D 프린팅 산업의 최근 동향을 공유하고 바람직한 미래 발전 방향을 논의하기 위해 마련됐다.

3D 프린팅으로 새롭게 거듭나고 있는 뿌리산업

기조연설자로 나선 이상목 한국생산기술연구원 수석연구원은 ‘뿌리산업과 3D 프린팅 기술’을 주제로 발표했다. 뿌리산업이란 주조나 금형 분야처럼 소재를 부품으로 만들거나, 부품을 완제품으로 생산하는 기초공정 산업을 말한다.

따라서 완제품의 겉모습에는 제대로 반영되지 않으나 구매하고자 하는 제품의 품질 및 가격, 그리고 내구성 등을 결정짓는 데에는 상당한 파급효과가 있는 산업이다. 다만 최근까지는 굴뚝산업으로 불리며 모두가 기피하는 직종으로 분류되어 부정적 이미지가 강했다.

이 같은 경향에 대해 이 박사는 “그러나 이제는 3D 프린팅 기술로 디지털화 되었고, 스마트한 방법을 구축하여 새로운 산업의 패러다임으로 전환될 기회를 찾고 있다”고 말했다.

이 박사가 예로 든 금형산업은 3D 프린팅 기술을 가장 효율적으로 사용할 수 있는 대표적인 뿌리산업 중 하나다. 금형의 일반적인 제조 프로세스는 '아이디어 → 디자인 → 금형제작 → 성형 → 측정 및 후 가공'으로 진행된다.

반면에 3D 프린팅 기술을 활용한 제조 과정은 아이디어와 디자인 단계인 쾌속조형(Rapid Prototyping) 및 목업(Mockup) 단계부터 적용된다. 따라서 제품 생산에 필요한 시간을 단축시킬 수 있고, 실제 모형 제작에 대비하여 제작비용이나 기간을 획기적으로 단축할 수 있게 해준다.

이 같은 동향과 관련하여 이 박사는 “최근의 금형 개발 분야에서는 제품의 생산성 향상과 변형을 최소화시키기 위해 ‘형상적응형 냉각채널(Conformal Cooling Channel)’을 가진 금형과 이종 재료 혼합식 금형 개발에 대한 ‘쾌속 툴링(Rapid Tooling)’ 공정연구가 활발히 진행되고 있다”고 밝혔다.

여기서 쾌속 툴링은 3D CAD나 CT, 또는 MRI와 같은 컴퓨터 3차원 모델로부터 곧바로 실물형상을 만드는 기술이다. 그렇기 때문에 디자인과 시제품 그리고 최종제품의 생산에 이르는 시간과 비용을 대폭 줄여주는 것으로 나타났다.

산업 전 분야를 새롭게 변신시키고 있는 3D 프린팅

3D 프린팅의 적용 사례를 중심으로 진행된 오후 세션에서 KTC사의 김진호 대표는 ‘광경화성수지 및 PMMA수지를 응용한 제품개발 사례’에 대해 주제발표를 했다. 김 대표는 광경화성수지에 대해 “레이저에서 경화되는 수지의 성질을 이용하는 것으로, 정밀하고 대형화가 가능한 부품 제작에 활용 된다”고 설명했다.

반면에 PMMA(Polymethly Methacrylate)에 대해서는 “아크릴수지라고도 불리는 PMMA수지는 열가공성 수지의 일종으로 열에 의해 쉽게 녹아내리는 성질을 가지고 있다”고 소개하며 “액체 접작체를 가루에 분사해서 형태를 만드는 기술인 바인더 젯팅(Binder Jetting) 방식을 이 수지 분말의 적층 성형에 사용한다”고 말했다.

공상과학 영화에서 등장하는 첨단 자동차나 실물과 같은 미니어처에 사용되는 PMMA수지에 대해 김 대표는 “디자인과 주조를 동시에 만족시킬 수 있는 방법인 만큼, 이 재료를 활용하는 공법은 제조 분야에 있어 새로운 패러다임을 제시할 것”이라고 전망했다.

이어서 이준희 한국기계연구원 나노자연모사연구실 선임연구원은 ‘3D바이오 프린팅 기술동향’이란 주제로 발표하며 “노령화 사회가 급속하게 진행되면서 인공조직 및 장기제작을 위해 신체의 기능회복을 위한 바이오 3D 프린터의 출현이 요구된다”고 전했다.

다양한 질병 및 사고로 인해 장기손상이 증가하면서, 장기수급에 있어 심각한 불일치가 발생하고 있다는 것이다. 따라서 생명과학과 공학의 기술을 바탕으로 생체조직의 대용품을 만들어 이식함으로써 생체기능의 유지 및 복원이 가능하도록 만드는 것이 바이오 3D 프린팅의 목표다.

이 박사는 “인공장기 외에도 최근 들어 잉크 대신 고분자 물질을 3D 프린터의 노즐로 한 방울씩 뿌리고 굳게 해 층을 쌓는 방법으로 인공혈관을 프린팅하는 방법이 각광을 받고 있다”고 전하면서 “또한 세포가 증식, 분화할 수 있도록 지지체 역할을 해주는 스캐폴드(Scaffold) 제작에도 3D 프린터가 이용되고 있다”고 덧붙였다.

이 박사는 확대되고 있는 3D 바이오 프린팅 분야를 설명하며, 뼈가 부러졌을 때 사용하는 부목까지도 3D 바이오 프린팅을 통해 전혀 새로운 제품으로 거듭나고 있는 사례를 소개했다.

뼈가 부러졌을 때는 고통도 고통이지만, 사실 오랫동안 뼈가 아물도록 고생을 한다는 점이 더 고통스럽다. 내부 부상이 없이 뼈만 부러졌을 때 우리는 치유 과정에서 유리 섬유나 석고 기브스, 즉 석고 캐스트를 착용하여 불편을 겪는다. 특히 냄새나고, 가려우며, 움직이기 힘들다는 것이 불편한 점으로 꼽힌다.

그러나 이제 이런 고통에서 벗어날 수 있게 되었다. 에빌 디자인(Evill Design) 사가 기존 석고에 대한 대안으로 코어텍스 외골격 캐스트(Cortex Exoskeletal Cast)를 개발했기 때문이다.

이 박사는 “부목의 종전 개념을 현대화시킨 제품”이라고 캐스트를 소개하며 “3D 프린팅 시 미리 뼈를 스캔하여 외상 영역을 정확히 파악하기 때문에, 최적의 맞춤 부목 구조를 만들어 준다. 또한 환기가 가능하여 절대 냄새나고 가렵지 않다”고 강조했다.

이 캐스트의 장점은 이 외에도 수없이 많다. 초경량이며, 재활용이 가능하고, 캐스트를 착용하고도 샤워를 할 수 있다. 또한 편리하고, 보기도 좋은데다 유연성까지 있어서 움직임이 편리하다. 물론 3D 프린팅인 만큼 캐스트 인쇄에 몇 시간 밖에 걸리지 않는다는 장점은 기본이다.