September 19,2019

4차 산업혁명의 주역 ‘3D 프린터’

우주선부터 나노 칩까지 제조업 혁신 주도

[편집자 註] 4월은 ‘과학의 달’이다. 특히 올해 4월에는 과학기술의 의미를 새롭게 일깨우고 국민의 삶을 편리하고 안전하게 '과학화'하기 위한 다채로운 행사가 열릴 예정이다. 사이언스타임즈는 ‘과학의 달’을 맞아 ‘내 삶을 바꾸는 과학’이란 주제로 인간의 삶에 큰 변화를 가져온 과학 현장을 주제별로 조명한다.
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그동안 미 항공우주국(NASA)은 차세대를 이끌어갈 유인우주선 ‘오리온(Orion)’을 개발해왔다. 정식 명칭은 ‘오리온 MPCV(Orion Multi-Purpose Crew Vehicle)’, 즉 다목적 유인우주선이라고 보면 될 것 같다.

이 우주선에 3D 프린터 기술이 적용되고 있다. NASA는 지난 17일 우주선 부품을 3D 프린터로 제작하기 위해 스트라타시스, 록히드마틴, 피닉스 애널리스트앤디자인 등의 기업들과 기술협약을 맺었다.

IT 매체 ‘씨넷’은 이번 협약과 관련, 우주선 ‘​오리온’에 3D프린터로 제작한 100개 이상의 부품이 들어갈 것으로 보인다고 전했다. 작업은 미국 최대 방산업체 록히드마틴의 적층제조 실험실에서 이뤄질 예정이다.

우주선 제작에 3D 기술이 채택되는 등 자동차, 항공, 의료, 신소재, 패션 등 산업 전반에 주역으로 부상하고 있다. 사진은 미국 반덴베그 공군기지의 우주선 제작 시설.    ⓒNASA

우주선 제작에 3D 기술이 채택되는 등 자동차, 항공, 의료, 신소재, 패션 등 산업 전반에 주역으로 부상하고 있다. 사진은 미국 반덴베그 공군기지의 우주선 제작 시설. ⓒNASA

3D 기술로 초정밀 기기 제작 가능해져

3D 프린팅 종합솔루션 기업 스트라타시스는 나사의 요구에 따라 내열성과 화학적 저항성이 강한 ULTEM 9085과 Antero 800NA 등 차세대 소재를 공급할 계획이다. 3D 프린터로 인쇄한 가장 큰 부품은 오리온의 도킹 해치를 보호하는 덮개라고 밝혔다.

나사와 해당 기업들이 3D 프린팅 기술을 채택한 이유는 합리적 비용과 유연성 때문이다. 대량 생산에 맞춰진 사출 방식은 많은 비용이 들어가지만 3D 프린팅 방식은 소량 생산이 가능하다. 부품 모양이나 소재도 쉽게 변경할 수 있어 원하는 부품을 신속하게 제작할 수 있다.

스콧 세브칙(Scott Sevcik) 스트라타시스 제조 솔루션 부분 부사장은 “획일화된 방식에 의해 대량 생산하던 전통적인 기술과 달리 각 상황에 맞추어 자유롭게 제품을 디자인할 수 있어, 비용 면에서 매우 효율적인 생산 방식”이라고 말했다.

최근 3D의 혁신은 놀라울 정도다. 22일 미 과학기술전문지 ‘IEEE 스펙트럼’에 따르면 뉴욕시립대 헌터 컬리지 연구팀이 첨단 기술이 첨가된 나노 차원의 3D 기술로 초소형 바이오칩을 만드는데 성공했다고 전했다.

바이오칩이란 생화학적 반응을 빠르게 탐지하기 위해 생체 유기물과 무기물을 조합하여 만든 혼성소자를 말한다. 연구팀은 금도금한 피라미드형 부품, 초소형 LED 등, 광화학 반응장치 등을 활용해 생체 유기물과 무기물을 칩 표면에 다양하게 프린트 할 수 있었다.

이전까지의 기술로는 바이오칩 안에 한 종류의 단백질만 프린터할 수 있었다. 그러나 이번 연구를 통해 칩 표면에 다양한 단백질을 프린터 하는데 성공해 질병 등과 관련, 포괄적으로 단백질 반응을 관찰할 수 있는 길이 열렸다.

뉴욕시립대 아담 브라운슈바이크(Adam Braunschweig) 교수는 “이번 연구를 통해 다양한 단백질 연구가 동시에 가능한 바이오칩이 개발됐다.”며, “이 바이오칩을 활용해 불치병 등 질병 연구를 더 활성화 할 수 있게 됐다.”고 말했다.

‘3D 프린터 작업대’  대량 보급 예고

3D 프린터의 역사는 1980년대로 거슬러 올라간다. 미국의 3D 시스템즈라는 회사에서 플라스틱 액체를 굳혀 입체 물품을 만들어내는 프린터를 개발한 것이 그 시초다. 그러나 비용 및 지적재산권 등의 이유로 제한적으로 사용돼왔다.

그러나 최근 3D 프린터 제작 비용이 급격히 떨어지고 지적재산권 행사 기간이 종료되면서 기술 대중화가 이루어지고 있다. 일반 세공품에서부터 자동차, 가전, 의료, 건축, 패션 등 전문 분야에 이르기까지 3D 기술이 적용되지 않는 분야를 찾아보기 힘든 상황이다.

관계자들이 주목하고 있는 것은 4차 산업혁명의 주역이라고 할 수 있을 만큼 강력한 3D 기술의 파급력이다. 지난 16일 GE의 알렉스 드미트리프(Alex Dimitrief) CEO는 한국 언론과 가진 인터뷰에서 “한국 제조업의 미래가 3D에 달려 있다.”고 말했다.

“한국의 제조 기업들이 아직 연구 차원에서 3D 프린터를 다루고 있지만 미국 등 주요 국가의 경우 많은 기업들이 자동차, 항공, 의료, 소재, 부품 등 다양한 분야에서 괄목할 만한 혁신을 이루고 있다.”는 것.

실제로 GE는 3D 프린터에 이용되는 금속 분말 등 특허 346개도 확보하고 있는 중이다. 이를 통해 2020년에는 3000대 이상의 장비를 판매할 계획이다. 장비 판매를 통해 10억 달러가 넘는 매출을 올릴 것으로 예상하고 있다.

20일 ‘3D print.com’에 따르면 최근 공학자들은 ‘3D 프린터 작업대(3DP Workbench)’를 개발하고 있는 중이다. 작업대란 일반 공작 작업에 필요한 바이스를 설치하고 공구나 공작물을 진열한 후 손수 작업을 할 수 있도록 만든 탁자를 말한다.

현재 제작되고 있는 작업대는 3D 프린터가 중앙에 설치돼 있고, 관련된 작업도구들이 적정한 위치에 배치돼 있다. 주목할 점은 이 ‘3D 프린터 작업대’를 ‘3D 플랫폼’이 지원하고 있다는 점이다. 화면을 통해 각종 설계도 등 관련 자료를 공급하고 있다.

관계자들은 이 작업대가 보다 더 편리하게 제작돼 대중화되고, 생산 현장에 대량 보급될 경우 기존의 생산 시스템에 놀라운 변화가 일어날 것으로 예상하고 있다. 대량 생산 위주의 기존 제조업을 소량 다품목 화하는 계기가 될 것으로 보고 있다.

SF 영화 ‘A.I.’를 보면 인공지능을 탑재한 로봇들이 질서정연한 제작 과정을 통해 대량 생산되는 과정을 볼 수 있다. 영화 ‘터미네이터; 제너시스’ 편에서도 인공지능이 3D 프린터를 활용, 전투용 로봇을 제작하는 장면을 볼 수 있다.

이런 작업을 할 수 있는 것이 3D 기술이다. 이미 주요 자동차, 항공, 가전, IT 업체들은 일부 공정과정에 3D 기술을 도입했으며, 추가 도입을 서두르고 있는 것으로 알려지고 있다. 3D 기술이 인간 삶에 더 빨리 다가오고 있는 중이다.

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