[Social] – 제조의 민주화를 위한 3D 프린팅의 도전

by Jihoo Ha (Dubai International Academy Year 8)

18세기 영국에서 시작된 산업혁명 이후, 대부분의 물건들은 공장에서 만들어졌다. 공장에서 물건들을 만들려면 먼저 공장을 세울 땅이 필요하고, 물건을 제조할 기계와 노동자들이 필요하다. 그렇기 때문에 제조업을 하려면 아무나 쉽게 못하고, 기술과 자본이 필요하다. 그런데, 3D 프린팅이 개발되면서 제조의 민주화가 이뤄지고 있다. 누구나 쉽게 원하는 제품을 원하는 대로, 원하는 장소에서 손쉽게 생산할 수 있게 되어 메이커 시대가 열린 것이다. 아이디어가 있으면 컴퓨터로 디지털 파일을 만들어 어디서든 입체로 프린팅을 할 수 있기 때문에 이를 ‘제조의 민주화’라고 불린다. 

3D 프린팅은 얇은 한 층씩 쌓아서 입체적인 물건을 만드는 것이다. 3D 소프트웨어로 디자인을 만들고 설계도를 그리고 설계도의 디지털 정보를 3D 프린터로 전송하면 프린터가 출력을 시작한다. 이미 만들어진 물건을 만들고 싶다면, 먼저 카메라로 물건을 찍고, 디지털로 바꿔서 입체로 프린팅을 하면 된다. 4D 프린팅은 3D에 소재 공학을 더한 것이다. 3차원의 공간에 시간이 더해지면 4차원이 된다. 이것은 3D 프린팅으로 만든 제품이 온도, 습도, 소리 같은 외부환경 때문에 자가조립이 가능한데, 4D의 프로그램을 설계하기 위해서는 신소재의 개발과 소재 특성에 맞는 각도 계산이 중요하다.

3D 프린팅은 일상의 물건은 물론 자동차나 항공부품 등 다양한 분야에서 활용이 가능하다. 한 전기차 스타트업은 대형 3D 프린터로 40일 안에 자동차를 만들었다. 3D 프린팅으로 만든 자동차는 재료 자체를 충격을 흡수할 수 있는 소재로 프린팅 하여 사고 시 안전하고, 차제의 충격을 강철보다 잘 흡수하여 탑승자를 보호할 수 있다. 또한, 3D 프린터는 항공부품을 만드는데 도움이 되고 있다. 3D 프린터로 만든 항공부품은 보통 부품보다 가볍고 복잡한 구조를 소화할 수 있어서 에너지 효율을 높여준다. 또, 의수와 의족에도 도와준다. 3D 프린팅은 입력되는 디지털 파일의 수정만으로 새로운 물건을 제조할 수 있기 때문에 개인 맞춤형 제품을 만들 수 있다. 성장하는 어린이나 전쟁으로 손과 발을 잃은 지역의 사람들에게 기존 의수와 의족보다 1/5로 저렴하기 때문에 도움이 된다. 3D 프린팅은 보통 물건의 제조 시간을 절반으로 줄였고, 원래 가격보다 훨씬 저렴하게 제조할 수 있게 하였다. 

3D 프린팅은 사람을 살리는데 도움이 된다. 예를 들어, 미국에 이안이라는 아이는 기관지 연화증을 앓고 있어 제대로 숨을 쉬기 힘들었다. 이안은 기관 조직이 약해서 기도가 짓눌렸고 병원에서는 가망이 없다는 진단을 내렸지만, 이안의 어머니는 기도를 지탱해주는 부목을 3D로 제작해서 이식하는 수술법을 선택했다. 이 부목은 3D 프린팅을 만들어졌기 때문에 이안의 기도에 맞게 맞춤형 설계됐고, 성장에 따라 부목도 커지고 안전하게 흡수되어 제거 수술도 필요가 없었다. 앞서 말한 것처럼 소재공학을 더해 4D 기능을 적용한 것이다. 부목의 소재는 폴리카프로락톤(PCL)로 이루어져 있어 평균 3년 정도 시간이 흐르면 몸 안에서 분해되었고, 부목이 녹아 없어지는 시간까지 조절할 수 있다.

신경외과 수술은 두개골을 잘라야 되는 경우가 많다. 수술을 마치고 잘라낸 두개골의 자리에는 보통, 본 시멘트로 만들어 두개골을 이식해야 했다. 하지만, 본 시멘트는 무겁고, 의사들이 짧은 시간에 스스로 모양을 만들어야 하기 때문에 완벽하지 않았다. 그래서 3D 프린팅을 써서 티타늄으로 두개골 모형을 만들었더니 가볍고, 좌우 대칭을 할 수 있어서 반대쪽 두개골이 있으면 정확하게 만들 수 있다. 티타늄 두개골은 디자인한 후 분말을 녹이고, 그 위에 분말이 깔리고 또 녹이고 해서 한 층씩 쌓아가면서 만들었다. 또한, 세포 프린팅도 가능한데 손상된 간 조직을 재생하는데 도움이 된다. 3D 세포 프린팅의 중요한 소재는 줄기세포이다. 작은 주삿바늘을 이용해 층을 쌓는데, 이렇게 만들어진 간 블록은 반창고처럼 원하는 부위에 이식할 수 있다. 작은 블록에는 ASC(지방유래 줄기세포)와 HEP (분화된 줄기세포) 세포들이 있다. 

3D 프린팅으로 현재 시멘트 건물을 만들 수 있지만 보다 더 다양한 건축분야에 도입하면 좋을 것 같다. 왜냐하면 자동차를 만들 때 쓰는 대형 3D 프린터가 있기 때문에 자신만의 독특한 인테리어에 활용을 하거나, 창문이나 가구도 제작할 수 있다. 또, 옷과 귀걸이, 목걸이 등을 만드는데 3D 프린팅을 사용하면 집에서도 원하는 디자인으로 제작이 가능하다고 생각한다. 3D 프린팅은 아이디어만 있다면 무궁무진한 가능성이 많은 분야로 각자의 개성을 살리며, 실용성 있는 제품에 적용되어 인류의 삶을 편리하게 할 것이라고 믿는다.