처음에 3D프린터에 쓸 수 있는 소재는 열가소성 플라스틱 뿐이었습니다. 쓸 수 있는 소재가 제한된 만큼, 3D프린터로 출력할 수 있는 것도 제한적이었지요. 하지만 이제 플라스틱 뿐만 아니라, 금속, 세라믹, 바이오 소재까지 3D프린터의 '잉크'로 쓸 수 있게 되면서 3D프린터 출력물도 상상을 초월할 정도로 다양해졌습니다. 3D프린터로 출력한 기발한 7가지 활용사례를 살펴봅시다.
목 차
1. 맞춤형 신발
사실 사람마다 발 크기는 제각각이라고 합니다. 평소에 230사이즈 신발을 신지만 정확히 발 크기가 230인 사람이 얼마나 될까요? 내 발에 꼭 맞지 않고, 얼추 맞는 신발은 우리에게 고통과 불편함을 안겨 주었습니다. 맞춤형 신발을 사서 신고 싶었지만, 너무 비싼 가격에 대충 맞는 신발을 신는데 만족하지 않으셨나요?
3D프린터는 맞춤형 신발을 보다 저렴하게 신을 수 있게 해줄 기술입니다. 아디다스는 이미 세계적인 3D프린터 회사 카본과 합작하여 시중에 맞춤형 신발, "Futurecraft 4D"를 선보였습니다.
'Futurecraft 4D' 에서 3D프린터로 제작된 부분은 신발 밑창에 해당하는 '미드솔(midsole)' 입니다. 체중, 신장, 활동 스타일, 걸음걸이 등에 따라 이 미드솔이 다르게 설계되어야 사용자는 신발을 신었을 때 극강의 편안함을 느낄 수 있습니다. 하지만 현재 모든 신발들은 개인적 차이를 무시한 채 표준 규격에 맞춰 생산되고 있습니다.
이러한 생산 방식 하에서는 '표준적'인 사이즈와 발 모양이 조금이라도 다른 사람은 신발을 신을 때마다 불편함을 느낄 수밖에 없었습니다. 카본 사의 3D프린터는 하루만에 개인의 특성에 따라 다르게 설계된 미드솔을 생산해낼 수 있습니다. 3D프린터는 맞춤형 신발의 제작 속도를 단 하루로 획기적으로 앞당겼습니다.
2. 두개골
2014년, 네덜란드의 유트레이트 의과 대학은 세계 최초로 3D프린터로 만든 두개골을 22세 여성에게 성공적으로 이식했습니다. 이 여성은 두개골의 두께가 점점 두꺼워져서 뇌의 압력에 심각한 지장을 줄 수 있는 희귀병을 앓고 있었습니다. 빨리 두개골을 이식하지 않으면 뇌의 기능을 상실할 가능성이 높았습니다.
의료진은 환자의 두개골 윗부분 전체를 잘라내고 3D프린터로 출력한 플라스틱 두개골을 이식했습니다. 환자는 수술 후 시력도 회복하고, 모든 일상 생활을 정상적으로 하고 있다고 합니다. 2016년에는, 국내에서도 한 환자가 3D프린터로 출력된 두개골을 성공적으로 이식받았습니다.
3D프린터가 존재하지 않았을 적에는, 이처럼 두개골을 전면 교체하는 것이 불가능했다고 합니다. 시멘트로 깨지거나 함몰된 두개골의 일부를 메꾸는 것만이 가능했다고 합니다. 하지만 이런 방식의 처치는 인체 부적합성이 높아서 부작용이 심했고, 미적으로도 움푹 머리가 패인 것처럼 보이게 만들었다고 합니다.
3. 화장실
인도 여행을 다녀온 사람에게 인도가 어떤 곳이었냐고 물으면 "더러웠다"고 답하는 경우가 많이 있습니다. 인도가 유독 다른 나라보다 더러운 이유 중 하나는, 인도에 화장실이 많이 없기 때문입니다. 인도의 약 42%에 달하는, 약 5억 4천만명의 사람들이 화장실이 없어서, 볼일을 길거리에서 해결한다고 합니다.
인도 정부는 화장실 부족 문제를 해결하기 위해 3D프린터 회사 해밀턴 연구소(Hamilton Labs)와 손을 잡았습니다. 해밀턴 연구소는 건축 활용이 가능한 3D프린터를 제작하는 회사입니다. 인도의 화장실 건설에 활용된 해밀턴 연구소의 3D프린터는 불과 5시간 만에 화장실 한 칸을 뚝딱 만들어 냅니다.
일일이 벽돌을 쌓아서 만드는 전통적인 방식으로는 화장실 한 칸을 짓는데 꼬박 하루가 소요됩니다. 또한 전통적인 방식으로 짓는 화장실은 3D프린터로 출력한 화장실보다 비쌉니다. 3D프린터로 출력한 화장실은 비용적인 측면에서도 약 25% 가량 전통적인 화장실을 앞섭니다.
4. 태아 피규어
임신을 하게 되면 산모 분들은 주기적으로 산부인과에 방문해 초음파 검사를 받게 되는데요. 초음파 검사를 받고나면 병원에서 검사 중에 촬영한 초음파 영상을 줍니다. 이 영상만 있으면 태아의 모습을 3차원으로 출력할 수 있습니다.
간단한 편집을 통해 초음파 검사 영상을 3차원 출력이 가능한 파일로 변환시킬 수 있습니다. 변환된 파일을 3D프린터에 전송시키기만 하면, 그 다음부터는 3D프린터가 알아서 태아의 형상을 그대로 재현한 피규어를 제작해줍니다.
태아의 모습을 출력할 수 있는 3D프린터 종류가 등장하면서 가장 큰 혜택을 보게 된 것은 시각장애인 산모들입니다. 시각장애를 가진 임산부들은 초음파 영상을 볼 수 없기 때문에 임신기간 동안은 아기의 얼굴이 어떻게 생겼는지 알 수가 없었습니다.
하지만 3D프린터로 태아의 모습을 출력할 수 있게 되면서 시각장애인 임산부들은 좀 더 일찍 아기의 얼굴을 알 수 있게 되었습니다. 초음파 검진 영상으로 태아 피규어를 제작하고, 이를 손끝의 감각으로 느끼면서 시각장애인 임부는 임신 중에 아기의 생김을 알게 되었습니다.
태아 피규어를 제작가능한 3D프린터 종류는 장애를 지닌 산모들 뿐만 아니라 일반 산모들에게도 긍정적인 영향을 주고 있습니다. 3D프린터로 출력한 태아 피규어는 예비 부모들이 아기와 강력한 정서적 유대감을 쌓을 수 있게 도와주는 역할을 합니다.
우리나라에도 태아 피규어를 제작할 수 있는 3D프린터 종류는 다양하게 존재하지만, 아직까지 3D프린터를 태아 형상의 피규어를 활용하는데에는 활용하지 않고 있습니다. 우리나라의 병원에서도 하루 빨리 태아 피규어 제작이 가능한 3D프린터 종류를 도입해서 임신 경험이 개선될 수 있었으면 좋겠습니다.
5. 자동차
3D프린터로 자동차도 출력이 가능합니다. 그것도 아주 멋진 스포츠카를 말이죠! 최초로 3D프린터로 자동차를 만든 곳은 미국 애리조나의 로컬 모터스(Local Motors)입니다. 이들은 자동차의 구성 부품 75% 이상을 3D프린터로 출력해냈습니다.
이렇게 3D프린터로 자동차를 제작하면 여러가지 이점이 생깁니다. 먼저 제조업체가 설계를 변경하기 위해서 공장 전체를 개조할 필요가 없습니다. 다만 새로운 도안을 3D프린터에 입력시키기만 하면 됩니다. 엄청난 비용적 이점이죠.
또한 개인의 취향을 반영한 자동차를 생산해내는 데에도 도움이 됩니다. 3D프린터는 맞춤형 자동차 생산을 가능하게 해줍니다. 3D 도안만 바꿔서 입력해주면 3D프린터는 별도의 변화없이 개성 뚜렷한 자동차를 만들어낼 수 있기 때문입니다.
6. 집
샌프란시스코의 스타트업, Apis는 집을 출력하는 3D프린터를 개발하는데 성공했습니다. 이들이 개발한 높이 6m의 3D프린터로 집을 한 채 짓는데 걸리는 시간은 고작 하루라고 합니다. 또한 소요된 비용은 10,000달러에 불과합니다.
일반적으로 집을 지으면 보통 수개월이 소요되며, 길어지는 공사 기간으로 인해 건축 비용 역시 끝없이 상승합니다.
이렇게 지은 집이 얼마나 튼튼하겠어, 하고 회의적인 생각을 품으실지도 모릅니다. 그런데 3D프린터로 출력한 집은 우리가 생각한 것보다 꽤 튼튼합니다. HuaShang Tengda 사의 3D프린터 주택은 무려 8.0 규모의 지진에도 끄떡없을 정도로 튼튼합니다. 또한 이렇게 만들어진 주택은 175년 이상 유지될 수 있다고 합니다.
7. 음식
우리가 먹는 음식도 3D프린터로 출력이 가능합니다. 3D프린터로 만든 최초의 음식은 초콜릿이었습니다. 초콜릿 원료를 녹여서 내가 원하는 모양으로 출력하는 것이 푸드 3D프린터의 시작이었습니다. 지금은 초콜릿에 이어 피자, 쿠키, 햄버거 등으로 3D프린터로 출력가능한 음식의 종류는 점점 늘어나고 있습니다.
푸드 3D프린터가 개발된 배경은 음식을 조리하고 운반하기 적합하지 않은 환경에서도 맛있는 음식을 먹을 수 있게 하기 위함이었습니다. 예를 들면, 우주 같은 공간에서도요! 이미 우주비행사들은 우주 환경에서 3D프린터로 음식을 해먹고 있다고 합니다.
2019년에 러시아 우주비행사들은 고기 세포를 3D프린터의 재료로 써서 고기를 만들어냈고, 이 고기를 실제로 우주에서 먹었다고 합니다.
8. 우주 정거장
우주선에 무중력 상태에서도 작동 가능한 3D프린터를 실어가고 있다고 합니다. 우주에 존재하는 재료로 우주정거장을 짓기 위해서 입니다.
우주정거장을 짓기 위해서 지구에서 재료들을 우주로 실어 나르다보면, 그 비용과 기간이 천문학적으로 듭니다. 하나의 우주정거장을 짓는데 소요되는 비용과 시간을 둘다 획기적으로 줄이기 위해 3D프린터를 활용하는 방법을 고안해냈습니다.
3D프린터 기능이 탑재되어 있는 로봇을 우주선에 실어 달 표면에 내려줍니다. 로봇은 달 표면을 이리저리 돌아다니며 흙을 퍼올립니다. 그리고 몸체에 달린 3D프린터를 활용해 채취한 흙으로 우주정거장 건설 자자재를 출력합니다. 이런 방식으로 유럽우주지구는 40년 안에 새로운 달 기지 건설이 가능할 것으로 내다 보았습니다.
9. 3D프린터
3D프린터는 자가 복제가 가능합니다. 3D프린터는 자기 자신, 그러니까 또다른 3D프린터를 만들어낼 수 있습니다. 하나의 3D프린터를 갖고 있으면 수백 대의 3D프린터를 소유하고 있는 것이나 마찬가지라고 할 수 있는 것이죠.
자기복제가 가능한 최초의 3D프린터 종류는, Adrian Bowyer 박사가 발명한 FDM방식의 3D프린터, 다윈(Darwin) 입니다. 다윈은 대부분의 부품들이 플라스틱으로 이루어져 있는데, Bowyer 박사는 플라스틱 부품들의 3차원 모델링 파일을 인터넷 상에 무료로 공개했습니다. 이 파일을 다운받아서 다윈에 전송시키면 바로 사용이 가능한 또다른 다윈 프린터의 부품들이 출력됩니다.
그러나 아직은 3D프린터의 자가 복제 능력이 완벽하지 않습니다. 하지만 3D프린터 종류 중 하나인 다윈으로 자기복제 프린터를 만드는 데에는 한계가 있습니다. 다윈에는 금속 부품이나 전자 부품들도 일부 사용되는데, 다윈은 플라스틱을 녹여서 대상을 출력하는 FDM 방식의 프린터이라서 금속과 전자 부품은 출력하지 못합니다. 이런 부품들은 따로 구매해서, 출력한 다른 부품들과 조립해 사용하여야 합니다.
하지만 이런 한계점은 계속 개선이 이뤄지고 있습니다. 모든 3D프린터에는 모터가 탑재되는데 모터를 3D프린터로 출력하는 것이 최근까지는 불가능한 일로 여겨졌습니다. 하지만 작년에 한 연구소에서 3D프린터로 모터를 출력하는데 성공하면서 3D프린터의 자기복제 능력이 크게 향상되었습니다.
또한 기존 3D프린터보다 1,000배 빠른 속도로 알루미늄과 구리 소재의 부품을 출력할 수 있는 다윈의 업그레이드 버전이 만들어지면서 금속 부품들까지도 모두 3D프린터로 인쇄할 수 있게 될 것으로 보입니다.
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