[경제 경영]뭐든 뚝딱 ‘찍어내는’ 기술… 신세계를 디자인하다

A19면3단| 기사입력 2013-07-06 03:09 | 최종수정 2013-07-06 06:56
◇3D 프린팅의 신세계/호드 립슨, 멜바 컬만 지음/김소연, 김인항 옮김/480쪽·1만8000원/한스미디어

[동아일보]

버락 오바마 미국 대통령은 연두교서에서 “3D(3차원) 프린팅 기술이 새 산업혁명을 가져올 것”이라고 했다. 지난해에는 살상 가능한 위력을 가진 소총의 3D 프린터용 디자인 파일이 인터넷 공유사이트에 올라왔다. 오늘 아침 세면대 거울 앞에서 투명 합성수지 치아교정기를 빼냈다면, 이미 3D 프린팅 기술의 결과물을 만지고 있는 거다.

미국 코넬대 공대 교수인 저자는 영화 ‘미션 임파서블 3’(2006년)에서 휴대용 3D 프린터로 신분위장용 가면을 뚝딱 찍어내는 장면이 미래 기술에 대한 상상이 아님을 보여 준다. 신차 모델의 프레임이나 의료용 인공신체부위 만들기는 일상적 작업이다. 3D 프린팅 기술 연구자들은 섬세한 디자인의 기타 몸체, 문어 모양 빵, 초콜릿도 찍어 낸다.

3D 프린팅은 사실 새로운 기술이 아니다. 처음 시제품이 소개된 것은 1980년대 중반. 개인용 3D 프린터는 2007년부터 판매됐다. 원리는 달라지지 않았지만 상용화에 20여 년이 걸렸다.

3D 프린팅은 마케팅 용어이고, 제작 공정을 설명하는 공식 명칭은 ‘적층 가공(additive manufacturing)’이다. 3D 프린터가 디자인 파일에 따라 가루나 액체 소재를 분사해 얇은 층을 쌓아 가며 응고시킨다. 층을 얼마나 촘촘히 나누느냐에 따라 정밀도가 달라진다. 기술이 향상되면서 티타늄 등 금속가루를 레이저로 뿌려 굳히거나 열 또는 빛으로 감광성 수지 재료를 굳히는 방식도 개발됐다.

 
공상과학(SF) 시리즈 ‘스타트렉’에서처럼 인간을 3D로 복사하고 전송하는 일도 가능해질까. 간단한 물체를 팩스로 보내는 실험은 성공했지만 생체 프린팅은 아직 요원하다.

손택균 기자 sohn@donga.com

 

3D 프린팅의 신세계(미래를 바꿀 100년 만의 산업혁명 )

호드 립슨, 멜바 컬만 저, 김소연, 김인항 역 한스미디어 2013.06.28

원제 Fabricated : the new world of 3D printing

 

 이 책은 3D 프린팅 연구의 최첨단에 있는 연구기관에 저자가 직접 찾아가 수백시간에 달하는 인터뷰와 막대한 양의 자료조사를 토대로 만들어진 최초의 3D 프린팅 안내서다.3D 프린팅에 쓰이는 기술은 무엇인지, 어떤 분야에서 어느 수준으로까지 기술이 활용되고 있는지 알려준다. 기술과 산업적인 측면을 넘어 사회적으로 어떤 파장을 일으킨 것인가도 잘 다루어놓았다. 책 속에 담긴 3D 프린팅으로 만들어낸 마법 같은 물건들은, 보는 것만으로도 독자들을 매혹시킬 것이다.

 

저자 : 호드 립슨
저자 호드 립슨(HOD LIPSON)은 뉴욕주 이타카에 위치한 코넬 대학교(CORNELL UNIVERSITY)의 공대 교수이다. 자동설계와 로봇 생명체 형체 제조, 자가 복제 로봇, 푸드 프린팅, 그리고 바이오 프린팅에 대한 그의 연구는 뉴욕타임스를 비롯해 월스트리트저널, 뉴스위크, 타임, 그리고 NPR등 많은 미디어의 주목을 받았다. 수백 편의 논문을 공동 집필하였고 TED나 내셔널 아카데미 같은 곳에서 종종 강연하고 있다. 스스로 창조하고, 창조적으로 사고할 수 있는 기계들을 만들기 위해 크리에이트 머신 랩을 총괄하며 신기술을 개척하고 있다.

저자 : 멜바 컬만
저자 멜바 컬만(MELBA KURMAN)은 전문 기술 작가이자 분석가이며, 인기 블로거이다. 그녀는 2년 전에 기계 하나로, 주문 제작용 치아 크라운, 커피 테이블, 그리고 튼튼한 사용자 맞춤형 금속 기계 부품 등을 만드는 것이 모두 가능하다는 것을 알게 된 후 첨가적 제조 공정과 새로운 디자인 소프트웨어에 관심을 갖게 되었다. 그녀는 복잡한 기술의 가치를 일상의 언어로 옮겨 설명하는데 남다른 열정을 갖고 있다. 코넬 대학교를 비롯해, 마이크로소프트 및 기타 조직들이 시장에 새로운 기술을 소개하는 것을 도와주었다. 멜바는 코넬 대학교와 일리노이 대학교, 그리고 미국 평화 봉사단을 졸업했다.

 

1장_ 모든 것이 공상과학 영화가 되고 있다
2장_ 거의 모든 것을 만들 수 있는 기계
3차원의 물건을 프린트하기 |3D 프린팅의 10가지 원칙
3장_ 신속한 제조 방식: 빠르게 저렴하면서 좋은 품질의 제품 만들어내기
대량생산과 지역 생산자 시장 사이의 어딘가의 지점에서 |21세기의 빈 캔버스
4장_ 찍어낼 수 있는 제품과 미래의 경제
공장의 개미처럼 |체험의 경제 |찍어낼 수 있는 제품의 미래 경제
5장_ 층층으로 찍어내기
생산 방식의 본질 |두 부류의 프린터 |디자인 파일을 정리하기 |원료
6장_ 디자인 소프트웨어, 디지털 캔버스
그리기 위한 워드 프로세서 |오늘날의 디자인 소프트웨어 |반드시 디자인한 대로 프린트되는 것은 아니다 |디자인 소프트웨어의 다음 세대, 디지털 캡처
7장_ ‘살아 있는 잉크’로 찍어내는 바이오프린팅
젊음을 찍어내는 프린터 |조직공학 |신체를 위한 CAD |미래
8장_ 디지털 요리
디지털 요리법 |스스로 정한 양만 먹을 수 있다 |가공식품
9장_ 교실 안에 있는 공장
만들면서 배우기: 어린이의 엔지니어링 | 국가적인 위기는 아니지만, 배움은 재미있는 경험이어야 한다 | 이제 당신도 추상적인 방정식을 그래프로 그려보자 |교실에서 채택되는 데 있어서의
장벽 |우리 앞에 놓인 것들
10장_ 새로운 아름다움이 시작된다
자연의 일부처럼 행동하는 컴퓨터 |물결 모양의 벽과 맞춤형 괴물 동상 찍어내기
11장_ 환경 친화적인 청정 생산
두 개의 플라스틱 장난감 이야기 |친환경 제조 | 더 나은 쓰레기 매립장을 찍어내기
12장_ 소유권, 안전 그리고 새로운 법적 개척자들
무기, 마약 그리고 모조품 찍어내기 |추출, 혼합, 실제 물건을 구워내는 것 |혁신의 자유 VS 독점
13장_ 미래를 디자인하다
차, 얼 그레이, 뜨거움 |우리의 상상력을 위한 자전거 |도형이라는 언어 |디자인 툴의 형태를 바꾼다
14장_ 3D 프린팅의 다음 이야기
3D 프린팅의 세 가지 에피소드 |여러 가지 소재를 동시에 찍어내기 |수동적인 부품에서 활성 시스템으로의 이동 |마지막 에피소드: 아날로그에서 디지털로 |기계를 만드는 기계

 

플라스틱 총, 디지털 푸드, 생체조직까지 프린트하는 세상이 온다!
상상을 뛰어넘는 ‘3D 프린팅’ 기술의 현재와 미래를 모두 담은 최초의 책!

“생산방식의 혁명적인 변화를 가져올 것" 오바마, 2013 연두교서
“3D 프린팅 기술 연구에 국가적 지원” 중국
“미래 산업을 바꿔놓을 혁신기술” 삼성경제연구소 선정

2013 연두교서에서 오바마 대통령은 제조업의 혁신적인 변화를 이끌 신기술로 ‘3D 프린팅’을 꼽았다. 중국, 유럽 역시 국가적 차원에서 3D 프린팅 관련 산업을 육성하기 위한 프로젝트에 착수했다. 세계적으로 새로운 경제 동력이 필요한 지금, 3D 프린팅 기술이 100년 만에 제조업에 활력을 넣어 줄 대안으로 떠오르고 있는 것이다.
최근에는 3D 프린터로 플라스틱 총을 찍어내 미국 정부에서 총기 설계도 파일의 업로드를 금지했다. 3D 프린터로 인공 귀와 같은 신체장기 프린팅에 대한 뉴스와, 국내에서 3D 프린터를 활용한 부비동암 수술을 성공했다는 보도도 계속 이어지고 있다.
과연 3D 프린팅은 무엇이고 어떠한 잠재력이 있기에 미래 산업을 바꿔놓을 기술로 손꼽히는 것일까? 통신혁명, 산업혁명을 이어 100년 만의 산업혁명으로까지 비유되는 까닭은 무엇일까? 또한 3D 프린팅 기술은 미래 사회를 어떤 모습으로 바꿔놓을 것인가? 그 한계와 영역은 어디까지이고 우리는 무엇을 준비해야 하는가?
이 책은 3D 프린팅 연구의 최첨단에 있는 연구기관에 저자가 직접 찾아가 수백시간에 달하는 인터뷰와 막대한 양의 자료조사를 토대로 만들어진 최초의 3D 프린팅 안내서다. 3D 프린팅에 쓰이는 기술은 무엇인지, 어떤 분야에서 어느 수준으로까지 기술이 활용되고 있는지 알려준다. 기술과 산업적인 측면을 넘어 사회적으로 어떤 파장을 일으킨 것인가도 잘 다루어놓았다.
책 속에 담긴 3D 프린팅으로 만들어낸 마법 같은 물건들은, 보는 것만으로도 독자들을 매혹시킬 것이다.

3D 프린팅 기술, ‘적층가공’으로
상상하는 모든 것을 만든다!

상상해 보자. 아침에 눈을 뜨면 3D 푸드 프린터로 뽑아낸 유기농 머핀으로 식사를 한다. 이 푸드 프린터는 사용자의 혈당치에 맞추어 당분의 함유량을 조절하고 균형된 영양의 아침식사를 디지털로 요리해낸다. 레시피는 유명레스토랑에서 제공한 파일로 다운로드 해두면 그곳에서 먹는 것과 똑같은 맛을 즐길 수 있다. 칫솔이 닳았다고 사러 갈 필요도 없다. 집에서 사용하는 3D 프린터를 켜고 마음에 드는 칫솔 디자인을 골라 프린트하면 된다. 15분 동안 프린터 헤드가 노즐을 통해 친환경 플라스틱 재료를 칫솔모양으로 쌓아올리는 모습을 보고 있노라면 이 기계야말로 무엇이든 만들어내는 마법의 지팡이처럼 여겨질 것이다.
3D 프린터는 2차원의 종이위에 글자를 찍어내는 것과는 차원이 다르다. 3D 프린터는 우리가 손에 쥘 수 있는 3차원의 물건을 찍어낸다. 3D 프린터가 작동하는 방식은 다음과 같다. 디자인 파일에 따라 3D 프린터는 가루로 분쇄되었거나 녹아 있는 액체 형태의 소재를 일정한 패턴을 따라 평면에 단단하게 응고시킨다. 첫 번째 레이어가 굳은 후 3D 프린터의 인쇄 헤드는 원위치로 돌아와 레이어 위에 또 하나의 얇은 층을 형성시킨다. 두 번째 레이어가 굳고 나면 프린터의 인쇄 헤드는 다시 돌아가 그 위에 얇은 층을 더하고 또 더하는 방식으로 같은 공정을 반복한다. 궁극적으로 이와 같은 얇은 레이어들이 쌓여 3차원의 물체를 만들어 내는 것이다.
이는 과거처럼 물건을 만들어내기 위해 재료를 잘라내거나 금형을 만들어서 주조할 필요가 없음을 의미한다. 정교한 디자인 파일과 혼합재료가 확보된다면, 전통적이 제조방식으로는 만들 수 없었던 물건들을 3D 프린터는 무궁무진하게 만들어 낼 수 있다. 칫솔, 안경 테 뿐만 아니라, 집과 자동차, 나아가 음식과 생체조직까지도 프린트의 대상이 된다. 책 속에서는 구체적인 작동 원리를 비롯해, 실제 프린트된 사물의 상세한 이미지로 3D 프린팅 기술의 이해를 돕고 있다.

3D 프린팅 산업,
미래 경제를 뒤흔들 새로운 플랫폼!

3D 프린팅에 대한 급진적인 이야기 중의 하나는 지금의 제조업 체제인 대량생산 체재를 대체할 것이라는 평가다. 적어도 3D 프린팅은 대량생산 체제의 많은 단점과 한계를 극복하고 새로운 형태의 문화와 산업을 만들어내고 있다. 대량생산은 규모의 경제를 가능하게 하기 위해 대형공장에서 똑같은 물건을 반복적으로 생산하는 것을 말한다. 신제품을 출시하기 위해서는 많은 투자비용이 들 수밖에 없다.
예를 들어 기존의 사출성형 방법을 사용해 작은 휴대전화 케이스를 생산하기 위해서는 최소 1만 달러의 비용을 금형에 투자해야 한다. 하지만 3D 프린터를 쓰면 초기 적은 투자비용으로 소규모 생산자들이 고객의 요구에 맞춰서 다양한 제품을 생산하고 그중에 잘 팔리는 제품들만 확대해 판매하는 것이 가능하다.
이미 맞춤형 3D 프린팅 제품을 만들어 파는 온라인 비즈니스 플랫폼도 생성중이다. 대표적인 플랫폼 서비스인 쉐이프웨이즈(Shapeways)는 재능 있는 디자이너들과 고객을 직접 이어 다양한 3D 프린팅 제품을 사고 팔 수 있도록 문을 열어주었다.
3D 프린팅의 기술의 발전은 직접 손으로 물건을 만들고 동호회 사람들과 정보를 교환하는 메이커 운동(maker movement)과도 연관이 깊다. 뭔가를 만들고 나누길 좋아하는 이들은 3D 프린팅 기술을 가장 먼저 받아들이고 주류 사회에 진입할 수 있는 인지도를 높이는 데 결정적인 역할을 해내고 있다. 실제 가정용 3D 프린터 기의 대부분이 이들처럼 직접 재미있는 물건을 만들어보고 싶은 사람들이 구매하고 있다. 우리나라에도 오픈크리에이터스(www.opencreators.com)에 3D 프린터로 만든 작품이 수시로 올라온다.
이 책은 3D 프린팅을 다루는 데 있어 기술과 산업의 관계를 피상적으로 다루지 않는다. 제반 문화와 기술의 역사적 맥락, 3D 디자인 프로그램(CAD) 등, 각 프로세스의 발전 단계를 다 같이 고려하며 3D 프린팅의 총체적인 이해를 가능하게 해준다. 누구든지 이 책으로 미래 기술의 변모를 한 눈에 이해할 수 있다.

‘3D 프린팅’기술의 발전,
빛나는 미래만을 선사할 것인가?

2011년 앤소니 아탈라 박사가 TED에 나와 신장 조직을 찍어내는 듯한 시연을 했다. 많은 사람들이 그 시연을 보고 흥분했지만 아직 ‘신장을 찍어내는 것’은 피를 걸러내고 소변을 희석하는 신장과 유사한 세포조직을 3D 프린터로 찍어내는 실험실의 실험에 불과했다.
살아있는 세포가 들어있는 바이오 잉크로 신체조직을 찍어내는 연구는 활발히 진행 중이다. 코넬대학 교수인 저자도 동료들과 함께 양의 연골 세포를 사용하여 반월판 연골 조직을 3D 프린터로 찍어냈다. 하지만 너무나 약해 사람의 몸에 이식해 쓰일 수 있는 정도는 아니었다. 아직 3D 프린팅 기술이 제조업의 부품 제조를 넘어 우리가 꿈꾸는 인체조직, 디지털 푸드를 찍어낼 정도로 성숙되지는 않았다.
그러나 3D 프린팅 기술은 가장 빨리 진화하는 기술 분야이며 갖가지 윤리적 법적 논란 역시 생산하고 있다. 가정에서의 플라스틱 총기 제조가 그러하며, 기존 제품을 스캔한 디자인 파일을 갖고, 3D 프린터로 물건을 찍고 파는 행위 또한 쉽게 예상할 수 있는 법적인 문제를 야기한다. 기술의 숙성도에 비하면 이러한 법적인 논란은 그 발걸음이 현저히 느리다.
책은 3D 프린팅 기술이 확산되면서 논란이 될 수 있는 윤리적 법적인 문제에 대해서도 충분히 검토하고 이에 대한 대안 역시 다룬다. 미래에 대한 청사진 외에, 기술의 발전이 가져올 수 있는 사회적 논란거리에 대해서도 놓치지 않은 점은 이 책의 또 다른 장점이다.
이 책은 3D 프린팅의 선두급 연구자인 코넬대 교수와 대중적 글쓰기에 능한 전문 작가가 함께 쓴 저작이다. 어려운 기술적 용어들도 일반 독자들이 이해할 수 있도록 쉽고 정확하게 서술되어 있다. 과학 기술 이해해 어려움을 느꼈던 독자들도, 많은 페이지임에도 불구하고 가까운 미래의 모습을 유쾌하고 재미있게 만나 볼 수 있다.

 

인간의 장기를 대체할 수 있는 인공 신체 부품을 찍어내는 일은 너무도 쉬워졌다. 고해상도 신체 스캐너의 가격이 지난 몇 년간 급속히 하락했다. 많은 사람이 유사시를 대비해 신체 스캐너를 사용하여 20대 시절의 자기 몸을 스캔해서 데이터를 저장해두려 한다. 만약 몸이 잘못되면 대체할 장기가 급히 필요해지기 때문이다. 나이가 들어 관절에 문제가 생길 수도 있다. 하지만 현실적으로 이와 같은 ‘신체 디자인 파일’을 가장 많이 활용하는 것은 젊은 시기의 잔주름 없는 피부와 신체를 복원하는 성형수술에서다. ---「1장 모든 것이 공상과학 영화가 되고 있다」

디자인 파일에 따라 3D 프린터는 가루로 분쇄되었거나 녹아 있는 액체 형태의 소재를 일정한 패턴을 따라 평면에 단단하게 응고시킨다. 첫 번째 레이어가 굳은 후 3D 프린터의 프린트 헤드는 원위치로 돌아와 레이어 위에 또 하나의 얇은 층을 형성시킨다. 두 번째 레이어가 굳고 나면 프린터의 프린트 헤드는 다시 돌아가 그 위에 얇은 층을 더하고 또 더하는 방식으로 같은 공정을 반복한다. 궁극적으로 이와 같은 얇은 레이어들이 쌓여 3차원의 물체를 만들어내는 것이다. ---「2장 거의 모든 것을 만들 수 있는 기계」

3D 프린팅으로 작은 아이디어를 많이 시험해보는 것이 가능하게 되었다. 작은 회사들이나 개인들이 시제품을 소량 만들어서 시장에 판매해 반응을 살펴볼 수 있다면 그들이 감수해야 하는 재정적 위험은 훨씬 줄어든다. 3D 프린팅 생산 방법을 사용해 작은 규모로 시작함으로써 새로운 벤처기업들은 오늘날의 생산 환경과 같은 엄청난 규모의 기계나 인프라에 투자할 필요가 없어진다. ---「4장 찍어낼 수 있는 제품과 미래의 경제」

3D 프린팅은 인공 연골을 생성할 방법이 될 가능성이 있다. 코넬대학에서 나는 다니엘 코헨, 래리 보나사와 함께 양의 반월판을 찍어냈다. 제일 먼저 우리는 양의 무릎을 MRI로 찍어내고 그 이미지 데이터를 디자인 파일로 변환했다. 그러고 나서 양에서 살아 있는 세포를 추출하여 의료 하이드로젤과 섞는다. 마지막으로 이렇게 만들어 낸 젤 혼합물을 3D 프린터의 헤드에(우리는 피하 주사기를 사용했다) 짜 넣는 것이다. ---「7장 ‘살아 있는 잉크’로 찍어내는 바이오프린팅」

반면 플라스틱을 찍어내는 것과는 대조적으로 금속을 3D 프린터로 찍어내는 것은 기존의 금속 제조 기술에 비해 몇 가지 장점이 있다는 것이 드러났다. 앳킨스 연구에 따르면 프린팅 작업이 끝나고 남은 금속 분말을 거의 100% 재사용할 수 있는 것으로 나타났다. 반면 전통적인 금속 제조 공정(분쇄, 가공 또는 성형)은 환경적으로 더 많은 낭비를 가져온다. 일부 금속 제조 방법은 원재료의 90%에 가까운 폐기물을 부산물로 가져온다. ---「11장 환경친화적인 청정 생산」