4D 프린팅의 시대가 온다?
아직 생소한 개념의 4D프린팅은 현재 진행 중인 기술이지만, 미래의 중요한 기술이 될 수 있는 분야라 보고 이에 대한 정리를 해보고자 한다. 4D 프린팅이 시작되면 어떻게 사회가 변할 수 있을지, 그리고 기존의 프린터와 어떤 차이가 있는지 살펴본다.
2D 프린팅의 시대 - 무형의 정보를 종이로 전달한다.
2D 프린팅이라고 하면 소위 말하는 컴퓨터 프린터다. 이것은 결국 '책'을 만들어내는 기술이었다. 컴퓨터 프린터가 등장하기 이전까지는 수 많은 정보를 '인쇄'를 통한 책으로만 얻을 수 있었고, 손으로 정보들을 제작, 재단해야 했다.
컴퓨터가 보급되기 시작하면서 화면에 보이는 그대로 출력이 가능한 시대가 되기 시작하였다. 프린터의 카트리지가 움직이면서 잉크를 뿌려서 정보를 즉각 인쇄하기 시작했다. 이 시대는 설계도면을 인쇄하고 전달하는 시대다. 정보를 즉시 전달할 수 있는 수준이 되기 시작한 것이다. 이 때는 설계도면을 인쇄하여 전달하면, 사용자가 직접 설계도를 바탕으로 제품을 제작한다.
3D 프린팅의 시대 - 제품으로 바로 전달한다.
3D 프린터가 등장하면서부터는 상당히 빠른 변화가 있을 것으로 예상되었다. 왜냐하면 이젠 설계도를 전달하는 것이 아니라, 전달된 설계도를 바로 출력할 수 있기 때문이다. 현재 건축 분야에도 조금씩 도입은 되고 있지만, 재료의 강성 때문에 현재까지는 개인 사용자 수준의 제품만이 제작되고 있다.
대단한 제품들이 만들어질 수 있을 것으로 생각했지만, 프린팅 재료의 가공이 쉬운 '플라스틱 수지'류로 이루어지기 때문에 아직까지도 단단한 제품을 만들어내기는 조금 어려운 부분이 있다. (단단한 소재로 제작이 가능한 3D 프린터의 가격은 훨씬 비싸다)
4D 프린팅? 3D 프린팅 + 시간
2013년 MIT 자가조립연구소의 스카일러 티비츠 교수의 강연으로 4D 프린팅의 개념이 알려지기 시작했다. 제품이 바로 사출되는 3D프린팅에서 '시간'이라는 개념이 결합된 것으로, 사출된 제품이 시간이 흐름에 따라 형태가 변화하는 것이다. 미래의 기술로 여겨졌던 '형상기억합금'과 같은 형상복원 기술의 개념과 비슷하다.
3D 프린터에 사용되는 소재가 달라지는 것인데, 형상기억합금, 하이드로겔, 형상기억플라스틱 등의 '스마트 재료(Smart Material)'가 투입되는 프린팅이라고 보면 된다. 변형의 조건이나 모양을 엔지니어가 재료에 프로그래밍하여 사출하는 것이다.
3D 프린팅 방식과의 차별점
3D 프린터를 직접 사용해보면 알겠지만, 프린터의 크기가 상당히 크다. 프린터 내부에 UV광선 또는 녹아내리는 재료를 쌓으면서 만들어가기 때문에 출력하려는 제품보다 프린터의 크기가 커야 한다. 그래서 정밀한 설계를 통해 여러 부품으로 나누어 출력해야 한다. 하지만 4D프린터의 경우에는 재료로 달라지는 내용이기 때문에 프린터의 크기와 상관없이 나중에 조립될 형태만 미리 입력하고 제품만 일괄적으로 프린트하면 된다.
4D 프린트 방식을 적용한다면 인간진입이 어려운 곳에 제품을 보내기가 쉬워지는 것이다. 손이 닿지 않는 곳에서 스스로 조립이 되게 만들 수 있다면, 4D 프린트 방식을 적용하지 않을 이유도 없다.
4D 프린트 방식의 사업방향
현재 BMW나 NASA에서 소재개발을 위한 연구가 진행되고 있다. 컨셉트카 개발 또는 우주선 개발을 위해 소재 개발에 몰두하고 있다. 이후에는 이 소재를 컨트롤할 수 있는 프로그래밍으로 진행될 것이다.
가장 유망한 분야로 보이는 곳은 의료분야로, 치과 교정장치 또는 혈관 스텐스 시술 등에 충분히 접목이 가능할 것으로 전망하고 있다.
2028년에는 약 2450억 달러 (250조 원) 규모로 사업의 규모가 커질 것으로 예상 중이다. 현재 미국, 호주, 유럽, 인도 등의 일부 국가에서만 관심을 가지고 있지만, 폭발적인 성장을 이어가고 있기 때문에 미국 투자에 있어서도 고려할만한 분야로 보인다.
3D 및 4D 프린트 관련기업
1) 스트라타시스 - MIT 자가조립연구소와 협력 중에 있음
2) 오토데스크 INC
3) HP (휴렛패커드)
4) 국내 코스닥 상장사
- 하이비젼시스템 (자회사 큐비콘), 티피씨메카트로닉스(3D 프린터 사업 영위), 티앤알바이오팹(바이오 프린팅 기술)
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