투이컨설팅 이형로 상무
3D 프린팅으로 못하는 것이 없는 시대가 되어가고 있다. 예를 들어, 집이나 자동차 같은 하드웨어, 심지어는 피자와 같은 음식, 의료 수술에 사용할 개인의 신체 장기 등을 프린팅할 수 있다. 뿐만 아니라, NASA는 지구 밖의 행성에 인간이 거주할 수 있는 공간을 만드는데, 3D 프린팅 기술을 활용하는 방안을 추진하고 있기도 하다.
최근 3D 프린팅을 뛰어넘는 다음 단계의 프린팅 기술이 등장하였다. 형상기억합금을 이용하는 4D 프린팅 기술이 그것이다. 프린팅 기술의 발전은 산업의 구조와 패러다임을 완전하게 바꿀 것으로 전망된다. 4D 프린팅은 무엇이며, 어떤 적용 사례가 있는지 정리해본다.
4D 프린팅의 개념
2013년 4월, 미국의 MIT 자가조립연구소의 스카일러 티비츠(Skylar Tibbits) 교수가 TED 강연에서 처음 4D 프린팅 개념을 소개했다.
3D 프린터와 같이 제품을 만드는 것은 동일하지만 물, 온도, 압력 등 외부 환경 변화에 반응하는 형상기억합금과 같은 특수 소재로 출력하는 것이다. 간단히 말하면 형상기억합금을 3D프린터에서 출력하여 물체 스스로 정형화된 형태로 바꿀 수 있도록 하는 기술이라 할 수 있다. 다음 그림을 보면 좀 더 이해가 수월할 것이다.
4D라고 명명된 이유는 기존의 3D에 시간(Time)이라는 차원(Dimension)이 추가되었기 때문이다. 다음 URL의 동영상을 시청해보면 이해하는데 도움이 될 것이다. https://youtu.be/-B-Bnm_IUts : MIT의 자가조립연구소에서 제공한 셀프폴딩큐브이다. 물에 넣었더니 스스로 육면체로 변신하는 모습을 볼 수 있다. (Source : Google Image) 물리적 운송 거리의 제약이 없어진다. 예를 들어, 옷을 주문하고자 한다면 설계 도면만 다운로드해 3D로 출력하면 끝나게 된다. 옷을 구매하지만 실제로는 설계도를 구입하면 끝나는 것이다. 바로 영화 터미네이터의 한 장면이다. 영화에서나 볼 수 있던 일들이 이제는 현실로 다가오고 있다. ※ 위 내용은 '투이톡' 모바일 앱을 통해서도 확인하실 수 있습니다.
4D 프린팅의 특징
1. 3D 프린터 이용
생산하는 목적물은 기존의 3D 프린터를 이용해서 출력하게 된다. 3D와의 차이점을 비교하면 아래와 같다.
2. Self Assembly(자기 조립, 자가 변형형)
이 특징은 단백질과 같은 생체분자들이 스스로 결합해 모양을 갖춰가는 원리를 4D 프린팅에 적용한다는 것이다. 스스로 모양을 바꿀 수 있도록 프로그래밍이 되는 스마트 재료를 이용하게 된다는 것이다. 이 특징을 잘 이용하면 우리가 생각지도 못했던 엄청난 산업의 대혁신을 초래할 수 있다.
3. 형상기억합금의 사용
형상기업합금은 대표적으로 현재 언급되는 4D 프린팅 기술의 소재이다. 현재의 4D 기술은 대부분 형상기업합금을 사용하여 개발되고 있다. 예를 들어, 자동차를 형상기억합금을 이용하여 제작한다면, 사고가 나더라도 자기 복원이 되는 놀라운 신세계를 경험할 수 있을 것이다.
4D 프린팅 기술의 현황
4D 프린팅을 이해하기 위해서는 직접 그 사례를 살펴보는 것이 가장 효과적이다.
위의 사례에서 보듯이 정말로 상상하는 대로 이루어지는 기술이 바로 4D 프린팅 기술이라고 할 수 있다.
4D 프린팅의 미래 모습 및 활용 고려 사항
4D 프린팅이 활성화된 미래 모습을 상상해 보면,
H/W와 S/W의 경계가 사라진다. 어디까지가 H/W이고 어디까지가 S/W 인가를 구분하기 어려워진다. 설계도와 재료만 있다면 집이던, 차던 모두 만들어 낼 수 있게 된다.
대표적으로 현실성 있는 영역으로 언급되는 분야인 국방 분야에서는 위장막, 위장복, 전투식량, 스마트 탄약 등을 의료 분야에서는 암에 대한 표적치료, 생체이식세포 등에 사용될 것으로 예측되고 있다.
다만, 4D 프린팅이 활성화되기 위해서는 재료에 대한 연구가 더 필요할 것으로 예상된다. 다양한 원재료의 발굴은 결국 모든 산업에 자가조립(Self Assembly)이라는 새로운 패러다임의 근간이 될 것이기 때문이다.
전 세계적으로 4D 프린팅 기술을 선도하고 있는 나라는 미국이다. 하지만, 기술 개발 자체가 이제 막 시작 단계이기 때문에 4D 프린팅은 우리나라의 입장에서는 동등하게 경쟁할 수 있는 블루오션이라고 할 수 있다.
독자들이 가장 이해하기 쉬운 4D 프린팅의 사례는 다음과 같다. 
- 끝 -
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