[생활TECH] 심장도 만들어내는 ‘3D프린팅’에 주목하라

[테크월드뉴스=윤소원 기자]

[편집자주] 디지털 전환 가속은 우리 생활에도 많은 영향을 미치고 있습니다. 지금까지 익숙했던 환경의 변화도 무시할 수 없습니다. [생활TECH]에서는 대수롭지 않게 지나치던, 쉽게 접할 수 있는 IT 기술을 소개하고 어떤 원리로 동작하는지, 그리고 개선할 부분은 없는지를 살펴보고자 합니다.

종이에 글씨를 인쇄했던 기존의 프린터와 유사한 방법으로 입체 모형을 만드는 ‘3D프린팅’은 우리의 생활 속에 더욱 빠르게 파고들고 있습니다. 제조업계에서는 이미 저렴한 생산비용, 빠른 납기, 자유로운 설계 조건, 창의적인 아이디어를 꼽아 이 솔루션을 활용하고 있는데요. 이번 생활TECH에서는 새로운 기술혁신으로 떠오르고 있는 3D프린팅에 대해 소개합니다.

3D프린팅은 3차원 CAD를 바탕으로 3D 프린터를 활용해 생산하려는 형상을 디자인하고 고출력 레이저로 고분자 파우더를 체결해 만드는 기술입니다. 적층 제조라고도 하며 자르거나 깎아서 만드는 절삭가공과는 반대되는 개념이죠.

최근에는 3D프린팅을 사용하는 산업군이 다양해져 가공할 수 있는 소재와 기술도입 범위가 확대되는 추세입니다. 과학기술정보통신부의 자료에 따르면 디지털 제조 수요 확대에 따라 글로벌 3D프린팅 시장은 연평균 약 27.5%씩 성장할 것으로 예측됩니다. 2022년 17.7억 달러(2조 2930억 원) 규모에서 2026년에는 46.8억 달러(6조 606억 원) 수준까지 성장할 전망입니다.

▶ 건설·의료·패션업계도 관심집중

최근 현대건설은 3D프린팅으로 아파트 단지 내에 토끼 놀이터를 만들었습니다. 단순한 시설물 수준이 아닌 복잡한 대형 구조물입니다. 현대건설은 지난 2020년 3D프린팅 조경 기술을 특허출원한 이후 공동 주택 옥외용 3D프린팅 벤치도 개발했습니다.

독일 프리드리히 알렉산더 대학교 연구진은 2023년 6월 사전출판논문 공유집에서 심장 근육세포를 3D프린팅해 만든 인공 심실이 3개월 이상 박동하는 데 성공했다고 밝혔습니다.

연구진 관계자는 “심실은 3D 프린팅한 지 1주일 후부터 박동을 시작해 100일 지난 후에도 박동을 계속했다”라고 말했습니다. 인공 심실에 자극을 주면 박동 빈도가 분당 28회에서 41회로 증가해 실제 심장처럼 자극을 주면 더 빠르게 박동한다는 것도 확인했습니다. 연구진은 이번 사례를 4개의 심실과 심방을 모두 갖춘 인공심장 3D프린팅 실현의 기반이 될 것으로 보고 20년 이내에 인공장기도 3D프린팅으로 만들어낼 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

아디다스도 실리콘밸리의 3D프린팅 기업 카본과 협업해 운동화를 만들어냈습니다. 고분자 액체를 추출하고 자외선을 쏴서 성형하는 방법을 사용해 복잡한 모양도 쉽게 찍어낼 수 있습니다. 아디다스 측은 개인의 발 모양에 정확히 맞춘 신발도 제작할 수 있으며 생산속도도 빨라졌다고 밝혔습니다.

▶ 단순 제조를 넘어 첨단산업 이끄는 미래기술로

3D프린팅은 재료의 종류와 적층하는 방식에 따라 다양한 유형이 있습니다. 소재와 방식이 다양한 만큼 맞춤형으로 현장에서 유연한 적용이 가능합니다.

작업할 수 있는 재료는 ▲금속 ▲종이 ▲목재 ▲식재료 등 매우 다양하며 투입되는 재료의 형태에 따라 특성이 달라집니다. 주요 소재로는 수지와 금속이 사용되는데 수지 3D프린팅은 저가형(가정용)에, 금속은 고가형 산업용으로 사용되고 있습니다.

적층 방식에 따라 현재는 원료를 레이저로 가열하는 소결형과 녹은 원료를 노즐로 압출해 얇은 막을 쌓는 압출형이 주로 활용되는 추세이며 이외에도 고에너지형, 층층형 등 다양한 방법이 있습니다. 

최근 제조업의 디지털 수요 확대에 따라 3D프린팅은 더욱 긍정적인 평가를 받고 있으며 이 솔루션을 기존 생산공정에 추가로 도입하는 회사들도 늘고 있습니다. 관련기업들은 제조기술 개발과 함께 원료 별 맞춤형 생산 공정도 연구해 성장하는 시장에 대응해야 할 때입니다. KT경영경제연구소에 따르면 3D프린터업체 매출 중 원료가 차지하는 비중은 약 20~30% 수준으로, 장비뿐만 아니라 소재개발 경쟁력도 중요하다는 분석입니다.

한국산업은행 기술평가부는 3D프린팅은 고정비용을 낮추고 다품종 소량생산이 가능하며 재고자산을 줄여 경영비용을 감소시킬 수 있는 유망기술로 분석했습니다.

3D융합산업협회 이전수 팀장은 “앞으로 제조업에서 요구되는 탈세계화, 탈탄소화, 디지털화 등을 실현하기 위해 3D프린팅의 도입이 빨라지고 있으며 주요산업군과 대기업의 관심이 높아지고 있다. 국내산업의 지난 10년이 3D프린팅 도입의 저변확대였다면 앞으로의 10년은 3D프린팅 기술의 고도화를 통한 본격 확산과 성장이 기대된다”라고 밝혔습니다.