3D 프린터로 가장 먼저 인쇄된 물품이 무엇이었는지 아는가? 안구 세척컵이라는 그리 재미 없는 물품이었다. 1983년 3D 프린팅 창안자
이 새로운 제조 공정은 이후 각양각색의 보철 기기, 특수 양초 디자인, 악기, 심지어 생체 조직 등을 만들어내는데 활용되고 있으며, 새롭고 혁신적인 활용법이 지금 이 순간에도 지속적으로 등장하고 있다. 눈여겨볼 만한 10가지 사례를 살펴본다.
프린스 유골함 – 페이즐리 파크(Paisley Park) 모형
미네소타의 챈허슨에 위치한 ‘페이즐리 파크’는 프린스의 안식처였다. 그는 거기에 살면서 작품 및 공연 활동을 했다. “공원에서 함께 놀자”며 다른 이들을 초대하기도 했다. 올해 4월 사망한 그의 마지막 안식처는 바로 이 건물의 모형이다.
포레브런스(Foreverence)가 설계한 이 3D 인쇄 세라믹 항아리는 이 예술가가 살던 집의 축소 모형이다. 높이는 14인치에 길이는 18인치이다. 흰색 정면에는 프린스의 상징과도 같은 “러브 심볼 #2(Love Symbol #2)”가 보라색으로 표현되어 있으며 크리스탈로 장식돼 있다.
항아리를 열면 타일 바닥, 장식용 비둘기, 프린스의 야마하(Yamaha) 피아노의 미니어처 버전, 작업등 등이 포함된 안마당 모형이 보인다. 프린스의 유골은 건물의 앞쪽 기둥에 들어 있다. 이 항아리는 최근에 박물관으로 개장한 페이즐리 파크 현관 인근에서 볼 수 있다.
맞춤형 기타
맞춤형 기타를 원하는 음악가들에게 3D 프린터가 꽤 편리한 대안일 수 있다. 오디 기타스(Odd Guitars)의 악기는 주문 제작된다. 원하는 색상, 재질, 기재와 기타 맞춤 옵션을 주문할 수 있다.
이 기업의 웹사이트에서 창업자 올라프 디젤은 이렇게 말했다. “3D 인쇄의 좋은 점 중 하나는 부품 비용이 크게 증가하지 않으면서 사용자가 일련의 맞춤 옵션을 선택할 수 있다는 점이다.”
원한다면 그림에 나온 아메리칸 그래피티(American Graffiti) 모델 같은 해당 기업이 설계한 기타를 주문할 수 있다.
오드 기타스는 SLS(Selective Laser Sintering, sPro 230 SLS 시스템)이라는 3D 프린팅 기술을 이용해 기타 본체를 제작한다. 그리고 나서 넥(Neck), 브리지(Bridge), 픽업(Pickup), 튜닝 헤드(Tuning Head), 컨트롤(Controls)이 추가된다.
웹사이트에서는 제작 과정이 다음과 같이 소개돼 있다. “얇은 나일론 분말층을 편다. 이후 부품 제작에 필요한 정확한 위치에 용해한다. 그리고 나서 해당 층을 1mm 내리고 그 위에 또 다른 분말층을 펴 용해한다. 부품이 제작될 때까지 이 공정이 반복된다. 일반적인 층 두께는 0.1mm이다.”
이렇게 제작된 기타는 물론 실제 연주될 수 있다.
로봇 잔디깎이
리프랩 윈드터빈(Reprap Windturbine)의 3D 인쇄 로봇 잔디깎이 ‘아듀모어’(ardumower)는 잔디 분야의 룸바(Roomba) 같은 존재다. ‘경계 철사 울타리’ 안에서 동작한다. 울타리에 가까워지면 멈추고 돈 후 잔디를 계속 깎는다.
그리고 사용자가 직접 제작 가능한 제품이다. 섀시와 기계 부품을 일반적인 3D 프린터 사용해 인쇄할 수 있다. 단 전자 제품 및 경계 울타리 제작용 파일과 설명서, 금속 절단기 날, 전자 부품, 배터리, 모터는 별도 구매해야 한다.
아듀모어는 2개의 12V 구동 모터로 작동한다. 절단 장치는 12V DC 모터와 직경 220mm의 커터 디스크로 구성되어 있다. 전력은 충전용 12V NiMH 또는 11,1V LiPo 배터리로 공급된다.
물론 여타 상용 로봇 잔디깎이보다 더 저렴하다. 이제 시간과 3D 프린터만 있다면 잔디 관리로부터 자유로울 수 있다.
생체 공학 팔
팔을 대체할 수 있는 보철물의 가격이 3천-3만 달러 수준이다. 하지만 3D 인쇄를 이용하면 생체 공학 보철을 수백 달러만으로 구입할 수 있다.
엑시(Exii)가 이런 팔을 제작했다. 핵베리(HACKberry)는 손을 사용할 수 있게 해주는 3D 인쇄 가능한 전기 보철 팔이다. 유연한 손목, 모터로 부분 작동하는 손가락, 저렴한 부품(전장, 센서, 배터리)이 3D 인쇄된 플라스틱 쉘에 들어 있다. 근육 센서와 스마트폰 기술을 이용해 오픈소스 보철을 제어한다.
회사 개발진은 “이 바이오닉 손은 신경과 근육 조직이 두뇌로부터 신호를 받는다. 이후 해당 데이터를 탑재된 마이크로컨트롤러로 전송하여 손과 팔의 움직임으로 변환해 움직인다. 이 시스템을 통해 사용자들은 손을 쥐거나 펴고 개별적인 손가락도 제어할 수 있다”라고 소개했다.
한편 이 팔은 오픈소스(Open Source) 프로젝트로 진행되고 있다. 핵베리 소프트웨어는 CC0 1.0 Universal에 따라 제공되며 하드웨어는 Creative Commons License BY-SA 4.0 International에 따라 제공된다.
현재는 프로토타입만 개발되었다. 하지만 설립자들이 이 팔을 대량 도입할 수 있을 것으로 판단하고 있다. 향후 의료 기기 규정을 충족하는 경우 “전 세계 개발자들과 인공 팔 사용자들이 원하는 대로 제작할 수 있는 플랫폼”이 될 것이라는 기대다.
귀를 비롯한 인간 조직
신체의 일부를 대체하려는 시도가 3D 생체 프린팅 기술을 통해 한 단계 더 발전하고 있다. WFIRM(Wake Forest Institute for Regenerative Medicine)에 근무하는 재생 의학자들이 3D 생체 프린터(ITOPS(Integrated Tissue and Organ Printing System))를 개발했다. 이는 이식을 견딜 만큼 충분히 튼튼한 대체 조직을 생성할 수 있으며, 지금껏 귀, 뼈, 근육 조직을 인쇄하는데 성공했다.
이 시스템은 생분해성 플라스틱 같은 재료를 이용해 조직의 모양과 세포가 포함된 수성 젤을 형성한다. 강력한 임시 외부 구조도 형성된다. 인쇄 공정 시 세포를 훼손하지 않는다.
WFIRM의 책임자 겸 해당 연구의 수석 저자 안토니 아탤라는 이 시스템에 대해 “여러 형태의 안정된 휴먼 스케일(Human Scale) 조직을 제작할 수 있다. 이 기술이 더욱 발전하면 잠재적으로 외과적 이식을 위한 살아 있는 조직과 장기 구조를 인쇄하는데 사용될 수 있다”라고 말했다.
독수리의 부리
보철의 형태로 도움을 받는 것은 비단 인간뿐만이 아니다. 3D 프린터를 이용해 개가 다리를 얻고 오리가 발을 얻으며 거북이가 턱을 얻고 말이 발굽을 얻었다. 최근에는 대머리 독수리인 뷰티(Beauty)가 부리를 얻었다.
뷰티는 2005년 알래스카(Alaska)에서 얼굴이 수렵꾼의 총에 맞았다. 뷰티는 부리가 너무 심각하게 손상되어 스스로 음식을 먹지도 못했다. 2년 동안 보살핌을 받던 뷰티는 2007년 육식조 전문가 제인 핑크 캔트웰을 만났다.
그녀는 뷰티를 아이다호(Idaho)에 위치한 자신의 BPN(Birds of Prey Northwest) 목장으로 데려가 당시 KEG(Kinetic Engineering Group)에서 기계 엔지니어로 근무하던 네이트 캘빈(Nate Calvin)과 논의했다. 이들은 곧 과학자, 엔지니어, 치과의사팀과 함께 뷰티에게 완벽하게 맞는 나일론 중합체 부리를 설계했다. 캘빈은 3D 모델링 프로그램을 이용해 부리를 개발하고 3D 프린터를 이용해 제작했다. 뷰티는 이제 스스로 음식을 먹고 물도 마실 수 있다.
티타늄 자전거 프레임
주변에 자전거를 좋아하는 사람이 있는가? 아마 자전거를 아끼는 모습, 자전거에 투자하는 비용에 놀랐을 것이다. 자전거 마니아들은 강도, 중량, 디자인을 만족시키는 자전거에 어마어마한 비용과 정성을 쏟는다.
엠파이어 사이클즈(Empire Cycles)의 상무이사 크리스 윌리엄스는 최초의 금속 3D 인쇄 자전거 프레임을 설계할 때 이 모든 것을 고려했다. 3D 인쇄된 티타늄 자전거인 MX6-EVO는 레니쇼우(Renishaw)의 적층 가공 기술을 이용해 제작됐다. 본래의 알루미늄 자전거 프레임보다 33% 가벼우면서 매우 튼튼하고 방식성을 갖추었다고 레니쇼우가 밝혔다. 또한 자유로운 커스터마이제이션도 가능하다.
“적층 가공을 통한 어마어마한 설계 자유도를 얻을 수 있다. 지속적으로 손쉽게 개선할 수 있다. 신속한 반복도 가능하다. 생산 시 설계 개선사항을 즉시 반영할 수 있는 유연성을 갖췄다. 그리고 부품 비용은 복잡성이 아니라 수량에 기초하기 때문에 복잡한 형태의 초경량, 고강성 부품을 최소한의 비용으로 제작할 수 있다”라고 엠파이어 사이클즈는 자사의 웹사이트를 통해 밝혔다.
드론(Drone)
드론 소유자들은 3D 프린터를 이용해 저렴한 비용으로 원하는 드론을 제작하고 개조할 수 있다. 보나드론(BonaDrone)은 자사의 모스키토(Mosquito) 드론에 이 옵션을 제공하고 있다.
사용자는 3D 인쇄된 쿼드콥터(Quadcopter)를 맞춤 제작하고 사용할 액세서리를 선택할 수 있다. 조립된 드론을 구매하거나 스스로 제작할 수 있다. 그리고 3D 인쇄를 통해 새로운 부품이 제작되면 드론을 조정할 수 있다. 또한 해당 기업에 부품 제작을 제안할 수 있다.
사탕
3D 인쇄는 음식 세계에까지 적용되었다. 요리사, 칵테일 기술자, 요리 혁신가들은 기하학적 모양의 사탕(사진) 같이 특별한 음식을 만들어낼 가능성에 주목했다.
쉐프 제트(Chef Jet)는 3D 시스템즈(3D Systems)의 음식 프린터로 설탕 또는 밀크 초콜릿을 이용해 “먹을 수 있는 맞춤형 기하학적 형태”를 제작한다. 해당 기업은 CIA(Culinary Institute of America), 요리사 더프 골드만(Duff Goldman, CCC(Charm City Cakes) 소속), 칵테일 기술자 매튜 비앙카니엘로(Matthew Biancaniello)와 협업했다.
무인 자동차
두바이(Dubai)는 무인 자동차를 개발할 뿐 아니라 이를 3D 인쇄로 제작하기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 이 국가는 자동차의 25%를 무인 자동차로 전환하고 건축물의 25%를 3D 인쇄할 계획이다. UAE에 위치한 디지로보틱스(DigiRobotics)는 자사의 3D 인쇄 무인 자동차인 위고(WiGo)에 이 기술들을 도입했다.
이 무인 자동차의 본체는 두바이에서 디지로보틱스가 자체적으로 개발한 6축 대형 3D 프린터(DG3-print)를 이용해 3D 인쇄ehoT다. 위고의 섀시는 금속이다. 전기 엔진을 이용하며, 태양 전지판을 장착하고 있다.
올 해 초, 두바이에서 열린 GITEX에서 공개된 이 자동차는 두 쌍의 의자, 대형 화면, 4개의 아이패드(iPad)를 갖추었다. 승객들은 아이패드를 이용해 목적지를 결정할 뿐 아니라 엔터테인먼트 용도로 사용할 수 있다.
위고는 장거리 및 단거리 초음파 센서와 GPS 추적 시스템을 이용해 장애물을 피하고 다양한 경로로 이동할 수 있다. DRT(DigiRobotics Technologies)의 기술 이사 라픽 스와시는 다음과 같이 설명했다.
“위고는 실시간 위치 측정 및 매핑(Mapping)을 위해 벨로딘(Velodyne) 360 LiDAR 센서를 사용할 뿐 아니라 레이더와 광선 게레이더를 비전 카메라와 조합하여 그 어떤 기후 조건에서도 신뢰할 수 있는 360 감지, 주변 인식, 장애물 회피 능력을 제공한다. 위고는 표준 물체 및 인간 감지를 위한 시각 엔진이 내장되어 있어 길 찾기 및 장애물 회피에 있어서 가장 효과적인 결정을 내릴 수 있다.”. dl-ciokorea@foundryco.com
