보라빛 소를 만나기 위한 도약

▸ 이 3D 프린팅 장치를 활용하면 지금까지 10명의 병사가 5일에 걸쳐 지었던 막사를 최대 24시간 이내로 단축시킬 수 있다고 함

▸ 미 해병대가 공개한 3D 프린터로 지어진 막사의 모습을 보면 콘크리트 층을 여러 겹 쌓았음을 알 수 있고, 시험 제작이어서 지붕까지 설치하지는 않았으나 물결 모양을 띠고 있는 벽의 모양에서 기존 병영 건설과는 다른 특징을 볼 수 있음

▸ 이 기술은 미 해병대의 적층 제작팀(Additive Manufacturing)이 제1 해병원정군(I Marine Expeditionary Force), 육군엔지니어연구개발센터와 공동으로 개발한 세계 최대의 콘크리트 3D 프린터를 사용해 구현하였음

<자료> U.S. Marine Corps courtesy

[그림 1] 3D 프린터로 지어진 병영

▸ 이번 시험 제작에서는 약 10년 전에 나왔던 PC로 3D 프린터를 제어하여 면적 500 제곱피트(약 14평)의 막사를 약 40시간 만에 완성하는데 성공하였음

▸ 첫 시도였기에 개발자들의 체크 작업과 콘크리트 보충 작업을 병행하며 건설한 관계로 40시간이 필요했던 것이나, 실전에서는 자동 콘크리트 보충 기기를 사용하게 되므로 24시간 내에 건설을 마칠 수 있을 정도의 속도라고 함

◾ 이 기술은 야전 병영 구축의 안정성을 높이는 동시에, 위험을 무릅쓰고 병영을 구축해야 하는 병사들의 안전을 확보함으로써 부대의 능력을 최대한 유지하기 위해 개발되었음

▸ 콘크리트 3D 프린터는 콘크리트를 부드러운 상태에서 사출하면서 층을 쌓아 올려가는데, 자세히 보면 벽과 벽 사이에 틈새가 있도록 사출함을 알 수 있음

▸ 이렇게 하는 이유는 콘크리트 사용량을 절감하기 위한 것으로, 물자가 제한되는 전장에서 효율적으로 막사를 건설하기 위한 것임

<자료> U.S. Marine Corps courtesy

[그림 2] 세계 최대 콘크리트 3D 프린터

▸ 콘크리트는 원료를 제조할 때 다량의 이산화탄소가 발생하므로 사용량을 줄인다면 이산화탄소 배출량 절감에도 기여하는 셈

▸ 뭐니 뭐니 해도 가장 큰 장점은 건설에 필요한 인원을 줄여 군인들의 안전을 확보할 수 있다는 점인데, 지금까지 10명의 병사가 5일에 걸쳐 해야 했던 일을 거의 자동으로 처리해주는 기계에 맡기면 전장에서 굳이 위험을 무릅쓸 필요가 없어지게 됨

▸ 이는 비용의 문제를 차지하면, 병사의 손실을 최소화하고 부대의 능력은 최대한 유지한다는 군대의 기본 목표와 정확히 부합하는 것이라 볼 수 있음

유럽의 3D 프린팅, 시제품 아닌 완성품 생산에 활용하는 데 초점.pdf

◾ 유럽은 3D 프린팅의 활용이 앞서 있는 지역으로 평가받고 있는데, 이런 흐름을 대표하는 기업 중 하나가 벨기에의 ‘머티리얼라이즈(Materialise)'임

▸ 머티리얼라이즈는 3D 프린팅용 소프트웨어 제공과 산업용 및 의료용 조형 서비스 수탁사업을 핵심으로 하는 기업으로 다양한 기업과 연계하여 3D 프린팅의 구체적이고 실용적인 응용에 주력하며 3D 프린팅 노하우를 축적해 가고 있음

▸ 유럽의 3D 프린팅 시장은 최근 급속도로 퍼지고 있는데, 1990년대는 시제품을 빠르게 제작하는 소위 ‘RP(Rapid Prototyping)’에 활용하는 것이 중심이었지만 최근에는 최종 제품의 생산 수단으로 이용이 증가하는 특징을 보이고 있음

▸ 3D 프린팅을 활용해 완성품을 생산하는 제조 과정을 ‘첨삭 가공(Additive Manufacturing)’이라고도 하는데, 벨기에 기업 머티리얼라이즈는 이런 흐름을 선도하며 3D 프린팅의 활용을 확산시키고 있음

◾ 3D 프린팅으로 최종 생산하는 대표적인 예는 머티리얼라이즈가 안경 렌즈 제조업체인 '호야(HOYA)' 등과 공동 개발한 맞춤형 안경 제조 플랫폼 ‘유니크(Yuniku)'임

▸ 머티리얼라이즈는 여러 렌즈 제조업체 및 안경테 제조업체와 협력하고 있는데, 유니크 플랫폼은 그 중 렌즈업체인 호야 비전케어, 안경테 디자인 업체인 ‘훗(Hoet) 디자인 스튜디오’와 공동으로 개발하였음

▸ 유니크 플랫폼에서는 3D 스캐닝한 얼굴 데이터를 활용하여 개인별 최적의 안경을 제작해주는데, 단순히 디자인을 사용자에 맞게 설정하거나 크기를 조정하는 수준을 넘어 시력을 조정해주는 안경 본연의 기능도 최적화 할 수 있는 것이 큰 특징임

▸ 벨기에에서 유니크로 제작한 안경을 매장에서 판매하기 시작한 것은 2017년 4월부터인데, 유니크를 도입한 매장의 수는 10월 말에 약 50개, 12월 말에는 약 100개로 단기간에 보급이 확대되었음

<자료> Materialise

[그림 1] 렌즈 중심 안경 디자인 플랫폼 유니크

◾ 유니크 플랫폼의 컨셉은 ‘렌즈 중심 디자인’인데, 이 방식은 안경 소비자와 안경점 모두에게 장점이 있기 때문에 향후 유럽 각지에서 계속 늘어날 것으로 예상되고 있음

▸ 사람들은 보통 안경테를 고를 때 디자인 중심으로 선택하고 여기에 렌즈를 맞춰 끼우는데, 일단 테를 선택하고 나면 렌즈가 들어갈 위치가 테에 의해 제약을 받기 때문에 렌즈를 통한 시력 조정이라는 안경 본연의 기능이 최대한 발현되지 않을 수 있음

▸ 이런 위험성을 최소화하기 위해 렌즈 중심 디자인에서는 먼저 초점이 맞는 위치와 방향에 렌즈를 자리 잡게 한 후, 그에 맞게 선택한 디자인의 프레임 모양을 만들고 있음

▸ 즉, 유니크 플랫폼은 안경이 이상적인 시력 조정 기능을 발휘할 수 있도록 렌즈를 안경테가 둘러싸는 방식으로 디자인 하는 것임

▸ 이때 안경테의 형상은 3D 스캔 데이터를 기반으로 생성하기 때문에 개인별로 눈의 움푹 한 정도나 시선 각도에 맞추는 것이 가능해 눈의 피로를 줄일 수 있는 장점도 있음

<자료> Materialise

[그림 2] 3D 프린터로 조형한 안경테

▸ 이러한 렌즈 중심의 안경 제작 방식은 소비자뿐만 아니라 안경점과 안과 등 공급 측면에 도 장점이 있는데, 안경점은 재고의 최소화, 반품 및 폐기량의 감축 등을 기대할 수 있고 안과 의사들은 원했던 시력 교정 효과를 얻을 수 있기 때문

▸ 유니크 플랫폼의 장점은 도입 매장 수의 확대로 증명되었고, 머티리얼라이즈는 여러 렌즈 및 안경테 제조업체들과 협력관계를 구축하고 있기 때문에, 렌즈 중심 디자인의 안경을 제작, 판매하는 매장은 향후 유럽 각지에서 늘어날 것으로 예상되고 있음

◾ 유니크 플랫폼처럼 유럽에서 3D 프린터에 의한 최종 제품 생산이 확대되고 있는 이유에 대해 머티리얼라이즈는 엔지니어와 디자이너의 생각이 변화했기 때문으로 설명함

▸ 유럽의 각 산업 부문에서는 지난 5년간 3D 프린팅에 의한 최종 제품의 생산이 크게 확산되어 왔는데, 머티리얼라이즈가 생산하는 최종 제품의 생산량 역시 연평균 약 30~40%씩 증가하고 있다고 함

▸ 가령 딸기와 초콜릿 같이 무른 물체를 잡는 로봇 팔을 고안했을 때, 3D 프린팅을 이용하면 이를 실현하기 위해 필요한 복잡한 구조를 조형할 수 있는데, 유럽에서는 이런 아이디어를 안경과 신발 등 다양한 제품에 적용한 사례가 동시 발생적으로 나왔다고 함

▸ 이러한 사례를 많은 엔지니어와 디자이너가 눈으로 확인하면서 3D 프린팅의 가능성을 믿게 되었고, 생각을 바꾸게 되면서 더 다양한 아이디어가 나오게 되면서 최종 제품 생산에 도입이 확산되었다는 것이 머티리얼라이즈의 분석임

◾ 이런 경험과 확신을 바탕으로 머티리얼라이즈는 최종 제품 생산에 활용이 가능한 3D 프린팅의 가능성을 널리 전파하기 위한 활동을 전세계 곳곳에서 적극 전개해 오고 있음

▸ 머티리얼라이즈는 이벤트 및 전시회에서 디자이너 및 기업들과 협업을 통해 3D 프린팅에 의한 최종 제품 생산을 어필해왔는데, 가령 패션 디자이너와 협업하여 3D 프린팅으로 만든 옷이나 액세서리 등을 소재로 패션쇼를 개최하고 있음

<자료> Robb D. Cohen

[그림 3] 3D 프린터를 이용한 패션 쇼

▸ 미술관과 협업하는 사례도 적지 않으며 미국 현대미술관에도 3D 프린팅에 의한 오브제를 전시하고 있는데, 이는 미래의 디자이너와 엔지니어가 될 학생들이 직접 보면서 3D 프린팅의 가능성을 공감하게 하려는 취지에서 시작한 것이라고 함

▸ 머티리얼라이즈는 유럽 외에 중국에서도 3D 프린팅 활용이 증가할 것으로 내다보고 있는데, 상하이에는 3D 프린팅 박물관이 있으며, 새로운 기술에 대해 개방적인 사람들과 직접 시도해 보려는 사람이 중국에 많다고 느끼기 때문

◾ 머티리얼라이즈의 3D 프린팅을 이용해한 최종 제품 생산에서 또 하나 주목할 점은 고도의 기술을 요하는 산업에서도 채택되고 있다는 것인데, 대표적인 것이 항공우주산업임

▸ 머티리얼라이즈가 3D 프린팅으로 생산하는 최종 제품은 안경, 신발, 스키 부츠 등이 중심이지만, 항공업계 등 고도화 된 산업에도 제품을 공급해 오고 있음

▸ 2015년에 머티리얼라이즈는 항공우주산업의 품질경영 시스템 규격인 EN 9100와 유럽항공안전청(EASA)이 인증한 EASA 21G 등의 표준을 획득한 바 있으며, 에어버스 A350 XWB 기종용으로 3D 프린터로 만든 수지 부품의 공급을 시작하였음

▸ 이는 3D 프린팅이 종래에 없던 부가가치를 구현할 가능성이 클 뿐 아니라 항공산업처럼 정밀도나 강도 등 품질 면에서도 충분히 사용할 있는 수준에 와 있다는 것을 입증했다는 점에서 최종 제품 생산에 3D 프린팅 채택을 확산시키는 결정적 계기가 되었음

◾ 머티리얼라이즈의 3D 프린팅 기술이 주목받고 있는 또 하나의 고도 산업은 의료분야인데, 최근 전세계 기업 중 첫 번째로 FDA로부터 3D 프린팅 소프트웨어 인증을 받았음

▸ 의료 분야에 3D 프린팅 기술을 활용하기 시작한 것은 몇 년 전이지만, FDA(미 식품의약국)가 진단 및 수술 전 계획 수립에 사용되는 의료 도구를 3D 프린팅 하는 워크플로우에 규제와 가이드라인을 확정한 것은 얼마 전의 일임

▸ 2018년 3월 머티리얼라이즈는 특정 환자의 해부학적 모델을 3D 프린팅하기 위한 소프트웨어로 FDA 인증을 받은 첫 번째 기업이 되었음

▸ 유럽에 이어 미국에서도 최근 머티리얼라이즈의 소프트웨어를 통해 협업하는 병원들이 급증하고 있는데, 머티리얼라이즈의 컨설팅을 받고 몇 단계의 작업만 수행하면 며칠 이내로 이식 수술 등에 필요한 도구를 받을 수 있기 때문

▸ 병원들은 머티리얼라이즈의 소프트웨어와 통신할 수 있는 프로토콜을 이용해 환자의 CT 이미지를 전송하는데, 다량의 2D 이미지인 이 스캔 데이터들은 3D 파일로 변환되어 재료를 자르는 가이드로 만들어지게 됨

<자료> Med Gadget

[그림 4] 머티리얼라이즈의 의료 도구 제작

▸ 이 과정에서 보통 머티리얼라이즈의 전문가들은 병원의 의사들과 화상회의를 하고, 의료용 도구나 부품들의 요구사항과 기능에 대해 토의하게 됨

▸ 제작 내용에 대해 합의가 이루어지게 되면 3D로 프린팅한 후 배송하게 되는데, 오전 10시 이전에 주문이 이루어지면 다음날 4시까지 병원에 전달된다고 함

▸ 머티리얼라이즈는 미국에서는 플라스틱으로 제작된 의료 도구들만 제공하고 있지만, 최근 티타늄으로 만든 골반과 어깨뼈를 FDA에 승인해 달라고 신청했는데, 의료 규제가 상대적으로 덜 한 유럽에서는 이미 병원에 제공하고 있는 것들임

◾ 항공우주나 의료산업에서 3D 프린팅을 활용하는 데서 알 수 있듯, 머티리얼라이즈는 재료의 다양화, 그 중에서도 ‘금속’ 3D 프린팅에 초점을 맞추고 있음

▸ 3D 프린팅에 의한 최종 제품의 생산이 급속도로 증가하고 있는 것은 재료 측면에서 보면 금속을 3D 프린터로 조형할 수 있게 된 것과 관련이 있음

▸ 머티리얼라이즈는 금속 3D 프린터를 보유한 이래 열처리 등의 후공정도 자신들이 직접 수행하고 있으며 관련 노하우를 축적해 오고 있음

▸ 또한 2017년 10월에는 독일의 주조업체인 아체테크(ACTech)의 인수를 발표했는데, 이 기업은 금속 전문으로 어떻게 해야 규격을 만족하는 제품으로 완성할 수 있는지에 정통하다는 평을 받고 있음

▸ 아체테크는 주물용 사형을 조형하기 위한 3D 프린터는 사용하고 있었으나, 금속 3D 프린터는 보유하고 있지 못했기에 이번 인수는 양사에 도움이 될 것으로 평가받고 있음

▸ 양사는 만들 제품의 생산량과 설계의 복잡성, 요구되는 치수의 정밀도 등에 의해 금속 3D 프린터와 주조 혹은 기계 가공(절삭) 등의 제조 방법 중 어느 것이 더 적합한 지 여부를 결정한다는 방침임

▸ 또한 응용 분야에 따라서는 금속 3D 프린터로 조형하고 그 조형품을 기계 가공하는 것과 같이 여러 기술을 조합해 사용하는 것도 가능할 것으로 기대하고 있음

◾ 3D 프린팅 확산을 주도하고 있는 머티리얼라이즈의 성공 요인은 고정관념에 얽매이지 않는 문제 해결 과정에서 3D 프린팅의 가능성을 적극 시도한 것이라 할 수 있음

▸ 머티리얼라이즈는 디자인의 본질에 대한 깊은 이해를 바탕으로 그것을 실현하는 수단으로 3D 프린팅의 가능성을 탐구하기에 새로운 해결책 제시에 성공하고 있다는 평가