3D프린터...인체장기 등 뭐든지 뽑아낸다

[세상 바꾸는 기술] 인체장기까지… ‘조물주’ 3D프린터

머니위크 기사입력 2016-01-22 06:06

 

# 2020년 1월18일, 모 병원의 인공장기 담당직원 A씨. 그는 급하다는 응급실의 요구에 2차원 영상을 3차원으로 전환하는 프로그램을 가동했다. 지시를 받은 한 환자의 인공심장을 3D 영상으로 바꾸고 3D프린터 출력버튼을 눌렀다. 3D프린터는 자그마한 심장 내부 미세한 혈관까지 복사해냈다. 3시간 뒤 A씨는 3D프린터가 만들어낸 인공심장을 꺼내 표면에 다닥다닥 붙어 있는 재료 찌꺼기들을 다듬어 응급실로 보냈다.

# 주말 오전 집들이 음식을 장만 중인 B씨. 생각해보니 지인의 일곱살 아들이 쓸 만한 어린이용 포크가 없다. B씨는 마트에 가는 대신 컴퓨터를 켰다. 온라인 공유플랫폼 ‘싱기버스’(thingiverse) 사이트에 접속해 어린이용 포크 3D 설계도면을 내려받았다. 선물용으로 요즘 남자아이들에게 인기라는 변신로봇 장난감 ‘터닝메카드’ 도형설계도도 뽑았다. 이 데이터 파일이 들어 있는 SD카드를 3D프린터에 연결한 뒤 쿠키를 굽고 청소기를 돌렸다. 1시간쯤 지났을까. 포크 모형과 터닝메카드 플라스틱 조형물이 뽑혀 나왔다.

이 시나리오는 곧 다가올 미래다. 3D프린터가 우리의 삶을 바꿔놓고 있다. 자르고 다듬고 조립하던 기존의 제조방식에서 벗어나 재료의 적층 방식으로 제품을 생산하는 3D 프린팅 제조기술이 하루가 다르게 발전하고 있다. 대량생산 방식의 2차 산업혁명에 이어 개인맞춤·자가생산 중심의 디지털 제조혁명이 시작된 것. 3D프린터로 만들 수 있는 건 피규어나 장난감만이 아니다. 인공 뼈·장기부터 건물, 음식까지 갈수록 다양해지는 추세다.

 

 

3D프린터 개발업체 에이팀벤처스의 3D프린터가 로고 모형물을 출력하고 있다. /사진=박효선 기자

 

◆‘뚝딱뚝딱’ 뭐든지 뽑아낸다

일반프린터가 2차원 종이를 인쇄한다면 3D프린터는 3차원 입체조형물을 만들어낸다. 3차원 설계도를 바탕으로 플라스틱과 금속 등 각종 재료로 입체적 조형물을 뽑아내는 식이다. 최근엔 의학분야에 접목돼 조직공학용 제품으로도 활용된다. 의학계뿐 아니라 건설·식품·의류업 등 거의 모든 산업군에서 3D프린팅 기술을 주목한다. 3D프린터로 생산 가능한 제품을 모았다.

① 인체 조직

3D프린터로 신체 부위를 만든다고? 영화에서나 있을 법한 일이 현실이 되고 있다. 현재 3D프린팅 기술은 보건의료분야에서 가장 많이 활용된다. 장기를 만드는 재료 또한 플라스틱, 수지, 실리콘, 티타늄 등 금속을 넘어 뼈, 세포, 조직 등으로 확대되는 추세다. 외과의사들은 뼈 대체용으로 3D프린터로 인쇄한 임플란트를 사용한다. 보청기, 틀니, 의족 등 개인맞춤형 의료보형물을 제작하는 데 활용되기도 한다.

다음 단계는 세포를 이용해 인체 장기를 출력하는 것이다. 의학계는 심장이나 간 등의 장기뿐 아니라 화상환자들을 위한 피부재생 기술까지 개발 중이다. 인체 장기를 3D프린터로 생산하는 게 가능해진다면 앞으로 방사선사처럼 전문으로 3D프린터를 다루는 직종도 생길 것으로 보인다. 의학계가 3D프린터로 인한 기술의 향배에 촉각을 곤두세우는 이유다.

② 음식

최근엔 3D 프린터로 인쇄된 음식도 등장했다. 초콜릿, 캔디, 설탕과자, 부드러운 요거트 등이 단골메뉴다. 특히 3D프린터는 정교한 모양의 설탕 공예나 복잡한 디자인의 초콜릿 장식을 찍어내는 데 유용하다. 원하는 도안을 고르기만 하면 어떤 모양이든 만들어낸다.

3D프린터로 음식을 만드는 원리는 소재를 특정 형태로 층층이 쌓는 기술인 융착 모델링(FDM)이다. 액체를 이용해 가루층이 젖게 만드는 기술인 분말 베드 프린팅기술도 사용된다. 아직 파우더(가루), 페이스트(반죽), 액체로 된 한정된 종류의 음식만 찍어내는 걸음마 단계지만 앞으로 식품업계 판도를 뒤흔들 것으로 전망된다.

③ 건물

작은 물건뿐 아니라 건물 자체를 ‘출력’하는 작업도 시도된다. 실제 중국의 시공재료업체 윈선 데코레이션 디자인 엔지니어링은 3D프린터로 10개의 기능성 주택을 구축하는 데 성공했다. 최근에는 3D프린터로 5층 아파트를 올리기도 했다. 이 건물은 콘크리트, 유리섬유, 물, 모래, 특수접착제 등으로 만들어진 잉크를 사용해 모듈블럭으로 인쇄됐다.

영국 건축기업 포스터플러스파트너스는 유럽우주기구(ESA)와 3D프린팅 기술로 달에 영구기지를 건설하는 방안을 검토 중이다. 3D프린터가 종이는 물론 모래, 철강 등 온갖 폐기물을 원료로 이용할 수 있는 점에 착안, 달의 토양을 공급원료로 사용해 건물을 출력한다는 구상이다. 앞서 이 회사는 모의 재료로 1.5톤의 시제품 블록을 제조해냈다.

물론 아직까지는 3D프린터로 건물을 출력하려면 천문학적인 비용이 든다. 그래도 건축업계에선 일반건물 건설에 들어가는 설계와 노동비용 대비 경제적이라고 본다.

④ 의류

주문제작에 알맞은 또 다른 분야는 의류다. 세계적인 미래학자 토마스 프레이 다빈치연구소장은 “3D프린터를 이용한 의류산업이 올해 31억달러, 2020년 52억달러로 성장할 것”이라고 예상했다.

이미 많은 업체에서 3D프린팅을 활용한 의류아이템을 선보였다. 샤넬의 수석디자이너 칼 라거펠트는 지난해 7월 파리에서 열린 샤넬 F/W 오뜨 꾸뛰르 쇼를 3D프린터로 출력한 ‘3D컬렉션’ 60여벌로 채웠다. 3D프린터로 출력한 그물망 형태의 원단을 기존 재킷 위에 덧댄 것.

스포츠업계에서도 3D프린터 기술에 주목한다. 아디다스는 3D프린터를 이용해 제작한 러닝화 ‘퓨처크래프트 3D’를 지난해 10월 선보였다. 퓨처크래프트 3D는 개개인의 발에 맞춘 러닝화로 밑창 중간 부분인 중창을 3D프린터로 뽑아 만들었다. 아디다스의 경쟁사 나이키도 3D프린터로 맞춤형 신발을 만들어내는 기술을 개발 중이다.

‘열려라 참깨’ 3D프린터 도전하기

1. 컴퓨터 설계 프로그램으로 설계
우선 출력하고 싶은 대상을 머리 속에 구상한 뒤 컴퓨터에서 3D CAD 프로그램으로 설계한다. CAD 프로그램이 익숙치 않다면 3D프린팅 파일공유 사이트인 ‘싱기버스’(www.thingiverse.com)에서 원하는 제품을 검색한다.

2. 출력 크기 및 세부 사항 조정
싱기버스 사이트에서 원하는 제품을 STL파일로 다운받았다면 이를 3D프린터가 읽을 수 있도록 변환해야 한다. 이 과정에서 제품을 여러 층으로 얇게 썰어주는 ‘CURA’라는 슬라이싱 프로그램이 필요하다. CURA 프로그램에서 다운받은 STL파일을 열어 크기, 속도, 밀도 등 세부사항을 조절하면 된다.

3. 출력
프린팅을 하기 전 3D프린터를 예열해 플라스틱을 녹일 수 있는 최적의 온도를 맞춘다. 제작할 파일 항목을 누르면 출력이 시작된다. 3D프린터는 플라스틱을 아래부터 차곡차곡 녹여 쌓기 때문에 출력과정 중 손을 대면 화상을 입을 수 있어 주의해야 한다.

4. 다듬기
3D프린팅이 끝나면 고정 지지대와 바닥에서 출력물을 떼어낸다. 제품 표면에 보풀처럼 자잘하게 붙어 있는 찌꺼기를 다듬어주면 제품이 완성된다.

☞ 본 기사는 <머니위크>(www.moneyweek.co.kr) 제419호에 실린 기사입니다.

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박효선 기자

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[와우 과학] 3D 프린터의 진화…머리카락보다 가는 금속 출력

기사입력 2016-01-26 09:27

 

[서울신문 나우뉴스]

 

 

폭 15~35㎛의 초미세 금속 3D 프린터 출력물. (사진=취리히연방공과대학/ Luca Hirt)

 

폭 15~35㎛의 초미세 금속 3D 프린터 출력물. (사진=취리히연방공과대학/ Luca Hirt)

3D 프린터 기술은 21세기 연금술로 불리면서 여러 분야에서 주목을 받고 있습니다. 물론 초창기 기술들이 그렇듯이 거품 논란도 적지 않지만, 점차 적용 범위를 늘려나가면서 활용도가 높아지는 것도 사실입니다. 특히 최근에는 플라스틱 이외에 금속처럼 다양한 소재들을 출력할 수 있게 되면서 더 주목을 받고 있습니다.

금속 3D 프린터 기술은 아직은 활용도가 높지 않은 초기 기술이지만, 우주 항공 산업은 물론 의료나 정밀 기기 산업에서 미래 기술로 주목받고 있습니다. 이미 나사는 금속 3D 프린터로 출력한 로켓 엔진의 연소 실험을 진행 중이고 GE 같은 제트 엔진 제조사도 3D 프린터로 출력한 부품을 엔진에 도입하는 연구를 진행 중입니다.

금속 3D 프린터 기술을 적용하면 복잡한 내부구조를 지닌 부품도 한 번에 출력할 수 있다는 점이 가장 큰 장점입니다. 여기에 더해서 현재 개발되는 새로운 기술을 활용하면 과거에는 가능하지 않았던 초미세 금속 제품 제조가 가능할지 모릅니다.

스위스의 취리히 연방 공과대학(ETH Zurich)의 과학자들은 인간 세포보다 약간 큰 크기의 초미세 금속 3D 프린터 출력 기술을 공개했습니다. 이들이 선보인 구리 구조물은 크기가 15~35㎛(마이크로미터)에 불과할 만큼 작습니다. 즉 사람 머리카락 굵기보다 훨씬 작은 것이죠.

이렇게 작은 금속 3D 출력이 가능한 이유는 FluidFM이라고 불리는 새로운 기술 덕분입니다. 마이크로피펫이라는 장치로 두께 800nm에서 5㎛ 크기의 황화구리 용액(copper sulphate solution)을 분사한 후 전류를 흘려 화학 반응을 일으키면 고체 금속 상태의 구리가 되는 것을 응용한 기술입니다.

연구팀은 이 방식을 이용해서 초미세 구리 구조물을 출력하는 것은 물론 구리 이외에 다양한 합금을 출력하는 방식을 연구하고 있습니다. 미래에는 이런 방식으로 마이크로 로봇이나 혹은 초미세 금속 부품을 출력하는 날이 올지도 모르겠습니다.

아직은 개발 중인 기술이지만, 현미경적으로 보이는 금속 제품을 출력하는 것을 보면 최첨단 기술의 진보가 정말 빠르게 일어나고 있다는 것을 새삼 느끼게 합니다.

고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

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