3D 프린팅, 단점 극복하는 기회 찾아라

[산업일보]
3D 프린팅 산업이 본격적인 궤도에 오르기 위한 과정을 차분히 밟아가고 있는 가운데 일부에서는 3D 프린팅이 갖고 있는 한계를 지적하고 있다.

이에 전문가들은 3D 프린팅이 갖고 있는 한계를 인정하면서도 이를 수정·보완하는 것이 더 큰 기회가 될 것이라고 항변하고 있다.

이들의 주장에 따르면, 3D 프린팅이 기존 생산 방법에서 불가능하던 것을 가능하게 한 측면도 있지만 반대로 기존 생산 방법에서는 쉽게 가능하던 것이 3D 프린팅에서는 어려운 것들이 있다.

문제는 다양, 그것을 기회로 삼아야

일단, 출력물의 크기면에서 3D 프린팅에는 한계가 있다. 3D 프린팅은 프린터 내부에서 제품을 조형하므로 생산하고자 하는 제품의 크기가 3D 프린터의 크기보다 크다면 출력할 수 없다.

이에 한국과학기술정보연구원의 김선호 연구원은 “이러한 한계를 극복하기 위해서는 3D 프린터의 형태를 개선해 생산 제품을 3D 프린터의 밖에서 출력할 수 있는 형태로 개발돼야 한다”고 언급한 뒤, “3D 프린터가 자체적으로 생산 제품 주위를 움직인다든가 출력 노즐을 멀리 뻗어 출력할 수 있는 형태로 개선돼야 한다”고 주장했다.

출력물의 크기 외에도 3D 프린팅으로 얻은 출력물은 강도, 내구성, 정밀도, 완성도 측면에서 기존 생산 방식으로 생산된 제품보다 일반적으로 안 좋은 품질을 보인다. 물론 3D 프린팅 기술에 따라 출력물의 이러한 특성 중 일부는 기존 생산 방법으로 생산된 제품의 특성보다 더 뛰어난 경우가 있으나 일반적으로는 그렇지 못하다.

아울러 고출력 레이저 등을 이용해 금속 소재를 용융해 적층하는 3D 프린팅 방식은 용융풀의 주변이 깔끔하지 않기 때문에 최종 출력물의 표면이 거칠고 정밀도가 떨어지게 된다.

결과적으로 3D 프린팅으로 생산된 제품은 그 자체가 최종 결과물이 아니고 표면가공이나 치밀도 향상 및 정밀도, 완성도 향상을 위해 화학적, 물리적 후처리가 필요한 것이 대부분이다.

이러한 후처리 공정을 없애도록 정교하고 치밀한 3D 프린팅 기술을 개발하거나 후처리 공정을 단순화시키는 부분에 많은 기술 기회가 있다고 볼 수 있다. 후처리 공정에는 열처리, 화학적 처리, 도색, 샌딩, 밀링, 폴리싱, 3D 프린팅 소재를 이용한 코팅, 유리나 세라믹 등 다른 소재를 이용한 코팅 등 다양한 기술이 연구되고 있다.



한편, 3D 프린팅에 사용되는 소재의 한계 극복을 위한 기술 기회도 충분히 제공될 것으로 보인다.

현재 3D 프린팅에 사용되는 소재는 금속, 유리, 세라믹, 시멘트, 플라스틱, 초코렛 등 매우 많은 재료가 가능하다. 심지어 목재나 생체와 같은 느낌을 주는 소재도 이용되고 있다. 이러한 소재를 적절하게 조합한다면 원하는 물체를 무엇이든 출력해 낼 수 있을 듯하다.

하지만 이러한 생각은 기존 제품 생산 방식이 물리학, 화학, 기계학, 생물학 등 수 세기 동안 축적돼 온 인간 지식의 산물이라는 근본적 원리를 자각하지 못하는 것이다. 3D 프린터로 원하는 재료를 이용해 원하는 모양의 제품을 만들 수는 있다. 하지만 모양이 같다고 제품으로서 갖추어야 할 특성까지 같은 것은 아니다.

이에 “3D 프린팅 된 손톱깎이나 골프 클럽 헤드가 기존 생산 방식으로 생산된 손톱깎이와 클럽 헤드를 아무 문제없이 대체할 수 있을지는 의문”이라고 김 연구원은 언급했다.

소재의 선택에서도 제한이 있다. 현재의 3D 프린터는 하나의 소재로 출력되는 것을 기본으로 설계돼 있지만, 우리 주변의 대부분의 물건들은 다양한 소재의 매우 복잡한 조립품이다. 또한 현재의 개인용 3D 프린터는 대부분 합성수지의 출력만 가능하다.

금속 소재 제품용 3D 프린터는 가격이 아직은 비싸 개인이 소유하기는 어렵지만 금속 출력 프린터의 핵심 기술인 SLS 기술의 특허가 2014년 6월에 풀렸으며 이로 인한 또 한 번의 전반적인 가격 하락으로 대중화가 본격화될 것으로 보인다.

하지만 금속 출력 프린터에서는 고출력 레이저의 사용이 필수인데 가정용 3D 프린터에 그러한 고출력 레이저를 장착할 수 있도록 하는 데는 안전을 위한 기술적 장치의 개발 뿐 아니라 해결해야 할 법제도적인 문제도 있다.

3D 프린터로 출력할 수 있는 물체의 한계도 있다. 전자 회로나 반도체 부품과 같이 도체와 반도체가 매우 정밀하면서 복잡한 구조의 물체를 3D 프린팅 방법으로 생산하기 위해서는 아직도 가야할 길이 멀다.

사용 편의성 향상과 유지 보수 어려움 극복을 위한 기술 기회도 다양하게 펼쳐질 것으로 보인다.

3D 프린터는 적용된 기술, 사용되는 프린팅 소재, 프린팅할 수 있는 물체의 크기에 따라 종류가 다양하며 그 사용법 및 관리 보수 방법이 매우 복잡하다.

3D 모델링의 복잡성, 연결 및 통신 방법의 복잡성, 운영 소프트웨어 사용 및 업데이트의 복잡성과 같이 정상적인 3D 프린터의 사용에 따른 복잡성 외에도 관리 보수의 복잡성 문제가 있다.

프린팅 시 발생하는 찌꺼기 및 오염물에 대한 청소의 문제도 있고, 프린팅 소재의 종류에 따라 프린팅 소재를 뿜는 노즐 및 SLA 프린터의 수조의 관리방법이 다르다. 또한 프린팅 소재가 화학 제품이므로 이에 따른 화재 및 인체 접촉에 의한 안전성 문제도 발생한다.

또한 3D 프린터의 원활한 사용 및 서비스 유지를 위해 프린팅 소재의 수요량 예측이나 물량 확보의 복잡성도 있다.

이러한 3D 프린터 사용에 따른 사용자가 겪게 되는 다양한 복잡성의 해결을 위한 서비스를 제공하거나 사용자 교육을 제공하는 등 다양한 기술 기회가 가능하다.

‘오픈 소스' 기반 3D 프린팅, 법률문제 꼼꼼히



법률적 문제 극복을 위한 기술 기회도 제공될 전망이다.

3D 프린팅 기술은 IT와 제조업이 융합된 기술로서 디자인과 3D 모델링 데이터는 지적저작권 행사의 대상이 된다. 3D 모델링 데이터는 컴퓨터에 저장되는 파일 형태기 때문에 인터넷을 통해 쉽게 복제 및 공유가 가능하다는 문제가 있다. 이에 3D 프린팅 시대에는 3D 모델링 콘텐츠의 지적저작권 보호를 위한 기술 개발이 요구된다.

즉, 사용자는 모델링 전문 회사에 원하는 자신만의 3D 제품의 모델링을 주문하고 모델링 회사는 암호화되고 완성된 3D 모델을 주문자에게 전송한다. 암호화된 3D 모델은 주문자만이 3D 프린팅할 수 있고 혹시 인터넷을 통해 불법 공유되더라도 이를 다운받은 사용자는 암호를 모르면 출력 할 수 없도록 하는 등 지적저작권 보호 장치의 개발 분야에 다양한 기술 기회가 존재한다.

3D 프린팅의 또 다른 법률적 문제로는 오픈 소스를 이용한 프린터와 모델링 툴의 개발에 있다.

오픈 소스는 책임성 있는 주체의 지휘 아래 탄탄한 로드맵에 기초해 체계적으로 개발된 소프트웨어가 아니기 때문에 문제가 있을 경우 해결하기가 쉽지 않다.

김 연구원은 “유지 보수의 주체가 없고 업그레이드가 번거로우며 체계적인 문서화 돼있지 않은 경우가 많다. 소프트웨어는 시대의 요구에 맞게 계속 바뀌어야 하는데 오픈 소스를 사용하면 이에 적절하고 능동적으로 대응할 수 없게 되고, 오픈 소스 개발자들이 업데이트 해주기만을 수동적으로 기다릴 수밖에 없게 된다”고 지적한 뒤 “개발자 네트워크가 활성화되지 않은 오픈 소스의 사용은 더욱 위험하며, 법적인 분쟁 가능성도 있다”고 주의를 요했다.

오픈 소스 라이센스에서는 오픈 소스를 포함해 개발된 소프트웨어의 소스 코드를 다시 오픈 소스로 공개할 것을 요구한다. 기업이 보유한 특허나 고유 기술의 소스 코드가 오픈 소스와 같이 사용됐더라도 특허에 대한 사용료 없이 같이 배포해야 하는 것이다. 그렇지 않은 경우 오픈 소스의 사용권한이 박탈되고 이미 판매 중인 제품은 리콜해야 한다.