4D 프린팅 기술의 발달 (펌) // 단점....은 아직 이야기 되는 내용이 없는 건가... 시간 빼고..

4D 프린팅 기술의 발달
 

 
3D 프린팅은 이미 30년 이전에 개발된 개념이고, 최근 비약적으로 각종 산업에 활용이 시작되고 있어 이제 더 이상 낯선 기술이 아니다. 그럼에도 불구하고 아직까지 상용화에는 상당한 어려움을 갖고 있는 이유는, 아직까지 다양한 소재의 개발이 미흡하고 생산 소요시간이 길다는 단점과 더불어 제품의 형태를 그대로 프린터 하기 위해서는 그 것보다 사이즈가 더 큰 프린터가 필요하다는 기술적 한계도 분명히 가지고 있기 때문이다.
 
그렇지만 이를 극복한 기술이 최근 화제가 되고 있는데, 말하자면 4D 프린팅 기술이다. 4D 프린팅은 3D 프린팅과 달리 ‘자기 변형’이 가능하다는 장점을 갖고 있어 많은 사람들의 주목을 받고 있다. 4D 프린팅이 무엇이며, 패션업계를 비롯한 각 산업계에서는 어떻게 활용 가능한 지에 대해 알아보고자 한다.
 
 
개념 및 특징
 
4D 프린팅은 MIT와 글로벌 최대 3D 프린팅 제조 기업인 스트라시스(Stratasys)의 교육 R&D부서가 함께 개발한 것으로, 3차원 입체에‘시간’이라는 1차원이 더 추가된 기술이다. 즉, 4D 프린팅은 소프트웨어 모델을 통해 설정된 시간 안에 필요한 형상으로 변형시킬 수 있다. 기존 3D 프린팅은 각종 부품을 제작한 이후, 제작된 부품을 손수 조립하여 대형 사이즈의 물체를 만들어 내는 방식이지만, 4D 프린팅은 그럴 필요가 없다. 3D 프린팅과 구별되는 가장 큰 핵심은 제작된 물체가 미리 설계된 형태에 따라 ‘자동 조립’ 또는 ‘자기 변형’을 할 수 있다는 점으로 우리는 이러한 과정을 ‘운동학’이라 일컫는다.
 
4D 프린팅을 쉽게 설명하자면,‘자기 변형이 가능한 소재로 어떠한 복잡한 기계 설비 없이 상품의 설계에 따라 스스로 변형을 한다는 기술’이라 할 수 있는데, 이 기술의 핵심은‘형상기억합금’(形狀記憶合金, Shape Memory Alloy)과 같은 스마트 소재인 것이다. 3D 프린터가 보급되기 어려웠던 이유 중 하나는 앞서 언급한 것처럼 제품의 형태를 그대로 제작하기 위해서는 그 것보다 사이즈가 더 큰 프린터가 필요했기 때문으로 자동차, 건축 등 큰 사이즈의 물체 제작에는 기술적 한계가 있었던 것이 사실이다. 하지만 4D 프린팅 기술은 자기 변형 기술을 갖고 있기 때문에 출력물보다 더 큰 사이즈의 프린터가 필요하지 않아 4D 프린팅 기술의 가장 큰 특징이자 장점이라 할 수 있다.
 
이 밖에도 개인별 맞춤 제작 비용을 절감할 수 있는 장점도 있는데, 현재 제조 기술과 제작 환경에서 소량의 맞춤 제작 비용은 여전히 높은 수준이며, 개인 맞춤제작을 하게 되면 그 비용은 더 높아지게 된다. 하지만 4D 프린팅 기술이 발전함에 따라 개인 맞춤 제작 비용은 전통적인 대량 생산 비용과 비슷한 수준이거나 심지어는 더 저렴해질 가능성도 있다. 전통적인 제조방식에서 복잡한 구조와 공예 등은 4D 프린팅 기술을 통해 단순화 되기 때문이다.
 
그렇다고 비용 문제가 전혀 없는 것은 아니다. 4D 프린터는 3D 프린터와는 달리 스마트 소재에 의거하여 출력물이 스스로 자기 변형을 할 수 있는 능력을 갖추도록 한 것이기에   미래 스마트 프린터 기술 발전의 어려움을 어느 정도 해소는 했다고는 하지만 기존 기술에 비해 더욱 높은 기술을 요구하는 것이 사실이다. 즉, 설비 가격 상승을 초래하여 일반인들까지 상용화되기에는 많은 어려움이 존재할 것으로 전문가들은 전망한다. 가정용 소형 4D 프린터의 경우, 앞서 언급한 가격 문제를 제외하고도 정교함이 부족하고 프린터 조작의 전문성 등 부문에서도 문제가 드러난다. 아직 보완해야 할 부분이 많이 존재하고 이런 문제들은 4D 프린터의 빠른 발전을 제약하는 요소이다.
 
다른 위협 요소로는 위험 물품 제작이 쉬워진다는 것과 지식재산권 문제가 있는데, 4D 프린팅의 발전은 3D 프린팅과 마찬가지로 양날의 검과 같다고 말할 수 있다. 예를 들면 4D 프린팅은 손쉽게 총기류, 마약, 약품 등 원래 상상하기 힘들었던 물품들을 제작할 수도 있기 때문이다. 또한 현재 3D 프린팅이 직면하고 있는 문제처럼 4D 프린팅 역시 ‘판권’이 있는 상품을 복제하는 등 지식재산권 문제가 초래될 수 있는데, 사용자는 창의적인 디자인을 보고 사진을 찍은 후 집으로 돌아가서 4D 프린터를 이용하여 손쉽게 제작할 수 있는 것은 여전히 문제가 되고 있다. 
 
4D 프린팅 기술은 3D 프린팅 기술보다 기억 기능이 있는 스마트 소재를 필요로 한다고 언급했는데, 일반적인 소재가 아니라, 외부 자극을 감지할 수 있을 뿐만 아니라 판단을 통해 자기변형 및 조립을 진행할 수 있는 새로운 기능의 소재라야만 가능하다. 이 소재는 3D 프린팅 소재로서 출력이 가능한 것은 물론이고, 정보 식별 기능 및 자기변형 능력, 자기판단 능력, 자기회복 능력 등도 모두 갖추고 있어야 하고 빠르게 변형 및 조립되어야 한다. 아직까지는 4D 프린터 출력물은 물과 같은 단순한 자극에만 반응한다. 하지만 기술이 발전함에 따라 온도, 햇빛, 소리 등 다양한 조건에서 반응할 수 있을 것으로 판단된다.
 
최근 중국의 리커창 총리는 중국 제조 수준 향상과 관련하여 중국은‘산업 4.0’ 또는 3D 프린팅을 활용하여 대량 생산 체제에서‘대량 맞춤’(Mass customizing) 생산 체제로 전환할 수 있을 것이며, 이것을 바탕으로 4D 프린팅 산업 또한 발전시킬 수 있다고 언급한 적이 있다. 중국의 4D 프린팅 산업은 아직 낮은 수준에 불과하지만 중국 정부가 *'중국제조 2025'를 발표하는 등 과학기술 분야에 대한 관심이 높고 이와 관련하여 적극적인 투자를 진행하고 있다는 점을 고려한다면 중국의 4D 프린팅 산업의 빠른 발전을 기대해 볼 수 있다.
 
*중국제조 2025는 중국 리커창 총리가 제시한 것으로, 2025년까지 중국을 세계 제조업 강국으로 발전시키겠다는 목적을 두고 있다. 중국 제조 2025에는 구체적인 발전분야, 방안, 목표수치가 포함되어 있다.
 
 
응용분야
 
패션 부문
 
패션 산업은 전통적인 산업이고 특히, 여성 의류가 대표적으로 상품 스타일이 다양하고 맞춤 제작도 가능하며 각종 사이즈와 디자인의 상품들이 끊임없이 시장에 제공되고 있다. 하지만 모든 제품들이 소비자들의 사이즈에 잘 맞거나 아름다워 보이는 것은 아니다. 4D 프린팅 기술이 개발된 지는 얼마 되지 않았지만, 아마도 이러한 문제를 해결해줄 수도 있을 것이다.  

전 세계 처음으로 4D 프린터로 제작된 치마(출처 : www.cfw.com.cn )

 
최근 너브스 시스템(Nervous System)은 4D 기술을 이용하여 신축성 소재로 전 세계에서 처음으로 4D 치마를 제작했다. 이 치마는 처음부터 신체 사이즈에 맞게 제작되어 나오는 것이 아니라 착용자가 옷을 입으면 착용자의 체형에 따라 자기 변형을 하게 되는 것이다. 이 치마를 3D입체 모델링 프로그램으로 보면, 삼각형 및 연결점이 있고 이들 사이에는 서로 끌어당기는 힘이 있기 때문에 인체의 형태에 따라 변화할 수 있는 원리로 마른 사람이든 뚱뚱한 사람이든 착용자에 맞게 사이즈가 잘 맞을 수 밖에 없는 것이다. 이 치마를 제작하기 위해 필요한 시간은 48시간이며 제작 가격은 1900파운드(약 330만원)에 달한다고 하니 아직 갈 길은 멀다고 할 수 있다.


 

자기 변형 가능한 치마(출처 : www.cfw.com.cn )

이 치마를 출력하기 위해 필요한 프린터 내부 공간은 일반적인 3D 모델보다 더 큰 것이 사실이지만 기술자들은 치마 자체의 완성도가 매우 높다고 평가하고 있다. 이 후로4D 프린팅 기술을 이용한 또 다른 목걸이 형태의 패션 악세서리 제품도 제작되었는데, 이것 역시 4D 프린팅 기술로 제작된 치마와 마찬가지로 인체 구조에 따라 자기변형을 하는 특징을 가진다.


 

자기 변형 가능한 악세서리(출처: www.cfw.com.cn )

 


4D 프린팅 기술로 제작된 치마는 우리에게 어떠한 것을 의미할까? 이는 3D 프린팅으로 출력된 물체의 형태가 또 다른 형태로 스스로 변형될 수 있다는 것을 의미하며, 결국 제품 설계자가 손수 힘들여 설계 디자인을 마무리하지 않아도 된다는 것을 의미한다. 이를 위하여 관련 R&D팀은 이용자가 자신의 신체를 3D로 스캔한 다음 소재 사이즈와 모양을 선택하도록 하고 이용자의 선택이 끝나면 바로 세상에 유일한 4D 치마가 제작되는 것이다.
 
의료 부문
 
의료 부문에서도 크게 활용될 가능성이 높아 4D 프린팅은 이미 의료계로부터 많은 주목을 받고 있다. 3D 프린팅 기술 발전을 바탕으로 4D 프린팅은 인체 기관을 프린터 하는 것에 그치지 않고 인체의 세포까지 프린터 할 수 있다고 한다. 이는 인체의 면역 기능과 병을 예방하는데 많은 도움을 줄 수 있고 인체 거부 반응이 적은 세포를 바탕으로 맞춤형 장기를 만들 수도 있다. 즉, 4D기술의 자가 조립 기능을 활용해 작은 인공뼈를 만들어 몸 안에 넣으면 원하는 부위에 가서 원하는 크기로 접합하는 것 등이 가능해진다. 이는 결국 자가 해체 기능을 통해 스스로 분리되도록 할 수 있기 때문에 공정 비용을 감소시킬 수 있고, 곧 가격 경쟁력을 강화시킬 수 있을 전망이다.
 
 
4D 프린터의 미래 
 
현재 이 4D 프린팅 기술에 대한 세계의 관심은 뜨거우며 응용 분야도 개인 맞춤 제작 의류 등 패션 제품부터 의료, 군사 장비 등까지 매우 다양하다. 국내에서도 2015년 11월 4일 서울 소공동 웨스틴 조선 호텔에서 열린‘K-ICT 3D컨퍼런스 2015’에서 ‘4D프린팅 기술의 현황과 미래 전망’를 주제로 발표도 진행되었다. 아직은 4D프린팅 기술을 일상 생활에서 활용하기에는 많은 제약이 있지만 최근 이를 더욱 효과적으로 활용할 수 있는 방안들에 대한 토론이 이어지고 있는 것이다.  
 
이 중 하나는 4D 프린팅 기술을 활용해 제품을 운송하는 것으로, 부피가 큰 제품을 운송할 때 크기를 최소화시켰다가 소비자에게 배송이 완료된 이후 간단한 가공 과정을 통해 다시 크기를 되돌려놓는 원리이다. 이 시스템이 성공을 거둘 경우 제품의 운송 및 보관 공간 감소로 인한 비용을 절감시킬 수 있을 것으로 기대된다.
 
이 밖에도 4D 프린팅 기술은 현재 패션 산업에 많은 영향을 줄 수 있을 것이다. 예를 들면, 미래의 패션 매장은 더 이상 의류를 전시하지 않고 창고도 필요하지 않을  수 있고, 다만 인체 3D 스캐너, 디자인 설계 컴퓨터, 가상 현실의 거울만 있으면 사용자는 자신의 스타일과 기호를 고려하여 컴퓨터에서 디자인 샘플을 선택하여 맞춤 제작된 상품을 받아볼 수 있다. 소비자는 실물로 제작된 상품을 받아보기 전, 가상현실의 거울을 통하여 실제와 가까운 모습을 어떤 각도에서든 볼 수 있다. 또한 소비자의 의견에 근거하여 디자인을 수정한 후, 소비자가 마음에 들어 하면 실제 제작에 들어간다. 이처럼 4D 프린팅 기술은 소비자 개인의 맞춘 제작 보편화에 큰 기여를 할 것이다. 군사영역에서도 설계되어있는 반응에 따라 스스로 변하거나 독가스를 효과적으로 막을 수 있는 군복이 개발될 것으로 전망된다.
 
시장 조사 기구 마켓앤드마켓(MarketsandMarket)이 최근 발표한 시장 연구 보고서에 따르면, 2019년까지 4D 프린팅 시장은 6300만 달러(약 724억 5천만 원)까지 성장할 것으로 예상되며, 전체 시장에서 국방 군사 관련 점유율이 55%까지 차지될 것이라고 밝혔다. 또한 2025년에는 그 수치가 5억 5560만 달러(약 6,390억 원)에 이를 것으로 전망되고 있다.



작성자 : 패션넷코리아 중국 통신원 오지영 <jimaenggu@naver.com>


 
<내용 출처>
http://www.cfw.com.cn/zgfs/article/id/5614
http://www.sjfzxm.com/news/fushi/201509/04/463311.html
E7K08hYBC2XIaCd6fWGz6Fcm9Bzte294evFSJyyXL8cLie87cpaOdcoUH9Cqh1-p0Jq
http://www.sjfzxm.com/news/fushi/201509/04/463311.html
http://news.heraldcorp.com/view.php?ud=20151104001097&md=20151105003056_BL
http://news.zol.com.cn/545/5459418.html
http://news.pack.cn/show-276677.html
http://www.bosidata.com/qtITshichang1509/057504NJEI.html
http://www.cpp114.com/news/newsShow_257295_1.htm
http://news.163.com/15/1016/09/B61O86LA00014AED.html
 
<이미지 출처>
http://www.cfw.com.cn/zgfs/article/id/5614

* 출처 : 패션넷코리아 www.FashionNetKorea.com