안녕하세요, 한화토탈 블로그 지기입니다. 여러분은 혹시 영화를 좋아하시나요? 영화 <미션 임파서블>에는 최첨단 기술들이 등장하는데요. 입력한 데이터를 바탕으로 사람의 얼굴을 가면으로 만드는 그 장면! 기억하시나요? 그때는 생소했던 영화 속의 3D 프린팅 기술이 이제는 현실 속 다양한 분야에서 사용되고 있답니다.
3D 프린터에는 석유화학 소재가 재료로 쓰이는데요. 오늘은 3D 프린팅 기술과 사용되는 소재들에 대해 알아보도록 하겠습니다!
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종이를 넘어 3차원의 공간으로, 3D 프린터란?
기존의 프린터는 컴퓨터의 문서나 이미지를 종이와 같은 2차원적인 평면에 인쇄하는 장치였는데요. 3D 프린터는 도면 데이터를 이용하여 2차원을 넘어 3차원의 공간에 입체적인 물품을 생성하는 기계입니다.
3D 프린팅 방식에는 크게 두 가지가 있는데요. 큰 덩어리를 조각하듯 깎아서 물체를 만드는 절삭형과 아주 얇은 2차원 면을 겹겹이 쌓아 올려 만드는 적층형 방식이 있습니다. 최근에는 재료의 손실이 없는 적층형 3D 프린터를 주로 사용한다고 합니다.
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3D 프린팅 기술에도 석유화학이!?
일반 프린터로 인쇄물을 출력하려면 토너나 잉크가 필요하죠. 3D 프린터에서 토너나 잉크 역할을 하는 재료는 어떤 것들이 있을까요? 3D 프린터에는 플라스틱, 금속류, 세라믹 등 다양한 소재가 쓰인답니다. 플라스틱은 3D 프린팅 소재 중 비교적 저렴하고 가공성이 좋기 때문에 가장 많이 사용됩니다.
3D 프린터 출력물의 재료가 되는 플라스틱 수지를 필라멘트라고 하는데요. 대표적인 플라스틱 필라멘트 소재로 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)와 PLA(Poly Lactic Acid)를 꼽을 수 있습니다.
먼저 ABS는 아크릴로니트릴과 부타디엔, 스티렌을 중합해 만든 고분자 화합물이며 일반 플라스틱보다 충격과 열에 강합니다. ABS 소재는 도금이나 도색을 했을 때 발색력도 좋아 장난감이나 가구, 전자기기 등 다양한 제품에 많이 사용되는 소재입니다.
PLA는 폐기 시 미생물에 의해 생분해되는 재생 가능한 바이오 플라스틱인데요. 환경호르몬 등의 유해물질이 걱정이 적고, 특히 3D 프린터에 인쇄할 때 냄새가 거의 없다고 합니다. 그러나 흡습성이 높아 보관 시 주의해야 합니다.
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3D 프린터로 독특한 티타늄 자동차 바퀴를!
금속을 재료로 사용하는 3D 프린터도 산업 현장에서 쓰이고 있습니다. 플라스틱을 3D 프린터는 일반인도 사용하는 보급형 모델이 있지만, 금속 3D 프린터는 가공에 필요한 온도가 매우 높기 때문에 대부분이 공업용으로 쓰입니다. 통신 장비나 자동차, 비행기 부품을 만드는 데 사용되고 있습니다.
3D 프린터는 다양한 디자인의 제품을 별다른 생산공정을 거치지 않고 빠르게 만들 수 있는 장점이 있습니다. 또, 여러 부품을 결합하지 않고 원하는 디자인을 한 번에 만들어 낼 수 있는데요. 3D 프린터의 이런 특징을 활용해, 2018년에는 세계 최초로 티타늄 자동차 바퀴가 등장했습니다.
티타늄은 철보다 강하면서 무게는 철의 절반 수준인데요. 강도가 높고, 용융점이 높아기계로 가공하기 어려워 비싼 재료라고 합니다. 티타늄 휠을 만드는 데는 금속 가루를 강력한 전자빔을 이용해 빠르게 녹이는 적층 가공 기술이 활용됐는데요. 휠을 만든 후 남은 금속 가루들을 재사용할 수 있어서 제조 과정 중 발생하는 제조 폐기물이 단 5%만 발생 되었다고 합니다.
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3D 프린터로 만드는 세라믹 도자기
세라믹을 활용한 3D 프린터 기계도 사용됩니다. 세라믹은 쉽게 말해, 우리가 일반적으로 생각하는 도자기나 벽돌, 유리를 생각하면 되는데요. 전통적으로는 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 등과 같은 금속원소가 포함된 흙을 도자기 등 원하는 모양으로 빚어 높은 온도에 구워 만듭니다.
특히 도자기는 예민한 흙을 사용하기 때문에 정교한 작업을 거쳐 만들어지는 제품인데요. 도자기를 빚는 것부터 초벌까지 굉장히 복잡하고 까다로운 작업이 이어집니다. 세라믹 3D 프린터를 사용하면, 일정한 속도와 두께의 힘으로 도자기를 제작할 수 있는데요. 초벌 과정이 생략되기 때문에 제작 시간도 대폭 줄어드는 장점이 있습니다.
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3D 프린터로 이런 것까지 출력이 가능하다!
영화 <하늘에서 음식이 내린다면>에서 허당 과학자 플린드는 물을 음식으로 바꾸는 기계를 만드는 데 성공하는데요. 3D 프린터를 사용해서 음식도 만들 수 있을까요? 정답은 ‘그렇다’ 입니다. 다만, 영화처럼 아예 다른 음식으로는 바꾸진 않는데요. 2015년 개발된 초콜릿 3D 프린터 ‘코코젯(CocoJet)’은 초콜릿을 재료로 원하는 디자인을 만들 수 있다고 합니다. 이름 쓰기, 얼굴 그림 그리기 등 초콜릿 아트를 좀 더 쉽게 할 수 있겠죠.
초콜릿 3D 프린터가 등장한 이후, 젤리, 초밥을 만드는 3D 프린터도 개발됐다고 하는데요. 불을 발견하면서 인류의 식생활이 크게 변한 것처럼, 3D 푸드 프린팅 기술이 더욱 발전한다면 우리의 식생활이 또 한 번 달라지지 않을까요?
오늘은 3D 프린터와 이에 사용되는 소재들을 알아보았습니다. 산업 현장에서는 3D 프린터를 이용해 다양한 디자인의 제품을 적은 수량으로 만들 수 있게 됐는데요. 기술이 더욱 발전한다면 앞으로 우리 일상 속에서 음식도, 그릇도, 옷도 각자의 개성과 필요에 맞춰 출력해 쓸 수 있지 않을까요? 다음에도 더 유익하고 재미있는 정보로 돌아오겠습니다!
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