항공부품서 인공 장기까지..'3D 프린팅'의 변신은 무죄

[이데일리 이승현 기자] 유럽 최대의 항공기 제작사인 에어버스는 최신 기종 ‘A350 XWB’에 세계 1위 3차원(3D) 프린팅 기업인 스트라타시스가 제작한 부품을 1000개 이상 사용했다. 보통 비행기 부품은 보통 금형과정을 통해 만드는데, 3D 프린팅으로 만들면 금형과정이 필요없기 때문에 최대 80%까지 비용을 줄일 수 있다.

특히 항공기 부품은 불꽃 및 연기에 대한 저항 기준, 독성 기준 등 항공당국의 안전성 규제가 매우 엄격하다. 스트라타시스가 만든 부품들이 이 기준을 통과했다는 것은 3D 프린팅 제작품이 저비용은 물론 고품질까지 달성했다는 의미다.

3D 프린팅은 시장이 형성된 산업분야가 아니다. 성장 가능성을 두고 반신반의하는 시각도 적지 않다.

그러나 최근 프린팅 기술 및 소재 발달로 정밀 조형물 제작이 가능해지고 특히 바이오와 의료분야 등으로 영역을 넒히면서 무한한 잠재력에 대해선 이견이 없어 보인다. 무한한 가능성의 영역인 3D 프린팅이 누구나 제작할 권리를 갖게 되는 제조업 혁명을 불러올 지 주목된다.

지난 24일 경기 일산 킨텍스에서 열린 ‘인사이드 3D프린팅 컨퍼런스’에 전시된 3D 프린터로 만든 ‘아이언맨’. 박종삼 계명문화대 산업디자인과 교수 팀은 약 1년의 제작과정을 거쳐 2m가 넘는 이 조형물을 만들었다. 이승현 기자

◇3D 프린터, 특허만료와 기술공개로 대중화 전기

‘3D 프린터’라는 말은 원래 스트라타시스의 상품명이다. 미국에서 ‘펩시’나 ‘코크’가 콜라를 의미하듯 상품명이 일반명사가 된 것이다.

학술명은 ‘AM’(Additive Manucacturing), 말그대로 ‘쌓아서 만든다’는 것이다. 시제품을 빠르게 만들 수 있다는 뜻에서 ‘RP’(Rapid Prototyping)로도 불린다.

가장 대중화된 3D 프린팅 방식은 ‘수지압출형’(FDM·fused deposition modeling)이다. 이 방식은 플라스틱 수지나 금속 등 원료를 고온으로 녹인 뒤 노즐을 통해 짜낸 뒤 상온에서 식히면서 쌓는 것이다. 스트라타시스는 물론 국내 1위 3D 프린터 제작업체인 로킷(Rokit)의 대표상품 ‘에디슨’이 이 방식을 사용한다.

30여전 기술인 3D 프린팅이 최근 들어 대중화 전기를 맞은 것은 주요 기술방식의 특허만료가 핵심 요인이었다. FDM 방식이 가장 보편적인 3D 프린팅 기술이 된 이유도 비슷하다.

영국 배스대의 애드리언 보이어 교수가 만든 오픈소스 사이트 ‘렙랩’(RepRap.org)은 2009년 특허기간이 끝난 FDM 방식을 여기에 공개했다. 현재 100만~150만원대 보급형 3D 프린터의 상당수는 렙랩의 FDM 기술을 바탕으로 했다.

이 밖에 △액체상태 폴리머에 레이저를 쬐어 막을 생성해 물체를 만드는 ‘광조형’(DLP·Direct Light Processing)과 △플라스틱 수지·금속 분말을 덮어가면서 레이저 등으로 굳혀가는 ‘선택적 레이저 소결방식’(SLS· Selective Laser Sintering)이 있다.

DLP 방식 3D 프린터를 만드는 한국아이팩의 장덕수 차장은 “DLP 방식은 면단위 경화로 정밀도가 매우 높다”며 “수출이 주 목적”이라고 말했다.

3D 프린팅 기술 오픈소소 사이트 ‘렙랩’(RepRap)의 메인화면 갈무리.

◇인공장기 제작도 도전..“생각의 틀 벗나야”

3D 프린팅 기술은 최근들어 전통적 기계산업의 시제품 제작에서 벗어나 바이오 및 의학분야에 접목되고 있다. 여기에는 신소재 개발이 자리잡고 있다.

생체분해형 소재로 만든 바이오 인공지지체인 ‘스캐폴드’(scaffold)가 대표적이다. 스캐폴드는 줄기세포 등을 특정한 형태로 배양하는 일종의 거푸집이다. 스캐폴드에 줄기세포를 넣은 뒤 인체의 손상된 장기나 골격에 넣으면 그 부위에 맞는 체세포를 생성토록 하는 것이다. 스캐폴드 재료로는 체내에서 자연 분해되는 ‘PLGA’ 등을 사용한다.

스캐폴드 등을 만드는 프린터를 3D 바이오 프린터라고 한다. 이 프린터를 국내 최초로 만들어 판매하는 엠포티의 홍국선 대표는 “스캐폴드는 재생의학 분야에 모두 사용할 수 있다”고 말했다.

로킷 역시 조만간 바이오 3D 프린터를 출시할 예정이다.

국내 3D 프린터 제작업체 로킷이 선보인 ‘스캐폴드’. 이승현 기자

최근 로레알과 P&G, 글로벌 제약사 등이 3D 세포 프린팅 기술 개발에 나섰다고 해 화제가 됐다. 이 기술은 살아있는 세포와 생체적합성 재료 등으로 구성된 이른바 ‘바이오 잉크’로 인공장기 등을 만들어 신약 임상시험에 사용하거나 사람에게 이식하는 것이다. 국내에선 조동우 포스텍 교수가 3D 세포 프린팅 기술을 연구 중이다.

그러나 당장은 생명활동이 가능한 인공장기를 구현할 바이오 잉크를 만들기 어려운 데다 이를 출력해낼 프린터도 여의치 않다. 미래 얘기로 들리지만 만약 성공할 경우 기존 의학 패러다임까지 바꿔놓을 전망이다.

대니얼 톰슨 스트라타시스 한국 지사장은 최근 ‘인사이드 3D프린팅 컨퍼런스’에서 “3D 프린팅은 기존 제조공정을 없애는 게 아니고 매우 훌륭하게 보완할 수 있다”며 “잘 활용하려면 생각의 틀 밖에서 생각하는 게 필요하다”고 강조했다.