최근 4D 프린팅이 미래 산업의 새로운 성장 동력으로 주목받고 있다.
3D 프린팅에서 4D 프린팅으로 진화하는 이 시대에 어떤 일들이 일어나고 있는지 알아보고 이들이 만들어갈 미래의 모습을 그려본다.

#3D 프린팅 #4D 프린팅 #자가변형 #맞춤형 기술 #자가치유 #물류비용 절감
글 구보은  참고도서 「글로벌 트렌드 2023」(<트렌드>지 특별취재팀 저, 일상이상)
 

세상이 주목한 기술, 3D 프린팅 

#3D 프린팅

‘3D 프린팅(3D Printing)’은 특정 재료를 층층이 쌓아 올려 3차원의 입체 형상 제품을 만드는 제조 방식을 가리킨다. 적층 가공이라고도 불리는 이 기술은 참신한 아이디어를 담아낼 수 있는 자유로운 설계 방식과 저렴한 생산비용, 빠른 납기가 가능하다는 점 때문에 제조업의 패러다임을 바꿨다는 평가를 받는다.
 

3D 프린팅은 우주항공, 에너지, 교육, 건설, 의료 등 다양한 분야에 널리 활용되며 빠르게 확장해가고 있다. 한 예로, 지난 3월 미국의 민간 우주기업 렐러티비티 스페이스는 3D 프린팅을 활용해 제작한 세계 최초의 로켓 ‘테란 1’을 발사했다. 엔진을 포함해 로켓 전체 질량의 85%를 3D프린팅으로 제작했는데, 부품 수를 기존 로켓의 100분의 1 수준으로 줄일 수 있었다. 비록 궤도 진입에는 실패했지만, 3D 프린팅의 가능성을 재확인했다는 평가를 받았다.
 

3D 프린팅에 자가변형을 입히다

#4D 프린팅 #자가변형

기술의 발달로 이제 3D 프린팅을 넘어 4D 프린팅의 시대가 다가왔다. 한 차원 더 진화된 기술이라고 여겨지는 4D 프린팅은 3D 프린팅한 물체가 자가변형을 하여 사용자가 바라는 결과물

을 만드는 기술을 말한다.

4D 프린팅으로 원하는 결과물을 출력하려면 외부환경 요인에 따라 모양이 변하거나 스스로 조립되는 스마트 소재가 필요한데, 어떤 조건에서 어떤 모양으로 바뀌게 할지는 엔지니어가 미리 스마트 재료에 프로그래밍한다. 4D 프린팅 기술의 핵심은 신개념의 스마트 소재와 변화과정을 예측할 수 있는 설계기술, 스마트 소재를 프린트할 수 있는 고기능성 3D 프린터 및 공정기술이라고 할 수 있다.
 

4D 프린팅으로 제작된 대표적인 제품은 독일의 자동차회사 BMW의 콘셉트카 ‘비전 넥스트 100(Vision Next 100)’이다. 운전 상황과 환경에 따라서 디자인이 변화하도록 설계됐는데, 예를 들어 험한 도로를 달리거나 급회전으로 운전대를 돌릴 때 바퀴의 형태가 달라진다.

일상 속으로 들어온 4D 프린팅 

#맞춤형 기술

4D 프린팅의 활약이 가장 클 것으로 기대되는 분야는 단연 의료다. 4D 프린팅을 활용하면 신체가 자라는 속도에 맞춰 형태가 조금씩 바뀌는 인체 보형물이나 맞춤형 인공장기를 만들수 있다. 미국 미시간대 의료진은 4D 프린팅으로 제작한 부목을 생후 5개월 아기의 목에 성공적으로 이식한 바 있다. 부목은 아이가 자라면서 조금씩 커지고 이후엔 물에 녹아 없어지기 때문에 여러 번의 수술을 받지 않아도 된다.
 

이제 4D 프린팅을 활용한 제품과 서비스는 우리의 일상을 깊숙이 파고들고 있다. MIT 어셈블리랩에서 선보인 신발은 자유자재로 모양을 바꾼다. 달릴 때는 신발이 알아서 수축하고 달리

기를 멈추면 신발이 늘어나 착용자의 발을 편안하게 해주는 것이다. 아디다스에서도 미국 실리콘밸리 3D 프린터 기업인 카본과 함께 4D 프린팅 기술을 적용한 ‘알파엣지 4D’를 출시하기

도 했다.

4D 프린팅이 만들어갈 미래

#자가치유 #물류비용 절감

그렇다면 4D 프린팅이 가져올 미래는 과연 어떤 모습일까. 미래에는 자가치유되는 혁신적인 제품이 세상에 등장할 전망이다. 부품이 손상되거나 고장 나는 등 예기치 않은 변화가 생기

면 4D 프린팅을 통해 스스로 변화하도록 프로그래밍하는 것이다. 비정상적인 환경에 노출될 경우 스스로 예방하도록 설계할 수도 있다. 또한, 얇은 시트 형태로 제품을 제작한 다음 특정

조건에서 스스로 형태가 변화하도록 설계한다면 운송 및 물류비용을 크게 절감하는 효과를 얻을 수도 있다.
 

이렇듯 4D 프린팅 기술을 활용한 다양한 시도가 산업계 전반에 걸쳐 이뤄질 전망이다. 전문가들은 4D 프린팅 기술의 상용화는 전통적인 제조 기술을 보완하여 제품을 설계하는 방식에

큰 변화를 가져오는 것은 물론, 우리 삶을 다양하게 바꿔놓을 것이라고 말하고 있다.