대박난 발명품들 100가지 이야기 (61) - 뭐든지 만들어 내는 3D 프린터

어떻게 하면 대박이 나고, 부자가 될 수 있을까? 과거에 많은 사람들을 부자로 만든 대박 발명품들과 아이디어들!! 이 발명품들 속에 담긴 이야기들을 지금부터 만나보도록 할까요? 그래서 우리도 본받고 다들 대박이 나고 부자가 됩시다.

요즘 영화관에서는 3D로 영화로 볼 수 있다. 영화관에서 주는 특수 안경만 쓰면 화살이나 돌이 날아올 때에 혹시나 저자가 맞을 것 같은 착각과 반사신경에 깜짝깜짝 놀란다. 이제 영화 속의 물건들도 도면만 있으면 3D 프린터로 프린트하는 시대가 되었다. 기관총도 설계도만 있으면 프린트하여 만들 수 있다고 한다.

3D 프린터가 프린터라는 명칭을 가지고 있기 때문에 인쇄라는 개념과 혼동될 수 있는데, 프린터라고 하면, 텍스트나 이미지로 존재하는 데이터를 종이 위에 인쇄하는 기계이고 3D 프린터는 3차원 설계도를 입체적인 물건으로 인쇄한다. 3D 프린터는 이미 30년 전인 80년대 초반 미국 ‘3D시스템즈사’에서 플라스틱 액체로 3D 인쇄를 하는 프린터를 세계 최초로 개발했다.

3D 프린터의 보편화는 세계 최대 3D 프린터 회사 스트래터시스가 있었기에 가능했다. 그리고 스트래터시스의 3D 프린터의 발명은 바로 'PE(폴리에틸렌)'이 있었기에 가능했다. 1988년 스트래터시스의 창업자 스콧 크럼프는 부엌에서 딸에게 줄 장난감을 만들고 있었다. 그는 폴리에틸렌과 왁스를 섞은 혼합물질을 글루건에 채워서 한 겹씩 덧대면서 모양을 만들어냈다. 이것이 3D 프린터 방식의 시초가 되었고, 특허를 내면서 사업을 시작하게 되었다. 현재는 입체형태를 만들어 내기 위해 사용되는 소재가 다양해지고 있지만 (현재까지 개발된 3D 프린터 잉크 소재는 30가지 이상), 3D 프린터의 최초의 잉크는 폴리에틸렌이었다. 3D 프린터 잉크의 재료는 플라스틱 등 석유화합물이 대부분을 차지하고 있다. PE, PVC, PLA, ABS 등의 다양한 플라스틱 소재가 활용된다.

3차원 프린터는 ‘쾌속조형 방식’과 ‘컴퓨터 수치제어 조각 방식’이라는 크게 2가지 원리로 3D 설계도면을 실제의 물체로 인쇄한다. ‘쾌속조형 방식’이 훨씬 더 보편적인 방식인데 아주 얇은 레이어를 한층 한층 쌓아서 모양을 완성해나가는 방식이다. 이때 레이어의 두께가 얇을수록 물체는 정교해진다. 현재의 3D 프린팅 기술로는 시간당 3 cm 정도 높이로 쌓아 올릴 수 있다. 레이어를 겹쳐나가는 방식의 프린터에는 파우더, 액체, 실 형태의 잉크가 들어간다. 3D 프린터로 출력된 인쇄물은 경화제에 담근 뒤에 건조과정을 거쳐 최종 완성된다.

덩어리를 깎아 모양을 만들어내는 ‘컴퓨터 수치제어 조각 방식’은 레이어를 겹쳐서 인쇄하는 방식보다 곡선 부분이 매끄럽다는 장점이 있다. 반면 음각 부분 성형이 어렵고, 한 가지 색상으로만 출력된다는 단점이 있기 때문에 정교한 디테일이 필요한 인쇄는 ‘컴퓨터 수치제어 조각 방식’보다는 ‘쾌속조형 방식’에서 더욱 애용된다.

3차원 프린터의 애초 목적은 시제품을 만들기 위한 것이었다. 제품에 대한 설계와 디자인이 완료되면, 공장에서 제품을 찍어내기 전에 미리 샘플로 만들어 보는 것이다. 이렇게 시제품을 만들면, 실제 제품으로 제작되었을 때, 어떤 문제점이 있는지 파악하기 용이하다. 그래서인지 제조업계에서부터 3D 프린터는 많이 사용되기 시작했다.

나날이 3D 프린터 인쇄 결과물의 정교성과 완성도가 진보되고 있다. 단순히 시제품을 위한 샘플 출력물이 아니라, 자동차 및 여러 산업분야와 실생활에서도 바로 사용할 수 있는 정도까지 고려할 수 있는 수준으로 발전되었다.

앞으로도 발명자들뿐만 아니라 우리들도 부자로 만들 수 있는 대박 발명품들에 대해서 재미있는 이야기는 계속된다.

영문판은 아마존에서 보실 수 있습니다:

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