3D 프린터(1) : 알아보기

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4차산업혁명 일자리

4차 산업혁명 시대의 놀라운 점은 앞으로 인터넷 쇼핑몰에서 주문한 물건을 그 자리에서 만들어 받을 수 있다는 것이다. 자전거나 그릇, 신발, 장난감, 의자 같은 상품의 설계도를 내려 받아 3차원으로 인쇄하는 것이다. 바로 ‘꿈의 기계’ 또는 ‘산타클로스 머신’이라 불리는 3차원 프린터다. 산타클로스가 크리스마스에 우리가 원하는 것을 선물하듯이 3D 프린팅 기술이 앞으로 우리에게 어마어마한 선물을 제공할 것으로 생각한다.

3D프린터의 놀라운 점은 일반 사람들이 복사기에 종이를 복사하는 것처럼 자신이 필요한 3차원 물건을 프린터로 만들어낼 수 있다는 것이다. 설계도에 따라 가루나 액체 형태로 녹아있는 원료를 일정한 틀에 맞춰 각 층별로 반복하여 쌓고 이를 단단하게 응고시키면 3차원 물건이 된다. 도면만 있으면 제품을 생산해 낼 수 있는 특성 때문에 학자들은 3D 프린터가 제1차 산업혁명 당시의 방직기, 제2차 산업혁명을 초래한 컨베이어 벨트시스템을 잇는 제3차 산업혁명시대를 이어 제4차 산업혁명시대를 주도할 것으로 예상한다.

놀라운 것은 3D프린터로 3D프린터도 만들 수 있다는 점으로 이러한 엄청난 발명품이라면 엄청난 환가성이 있기 마련이다. 그런데 3D 프린터 즉 인류 최초의 '자가복제기계’의 제작자로 불리는 영국 바스대학교의 에이드리언 보이어 박사는 2007년부터 3D프린터의 모든 소스코드를 렙랩(RepRap) 프로젝트를 통해 온라인에 공개했다.

 

에드리언 보이어 박사의 3D프린터 자가 프린터제작

이런 행동은 그야말로 충격적인데 이와 같은 일이 가능한 것은 3D 프린터에 관한 핵심 특허 기간이 만료되었기 때문이다. 이들 기술의 소스코드를 공개한 보이어 박사는 자신의 공개 이유를 다음과 같이 말했다.

 

‘모든 사람들이 무엇이든지 만들 수 있는 능력을 갖추길 바라고 있지만 ’돈으로 생산수단을 얻어낼 수 있는 부자는 더욱 부유해지고, 팔 수 있는 것은 오직 노동력뿐인 가난한 사람들은 더욱 가난해진다‘라는 말에 공감합니다. 그런데 만약 당신이 생산을 위한 자가복제 수단을 얻게 된다면 아마도 당신은 그 생산기계를 또 하나 만들어 친구에게 줄 수 있습니다. 돈 때문에 생기는 전쟁 등으로 아무도 죽지 않고, 모두가 부유해질 수 있는 길입니다.‘

 

보이어 박사의 행동 즉 누군가의 특허가 만료되어 이를 공개했다고 해서 어떤 제품을 곧바로 만들 수 있는 것은 아니다. 복잡한 기술 특허일수록 한 개의 아이템으로만 특허에 엮이는 것이 아니라 많은 부수 아이템이 개제되기 때문이다. 그런데 보이어 박사가 남다른 점은 3D 관련 특허의 소스코드 자체를 렙랩 프로젝트로 100여개나 공개했다는 점이다. 한마디로 3D 프린터를 특허 우려없이 마음껏 제작할 수 있는 길을 열어준 것이다.

소스코드를 공개한 그의 결단에, 세계인들의 호응은 그야말로 놀랍다. 그의 설계도를 보고 따라 만든 10만〜20만 건에 이르는 수많은 ‘변이' 모델들이 나왔고 이 과정에서 사람들이 선호하는 모델 즉 보다 더 좋은 성능을 갖춘 3D프린터로 진화했다.

보이어 박사의 파격적인 행동의 중요성은 3D 프린터의 상용화에 박차를 가했다는 점이다. 원래 제조업의 기본 목표는 대량생산으로 제품의 가격을 인하시키는 것인데 3D 프린터는 이와 전혀 다른 역개념으로 성장할 수 있다는 것이다. 즉 3D 프린터를 갖고 있는 개인들에 의해 웬만한 물건들이 생산되면 그동안의 ‘소품종’ 대량생산 방식에서 다품종-소량 생산으로 바뀔 수 있으며 이것이 결국 일자리를 줄어들게 만든다는 지적도 있다.

이 문제는 상당한 논란을 갖고 왔는데 보이어 박사는 개선된 기술 그 자체로 일부 일자리의 손실이 일어나겠지만 고용 손실로 진행되지 않는다고 단언해서 말한다.

50년 전과 견주어 철강 산업에서 일하는 사람들은 크게 줄었지만 컴퓨터 산업이 등장하여 수많은 사람들을 고용하고 있으므로 자신의 행동이 미래의 일자리에 치명상을 입힐 것이라는 주장에는 수긍하지 않았다.

그의 말은 제4차 산업혁명의 핵심을 지적했다고 볼 수 있다.

컴퓨터가 우리에게 많은 편리함을 주었다고 아무도 열심히 일하지 않아도 되는 시대가 된 것은 아니다. 즉 컴퓨터가 등장하였지만 일자리 자체를 사라지게 하는 것이 아니라 오히려 더 많은 일자리를 만들었다는 설명이다. 물론 보이어 박사는 새로운 기술의 등장이 궁극적으로 일자리의 감소를 의미하지는 않지만 일자리의 변화 즉 과거와 다른 일자리들을 주목해야 한다고 주장했다. 한마디로 자신이 이야기한 3D의 폭발성을 예시한 것이라 볼 수 있는데 실제로 많은 전문가들은 앞으로 각 가정에 적어도 한 대씩 3D 프린터가 보급될 것으로 생각한다. 이런 상황은 많은 사람들이 상당수 작은 물건들을 구입하지 않고 필요한 물건을 직접 만들어 사용할 수 있다는 것을 뜻한다. 머리빗을 사거나 폰 케이스를 구입하는 일은 사라질 수 있다는 것이다.

미래를 예상하는 과학 세상이 제대로 예측되기는 어려운 일이지만 이런 화두가 나오게 만드는 3D 프린터가 어떻게 우리에게 다가왔고 또한 어떻게 미래를 바꿀 수 있는지는 매력적인 주제가 아닐 수 없다.

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<3D 프린터 알아보기>

과거에 제조업에서 제품을 제조하는 방식은 크게 세 가지로 나뉜다.

첫째는 대량생산에서 가장 많이 사용하는 주조 방식으로 금속이나 물질을 녹여 틀에 붓고 응고시켜 제품을 만드는 것이다. 이때 틀을 주형이라 부르고 재질이 금속인 주형을 통해 생산하는 방식을 금형주조, 재질이 모래인 경우를 사형 주조라 부른다. 두 번째 방법은 공작기구를 이용해 재료를 깎아 내는 방식인 절삭 가공 방식이다. 소재를 회전시켜 깎아 내는 선반, 공구를 회전시켜 깎는 밀링 머신, 구멍을 뚫는 드릴링 머신 등을 이용해 제품을 만든다. 불규칙하고 복잡한 면을 깎거나 드릴의 홈, 기어의 이빨을 깎을 수 있는 장점이 있어 크기가 있는 자동차, 항공기 등의 부품과 정교한 가공이 필요한 부품을 제작하는 데 활용된다.

 

3D 프린터

마지막은 재료를 추가하고 더하는 적층 가공 방식이다. 원료를 여러 층으로 결합시키거나 쌓아가면서 입체적인 형상을 만들어가는 방식으로 대부분 3D 프린터가 이에 해당한다.

제품을 만드는 과정에서 각각에 맞는 주형이나 공작 기구 등이 필요 없고 3D 프린터와 제품의 원료만 필요하므로 제품의 제작 기간 및 비용의 효율성을 높여준다. 그러므로 3D 프린터는 디지털카메라로 찍은 사진을 프린터로 인쇄하듯이 신발, 휴대폰 케이스, 장난감 같은 상품의 설계도를 내려 받아 3차원의 입체적인 물건을 인쇄할 수 있다.

3D 프린터는 첨단 기술이 아니라는 것을 이해하는 것도 중요한 일이다. 3D 프린터란 컴퓨터의 명령을 받아 X-Y-Z 축으로 움직이면서 지시된 명령을 그대로 수행하는 기계로 볼 수 있기 때문이다. 그러므로 3D 프린터를 활용하는 사양은 일반 제품 생산과 다름없다.

3D 프린터 자체는 1980년대에 태어났으므로 오래된 기술은 아니다. 본래 기업에서 어떤 물건을 제품화하기 전에 시제품을 만들기 위한 용도 즉 금형을 만들기 위해 개발되었다. 1981년 일본 나고야시립공업연구소에서 근무 중인 히데오 고마다가 3D 프린터에 관한 다음 2편의 논문을 발표했다.

 

‘첫째는 광경화성 수지와 관련한 연구로 빛에 노출되면, 노출된 부분만 고체 상태로 굳는 성질에 관한 것이었다. 광경화성 수지는 3D프린팅 기술의 탄생과 오늘날 3D프린팅 기술의 바탕에 핵심이 된 가장 중요한 원료다. 두 번째는 3D모델링 기술이다. 당시 대부분 기술자들이 물체의 도면을 직접 손으로 그린 것을 토대로 절삭 가공을 통해 모형을 완성했다. 그러나 코다마 박사는 컴퓨터를 이용해 3D로 도면을 그렸고 이 두 가지 기술을 접목하여 3D프린팅 기술의 기초를 제시했다.’

 

코다마 박사의 아이디어는 1984년 찰스 헐(Charles W. Hull)박사의 특허로 이어지는데 원론적으로 코다마 박사의 아이디어를 전용한 것이다. 코다마 박사는 단지 아이디어 차원의 3D 프린팅을 제기했지만 실제 상용 제품 개발로 이어지지는 못했는데 헐 박사가 코다마 박사의 아이디어를 토대로 특허를 받았다. 그의 특허가 인정된 것은 자외선을 이용한 쾌속조형 시스템의 아이디어를 도출했기 때문이다. 이 특허가 오늘날 광경화 적층 방식이라 부르는 SLA(Stereolithography Apparatus) 방식이다.

찰스 헐이 제출한 특허가 1986년 인정되자 그는 미국 캘리포니아주에서 <3D시스템스(3DSystems)>를 창업했다. 한편 1988년, 미국 미네소타주의 스콧 크럼프(S. Scott Crump)가 어린 딸을 위한 개구리 장난감을 만들기 위해 원통형 고체 접착제를 녹여 물체를 붙이는 글루건(glue gun)을 사용하면서 접착 원료로 폴리에틸렌과 양초용 왁스를 혼합해 이용했다.

혼합한 고체형 원료가 글루건의 뜨거운 노즐을 통과해 액체로 변하고, 이것을 공기 중에서 굳도록 해 모형을 만드는 원리였다. 그는 글루건으로 층을 만들고, 이를 쌓아 올리면 물체를 만들 수 있을 것으로 생각했는데 이것이 오늘날 FDM(Fused Deposition Modeling, 용융 적층 모델링) 방식으로 1989년 특허를 획득했고 <스트라타시스>사를 창업하여 <3D시스템스>과 함께 3D 프린터 시장을 양분했다.

어떤 시제품을 만들고자 할 때 금형을 사용하면 생각보다 비싼 가격에 놀라곤 하는데 문제점이 생길 때마다 시제품을 만들면 돈과 시간이 많이 든다는 점이다. 이것을 3차원 프린터가 해결해주려고 개발된 것인데 막상 제품화에 성공하자 파급 효과는 상상을 초래한다. 3D 프린터의 장점은 일반 기계가 동일한 물건을 여러 번 찍어내는 것에 반해 매번 색다른 디자인의 물건을 인쇄할 수 있다는 것이다. 버튼 한 번 누를 때마다 세상에 하나밖에 없는 물건이 태어날 수 있다.