물건을 아무것도 없는 상태에서 입체물을 만드는 방법으로는
딱딱한 재료를 깎아가는 방법과 얇은 층을 쌓아올려가는 방법이 있다.
현재 이야기되고 있는 3D프린터란 후자의 방법으로 3차원의 모델데이터에서
얇게 슬라이스한 데이터를 생성하고 그것을 쌓아올려 입체모델을 조형한다.
재료는 다양한 것이 있는데, 기본적으로 ‘적층’ 방식으로 입체물을 만든다고 하는 방법은 마찬가지다.
단 재료가 다르면 만들어진 제품의 성질도 당연히 달라지지만
3D프린터라고 하는 것은 모두 같다라고 생각하는 사람이 많다.
어떠한 형상의 물건을 만들어 어떠한 목적으로 사용하는가에 따라서
프린터의 정밀도 및 속도라는 머신스펙에만 구애되지 말고 도입할 때에는 잘 비교해볼 필요가 있다.
글 | Matsuura Kenichiro 정리 | 월간 PT 편집부

3D프린터는 2년 정도 텔레비전 및 잡지를 비롯한 미디어에서 여러 차례 소개되면서 각광을 받게 되었는데, 3D프린터 자체는 결코 새로운 물건이 아니다. 제품은 약 20년 전부터 존재하고 있었고, 주로 제품설계단계에서의 시작품 만들기에 사용되어 왔다.
하지만 왜 이제 와서 우리에게 각광을 받고 있는가 하면 미국의 저널리스트인 크리스 앤더슨이 쓴 ‘MAKERS’에서 3D프린터를 소개하면서 절찬하였고 제조업에서 인터넷 혁신과 같은 메이커즈 혁명이 일어날 것이라고 예언하고 미국의 제조업 복권을 노리는 오바마 대통령도 여기에 찬동하여 이용자가 늘어난 것이 하나의 이유이다.

그리고 3D프린터의 근간에 관련된 기술특허가 만료됨에 따라, 소비자를 위한 값싼 프린터가 다수 출시되어 있는 점, 더욱이 프로유저가 사용하는 프린터임과 동시에 저가격화가 진행되어 중소기업에서도 비교적 도입하기 쉬운 상태가 되었다는 것이 배경이라고 생각되어진다.
더욱이 소비자도 생산자가 만든 기성물건을 선택해서 구매한다는 사고로부터 자신이 사용할 물건은 스스로 가장 적합한 형태로 만들어 사용한다고 하는 의식개혁 ‘FabLab(팹랩)’ 등의 세계적인 확대가 진행되고 있다.

누구라도 간단히 제품을 만들 수 있는가?
미디어에서는 3D프린터만 있으면 누구라도 간단하게 생각한 것을 만들 수 있다고 소개를 하고 있는데, 정말로 그러할까? 어떤 3D프린터이든 3차원 디지털모델이 있어야 하는 것이 절대조건이다. 하지만 이 데이터 만들기가 3D프린터로 제품을 제작하기까지의 공정 중 70~80%를 차지한다는 것은 전혀 소개되고 있지 않다.
그러면 이와 같은 디지털모델을 어떻게 작성하는가 하면, 3차원 CAD로 디자인하든지 아니면 3차원 스캐너로 실제품을 데이터로 만들고 이것을 3D프린터로 출력할 수 있도록 수정해야 한다.

CAD도 3차원 스캐너도 자금만 있으면 누구라도 입수하는 것은 가능하지만, 이러한 것은 어디까지나 데이터를 작성할 때의 도구일 뿐 잘 사용해내기 위한 습득시간과 스킬을 몸에 익혀야만 하는 것이다. 그러면 누구라도 이것을 구입하여 사용해 낼 수 있느냐하면 현재의 상황에서는 No!이다.

20년 전의 인터넷 환경과 같음
현재의 3D프린터가 놓여있는 상황을 인터넷의 발전에 비유해서 이야기하면 약 20년 전의 상황이라고 말할 수 있다. 20년 전에 인터넷이 가까운 곳에 놓이기 시작할 때 현재처럼 대부분의 것이 인터넷을 경유하게 되는 생활을 누군가 상상이나 했을까?

단 3D프린터의 발전이 20년이나 걸릴 것이라고는 생각되어지지 않는다. 이미 데이터를 공유하기 위한 넷인프라는 정비되어 있고, 새로운 비즈니스모델도 다수 만들어져 있다. 3D프린터가 우리 생활 가까이에서 편리한 서비스를 일상적으로 제공해 주는 시대가 그렇게 멀지 않다는 것은 간단히 상상할 수 있다. 2019년에는 세계규모로 약 7,000억엔 규모의 시장이 되리라고 예상하는 편이다.

종래의 3D프린터 과제
종래의 3D프린터는 수지를 재료로 하는 것을 중심으로 석고를 원료로 하는 것, 금속가루를 재료로 하는 것 등 몇 가지 타입이 있고, 적층기술에도 몇 가지 방법이 존재한다.
기계자체의 가격은 이전에 비하면 저렴해 졌지만, 3D프린터를 사용할 때에 공통의 과제가 몇가지 남아있다.

1. 재료 및 필요자재가 고가이다.
→ 제품비용, 러닝코스트가 높음
어떤 재료를 사용하든 전용재료를 사용하게 되고 제조사는 대량생산이 불가능하므로 코스트다운이 불가능하다고 하는 생산성 상의 문제. 또 광조형기의 시대 때부터 소모품으로 수익을 올린다고 하는 비즈니스모델이 배경이 된다는 것이다.

2. 취급하기 번거로운 재료 및 기타 자재가 필요
→ 프린터를 사용할 수 있는 사람이 한정되어 있음
재료자체도 특수한 특성을 가지고 있고 서포트재로 불리는, 제품이 경화되기까지 받치고 있는 구조가 필요한 방식에서는 이 재료의 보관도 취급에도 일정의 조건이 필요하다. 또 서포트재의 설계 및 제거, 마무리에는 일정의 기술도 필요하다.

3. 환경성능의 나쁨
→사용장소의 제한 및 건강피해, 폐기비용
재료 및 서포트재, 사용하는 용액은 대부분이 산업폐기물이라 리사이클할 수 없을 뿐 아니라 방식에 따라서는 오퍼레이터의 건강에 피해를 주는 재료의 확산 및 휘발성 높은 가스 발생, 냄새 등이 있다. 이와 같은 물건을 취급하는 것이기 때문에 전용 공간의 확보는 필수이고, 오퍼레이터도 마스크 등의 장비가 필요하며, 제품을 폐기할 때에도 업자에게 유상으로 처리를 의뢰해야만 한다.

종이가 재료인 풀컬러 3D프린터
종래의 수지 및 석고분을 재료로하는 것에 더해 아일랜드에 있는 McorTechnorogies(엠코어 테크놀로지)는 종이를 주재료로하는 3D프린터 ‘McorIRIS(엠코어 아이리스)’를 2012년 가을에 발표했다.
이 풀컬러 3D프린터는 종이를 재료로하고 게다가 범용의 A4판 복사용지를 사용함으로써 러닝코스트를 낮추는 것을 실현하고, 고객 요망이 많은 풀컬러에도 대응하며, 종이에 인쇄하는 것으로 100만색 이상의 상세한 색 표현도 가능하게 되었다.

3D데이터를 부속의 어플리케이션으로 읽어들여 1레이어(종이1장)마다의 단층데이터를 자동적으로 생성하고 이것을 부속의 잉크젯 프린터로 사전에 모든 에리어를 인쇄해버려 그 인쇄된 용지를 1레이어씩 컷팅과 레이어끼리의 밀착을 반복해 3D모델을 조형한다.
이와 같은 종이를 적층해가면 외측에 나온 부분은 종이의 단면이 되는 것을 상상할 수 있다고 생각하지만, 어떻게 단면에 착색되는지는 이상하게 생각 될 것이다.
이것은 착색하는 잉크에 동사가 독자개발한 것을 사용하고 있는데, 인쇄한 부분의 내부에 색을 침투시켜 커팅된 종이의 단면에도 색을 재현하는 것이 가능하기 때문이다.

이처럼 조형된 제품은 적층된 종이의 내부에 완성되어야 하는데, 아이리스에는 서포트재의 설계 및 제거라고 하는 공정이 없고, 이 제품을 꺼내는 것도 제품생성시에 불필요한 부분에 경계부의 줄모양으로 잘리는 부분을 넣어서 일정한 크기의 블록상으로 만들어주므로 손이나 핀셋를 사용하면 누구라도 간단하게 제품을 꺼낼 수 있다.
이 때 손도 더러워지지 않고 불필요한 부분은 가연성 쓰레기로서 폐기할 수 있으므로 보통의 책상 위에서 작업이 가능하다.

금후 3D프린터에 요구되어질 것
지금까지는 일부 윤택한 예산과 절대적인 필요성을 가진 기업을 위한 특별한 물건이었지만 앞으로는 다르다. 이것은 이니셜코스트가 싼 것은 물론 런닝코스트도 저렴해 마음껏 사용할 수 있고, 환경도 배려하는 것이어야만 한다.
더욱이 건강피해에 대해서도 경종이 울리고 있다. 사용되는 재료 및 여기에 부수적인 약품 및 점착제의 대부분이 산업폐기물이므로 재료 그 자체 및 접착제, 용액에서 휘발하는 가스를 흡입해 건강을 해치는 사람도 적어지게 될 것이다.

그러면 아이리스의 이점은 무엇인가 하면, 전술한 종래의 3D프린터가 안고 있던 과제를 모두라고 해도 좋을 정도로 해결했다. 여기에 더해 선명한 컬러링 성능까지도 실현했다. 특히 프로 사용자들이 사용할 경우 수익에 직결하는 러닝코스트에 대해서는 종래 제품의 약 20분의 1까지 떨어뜨리는 것이 가능하다.

조형물의 성질
서두에도 기술했지만, 재료가 바뀌면 당연히 완성되는 제품의 성질도 바뀐다.
아이리스는 종이를 수용성 접착제로 적층하고 있으므로 완성된 제품의 성질은 종이의 성질에 준하는 것은 상상할 수 있을 것이다.
종이가 재료라고 하면 내구성 및 대충격성이 떨어지는 것은 아닌지를 생각하는 사람도 많을 것이라 생각하는데, 제품을 실제로 손에 잡아본 사람은 모두다 의외로 견고하고 가볍다고 놀란다.

또 종이이기 때문에 후처리 선택지도 많고, 각종 마감재를 사용해 목재 정도의 경도 및 높은 질감을 내는 것도 가능하다. 물론 완성된 제품도 불요부도 가연물로서 폐기할 수 있다.
지금 풀컬러 3D프린터라고 하는 것은 극소수에 불가했고 대개 3D프린터 조형물을 풀컬러로 하고 싶다는 경우, 유성 페인트 등으로 디자이너가 착색을해서 완성시켰다.
아이리스는 종이이므로 백지로 형상만을 제작하고 나중에 착색하는 경우라도 극단적으로 말하면 색연필로도 크레파스로도 착색이 가능하다.

프린트(적층) 속도
3D프린터를 선정할 때의 중요한 요소로서 프린트(적층) 속도가 있다. 종종 ‘1cm 적층하는데 어느 정도의 시간이 걸립니까?’라는 질문을 받는데 3D프린터의 속도를 적층시간만으로 비교하면 도입 후에 생각한 대로의 결과를 얻을 수 없었다고 하는 소감을 말하는 이용자가 많이 있다.
종래의 3D프린터는 전공정에서 프린트할 수 있는 상태까지 재료를 가온하는 시간, 만들려는 물건 및 서포트재의 설계시간, 후공정에서의 제품을 세척, 서포트재 제거, 마무리하는 작업이 반드시 필요하다.

이 같은 공정이 없는 타입의 물건이라도 프린트와 함께 재료에 침투시킨 접착제가 프린트 직후에 말라있지 않아 건조에 많은 시간을 필요하게 된다.

역으로 아이리스는 전술과 같이 공정이 거의 없는 프린트(적층) 시간이 전부라고 하는 이유로 그 수치만으로 비교를 해버리게 되면 프린트 속도가 매우 느리다고 오해해버리는데, 실제 작업에 들어가게 되면 여러 개를 동시에 제작하거나 다른 제품을 같이 작업지역 내에서 동시 생성하는 것도 가능하고, 프린트 속도를 숫자로 보지 않고 제품이 완성되기까지의 전공정으로 보게 되면 종래품과 손색없거나 오히려 빠른 정도 이다.

프린트(적층) 속도에 대해서는 3D프린트 도입을 검토할 때, 제품이 실사용할 수 있기까지 전공정의 시간으로 비교하는 것이 중요하다는 것을 말해 둔다.

어느 분야에서 요구하고 있는가?
현재 3D프린터 붐은 이 업계에서는 세 번째라고 말해지고 있다. 과거 두 번 흘려보냈던 사람도 코스트 퍼포먼스가 거의 균형이 잡힌 이번 파도에는 어떻게든 자사의 일 및 신사업으로 이어보려고 생각하는 사람이 많이 있다. 그러면 실제 어떠한 분야에서 활용되고 있는지 간단하게 소개한다.

프로덕트 디자인(시작)
이것은 종래부터 가장 활용되고 있는 분야로 앞으로도 시작품 제작 및 제품검토에 많이 사용되어 제품개발 및 마케팅 등의 효율화에 기여할 것이다.

건축관계
종래에는 수작업으로 제작되었지만, 도시개발 및 건조물을 3차원화하여 검토 및 프리젠테이션을 보다 명확하게 하고 설득력 있는 물건으로 만들 수 있다.또 개인주택 등의 영업현장에서 활용하고 있는 주택메이커도 있을 것이다.

GIS(입체지도)

입체지도 및 디오라마라고 불리는 물건 등, 평면의 지도에 고저차를 더한 것으로 건축에 맞추어 토목관계 및 다양한 장르에서 명확한 위치정보를 알게 하는 수단으로 사용할 수 있다.

기계부품
프로토 모델이라고 생각하는 사람이 많을텐데, 개개의 부품을 시작하여 보다 효율적인 제품설계로 이어가는 것이 가능하다

엔터테인먼트
애니메이션의 등장인물 및 인기 캐릭터의 피규어 등은 친숙하지만 텔레비전 및 영화, CM에서의 활용 또 엔터테인먼트와는 다를지도 모르지만, 문화재 등의 복제 제작 등에도 사용되고 있다.

의료분야
MRI의 화상 데이터로부터 실제 환자의 환부를 제작하여 수술 전의 검토 및 연습, 개인차가 있는 인공관절 제작, 의수의족의 제작을 돕는 것에도 사용되기 시작했다.

새로운 비즈니스
최근 화제가 된 것은 개인 피규어 작성 및 입체사진 작성 서비스 등, 전혀 새로운 비즈니스 모델도 다수 나오고 있다. 종래에는 점토 및 목재 등으로 제작한 것을 바꾸는 활용도 시험되고 있다.

보다 빠른 입체를 구현화
이상과 같이 종이를 재료로서 이용하는 3D프린팅 아이리스는 발상에 따라 어떠한 분야에서든 활용이 가능하다.
현재 인쇄업계에서는 인터넷을 매체로하는 발행물이 많아져 2D 인쇄물은 감소되는 방향이라고 말해지고 있다. 2D의 인쇄물이기 때문에 가능한 무언가가 있다는 것은 누구라도 인정하겠지만, 현대의 빠른 흐름 속에서는 빠르게, 손에 가볍게 들 수 있는 것을 최우선적으로 여긴다는 측면에서 보다 빠르고 확실하게 제품정보를 쥐고 싶다는 요구가 있다.

요약해서 말하면 3차원화하는 것의 장점은 종래에는 2D를 인간의 머리 속에서 상상을 통해서 조합하던 것을 입체적으로 구체화해 명확하면서 확실한 정보를 전달할 수 있게 되었다고 생각한다.
사물을 전달한다는 의미로서는 2D인쇄든 3D인쇄든 통하는 부분이 많다. 2D인쇄의 세계에서도 잉크를 물리적으로 팽창시켜 3차원적으로 보이도록 인쇄하는 기술이 있지만 깨끗하게 빠르게 싸게라고 하는 방향이 주류이고, 다품종 소롯트, 부가가치 높은 인쇄물을 생산한다는 새로운 조류도 있다고 들리고 있다.
풀컬러 3D프린터 아이리스는 종이라고 하는 누구든 가깝게 접하는 것을 재료로하여 3차원 조형을 우수한 성능으로 실현해 내는 문자대로의 3D프린터다.

<출처 월간PT 9월>