피부·뼈·근육도 '3D 프린터'로 뚝딱?

프린터기가 종이만 출력한다는 편견은 버리자. '내가 상상한 모든 것을 프린터기가 출력해 줬으면….' 하는 바람이 드디어 현실로 이뤄졌기 때문이다. 상상한 디자인의 입체 데이터만 있으면 그 어떤 것도 똑같이 만들어 낼 수 있다. 교육, 의료, 건축, 예술 등 다방면에서 팔방미인 역할을 톡톡히 하고 있는 '3D 프린터'를 만나본다. 

일반 프린터와 마찬가지로 쾌속조형기술을 통해 입체 출력물에 다양한 색깔을 입히는 것도 가능하다.

인체 장기까지 프린터 후 이식 가능

만약에 불의의 사고로 손가락 하나가 잘렸다고 치자. 그런 상황에서 다른 쪽 손가락을 프린트해 바로 접합할 수 있다면 얼마나 좋을까.   

꿈같은 일이지만 전혀 불가능한 일은 아니다. 실제로 외국에서는 신체 일부를 프린트 후 바로 체내에 적용하는 '맞춤형 임플란트'가 시행되고 있기 때문이다. 절단된 신체 부위는 물론 내부 장기까지도 3D 프린터를 통해 만들고 이식하는 일이 가능해질 것이라는 전문가들의 기대감이 커지는 이유도 여기에 있다. 

3D 프린터 기술은 교육, 건축, 예술, 기업 등 다방면에서 활용되고 있으며, 특히 의료용으로 활용되면서 실제 출력물을 몸 속에 삽입 가능한 ‘맞춤형 임플란트’ 시대를 열었다. (자료제공 CEP TECH)

아직까지 국내에는 맞춤형 임플란트가 시행되지는 않고 있지만, 이미 거의 모든 대형병원에서 3D 프린터가 활발히 사용되고 있다. 이렇게 앞으로 3D 프린터와 스캐너의 가장 큰 활약이 기대되는 분야는 단연 의료용이다. 장비를 도입한 서울대학병원, 강남성모병원 등에서는 수술 전 의사들이 모여 입체 모형을 놓고 집도회의를 하는 모습이 이젠 낯설지 않은 광경이 됐을 정도다.  

홍정우 한국과학기술정보연구원 박사는 "생착력이 좋은 티타늄 소재를 이용할 경우 골절 후 바로 이식이 가능하지만, 소재 특성상 진공상태에서 전자빔으로 용융과정을 거쳐야 하는 등 환경·비용적 부담(20억 원)이 큰 게 현재로선 국내 도입의 한계"라고 말한다.  

 

2차원 판 쌓이면서 3차원 형상 만들어

3D 프린터는 입체물의 단면을 컴퓨터가 수치화하고 그에 따라 고무, 플라스틱, 석고 등의 분말을 계산된 대로 쌓고 접착제로 고착시키는 게 기본 원리다. 순서대로 한 개씩 판(Layer)을 만들고 그 판을 적층해나가는 것. 즉, 3차원 형상을 2차원 판의 집합으로 쌓아나가는 방식이다.   

과거에는 프린터 내부에서 직접 모형을 깎는 방식이었지만 최근에는 모래성을 바닥부터 쌓아가듯 차곡차곡 분말이 뿌려지고 여기에 일반 컬러프린터와 마찬가지로 색깔까지 정확하게 입히는 게 가능해졌다. 

모래성을 쌓듯 바닥부터 분말이 뿌려지면서 입체물이 완성된다.

현재 국내에서 흔히 사용되고 있는 3D 프린터의 정확한 명칭은 'RP(Rapid Prototyping)'. 즉 쾌속조형기술을 의미하며 '쾌속'이라는 이름에 걸맞게 고무재질의 신발은 약 3시간, 건축모형물은 8.5시간, GIS(지형정보시스템)는 5.5시간 안팎으로, 3D 프린터 덕분에 기업에서는 시제품을 일일이 제작하는 번거로움과 시간·비용까지 절약할 수 있게 됐다. 

물론 그 기능만큼 3D 프린터의 몸값도 3천만 원부터 10억 원대에 이르기까지 천차만별이다. 3D 프린터의 비용은 프린터가 다룰 수 있는 소재(분말)에 따라 달라지는데, 의료용으로도 사용이 가능한 티타늄을 소재로 하는 프린터가 현재로선 가장 고가의 기술이다.  

'금으로 출력하면 가장 좋지 않을까' 싶지만 현재 3D 프린터 기술로 다룰 수 없는 대표적인 소재가 바로 금, 은, 철 등이다. 보다 정확히 말하자면, 기술적인 불가능보다는 경제성이 떨어져 개발하지 않고 있는 상황이다. 하지만 앞으로 3D 프린터의 카트리지에 금가루가 담길 날이 온다면 기계로도 정교한 세공이 어려운 악세서리는 물론 의료용에 이르기까지 그 활용처는 무궁무진할 것으로 기대되고 있다.

 

완제품의 역설계 가능한 '3D 스캐너'

한편, 3D 프린터와는 반대로 완성된 입체물의 구조도를 만들어 내는 스캐너도 있다.

몇 분 만에 수백만 개의 점(데이터 포인트)을 입체물에 그려 구조모형 수집이 가능한 장비로, '역설계'가 가능한 스캐너다.  

3D 스캐너는 고가의 예술품이나 건축물에 대한 정확한 복원과 재건 등 정보가 없는 문화재의 구조를 파악하는 데도 효과적으로 사용되고 있는데, 뿐만 아니라 예술가의 컨셉 모델로부터 컴퓨터 게임과 영화를 위한 디지털미디어 제작, 복잡한 신체기관 및 골격 구조를 가진 상세한 재생품 제작도 가능한 게 특징이다. 

현재 과학자들은 10년 내에는 3D 프린터와 스캐너가 보편화될 것으로 예상하고 있다. 의료용뿐만 아니라 문화재를 복구하고, 예술분야에서도 활용처를 늘릴 것이라는 전망이다. 

이렇게 광범위하게 사용처를 늘리면, 2020년 12월 산타클로스 할아버지의 선물주머니에는 '3D 프린터'가 담겨있을지도 모를 일이다. 아이들이 원하는 맞춤형 선물을 즉석에서 만들어 줄 수 있으니 말이다. 

 교과부 웹진  꿈나래21 

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