4D 프린팅, 3D에 생명을 불어넣다
4D 프린팅, 3D에 생명을 불어넣다
  • 허옥엽 기자
  • 승인 2015.09.16 15:47
  • 호수 1588
  • 댓글 0
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‘4D 프린팅’은 3D 프린팅에 4차원 개념을 적용해 시간의 변화에 따라 스스로 모양이나 색깔을 바꾸는 물질을 만들어내는 기술이다. 이 용어는 2013년에 미국 매사추세츠공과대(MIT) 자가조립연구소의 스카일러 티비츠 교수가 강연하면서 알려졌다. 우리나라에도 3D 프린팅을 넘어 4D 프린팅 연구에 박차를 가하는 이가 있다. 4D 프린팅의 최첨단에서 연구를 진두지휘하고 있는 한국과학기술연구원(KIST) 계산과학연구센터장 문명운 박사를 만나봤다.

문명운 박사 사진| ⓒ안상훈 기자 tkd0181@skkuw.com

 

4D 프린팅이 3D 프린팅과 다른 점은 무엇인가.
3D 프린팅 기술로 출력된 형상은 변화하지 않고 그대로 유지되는 반면, 4D 프린팅 기술로 출력된 형상은 시간이 지남에 따라 온도, 햇빛, 물 등의 외부자극에 의해 미리 설계된 구조체로 변한다. 그러므로 4D 프린팅은 3D 프린팅의 진화된 개념이라고 할 수 있다. 즉, 형상이 변하는 4D 프린팅은 자가조립 소재, 로보틱 소재 등 고기능성 스마트 소재를 이용해야 한다는 점과 변형과정을 예측할 수 있는 설계 기술이 필요로 한다는 점에서 3D 프린팅과는 다르다고 할 수 있다.


현재 4D 프린팅과 관련하여 어떤 연구를 진행하고 있나.
최근 4D 프린팅을 통해 온도나 압력 등 특정 조건에 따라 손가락이 접히거나 물건을 집을 수 있는 ‘맞춤형 실감 의수’를 제작하기 위한 연구를 하고 있다. 궁극적으로는 의수에 센서를 장착해 뇌에 신호를 전달해서 진짜 손처럼 느낄 수 있는 의수를 만들고자 한다. 또한, 현재 사용되고 있는 스마트 소재의 경우 열 전도성과 같은 소재 자체의 물성이 좋지 않기 때문에 그라핀이나 CNT 등을 활용하여 소재의 물성을 강화하는 연구도 하고 있다.

4D 프린팅에 사용되는 스마트재료에는 어떤 것들이 있나.
아직 4D 프린팅은 기존의 3D 프린터를 통해서 이뤄지는 상태다. 그러나 3D 프린터에 사용되는 소재들을 4D 프린팅에서 사용하기에는 소재의 측면에서 제약이 있는 경우가 많다. 따라서 4D 프린팅에서 소재의 선택은 매우 중요하다. 4D 프린팅에 사용되는 소재에는 온도에 따라 길이나 형상이 변하는 소재, 햇빛과 같은 UV 에너지에 반응하는 소재, 물이나 액체를 쉽게 흡수하는 소재 등이 있다. UV 에너지에 반응하는 소재의 경우 자외선에 노출되면 광변화 고분자의 분자구조가 달라져 색깔 변화가 일어난다. 물론 자외선을 제거하면 원래의 분자구조로 돌아가 이전의 색깔로 돌아온다.

4D 프린팅은 어떤 분야에 적용될 수 있나.
변화 가능한 4D 프린팅의 특성 덕분에 4D 프린팅의 활용 분야는 다양하다. 간단하게는 밤낮에 따라 색깔이 바뀌는 옷에서부터 평면으로 출력했지만 나중에 조립되는 테이블, 그리고 자가 변형이 가능한 생체조직까지 그 적용 분야는 무궁무진하다. 또한, 온도에 반응하는 소재를 사용해 더우면 열리고 추우면 닫히는 창문을 만들 수도 있을 것이다. 당장 내년부터 4D 프린팅 기술이 패션과 일상생활에서 활발히 사용될 것이라는 전망이다. 비현실적이라고 생각했던 것들이 기술이 급속도로 발달하면서 실현 가능해 지고 있다.

4D 프린팅에 대해 어떻게 전망하나.
4D 프린팅은 출력된 구조체가 특정 환경에서 변화할 수 있도록 스마트 소재를 이용해야 하고, 변화 과정을 세세히 예측해 설계에 반영해야 한다. 그러므로 앞으로의 연구는 주로 소재 개발에 초점이 맞춰질 것이다. 이와 더불어 변형 과정을 예측할 수 있는 설계 기술의 발전, 그리고 이를 프린팅할 수 있는 4D 프린터의 개발이 요구될 것이다. 4D 프린팅이 다양한 가능성을 갖추고 있음에도 현재 4D 프린팅을 연구해 가시적 성과를 내놓은 곳은 미국 MIT나 하버드대, 몇몇 3D 프린터 회사 정도밖에 없다. 해외랑 비교했을 때 우리나라의 기술도 크게 뒤처지지는 않는 편이다. 이 분야에 집중적으로 투자해 핵심 기술과 신소재를 개발하면 앞으로 우리나라의 주력 산업이 될 수도 있을 것이다. 그러므로 4D 프린팅은 전망이 밝을 뿐만 아니라 시장도 넓고, 관련된 직업도 생겨날 것이다.


4D 프린팅과 관련하여 대학생들에게 해주고 싶은 말이 있다면.
4D 프린팅은 새로운 가능성을 제시해주고 있다. 대학생들이 4D 프린팅에 관심을 가지고 이를 응용하면 무엇을 할 수 있을지 고민해보면 좋겠다. 이미 기술은 존재하기에 지금 중요한 것은 바로 창의성과 아이디어이기 때문이다. 무궁무진한 가능성을 가지고 있는 4D 프린팅 기술에 자기 아이디어를 더하여 세계인의 삶을 바꿀 혁신 제품을 만들기를 바란다.

 

사진| ⓒ안상훈 기자 tkd0181@skkuw.com



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