첨단 3D 프린팅의 현주소 : RAPID 컨퍼런스의 주목할만한 작품 13선

세계 최초의 3D 인쇄 무인항공기 스트라타시스(Stratasys)와 오로라 플라이트 사이언스(Aurora Flight Sciences)는 세계 최초의 3D 프린터를 이용한 무인 항공기(UAV)를 만들었다. 날개폭 약 2.7m에 무게 약 15kg인 이 UAV는 80%가 3D 프린팅으로 만들어졌으며, 전통적인 제조 방법에 비해 완성에 소요되는 시간은 절반에 불과하다. 항공기 뒤쪽 비디오 스크린은 UAV가 비행 중일 때 촬영한 영상이다. 스트라타시스는 플랫폼 위에 층별로 압출되는 열가소성 수지를 사용하는 융합 침적 모델링(FDM) 공정으로 제품을 만든다. 이 항공기는 약 240kph까지 속도를 낼 수 있다.

초대형 3D 프린터 한 대로 제작한 카약 약 3.7m 길이의 이 카약은 CI(Cincinnati Incorporated)가 대면적 적층 제조(Big Area Additive Manufaturing, BAMM) 기계로 탄소 및 유리 섬유로 보강된 ABS 플라스틱 재료를 사용해 3D 프린팅한 제품이다. BAAM 3D 프린터는 작업 영역이 크고(1.6mx3.5mx0.9m) 재료 압출 속도는 17kg/h에 이른다. CI는 인쇄 면적이 2.4m x 6m x 1.8m인 3D 프린터도 제조한다. CI는 자사의 3D 프린터가 업계 대부분의 다른 프린터에 비해 최대 10배 더 큰 폴리머 부품을 1,000배 더 빠른 속도로 인쇄할 수 있다고 주장한다.

선택적 레이저 용융으로 만든 제트 엔진 아메로 엔지니어링(Amaero Engineering)과 모나시 대학은 베드 위에 금속 파우더를 적층하는 선택적 레이저 용융(SLM)을 사용해 제트 터빈 엔진을 만들었다. 각 파우더 층을 내려놓고 레이저가 부품 모양을 그리면 파우더 층이 이전 층으로 녹아내린다. 아메로 SLM 프린터의 제작 면적은 약 64cm x 38cm x 48cm다.

맞춤 인쇄된 다공성 두개골 임플란트 이 다공성 맞춤형 두개골 임플란트는 알파폼 AG(Alphaform AG)가 일렉트로 옵티컬 시스템즈(Electro Optical Systems, EOS)의 직접 금속 레이저 소결 3D 프린터를 사용해서 만들었다. 다공성 구조가 사용된 것은 뇌졸중 관련 수술을 받은 한 아르헨티나 환자에게 특별히 큰 임플란트가 필요했기 때문이다. 이 임플란트는 유체 흐름, 열 발산이 가능하고 두개골 자체의 뼈조직과 결합되는 특성을 갖췄다.

3D 프린터로 만든 실제 작동하는 R2D2 3D 퓨얼(3D Fuel)은 실제 크기의 작동하는 R2D2를 인쇄했다. 원격 조종 모델이며 제작에 3개월이 소요됐다. 회로 보드, 알루미늄 돔, 주 본체 덮개를 제외한 모든 부품을 3D 인쇄로 만들었다. 조작은 플레이스테이션 리모트 컨트롤을 사용한다.

4면체 메시 이 메시는 플로리다 폴리테크닉 대학이 융합 침적 모델링을 사용해 만들었다. 융합 침적 모델링은 가장 보편적인 3D 프린팅 형태로, 폴리머를 가열해서 층별로 압출하는 방법으로 폼을 생성한다. 이 구조체는 튼튼하면서도 가벼우며, 일부분은 강하고 일부분은 부드러운 형태로도 만들 수 있다.

오리온 우주선 승무원 모듈 록히드 마틴(Lockheed Martin), FARO 테크놀로지(FARO Technologies), 다이렉트 디멘션(Direct Dimensions), 메트-L-플로(Met-L-Flo), 플로리다 공대와 CI가 최초의 오리온 승무원 모듈과 3D 스캔을 사용한 소형 복제품을 3D 프린터로 인쇄했다. 이 모듈은 사람을 태우고 소행성, 궁극적으로는 화성을 탐사하기 위한 목적으로 현재 개발 중인 모듈이다. CI는 대면적 적층 제조(BAAM) 기계를 사용해 이 모델을 만들었다

3D 인쇄된 자동차 엔진과 기타 부품 이 모델 엔진 블록은 선택적 레이저 용융을 사용해 3D 인쇄한 부품이다. 모델에 불과하지만 자동차 제조업체들은 빠른 프로토타이핑을 위해 3D 인쇄를 조기에 도입했다. 예를 들어 포드 자동차는 흡기 매니폴드 프로토타입부터 사출 성형에 사용되는 모래 거푸집에 이르기까지 연간 2만 개 이상의 부품을 여러 가지 3D 인쇄 기술을 사용해 찍어낸다.

환자 전용 디바이스 제조 시장 조사 업체 카날리스(Canalys)에 따르면 3D 인쇄 시장은 2018년까지 162억 달러 규모로 성장할 전망이다. 의학 분야에서 3D 인쇄는 합성 심장 판막, 피부 이식, 기관 조직 인쇄에 이르기까지 다양하게 사용되고 있다. 현재 조직은 약물 테스트에 사용되고 실제 인체 기관을 대체하는 용도로는 사용되지 않는다. 3D 인쇄가 빠르게 발전하고 있는 또 다른 분야는 수술 절단 가이드, 즉 의사의 절개를 안내하는 지그다. 사진의 3D 인쇄된 대퇴부 절단 가이드는 재건 수술에서 무릎 관절과 대조하는 데 사용됐다.

대형 3D 제조 RAPID의 3D 프린터는 대부분 cm 단위의 제작 면적을 갖고 있지만 빅렙(BigRep) GmbH의 이 융합 침적 모델링 기계의 제작 공간은 1입방미터 이상이다. 사람이 들어갈 수 있을 정도의 3D 프린터로 무엇을 만들 수 있을까? HTW 베를린 모터스포츠(HTW Berlin Motorsports)에서 빅렙 원(ONE) 3D 프린터를 사용해 경주용 자동차를 위한 거푸집을 만들었다.

티타늄 고관절 환자의 CT 스캔을 기반으로 한 3D 인쇄 고관절이다. 고관절 볼과 소켓은 3D 인쇄된 티타늄으로 만들어졌다. 아캄 AB(Arcam AB)의 전문 정형외과 3D 프린터는 전자 빔 용융 기술을 사용해 티타늄 파우더를 임플란트 형상으로 층별로 결속시킨다. 이 기술은 선택적 레이저 소결과 비슷하다.

3D 인쇄 옷 3D 프린터는 모자의 휘장부터 나이키 3D 인쇄 클릿과 신발창에 이르기까지 오래 전부터 의류 인쇄에 부분적으로 사용됐다. RAPID 2016에서 스컬프테오(Sculpteo)는 신발, 치마, 상의 등 전체 의류가 3D 인쇄로 만들어진 패션 쇼를 후원했다. 사진에서 이스라엘 패션 디자이너 다니트 펠레그가 디자인한 3D 인쇄 드레스, 재킷, 신발을 볼 수 있다.

3D 인쇄 전기 모터 스케이트보드 스트라타시스의 자회사 그랩CAD(GrabCAD)의 제품 및 지원 담당 이사인 그랜트 토마스 레포가 3D 인쇄 전기 모터 스케이트보드를 들고 있다. 이 스케이트보드는 손 제스처를 사용해서 스마트폰으로 조종할 수 있다.