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3D 프린터

last modified: 2015-04-03 15:22:35 by Contributors

TED영상
분명 리그베다 위키 광고에 3D 프린터가 떠서 검색해본 위키러가 있을 것이다

현실에 맞춰서 너프 먹은 연금술 머신

공돌이들의 로망

Contents

1. 개요
1.1. 기타
2. 3D 프린터의 방식
2.1. 절삭형
2.2. 적층형
2.2.1. FDM(Fused Deposition Modeling)
2.2.2. SLS(Selective Laser Sintering)
2.2.3. 3DP(3 Dimension Printing)
2.2.4. LOM(Laminated Object Manufacturing)
2.2.5. Polyjet
2.2.6. DLP(Digital Light Processing)
3. 금속을 사용하는 3D 프린터
4. 용도
5. 어두운 면
5.1. 불법 복제 문제?
5.1.1. 반론
5.2. 불법 총기 제작?
6. 단점
6.1. 그럼에도 불구하고
7. 여담

1. 개요

<2분 40초경 참고. 대강의 작동 원리를 알 수 있다.>

3D 도면을 바탕으로 3차원 물체를 만들어내는 기계를 뜻한다.

가공의 용이성 등 여러 문제 덕분에 초창기에는 대부분 재료로 플라스틱을 사용하였지만 점차 종이, 고무, 식품에 금속까지 재료의 범위가 점점 넓어지고 있어서 향후가 기대되는 분야다.

자신이 직접 3D로 그림을 그릴수 있는 3D펜이라는 아이디어 상품도 나왔다.#

1.1. 기타

정확히 말하면 3D 프린터는 '인쇄'를 하는 것은 아니므로 흔히들 말하는 프린터의 정의와는 다르지만, 작동 메커니즘이 유사한데다 컴퓨터의 데이터를 현실의 매체로 내보낸다는 기본 레퍼토리는 비슷하기에 프린터의 범주에 들어간다.

네이버캐스트에서 다룬 적이 있는데, 읽어 보면 도움이 된다.

2014년 2월 SLS 방식의 3D 프린트 기술에 대한 특허가 깨진다.기사 특허가 깨져서 이용이 자유로워지면 각종 업체들이 몰려들어 더 싸고 성능 좋은 3D 프린터를 찍어낼 것으로 보인다.

2. 3D 프린터의 방식

여러가지 방식이 있지만, 대체적으로 많이 사용되는 방식의 작동 원리는, 아래와 같다.

2.1. 절삭형

커다란 원재료 덩어리를 칼날을 이용해서 조각하는 방식이다. 완성품의 품질은 높은 편이지만, 채색 작업은 별도로 진행해야 하고, 덩어리에서 깎아내는 작동 원리상 재료를 많이 소비하며, 컵이나 파이프처럼 굴곡이 많은 물체는 제작하기 어렵다는 단점이 있다.

사실 이것은 보통 4축, 혹은 5축 가공기라고 불리며, 3D 프린터라고 부르기 보다는 CNC의 범주에 포함되는 장비이다. 5축 가공기는 통념적인 3D 프린터와 가공방식(컴퓨터 수치제어, 즉 CNC) 전혀 다르고 가공 방법도 다르기 때문이다. 5축 가공기와 일반 3D 프린터의 공통점은 입체 조형이 자유롭다는 점(다만 5축 가공기는 제한이 좀 있다.)과 가격대가 억 소리 난다는 것 정도 밖에 없다. 5축 가공기는 이미 상용화되어 산업현장에 널리 쓰이고 있으며 그다지 새로울 것은 없는 기술이다. CNC 항목의 가공 영상도 5축 가공기이다

2.2. 적층형

매질을 층층이 쌓아 올려 조형하는 방식이다. 보통 3D 프린터라면 이 쪽을 가리킨다. 작동 방식이나 재료에 따라 구분된다.

2.2.1. FDM(Fused Deposition Modeling)

ABS, PLA같은 플라스틱 재료를 녹여 노즐에서 분사하여 적층하는 방식이다. 구성이 비교적 단순하고 오픈소스(RepRap)가 있어 일찍 저가화에 성공하였다. 그러므로 다른 3D 프린터보다 가격이 월등히 저렴하고(물론 비싼 제품은 오질나게 비싸다) 현재 시중에 나와있는 상당수의 저가형 제품이나 DIY 제품은 이 방식을 채택하는 경우가 많다. 그러나 노즐은 텅 빈 바닥을 기준으로 해서 용액을 분사하여 적층하므로 바닥이 불안정한 제품은 별도의 지지대를 만들어 주어야 한다. 간단히 예를 들자면 허리를 굽힌 피규어를 FDM 방식으로 제작할 경우 지지대가 없다면 적층 중 과도하게 기울어진 소재가 힘을 버티지 못하고 쓰러진다. 망했어요. 지지대를 따로 모델링 하여 만들어 줄 수도 있지만, 이럴 경우 지지대를 제거하는 데 별도의 후가공이 필요하며 이에는 노하우가 필요하다. 따라서 복잡한 조형이 힘들고 3D 프린터가 가지는 여러가지 장점들을 포기하게 되는 방식이기도 하다.

저렴하다는 것 이외에 FDM 방식이 가지는 큰 장점 중 하나는 재료의 소모가 적다는 것이다. 다른 방식의 3D 프린터는 조형할 때 조형 완성품이 내장되어 있는 입방체 전체를 조형하는 데 반해 FDM 방식은 지지대를 제외하면 딱 조형하는 만큼만 재료를 사용한다.

가장 단순하고 저렴하지만 그만큼 제약이 많은 방식이다. 그러나 접근성이 좋은 만큼, 노즐의 추가로 여러가지 도색이 가능하게 되는 버전이라거나 금속을 사용하는 제품 등 확장성이 일찍 개발된 방식이기도 하다. 물론 그렇게 추가되는 옵션에 따라 미칠듯이 올라가는 가격은 감안해야한다.

2.2.2. SLS(Selective Laser Sintering)

얇게 분말재료를 필드에 깐 다음 레이저로 선택된 부분만 녹여 굳히기를 반복하여 제품을 만드는 방식이다. 분말로 된 소재라면 뭐든지 가능하나 분말의 입자가 균일해야 하고 각 소재별로 레이저의 세팅을 따로 해야 하므로 세팅이 힘들다. 또한 3D 프린터 답게 가격도 만만치 않으며 유지 비용도 싼 편은 아니다.

2.2.3. 3DP(3 Dimension Printing)

얇게 분말재료를 필드에 까는 것은 SLS 방식과 비슷하지만 레이저가 아닌 접착제를 분사하여 굳히는 방식이다. 3D 프린터 중 상대적으로 빠른 조형이 가능하고 접착제와 함께 칼라 용액을 분사하므로 색을 입힐 수 있다.다른 방식으로는 색을 아예 입힐 수가 없거나 제약이 매우 크지만 3DP방식은 비교적 자유롭다. 그러나 제품의 내구성을 오로지 분사되는 접착제에 의존하게 된다는 단점이 있다.

2.2.4. LOM(Laminated Object Manufacturing)

종이와 같은 얇은 재료를 레이저, 칼 등으로 조각하고 그것을 층층이 접착하는 방식.
종이, 플라스틱, 금속재질의 시트 형태 재료를 한층 한층 접착한 후 칼 또는 레이저 커터로 형태를 잡아 자르고, 이러한 작업을 반복적으로 하여 원하는 제품을 얻을 수 있다.

2.2.5. Polyjet

광경화성 수지를 액화하여 노즐에서 빛과 함께 분사하여 굳혀 적층하는 방식. DLP와 같이 상당한 정밀도를 자랑하지만 소재의 제한이 따르며 소재의 내구성이 좋지 않고 빛에 민감하다.

2.2.6. DLP(Digital Light Processing)

액상 광경화성 수지가 담긴 통에 프로젝터를 이용하여 모델의 단면을 빛으로 투사하여 적층하는 방식을 말한다.

3. 금속을 사용하는 3D 프린터

의외로 금속 3D 프린터는 꽤 오래전부터 있어왔다. 이는 레이저 클레이딩이란 기술을 응용한 것으로 금속분말을 노즐을 통해 뿌리는 동시에 레이저로 녹여서 균일한 두께로 적층하는 것이다. 이 기술은 일반적으로 제품 생산보다는 금속 가공품의 손상수리에 많이 쓰였는데 이를테면 플라스틱 사출을 위한 금속 금형이나 금속제 구성품에 미세한 손상이 간 경우 이것으로 손상부위만 메꾸고 후처리를 하여 다시 원상복귀 시키는 기술이다. 그리고 이 기술을 응용, 일정한 형상이 되도록 계속 적층해 나가면서 플라스틱 3D 프린터 마냥 금속으로도 3차원 형상을 만들 수 있다.

그럼에도 현재까지 금속 3D 프린터가 일선에서 안 쓰인 이유는 사용처가 애매하기 때문. 왠만한 형상은 5축 CNC 머신 등으로 가공이 가능하며, 통짜 금속을 깎아서 가공하기 때문에 녹인 금속을 층층이 녹여서 붙이는 방식보다 내구성이 더 뛰어나다.[1] 그렇다고 대량생산성이 좋냐 하면 주물은 물론이고 5축 CNC 머신보다도 생산속도도 느린 편이다.

하지만 절삭 가공만으로는 모양을 내기가 어려운 내부 형상을 갖는 플라스틱 사출성형용 금속금형 생산 같은 경우에는 금속 3D 프린터에 대한 수요가 있으며, 이에 따라 충분한 강도를 가지는 금속 3D 프린터를 개발하는 연구도 활발하게 진행중이다.

2013년 10월 22일에는 유럽우주국에서 3D프린터로 우주선에 쓰일수 있는 금속부품을 만들어냈다는 기사가 올라 왔다. 관련기사

2013년 11월 7일 텍사스의 솔리드 컨셉츠라는 업체가 3D 프린터로 금속제 권총을 제작해 십여발 이상을 문제 없이 발사했다고 발표했다.관련기사

2014년 1월 10일 금속을 가공하는 새로운 3D 프린터가 나왔다. 금속을 어떤 방식으로 3D화 시키는가는 링크를 참고. Hybrid ( Additive and Subtractive manufacturing) machine by DMG 금속을 3D프린터 하고나서 가공까지 가능한 제품이다.

2014년 3월 IAAC, Joris Laarman, ACOTECH 이라는 3개의 회사에서 공동으로 개발한 'MX3D-Metal'이란 제품도 있는데, 이는 공중에서 용접하는 방식으로 금속 제품을 만드는 방식이다. 관련기사

2014년 8월에는 NASA에서 금속 3D 프린터로 만들어낸 로켓 엔진 부품의 연소 테스트에 성공했다.# 본래 163개의 작은 부품을 조립하여 만들던 부품을 단 2개의 3D 프린팅한 부품만으로 생산했다고. 실험 동안에 100기압에 가까운 압력과 3000도가 넘는 열이 가해졌지만 성공적으로 견뎌냈다고 한다.

4. 용도

끝을 모를 만큼 다양하다. 대중화가 된다면 가히 산업혁명급 대격변을 일으킬 것이라고 단언할 수 있을 지경.3D 프린팅이 가져올 제3차 산업혁명

과거부터 현재까지 가장 널리 쓰이고 있는 분야는 제품 R&D 분야이다. 힘들게 목업을 만들 인력이나 노력, 시간을 간단하게 기계 하나로 대체할 수 있는 것이다.

NASA에선 화성 우주여행 등 장거리를 뛸 때 고장난 부품 수리를 위해 3D 프린터와 분말가루 재료를 잔뜩 넣어두는 걸 연구하고 있다. 어느 물건이 고장날 줄 모르니 예비 부품을 잔뜩 싣는 것보다 이쪽이 경제적이라는 것이다. 프린터가 고장나면…… 프린터를 하나 더 가져가면 된다. 여차하면 프린터로 프린터를 뽑아내면 되니까 한국 우주인 후보였던 고산이 발명하려는 3D 프린터도 우주에서 사용이 가능한 원천기술의 개발을 목표로 하고 있다. 건축에도 쓰인다.

위에서 언급 했듯이 2013년 10월 22일에는 유럽우주국에서 3D프린터로 우주선에 쓰일수 있는 금속부품을 만들어냈다. 플라스틱에서 금속으로 넘어가는 속도가 생각보다 빠를 전망이다. 물론 이 경우는 가정용보다는 특정 전문분야용으로 봐야할듯

개인이 3D 프린터를 가지게 될 경우 생산뿐만 아니라 소비에도 큰 변화를 가져올 것으로 보이는데, 예를 들어 인터넷 쇼핑몰에서 물건을 구매하면 바로 프린터로 만들어 사용할 수 있게 되므로, 이 경우 배송에 걸리는 엄청난 배송비와 배송 시간이 절감되고, 불량품이 배송될 가능성도 많이 줄일 수 있어 많은 사람들이 거는 기대가 크다.

의료분야에서도 이용이 되는데, 간단히는 수술에 앞서 뼈를 프린팅 하는 경우에서부터 장기를 프린팅하기도 한다. 세포를 배양해서 3D프린터로 인쇄하고 이식하는 것이다. 이 분야의 선두자로 웨이크포레스트대학의 아탈라박사가 유명하고 국내에서는 포스텍 조동우 교수팀이 이 분야를 연구하고 있다. 신장인쇄

군사 분야에서도 응용이 기대되고 있다. 개인이 프린트할 수 있는 AR-15 하부 프레임도 이미 등장해서 공개된 상태다. 금속 3D 프린터 가격이 어마어마하기에 아직까지는 총기 프린팅은 플라스틱 부품 위주이고, 때문에 강한 압력을 받는 총신, 약실 등 주요 부분은 상용 금속제에 의존하는 경우가 대부분이다. 그러나 사실 미국에서는 하부 프레임만 프린트할 수 있어도 큰 의미가 있다. 미국 법률상 '총기'로 인정되는 부품은 총번이 찍히는 부품(M16의 경우 하부 프레임) 뿐이기에 총신, 상부 프레임, 하부 프레임 내부에 들어가는 부품 등은 아무런 등록 없이 손쉽게 구매할 수 있다. 그리고 타국은 경우가 좀 다르지만, 미국 법률상 개인이 합법적으로 구매할 수 있는 총을 제작하는 것 또한 합법이다.

플라스틱 3D 프린팅 총기는 사실 개인 데스크탑 CNC 가공 총기의 후예 정도에 해당한다. 기존에 이미 실현된 부분을 3D 프린터로 옮긴 정도이기에, 기술적으로 큰 난이도는 없는 셈.

오덕들에게도 상당히 흥미로운 기술 중 하나인데 인터넷에서 3D 모델링 자료를 받으면 바로바로 미니어쳐 모델(-밀리터리 등)이나 피규어를 만들어낼 수 있다는 매리트가 있기 때문. 별다른 조형 기술이 없어도 3D 제작 기술만 있으면 모형을 만들 수도 있다. 특히 오덕 상품들 중 상당수가 해외산임을 생각해보면 해외 배송 특유의 환율 + 배송비 + 배송시간 그리고 혹시 모를 쪽팔림(당신이 집에 없는 사이 당신의 취향을 모르는 다른 사람이 대신 받는다고 생각해보라!) 크리를 많이 잡아줄 수 있게 된다.

실제로 프라모델이나 피규어계에서도 프로 아마추어 할 것 없이 3D 프린팅 기술이 적극적으로 활용되고 있다. 물론 3D 프린터 특유의 한계 덕분에 처음부터 끝까지 3D 프린터 양산체제인 것은 아니고, 3D 모델링을 제작하고 이를 3D 프린터로 출력한 뒤 후가공 과정을 거친 뒤 기존 방식대로 형틀을 떠서 복제하는 방식을 취한다.

한편 만약 3D 프린팅이 대중화된다면 그 다음으로 비슷한 혁명을 일으킬 수 있는 건 나노머신을 이용한 유니버셜 컨스트럭터(물질재조합장치)이다. 폰 노이만이 제창하였고 스타트렉 등의 SF에서 등장한 개념으로 쉽게 생각하자면 3D 프린터가 나노머신으로 구성되어 분자단위부터 물질을 재조합하여 어떤 것이든 재질과 형태를 가리지 않고 뭐든지 만들어낼 수 있는 단계에 이른다고 생각하면 된다. 물론 이 유니버셜 컨스트럭터로는 이론상 다른 유니버셜 컨스트럭터도 만들 수 있기 때문에 사실상 생산하는 시간을 제외하면 아무런 제약이 없는 생산공장이 된다. 거기에다가 시간의 제약도 해결할 수 있다면 자원에 묶이지 않는 유토피아가 성립 가능해진다. 하지만 아직까지는 SF의 영역일 뿐 현실에서 이러한 영역에 도달하려면 기나긴 시간이 필요할 것이다.

5. 어두운 면

5.1. 불법 복제 문제?

대중화가 되면 사회에 놀라운 변화를 가져올 것이 확실시되는 기술이지만, 반면 저작권에 대한 문제가 새롭게 대두될 수 있는 계기가 될 확률이 매우 높다. 현재의 저작권은 어디까지나 물리적인 형태가 없는 지적 소유물(= 창작물)만을 보호하는 수단이기 때문이다. 하지만 3D 프린터가 보급되면 지적 소유물이 곧 물리적 소유물이 된다. 이는 가상 매체의 복제와는 달리 '실물'의 복제로써, 논지의 범위가 다를 수밖에 없다.

자신이 디자인한 머그잔을 3D 프린터 출력자료로 판다고 쳐보자, 구매자는 설계도를 구매하거나, 인쇄할 권리를 구매하여 출력자료를 바탕으로 구입한 디자인의 머그잔을 자신의 집에서 만들 것이다. 그런데, 아무리 각종 보안과 DRM이 걸려있다고 하더라도 방패는 창에 뚫리기 마련이다. 악질적인 구입자가 마음만 먹으면 출력자료를 뜯어낸 뒤에 같은 물건을 수십개 찍어내서 팔 수도 있고, 아예 설계자료 자체를 인터넷에 유포할 확률도 있다.

머그잔 같은 간단한 물건이라면야 웃으면서 넘길 수 있을 문제겠지만 상당한 기술력이 들어간 복잡한 설계의 물건이라면 이야기가 달라진다.[2] 어느 회사의 핵심 설계도가 유출돼 똑같은 디자인과 똑같은 디자인으로 특정 국가에서 매우 값싸게 시장에 판매 된다면 매출 타격은 물론이고 그 회사의 이미지까지도 타격을 받을 수 밖에 없다. 실제로 쓸 수 있을 물건을 출력할 수 있을 정도의 설계도라면 역설계 역시도 간단히 할 수 있다는 말이기 때문이다. 제작사 측에서 보안을 건다 하더라도, 수많은 선례를 볼 때 잘 해야 시간벌이일 뿐 크랙을 완전히 막는 것은 사실상 불가능하다. 따라서 3D 데이터를 판매한다는 것 자체가 설계도의 유출 확률을 각오하는 일일 수밖에 없는 것이다.

규제와 보안으로도 어느정돈 해결이 가능하겠지만, 정말 근본적인 문제가 해결되지 않는다면 여러모로 문제가 생길 확률이 농후하다.

실제로 Warhammer 40,000드레드노트 미니어쳐로 추정되는 3D 프린트 설계도가 Piratebay에 올라왔다가 저작권 침해 신고를 받고 내려온 사태가 발생했다. 플라스틱 미니어쳐 장난감은 적당한 강도만 갖추면 되기 때문에 아래 반론에서 제기하는 문제점에 자유로운 편이고, 지난 몇년간 40K용 미니어쳐는 품질에 대한 향상 없이 원래부터 비쌌던 제품의 단가만 더 비싸지면서 그 비싸디 비싼 3D 프린터용 플라스틱 수지 가격보다도 무게 대비 가격이 훨씬 비싸기 때문에(…) 3D 프린터를 통한 간접적인 암시장이 형성되기에 아주 적합한 환경이 조성된 것이다.[3] 근데 이미 간이 탈포기랑 수제 몰드 틀로 만든 불법복제 미니어쳐랑 개조용 비츠가 시장에 잔뜩 굴러다니잖아 그냥 값을 내리면 된다니까 그러네

5.1.1. 반론

그러나 이것은 어디까지나 실제 일상생활에서의 사용에 전혀 하자가 없을만한 튼튼하고 쓸만한 완제품을 출력할 수 있을만한 고성능, 대용량의 3D 프린터 및 출력물질이 값싸게 보급되어 대중화되고, 기업들이 이러한 3D 프린터 제작용 도면으로 제품을 판매하는 것이 제도화, 유통화 되었을 때의 문제이지, 현재와 같은 수준의 3D 프린터라면 별 문제는 되지 않을 확률이 높다.

왜인고 하면, 현재의 3D 프린터는 너무나도 비효율적이기 때문이다. 출력 물질의 한계로 복제품의 질과 내구성이 매우 떨어지며 설상가상으로 재료를 분사하고 굳히고 하는 번거로운 제작방식 덕분에 제작시간 또한 매우 오래 소요된다. 더군다나 3D 프린터의 출력에 사용되는 특수한 플라스틱은 값이 무진장 비싸다. 또한 제작 방식 때문에 출력물 크기가 프린터 크기로 제한되는 것도 큰 단점.[4] 이래가지고서야 복제 제작물이 공장제 완제품보다 비싸고 그 크기도 작다보니 말짱 도로묵이다.

덕분에 현재로서는 출력물의 내구성, 제작시간, 비용, 출력 사이즈 등 여러 면을 통틀어봐도 3D 프린터는 불법복제라는 점에서는 전혀 이점이 없다. 굳이 3D 프린터가 아니더래도 입체물에 대한 무단복제는 더 효율적이고 효과적인 다른 저렴한 수단들로 오래전부터 행해져왔고 현재 진행형으로도 이루어지고 있기 때문.

이미 오래 전부터 정품 프라모델이나 인형 제품을 역설계해 금형을 떠 해적판 장난감을 만들거나 가전제품이나 일용품 등을 무단복제생산하는 일이 비일비재하게 이루어져 왔고, 무기 계통으로 가자면 일개 총기부터 전차에 이르기까지 위성 국가에서 눈대중으로 치수를 일일히 재는 아날로그식 방법으로 역설계를 하여 비 라이센스 생산한 것의 가짓수만 해도 이미 헤아릴수 없는 수준이다. 현재와 같은 3D 프린터라면 사실상 다른 방식이 더 효율적이고 싸게 먹혀서 프린터를 통한 불법복제 문제를 굳이 걱정할 필요가 전혀 없다. 이러한 일들이 기업-국가 단위로만 이루어지느냐 하면 그것도 아니라서, 개인 단위에서도 이미 오래전부터 프라모델이나 피규어 등을 실리콘레진으로 몰드 형틀을 떠 복제하는 기술이 아주 오래전부터 행해져 엄청난 노하우가 쌓여있는 상태이다. 심지어 복제/제작용 장비와 소모재를 전문적으로 파는 시장과 정기 수요층까지 다방면으로 오래전에 생겨 있는 수준.

더군다나 이러한 실제 제품 복제는 단순히 복제자의 장비 한계로 인한 제품의 마감과 재질의 뒤떨어짐 등으로 정품에 뒤떨어지는 모습을 가지고 정밀 제품의 경우 그 제품의 성능을 비로소 내는 내부 전자 부품등이나 정품의 고급 특수 재질, 소모재, 공들여진 도색이나 코팅, 기타 제품 처리 등 단순히 역설계 도면만 가지곤 구현할 순 없는 부분이 수없이 존재하는지라 복제한다고 한들 단순히 제품의 케이스나 뼈대를 조잡하게 모방한 허술한 무언가나 혹은 저급의 대채재만 만들수 밖에 없다는 면을 가지고 있다. 껍데기나 겨우 흉내내는, 그나마도 잘 못하는 수준인 메이드 인 차이나 복제품들의 조악함을 생각하면 적당하다. 더군다나 개인이 굴릴 수 있는 3D 프린터가 날고 기어봐야 노즐로 뽑아낼 수 있는 연질 플라스틱이나 경화수지등의 가소성 높은 일원화된 내구도 낮은 소재로만 이루어진 프린터 용량 한계 수준의 작은 입체물만을 적당히 제작 가능하다는 점을 생각한다면 그 한계는 명확하다.

결국 3D 프린터의 가장 큰 장점이라면 (일반인들에 대한)[5] 접근성과 편의성인데, 이 역시도 현재로써는 매우 떨어진다고 볼 수 있다.

5.2. 불법 총기 제작?

상기 문단에서 총기 부품 제작이 언급됐듯이, 장차 기술이 발전해 3D 프린터만으로도 온전한 총기를 제작할 수 있게 되거나 하면 인터넷에서 총기 설계도를 다운로드 받는것만으로 너도나도 불법총기를 제작해 소유할수 있게 된다는 의견이 있다. 이러한 떡밥 덕분에 게임 블랙 옵스 2에서 이 소재를 짤막하게 언급하기도 했으며, 어드밴스드 워페어에서는 아예 3D 프린팅으로 총알을 인쇄하는 무기까지 등장했다.

그러나 상술하였듯 현재까지의 3D 프린터는 그 장단점이 명확하며 한계 역시 확연하다. 현재 가장 큰 문제는 그 내구성으로, 3D 프린터로 제작한 플라스틱 권총의 시험 발사를 해본 결과# 약하디 약한 .380탄간신히 한 번 발사하고 박살났다. 이 정도로 연약한 내구성이라면 차라리 쇠파이프로 만드는 것이 더 낫다. 쇠파이프 두 개와 배관 부품 약간만 있으면 단발식 엽총(뱅스틱)도 만드는데, 그쪽은 12게이지 산탄을 쏠 수 있을 정도의 내구도가 있다.

금속을 3D 프린팅하는 기업용 제품도 있긴 있고, 이 금속 프린터로 M1911을 복제해서 600발 이상 발사 가능한 내구성 있는 총을 만드는 것을 시연해보인 케이스도 있다.# 하지만 이것은 개인의 프린팅 용도도 아니고, 상업품의 대량 양산을 위한 용도도 아니다. 프로토타입 설계 부품을 소량 제조해주는 회사에서 3D 프린트 제품의 시연 능력을 검증하기 위해 만든 것으로, 싯가 최소 40만 달러에서 시작해서 보통 100만 달러가 넘는 공업용 3D 프린터가 필요했다. 아무리 기술이 좋아진다 해도, 이 클래스의 제품이 개인용으로 쉬이 쓰이기는 어려울 것이다. 티타늄 파우더로 프린팅이 가능한 제품도 있긴 하지만 이 역시 우주선 부품 만드는 용도.

게다가 복제 걱정도 기우인 것이, 만들려는 맘만 먹는다면 현재로써도 사제 총기는 간단히 만들어낼 수 있다. 오래된 총기의 설계도야 이미 인터넷은 물론이고 적당한 공공 도서관에 가서도 해당 학술 도서의 열람이 가능한 수준이고, 굳이 설계도가 없더라도 총의 원리에 대한 간단한 지식만 있으면 아예 총을 설계하는 것도 가능하다. 약간의 두뇌(?)와 손재주, 금속 재단 장비와 목제 공작 장비가 있다면 쇠파이프에 철판 정도를 가지고도 충분히 총기를 제작해낼 수 있다. 아니 극단적으로는 쇠파이프 한쪽 막고 화승 꽂을 구멍만 만들어도 초기형 핸드캐논이 탄생한다. 실제로 이러한 식으로 만들어진 파이프쪼가리 사제 총기가 수없이 굴러다닌다. 아프간의 동네 대장간에서도 AK-47을 고철조각 모아 만들어내고, 필리핀에서는 쇳덩어리를 쇠줄로 손수 깎아서 만드는 것이 전통 산업화 되어 있다. 이런 상황 하에서 굳이 3D 프린터를 걱정할 필요는 없는 것이다.

3D 프린터를 걱정하기 전에, 3D 프린터에 비하면 한단계 수준이 낮은 장비인 데스크탑 CNC 머신으로도 부품을 깎을 수 있다. 그리고 그쪽이 훨씬 나은 내구성을 보여주는데, 아무도 데스크탑 CNC를 걱정하지는 않는다. 이제와서 3D 프린터의 사제 총기를 걱정하는 것은 세상을 몰라도 너무 모르는 것이다(…). 게다가 이러한 복잡한 제작 장비까지 올 것도 없이, 천조국과 같은 총기 허용국이라면 그냥 완제품을 사는게 더 싸게 먹히고 더 튼튼하다. 총기가 불법인 국가에서도 차라리 암흑의 루트를 이용하는게 더 싸게 먹힐 판. 현재 '그나마' 쓸만한 금속 출력물을 만들 수 있는 기업용 고성능 3D 프린터가 몇 대를 호가하는 고가의 장비라는 걸 생각해보면 답은 간단하기 그지없다.

그리고 총기 규제 관점에서 보자면, 3D 프린터로 총을 만드는 것을 걱정하기보다는 그냥 총알 정확히는 화약을 규제하는 것이 훨씬 쉽고 빠른 해결책이다. 총기 도면을 다운로드 받을 수 있다고 해도, 강철만큼의 강도를 내는 신소재 출력 재료가 설령 나온다고 해도, 화약은 다운받지 못한다. 주어진 재료를 절삭/분사/적층해서 제품을 제조하는 형식의 현존하는 3D 프린터는 주어진 재료로만 제품을 제조할 뿐 없는 재료를 창조하는 것은 불가능하다.[7] 분자 구조를 바꾸어서 일반 물질을 화약으로 바꾸는 것은 상술한 물질재조합장치 레벨에 도달해야 가능하다. 물론 작금의 시점에서는 연구실 레벨에서나 원자 단위로 가능할까 말까이며 시간/자본 대비 비효율의 극치라는 것은 두말할 나위가 없을 것이다. 아직까지는 픽션의 영역이다.

다만, 모 국가처럼 총기규제는 대단히 집착하지만 총탄관리가 부실한 나라는 문제가 심각해질 수 있다.# 그래서, 3D프린터로 인쇄한 플라스틱 총은 금속탐지에 걸리지 않아 문제가 되기도 하지만, 그 이전에 3D프린터로 인쇄한 모든 총기는 그냥 "사제 총기"의 연장선상에서 당국이 보고 있다고 생각하는 게 편하다. 더구나 금속가공과 달리 소음도 생기지 않고, 손재주도 필요없고[8], 앞으로 어느 가정에서나 가지는 컴퓨터 주변장치가 될 가능성이 높은 범용기계로 연령불문하고 누구나 조용하게 티내지 않고 만들 수 있으니까. 그리고 3D프린터는 일반대상으로는 상용화 극초기면서 앞으로 인쇄방식과 인쇄 재료에 무궁한 발전가능성이 열려 있다. 그러니 총 도면같은 걸 누가 발표하면 각국 정부가 괜히 긴장타고 단속하는 게 아니다.

직접적인 총기 복제 이외에도, 총기 부속물 복제가 문제가 된다고 하는 의견도 있다. 민수용 반자동 총기를 자동사격이 가능하도록 개조할 수 있는 리시버 부품이던가 하는 것이 그것이다. 전 세계적으로 반자동기능만 살아있는 민수용 반자동 총기는 대부분 리시버에 수정을 가해 반자동만이 선택가능하게 만드는데, 이게 더 이상 먹히지 않는다면 범죄조직이 간단하게 반자동 총기를 사서 자동총기로 개조할 수 있다는 뜻이고, 이는 정부기관의 대처능력을 크게 떨어뜨린다는 것으로 연결된다는 것.

그러나 이러한 자동 개조 문제 역시 반론이 있다. 위에서 언급했다시피 이러한 부품은 만들려 든다면 굳이 3D 프린터가 아니더래도 CNC 머신이나 기타 다른 수단으로 얼마든지 제작이 가능한 상황이고, 플라스틱으로 총기 부품을 만들어봤자 그 내구력은 이미 위에서 말한 바 대로 빈약하게 그지없고, 또 자동사격 기능이 삭제된 민수용 총기에 약간 손을 봐서 자동사격이 가능하도록 합법 혹은 불법으로 개조 하는 것은 흔히 행해지는 일이라는 것. 미국엔 특수부품 이딴거 없이 단순히 고무로 된 밴드나 스프링, 플라스틱 링 등을 총에다 적당히 끼워엮어맞춰 준 자동 총기화하는 묘기를 부리는 일이 매우 흔하다. 게다가 반자동 총기를 손쉽게 구매 가능한 수준으로 총기가 굴러다니는 국가라면 이러한 걱정은 사실상 주객전도라고 볼 수 있다. 3D 프린터 출력용 총기 부품을 규제하느니 차라리 총기와 총탄류를 규제하는게 더 빠르다. 게다가 어떻게 규제를 한다고 하더라도 날 놈은 날고 길 놈은 기는게 세상 만사이다. 범죄조직이 언제 법률같은 걸 신경쓰던가? 그리고 범죄조직이 대량의 자동화기를 필요로 할 정도면 직접 제작보다는 그냥 밀수해오는게 더 싸고 쉽다.

일본에서 3D 프린터로 총기를 만든 20대에서 징역 2년의 실형이 선고되었다. 재판부는 “3D프린터를 이용한다면 누구나 총을 만들 수 있는 것이 실증됐다”면서 “모방성이 높고, 형사책임이 무겁다”고 판결 이유를 밝혔다. 일본의 경찰 과학수사연구소는 이 2정의 권총이 실탄 발사가 가능하고 살상능력이 있다고 감정한 바 있다.

6. 단점

위의 반론들에서 세세히 언급되었다시피 아직까지는 기술적 문제가 산적해 있다.

3D 프린터는 마치 등고선을 입체화하는 작업처럼 미세한 높이의 매질을 층층이 쌓아 올려 구현화하는 방식이기 때문에 시간이 끔찍하게 오래 걸린다. 1개의 제품을 구현하기 위해서는 제품의 크기에 따라 다르지만 3D 프린터 내부에서 완료되는 작업만도 하루 정도는 우습게 걸리며 세척 및 경화 작업[9] 까지 감안하면 그보다 더 오래 걸린다.

더군다나 비용도 만만치 않게 든다. 3D 프린터 자체가 몇 억대를 오가는 고가 장비[10]이며 프린팅하는 재료[11] 자체도 특수한 것을 쓰기 때문에 비용이 만만하지 않다. 웬만한 모델링을 3D 프린터로 구현하려면 한 개에 수십만원 단위는 우습게 깨진다. 피규어 한 개의 모델링을 구현하는 데 비슷한 기업제 완성품 피규어 가격 몇 배 이상의 비용이 발생할 수 있다.

또한 완성품의 내구성도 그렇게 신뢰성이 높지는 않다. 보통 사용되는 매질을 이용한다면 PVC 이하의 내구성을 가진다. 하지만 의외로 구현가능한 정밀성은 높다. 물론 정밀성은 3D 프린터의 가격에 비례한다. 가정용이나 저가품, DIY 제품은 정밀성이 떨어질 수 밖에 없다. 저가형 3D 프린터로는 정밀 부품은 꿈도 꾸지 말아야 하며, 피규어 등 오덕 제품도 제품성형 시간을 월등히 뛰어넘는 후처리 작업 및 연마 작업을 각오해야 한다. 가장 문제가 되는 것은 매질이 층층이 쌓이면서 생긴 단차와 가공오차인데 저가형으로 갈수록 심해지기 때문이다. DIY 제품이나 상당수의 몇백만원 대 저가형 제품은 정밀도가 필요없는 컵이나 화병 같은 단품 제품의 제작에 머물러 있는 장난감 수준인 것이 많다.

그리고 무엇이든 뚝딱 만든다는 세간의 인식과는 다르게 정말 큰 문제는 소재가 국한된다는 것이다. 소재를 자유롭게 선택할 수 없다는 것도 큰 단점이거니와, 1대의 3D 프린터로 하나의 기계 완제품을 조형한다고 했을 때 사용할 수 있는 소재는 1종이지만 그 기계가 필요로 하는 소재는 그 이상일 수 있다는 이야기이다. 가령 고무동력 장난감 차를 만든다고 했을 때 동력용 고무줄은 만들 수 없다는 것. 이게 간단한 문제가 아닌게 얼추 비슷해 보여도 용도가 다른 소재들이 넘쳐나는데-당장 강철만 해도 KS나 ISO에 등록된 종류가 몇인지 생각해 보자-이것을 하나로 통일하여 제품을 만들어야 한다는 것이다.

그러므로 아직까지는 상당수의 기업이나 연구단체에서는 R&D 수준에서 3D 프린터를 모델링 테스트 정도의 용도로 사용하고 있으며, 3D 프린터를 이용한 양산작업은 일부 다품종 소량생산 부품을 제외하고는 경제성이 없어도 너무 없기 때문에 고려하지 않고 있다.

6.1. 그럼에도 불구하고

여러가지 단점투성이인 3D 프린터가 기존의 제작방식에 비해서 확실히 우위를 차지하는 점이 있다.

  • 조립 등 제작 공정이 줄어든다.
만약 여러 개의 링을 엮은 사슬을 제작한다고 예를 들면, CNC 등 기존의 제작 방식으로는 링을 하나 하나 만든 후 그것을 연결하는 작업이 뒤따르지만 3D 프린터를 활용한다면 링이 연결되어 있는 사슬 자체를 모델링한 후 출력하기만 하면 된다. 여러 공정이 생략 가능한 것[12]이다. 하지만 상당수의 현재 나와있는 저가 모델들은 이 작업이 불가능한 경우도 많은데, 3D 프린터를 구매할 의사가 있다면 이런 부분은 확실히 알아봐야 한다.

  • 기존의 작업으로는 제작이 불가능한 제품이 제작 가능하다.
마찬가지로 사슬을 예로 든다면 두 개의 링을 연결할 경우 기존의 작업으로는 한 개의 링을 풀어 다른 링을 끼운 후 접합하는 과정이 필요하다. 그러므로 한 쪽 링에는 용접 등 접합 흔적이 남지만 처음부터 3D 프린터로 제작한다면 이런 흔적이 남지 않는다. 특히 공 속의 공 같은 제품은 편법을 쓰지 않는 한 3D 프린터 이외의 방법으로는 제작이 불가능하다.

  • 작업 시간과 비용이 줄어든다.
제품의 제작시간이 오래 걸리는 것은 3D 프린터의 단점이 분명하지만, 몇몇 제품에 있어서는 다른 제작 방식이 3D 프린터보다 제작 시간이 훨씬 길어지기도 한다. 이런 현상은 다품종 소량 생산으로 갈수록 두드러진다. 특히 금형을 필요로 하는 사출, 프레스 제품은 소량 생산할 경우 금형부터 제작할 필요가 없는 3D 프린터 쪽이 훨씬 생산시간과 비용을 절약할 수 있다. 또한 CNC 등 절삭가공에 반드시 필요한 지그 작업을 하지 않아도 된다. 더불어 제품 생산에 있어서 관련 지식이나 기술이 없이도 제대로 된 품질의 제품을 생간할 수 있게 되어 인건비도 사라진다.

  • 작업난이도가 CNC보다 상당히 낮다. CNC가 아무리 기계가 알아서 가공한다지만 절삭조건 확보, 정확하고 안전한 지그의 설계와 제작, 모델링, CAM 추출 등 상당한 사전 과정을 거치는 것에 반해 3D 프린터는 모델링만 있으면 어떻게든 된다. 그러므로 CNC보다 배우기 쉽다.

  • 기존의 작업 방법보다 비교할 수 없을 만큼 안전하다.

7. 여담

3D 프린터를 통해 인류에 공헌하고자 하는 사람들도 있다. "Not Impossible" 사의 과학자들과 공학자들이 남수단 내전으로 인해 팔이나 다리를 잃은 사람들에게 의수, 의족을 만들어 주는 것. 기존의 방식과는 달리 3D 프린터를 사용하면 단 몇 시간 만에 쓸만한 의수가 나온다고 한다. 게다가 3D 프린터로 만드는 의수는 경제적으로도 기존의 의수에 비해 1/3 ~ 1/8 수준까지 저렴하다고. 다만 내구성 자체는 아무래도 떨어진다. 이를 위해 해당 회사에서는 재료수급을 위한 모금운동이 진행 중이라고 한다. 관련 블로그 포스트

  • 3D 프린터를 이용해서 집을 만드는 회사가 등장했다. 6m 높이의 집을 짓는 프로젝트를 시작했다. 집주인이 원하는 어떤 형태로든 제작이 가능하다는 점을 장점으로 내세운다. 다만, 제작까지 3년이 걸린다는 게 흠... 관련기사
    중국에서 하루 10 채의 집을 짓는 영상이 올라왔다.


  • 오레오 과자를 3D 프린터로 만드는 자판기가 나왔다. 쿠키의 맛과 잼의 모양까지 선택이 가능하다고...관련기사

  • 일대일 맞춤형 디자인이 가능해 심장에 피막식으로 붙일 수 잇는 페이스메이커 기술로 응용이 가능하다고 한다

  • 겁스에 따르면 TL11에는 플라스틱뿐만 아니라 재료공학적 기초 원소들을 배합한 nanopaste를 원료로 해서 금속, 생체조직 뿐만 아니라 아예 기계장치까지 "인쇄"할 수 있는 장비가 나온다고 한다. 이런 세계라면 진짜로 '지적 재산권이 물리적 재산권과 같은 의미가 되는' 일이 실현될듯. 테크 레벨/겁스 4판 참조.

  • 콜 오브 듀티: 어드밴스드 워페어에서 3D 프린터 소총이 등장한다. 원리는 자세히 나타나진 않았지만 총알을 계속 프린트를 해주면서 탄창을 바꾸는 것이 아닌 다시 꽉채워주는 재장전 방식이다. 재장전을 볼트액션처럼 재장전만 하기에 교체시간을 많이 줄일수있고 남아있는 총탄은 그대로 쓰이면서 꽉찬상태로 되는 방식이기에 아주 좋은 아이디어로 보인다. 단 예비총탄들이 30씩 이하면 프린트하는 데 시간이 걸리므로 총탄이 거의 사라지면 재장전시간이 꽤나 길어진다는 단점이 있다.

    물론 어디까지나 게임이라 가능한 것이지, 현실적으로는 실현하기 어렵다. 현재의 기술로 물질의 분자 구조를 변형해서 화약을 만드는 것은 불가능하므로 탄환을 인쇄하는 3D 프린팅 탄창이라면 탄두/탄피용 금속 소재 말고도 별도로 탄피 내부에 넣을 화약을 별도로 적재해야 할 것이다. 즉 재료가 2원화되는 단점이 생긴다. 게다가 금속 프린팅은 대체로 절삭/용접 가공으로 이루어지는데, 탄두와 탄피는 금속이므로 해당 공법을 적용해도 별 문제가 없겠지만 화약에 이 같은 공법을 적용하기는 불가능하므로 금속 프린팅 공정으로 생산된 탄피에 별도로 화약을 채우고 탄두를 봉입하는 별도의 공정이 더 필요하다. 근데 굳이 탄피를 만들 필요없이 무탄피탄으로 하면 되잖아? 이러한 복잡한 구조를 지닌 물건을 탄창 사이즈로 소형화해 보병용 총기 내부에 탑재하는 것은 실질적으로 큰 무리가 따를 것이다. 게다가 적당한 크기로 만들 정도로 기술력이 발달한다고 하더라도, 인쇄용 카트리지를 일정 주기로 교체해야 한다면 탄창을 교체하는 것과 전혀 다를 바가 없어진다.[13] 오히려 복잡하기만 하고 신뢰성 면에서는 훨씬 떨어지는 물건이 탄생하는 셈이다.

  • 좀 더 다양한 정보를 찾는다면, 2014년 7월 17일에 방영한 KBS1 다큐 파노라마 '디지털 미래 경제 1편 - 3D 프린팅, 새로운 제조 혁명'을 꼭 보길 강력히 권한다. 3D프린터가 아직 최신기술이라 다큐들이 많지 않고, 해당 다큐가 최근에 방영되어서 최신 기술 소개는 물론 앞으로의 전망까지 꽤 폭넓은 내용을 담고있다.

  • 이젠 전기차도 만든다. 자동차 부품이 2만개가 넘던 걸 50개로 줄여버릴 수 있다고. 링크
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  • [1] 열을 계속 가하는 와중에 마치 용접물처럼 내부적으로 잔류응력등이 생기고, 또 층이 존재하다보니 취성, 즉 깨지는 특성면에서 그냥 금속덩어리를 깎아서 가공하는 CNC 방식보다 약하다.
  • [2] 현재 3D 프린터 기술력으로는 전자기기를 똑같이 출력할 수는 있어도 작동 시키지는 못한다. 그러나 추후에 3D 프린트 기술력이 성장함에 따라 대두될 문제이기도 하다. 실제로 고분자 반도체가 상용화되면 잉크젯 프린터처럼 회로를 인쇄해 찍어낼 수 있게 된다. 관련기사 3D 프린터에 회로 인쇄기를 함께 장착한다면 전자제품을 인쇄해 만드는 세상이 올수도 있다.
  • [3] 특히 부피는 다른 미니어쳐와 비슷하지만 모델에 붙은 규칙 때문에 비싼 스페셜 캐릭터가 복제 대상이 될 가능성이 있다. 누군가 스캔을 하기만 한다면...
  • [4] 보급화를 눈앞에 두고 있다고 해도 보급형 3D 프린터는 출력물 사이즈가 정말 쥐꼬리만하다.
  • [5] 억대의 공장용 장비로 가면 이미 현재도 가능한 레벨이지만, 일반인들이 이런 장비를 만지기는 쉽지 않다. 그러나 북한 손에 들어가면 어떨까? CNC도 만든지 얼마안된놈들이 저런걸 무슨수로 구하는지는 신경쓰지말자
  • [6] 공이 부분만은 금속인데, 이는 플라스틱으로 제조를 못해서가 아니라 플라스틱으로 만들면 금속 탐지기에 걸리지 않기 때문에 규제 대상이 되므로, 일부러 금속으로 제작해서 미국 주류·담배·화기단속국의 승인을 받기 위한 꼼수를 부린 것이라 한다.
  • [7] 다만 이 부분은 반대로 말하자면 국가 규모에서 3D 프린터용 화약 출력재료를 사용할 수 있다면 3D 프린터 총기를 쓸 수 있다는 결론 또한 가능하다. 콜 오브 듀티: 어드밴스드 워페어의 경우 등장 무기 중 개머리판 부분에 화약 기능을 하는 잉크를 탑재해 탄약을 인쇄해서 쏘는 3D 프린터 소총을 묘사하기도 했다.
  • [8] 기껏해야 파이프와 쇠깎아 만든 공이던 것이, 상용 총기의 공개된 절개도를 참고한 물건으로 업그레이드될 위험이 있다.
  • [9] 일반적인 플라스틱 재료라면 연질이기 때문에 경화 용액에 담구어 두어 경화시키는 작업이 필요하다.
  • [10] 현재는 가격대가 다양해져 몇십만원 단위에서 시작하여 몇천만원 정도의 장비도 상당히 다양하다.
  • [11] 재료 또한 다양하고 가격이 내려간 상태. 플라스틱 재질 1kg당 150,000 원 정도의 재료도 있고 중국산, 국산 재료는 더욱 값이 싸다.
  • [12] 다만 시간과 공정은 다른 개념이므로 제작 시간이 늘어날 수도 있다.
  • [13] 질량 보존의 법칙이 어디 가는게 아니므로 30발짜리 탄창을 인쇄할 수 있는 3D 프린팅 카트리지는 30발들이 탄창과 무게가 동일해야 한다. 오히려 부가적인 인쇄장치를 고려하면 더 무거울 것이다.
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last modified 2015-04-03 15:22:35
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