‘만능’ 3D프린터가 낮잠 자는 이유

‘재료’ 품질 낮아 실용화 발목… 마감 거칠고 강도 떨어져
재료硏, 다양한 전용 소재 개발中

재료연구소 연구진이 3D프린터로 출력한 금속제품. 최근 3D프린터 기술의 발전으로 금속은 물론 세라믹(도자기), 복합재료 등 다양한 소재의 물품 출력이 가능해졌다. 재료연구소 제공

사례1. 첨단제품에 관심이 많은 직장인 A 씨. 필요한 물건을 직접 만들어 쓸 수 있다는 말을 듣고 개인용 3D프린터를 구매했지만 점점 사용하지 않게 됐다.

사례2. 원하는 부품을 직접 만들기 위해 산업용 3D프린터를 도입한 B사. 막상 부품을 출력해 보니 판매용 제품에 적용하기엔 걸림돌이 많아 샘플 제작 등에만 이용하고 있다.

손톱만 한 플라스틱 제품에서부터 대형 건축물까지 찍어낼 수 있는 만능 생산도구 3D프린터. 하지만 아직 완벽한 실용화와 거리가 있다는 지적이 많다. 3D프린터로 찍어낸 물건은 마감이 거칠고 강도가 떨어지는 등 품질이 좋지 않다는 인식이 강하다.

3D프린터 전문가들 사이에서는 이 문제를 해결하기 위해 3D프린터로 물건을 찍어낼 때 사용하는 ‘소재’를 혁신해야 한다는 주장이 많다. 3D프린터의 성능은 점차 좋아지는 반면, 여기에 쓰이는 ‘재료’의 품질은 아직도 제자리여서 균형을 맞춰야 한다는 의미다.

3D프린터에 쓰인 재료는 주로 플라스틱 등의 고분자 물질. 최근엔 금속 등도 자주 사용된다. 재료를 분말이나 작은 조각(펠릿), 와이어 등의 형태로 만들어 넣고 물건을 찍어낸다. 그러나 기존 재료를 그대로 재활용하는 경우가 대부분이다. 일례로 3D프린터에 사용하는 금속 분말은 주로 스웨덴, 영국, 미국 등 일부 국가가 제작해 공급하지만 주로 여러 산업에 사용되는 금속 분말을 3D프린팅 공정에 맞도록 10∼45μm(마이크로미터·1μm는 100만분의 1m) 정도의 크기로 재가공하는 수준에 그친다. 김용진 재료연구소(재료연) 분말세라믹연구본부 연구원은 “최근 가스터빈이나 초저온냉장고, 자동차 터보엔진 부품을 제작할 때 쓸 수 있는 3D프린터용 고효율 금속 분말도 개발 중”이라며 “기본 소재기술이 높아질수록 3D프린터의 성능도 한층 높아지게 될 것”이라고 말했다.


최근 3D프린터 기술이 부쩍 발전하면서 소재기술의 중요성은 더 커졌다. 고분자 소재에 다양한 소재를 섞어 넣은 후, 출력을 마친 물건을 높은 열로 소결(燒結)하거나 빛을 이용해 굳히는 등 여러 첨단기술이 동원되고 있다.

이 원리를 이용해 최근엔 뼈에 이식하는 ‘골이식재’도 3D프린터로 만들 수 있게 됐다. 재료연 윤희숙 연구원은 지난해 3월 나노미터(nm·1nm는 10억분의 1m) 단위의 공기구멍을 가진 다공성 골이식재 제조법을 최초로 개발하고 국내 기업에 이전하기도 했다.

윤 연구원은 “3D프린터용 소재는 대부분 플라스틱 등 고분자 재료가 70% 이상을 차지하고 있지만 최근 도자기(세라믹)나 복합소재 등 과거에 3D프린터에 쓰지 못하던 소재로도 물건을 만들 수 있게 됐다”면서 “다양한 기존 산업용 소재를 3D프린팅 전용 소재로 새롭게 개발할 필요가 있다”고 말했다.
　
전승민 동아사이언스 기자 enhanced@donga.com