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작성일 : 12-12-04 14:44
토양학에 사용되는 3D 프린터 기술
 글쓴이 : 장지영
조회 : 298  
KISTI 미리안글로벌동향브리핑2012-12-04
 
정형화된 서류처럼 쉽게 물체를 3D로 프린트하는 것을 상상해 보라. 버튼을 잃어버리거나 새로운 커피 컵이 필요하면 프린트하면 된다. 요구에 맞게 물체를 프린트하는 현실은 미래의 기술이지만, 이것을 하는데 필요한 기술은 수십 년 동안 이용 가능해 왔다. 그리고 이제 토양학 과학자들이 이 가능성을 이용하고자 한다.

이번 주 [Soil Science Society of America] 저널 온라인판에 발표된 논문에서, Philippe Baveye씨가 이끄는 연구팀은 3D 프린팅 기술을 이용하여 토양학용 장치를 제작할 가능성을 검토했다. 그들은 신속 가공(rapid manufacturing) 또는 스테레오리소그래피(stereolithography)라고도 불리는 이 기술이 기존의 제작방식에 비해 효과가 더 크다는 사실을 발견했으며, 성공적으로 복잡한 조각을 생산하는데 성공했다. 또한 3D 프린터에 의해 사용되는 디자인을 쉽게 공유하는 능력을 통해, 장치에 대한 복제가 더 쉽고 토양 과학자들 사이에 협력이 더 잘 이루어질 수 있다.

1980년대에 처음으로 개발된 3D 프린팅 프로세스는 컴퓨터로 만들어진 모델(종종 CAD 이미지임)로 시작되었는데, 이것은 물체의 매우 얇은 층을 만들고자 프로그램으로 조각을 내는 방법이다. 그다음, 프린터는 자주 사용되는 열 플라스틱과 같은 재료를 층 단위로 나눈 압출 성형기를 사용한다. 이것은 완전한 3D 물체를 창조하기 위해 컴퓨터 프로그램에 의해 세부적으로 규정된다. 이 방법은 현재 휴대전화기, 보석류 그리고 인공사지 등과 같은 다양한 제품들을 만드는데 사용되고 있다.

Baveye 연구팀은 토양의 투수 전도성을 측정하는데 사용되는 장치인 투수율 측정기(permeameter) 부품을 만들려고 이 기술을 사용했다. 전통적으로, 이러한 종류의 장치는 드릴과 선반을 이용하여 제작된다. 그런데 이 방식은 노력이 많이 들고 시간이 많이 소비되는 작업이다. 또한, 기존의 방식은 복잡한 디자인을 창조할 수 없고 동심원이 같지 않은 구조체와 같은 특정 특성의 물체를 조합해내는 것이 불가능하다. 게다가, 일단 제품이 제작되면, 연구진들은 그것이 좀 더 수정되면 성능이 우수해질지라도 변화하는 것을 싫어한다.

Baveye씨와 그의 동료는, 투수율 측정기 부품 디자인 창조를 위해 3D 프린터를 사용하게 되면, 기존의 장치 제작기술이 가진 몇 가지 문제를 피할 수 있다는 사실을 발견했다. 복잡한 파이프와 같이 만들기가 불가능했던 많은 디자인이 이제는 3D 프린팅 모델로 쉽게 작업이 가능하다. 또한, 일단 한 조각이 디자인되고 심지어 제작까지 된다면, 제품의 변화는 컴퓨터 모델에 의해 쉽게 이루어지고 새로운 것을 다시 프린트하게 된다.

Baveye씨는 "누군가 더 좁거나 더 큰 지름을 가진 투수율 측정기 기둥을 원한다면, 디자인은 몇 초 만에 커지거나 작아질 수 있으며, 새 조각이 추가적인 사람의 노동력 투입 없이 프린트될 수 있다"고 말했다.

힘이 많이 들고 고된 기존의 방식을 피함으로써, 3D 프린팅 기술은 우연히 적용되는 분야의 수준을 높였다. 과거에는 학생과 연구진들이 드릴과 선반을 거의 사용하지 않으려 하였지만, 이제는 더욱 많은 사람이 CAD 도면을 창조하고 프린트할 기회를 기대하고 있다. 이 기술은 토양학 과학자들에게 문을 개방했는데, 그렇지 않았으면 그들이 연구를 위해 디자인과 장치를 창조할 기회를 놓쳤을 것이다.

3D 프린팅 기술을 사용하는 추가적인 혜택 그리고 Baveye씨가 토양 과학에 큰 영향을 미칠 것이라고 믿는 하나는, 디자인이 과학자들 사이에 쉽게 공유될 수 있다는 사실이다. 기존 방식으로 장치가 제작되면, 장치의 복제를 위해서 상세 공정과 심지어는 청사진이 제공되어야 한다. 심지어는, 다른 사람들이 같은 디자인을 생산하는 것을 어렵게 만드는 상세한 측면들이 종종 존재한다. 3D 프린팅 기술은 이러한 장애물을 제거한다.

"CAD 파일은 세계 어디의 동료에게도 이메일을 통해 쉽게 전송된다. 이것은 장치가 복잡한 부분으로 구성되어 있을지라도, 쉽게 복제됨을 의미한다"고 Baveye씨는 설명했다.

3D 프린팅 기술의 장점은 명확하지만, 일부 제한사항이 있다. 물체의 디자인은 반드시 고체 재료에 근접한 것으로 구성되어야 하며, 가장 작은 특성이 현재 사용 중인 프린터의 최소 해상도보다 더 커져야 한다. 그런데 이러한 제약에도, 3D 프린팅 기술은 과거의 제조 방식을 대체하는 유망한 대안이며, Baveye씨와 그의 동료들은 이 기술이 주류가 될 것이라는 사실에 의문이 없다.

"우리는 3D 프린팅 기술의 진화가 레이저 프린터를 따라잡기를 희망한다. 3D 프린터의 가격이 계속 하락함에 따라, 우리는 토양 고학 실험실과 많은 다른 교육기관에 더욱더 광범위하게 사용되기를 희망한다"고 Baveye씨는 말했다.