치료하는 3D프린팅

• 첨단의 기술을 활용해 세포로 만든 인공 장기, 고난도 수술의 보조, 그리고 장애인의 의료보조에도 활용하는 기술들이 속속 출현
  • (인공 장기) 잉크 대신에 환자의 세포를 이용하는 ‘바이오 잉크’를 입체적으로 쌓아 인공장기를 만드는 대학 및 회사들이 등장
    • WFIRM의 안소니 아탈라(Anthony Atala) 박사 팀은 세포로 만든 신장(콩팥), 귀(지지체), 인공 뼈 등을 개발(’11. 3, TED)
    • Oreganovo사는 ‘exVive3D^TM Liver’라는 의약품 연구를 목적으로 하는 ‘간(肝) 조직’을 최초로 상용화(’14.11)

      사람의 세포와 조직을 넣어 완벽한 생체조직을 재생하여 생산하는 ‘바이오 프린팅’ 분야를 개척한 회사

    • Tevido사는 유방암 이후 유두(乳頭)의 재건 수술을 위해, 환자의 지방에서 추출한 줄기세포를 활용
    • Cyfuse사는 이식 가능한 ‘인공혈관’을 개발하기 위해 사가대학 및 도쿄부립의과대학과 공동 프로젝트를 진행(’14.11)

      Regenova®라는 3D 바이오 프린터를 개발한 회사(일본)로 유명

    • TRS사는 대형 사고 등으로 안면 및 척추에 골절을 입은 환자들을 위한 보형기술로서 3D 프린팅 기술을 도입

    신장

    귀

    뼈

    유방 복원용 세포

  • (수술 보조) 기존의 MRI(자기공명영상법) 기술과 결합하여 수술 부위를 실제와 같이 구현하여 고난도 수술의 성공 확률을 높임
    • 미국 캘리포니아 주립대 의대에서는 샴쌍둥이 분리수술에 3D 프린팅 기술을 이용해 충분한 연습을 거친 후 단시간에 수술 성공

      샴쌍둥이의 붙어있는 부분을 MRI로 찍은 후 그 모습을 3D 프린터로 인쇄(내장과 뼈까지 세세히 표현)하고 이를 활용한 예행연습을 실시

    • 모건 스탠리 아동병원에서는 2주 밖에 되지 않은 영아의 기형 심장수술을 위해 심장모형을 만들어 사용(‘14.10, Independent)

      당시 아기는 관동맥성심장병(CHD)를 앓고 있을 뿐만 아니라 발달이 느린 단계라 일반 수술로는 성공을 장담하기 어려웠던 상황

  • (의료 보조기) 환자의 신체 구조에 정확히 맞고, 인체 부작용을 최소화할 수 있는 물질을 이용한 보조 기구도 개발
    • 우리나라의 포디웰컴(4Dwelcom)사는 사고로 다리를 잃은 반려견과 반려묘의 다리를 복원한 의족을 만드는데 성공

      SBS의 ‘TV 동물농장’의 700회 프로젝트에서 해당 내용을 소개

    • 덴마크의 Widex사는 3D 프린팅을 활용한 환자 맞춤형 보청기를 제작하여 유럽특허청의 특허상을 수상

      환자의 귀 모양을 정확하게 파악하기 위한 틀을 디자인하고 보청기를 제작하는 것이 핵심 기술

    • 미국 미시간대에서는 ‘기관기도연화증’을 앓고 있는 아기의 기관지에 3D프린팅으로 만든 생분해성 물질의 기도 부목을 장착

  심장(수술 보조)

  반려견 의족

  맞춤형 보청기

  기도 부목

뛰고 나는 3D프린팅

• 전통적인 자동차뿐만 아니라 항공, 국방, 우주분야에 이르기까지 다양한 제조업 분야에서 영역을 계속 개척하고 있는 중
  • (자동차) 이미 수십년 전부터 시제품의 제작에 3D 프린팅 기술을 도입해 왔으며, 최근에는 완성차까지 탄생
    • 포드(Ford) 등 외국 유수의 자동차 업체들 뿐만 아니라 현대 자동차 등 우리나라에서도 2000년대 이전부터 기술을 이용
    • 로컬 모터스는 ‘14년 북미국제오토쇼에서, 최초의 3D 프린팅된 전기자동차 ‘스트라티(Strati)’를 선보임

      일반 자동차가 5천∼6천개의 부품으로 구성되는데 비해, 스트라티는 49개만 으로 이루어져 있으며, 완성에 필요한 시간은 45시간(일반차 10시간)

    원조 전쟁!, ‘최초의 3D 프린팅 자동차’는 누굴까?!

    ’10년에 개발된 어비(Urbee)와 ’14년 스트라티(Strati) 중 진짜 원조가 누구인가에 대한 공방이 뜨거움

    • 로컬 모터스(Local Motors)에 의하면, 기존의 ‘어비’는 패널과 외부 골격만 3D 프린터 기술로 만들었고, 나머지 내부 장비는 일반 공장형 제조방식을 따랐음
    • 반면에 스트라티는 모터, 휠, 윈드실드, 안장 등도 모두 3D 프린팅 기술을 이용
    • 슈퍼카 생산업체 코닉세그(Koenigsegg)는 ‘14년 ‘원(One:1)’의 터보차저, 배기구 등의 생산에 3D 프린팅을 도입할 것이라 선언

      코닉세그의 ‘원’은 v8 엔진에 최고시속 450km, 배기량 5천 cc를 자랑하며 가격은 20∼35억 원에 이름

    스트라티(strati)

    어비(Urbee)

    원(One:1)

  • (항공) 향후 10년 후 5억에서 20억달러까지 시장이 확대 될 것으로 전망(‘14.5, ICF)
    • 에어버스(airbus)에서는 여객기의 무게를 55%까지 줄이기 위해 중국의 서북공업대학교(NPU)와 ‘14년 프로젝트 협약을 체결
    • 제너럴 일렉트로닉스(GE)사는 제트엔진(Leap-1)의 노즐을 만들기 위해 7천만 달러(759억 원)를 투자

      몇 년 내에 제트엔진에 들어가는 25%의 부품이 3D 프린터로 제작될 것으로 전망(’14.5, Flight Global)

    • 록히드 마틴사의 F-35와 다소(Dassault)사의 Falcon-5X의 날개 부품의 제작에도 3D 프린팅 기술이 이미 도입

      F-35는 미국에서 차세대 전투기로 개발하고 있는 초음속 스텔스 수직이 착륙 전투기로 JSF(Joint Strike Fighter)로도 불림

  • (우주) 우주정거장내의 작업에 필요한 공구에서부터 인공위성에서 쓰이는 망원경을 제작하는데까지 여러모로 활용 중
    • 국제우주정거장(ISS)에서의 다양한 작업에 필요한 공구를 우주 왕복선을 통하지 않고도 전송이 가능

      우주정거장 사람들이 필요한 물품을 요구하면 NASA에서는 해당 물품의 설계도 파일을 전송하고, 정거장에서는 이를 3D 프린팅으로 복원해 사용

    • 우주용 망원경을 제작하는 경우, 기존에 비해 부품수를 줄이면서도 더 안정적인 구조가 가능(‘14, 3dprinterworld)

      NASA의 Jason Budinoff박사가 ’14년 9월에 큐브형태(Cubesat)를 개발

  F-35

  Falcon-5X

  우주에서의 3D 프린팅

  우주 망원경

입고 걸치는 3D프린팅

• 다양한 디자인을 원하는 소비자들의 수요 변화에 능동적으로 대응하면서도 생산비와 시간을 절약할 수 있는 강점을 보유
  • (주얼리) 개도국의 낮은 수공비 때문에 어려움을 겪는 선진국업체를 중심으로 수요가 증가(’14.2, Forbes)
    • 컴퓨터를 이용해 디자인하고, 3D 프린팅으로 제품을 확인하여 완성품을 주조하고 소비자에게 전달하는 시간이 3~4일로
    • 수공(手工)으로 하는 경우에는 쉽지 않았던 디자인의 구현도 용이해져 비용 절감이 가능

      미국 뉴욕에 본사를 두고 있는 American Pearl이 2,750억 달러 시장의 판도를 바꾸기 위해 본격적으로 도입

  • (패션) 시간 절약과 비용 절감 등 패션 산업에도 지대한 영향을 줄 것으로 전망(‘13.7, FASHIONISTA)
    • 완성에 이르는 시간이 단축되고, 주문량에 대응하기도 수월해지며, 디자인의 변경도 용이해 질 것

      FIT(뉴욕패션기술대학교), Parsons 그리고 SCAD 등의 명문 디자인 학교들은 이미 3D 프린팅 과정을 교과목에 포함

      ’13년 패션디자이너인 Kimberly Ovitz가 3D 프린팅 업체인 Shapeways와 함께 3D 프린팅을 이용한 패션과 주얼리를 선보이면서 주목

    • 그러나 디자인의 특허권에 대한 논란이 끊이지 않을 것으로 판단

    반지(American Pearl)

    목걸이 장식(shapeways)

    패션쇼(Swarovski)

    패션쇼(Kimberly Ovitz)

심고 가꾸고 수확하는 3D프린팅

• 이미 선진국에서는 농업 현장에서 농기계, 보수 및 개량, 해충 방제, 토양 연구뿐만 아니라 도시농업에도 적용
  • (농기계) 유수의 대기업에서는 3D 프린팅을 이용하여 시제품을 만들고 있으며, 고가의 농기계 부품을 대체하는 기업도 탄생
    • AGCO사에서는 종자 파종기(White Planter 9000 series)를 제작하는데 사용하였으며, 향후 신제품 제작에도 이용 예정

      기존 방식으로는 부품 설계에 5주, 테스트에 2주가 소요되나 3D 프린팅을 활용하면 5주안에 최대 5개 버전의 시제품을 만들고 테스트까지 가능

    • John deere사와 협력하고 있는 UNI(북아이오와대학교)의 주금 (鑄金)센터에서도 새로운 트랙터 디자인에 활용

    미래의 농업 현장, 어떻게 바뀔까?!

    대략 2025년이 되면 소형 3D 프린터가 농가에 많이 보급될 것이고, 농업인들은 인터넷을 통해 필요한 농기계 부품이나 소농구의 파일(CAD 형태)을 다운로드 받아 프린트하여 사용하게 될 것(’13.10.25, Agweb.com)

    • 부품의 교체에 필요한 시간과 비용이 획기적으로 절약될 것이고, 농기계 회사와 유통업자들의 입장에서도 재고 관리 비용이 줄어들게 될 것
    • 2016년까지 기업에서 사용하는 3D 프린터의 가격도 2천 달러까지 하락이 예상(’13, Gartner research)
    • 부품 생산업체인 GVL poly사에서는 대형 농기계의 수리가 필요할 때, 농기계의 회사별로 특정 부분의 부품을 저렴하게 생산·판매

      재료를 폴리에틸렌으로 대체하고, 제작기간도 단축하며 농업인의 경제부담을 줄였을 뿐만 아니라 강도는 기존의 금속에 버금가면서도 무게는 더 낮춤

  종자 파종기(AGCO)

  수확기(GVL poly)

  농기계 시작기(GVL poly)

  • (해충 방제) 해충의 생태를 이해하여 ‘병해충 종합 관리 시스템 (Integrated Pest Management)’을 갖추기 위한 작업에도 활용
    • 플로리다 오렌지 산업의 골칫거리인 ‘귤나무이’를 포집하기 위한 트랩(trap)을 개발하는데 성공(‘14, FDACS)

      해충 생태를 이해하기 위해서는 살아있는 귤나무이를 많이 포집해야 하는데, 3D 프린터와 LED 조명을 활용한 기술이 기존의 끈끈이 방식을 대체

  플로리다의 ‘귤나무이’, 얼마나 피해를 주나?!

  지난 5년간 45억 달러(4.9조 원)의 생산액 감소뿐만 아니라 8천 명의 오렌지 산업분야 인력 감소를 야기

  • 황룡병(黃龍病)이라고 부르는 ‘감귤그린병’의 주범
  • 이로 인해 오렌지 농가들은 폐업을 하고, 수 km에 이르는 인근 농가에까지 영향이 그대로 퍼지게 됨
  • (토양 연구) 복잡한 토양 생태계를 분석할 때, 토양구조가 과도하게 파괴되던 한계를 극복(’14.2.11, microfabricatror.com)
    • 토양을 입체적으로 복제할 수 있으므로, 토양의 기하학적 구조를 들여다 볼 수 있고, 미생물들의 상호작용에 대한 평가가 가능

      영국 스코틀랜드의 에버테이 대학교(Abertay University) 심비오 센터의 과학자들에 의해 착안

  • (도시 농업) DIY방식으로, 가정의 화단이나 베란다에서도 수경 재배(hydroponic)가 가능한 시스템을 구성하는 데에 이용
    • 3DPONICSTM은 도시민들에게 농사의 즐거움을 전달하고, 교육의 장(場)을 마련한다는 취지의 서비스를 ‘14년 런칭

      3D 프린터만 보유하고 있다면, 홈페이지 접속을 통해 손쉽게 가정용 수경 재배 장치를 만들 수 있는 프로그램을 무료로 다운로드가 가능

      뿐만 아니라 사용자가 자신에게 맞는 장치도 고안할 수 있도록 하는 별도 애플리케이션(App)도 제공

먹고 마시는 3D프린팅

• 3D 프린팅을 활용하는 음식의 제조는 식량부족을 해결할 수 있는 대안이 되고, 식품업계에도 새로운 경제적 기회를 제공할 것
  • 식량공급에 이용되는 토지, 삼림, 늪지 등에 대한 환경부담을 줄이면서 필요한 열량 공급이 기대(‘13, SMRC)
    • 미세 조류(藻類)를 맞춤형으로 조합하여 프린팅하는 ‘알게리움 바이오프린터’를 영국 센트럴마틴스예술대에서 개발 중
    • 식육 생산업을 대체하고 향후 20년내에 충분한 양의 고기를 공급하기 위해 Modern Medow사가 합성고기 프린팅을 연구 중
    • 뿐만 아니라 런던사우스뱅크 대학(LSBU)에서는 식용 곤충을 이용해 3D 프린팅으로 파이나 빵 등을 제조하는 연구도 진행
  • 포브스(Forbes)지는 식품 산업을 3D 프린팅의 성장으로 가장 큰 혜택을 보게 될 분야로 지명(‘13.10.29)
    • 액체나 파우더 형태의 재료가 혼합되어, 기존과는 전혀 다른 형태의 식품이 탄생할 수 있고 식재료 회사의 로고 인쇄도 가능
    • 인체에 유익한 유기분자(organic molecules)들을 첨가할 수도 있고 창의적인 요리법의 공유도 가능할 것으로 전망

      SMRC사의 피자 프린터, Natural Machines사의 FOODINI, Barilla사의 파스타 프린터 등이 개발을 이미 완료하거나 출시

  알게리움 바이오프린터

  인공육 및 시식(Modern Medow)

  푸디니(Natural Machines)

3D프린팅은 미래산업의 형태라는 인식이 중요

• 3D프린팅 기술은 신기술에 환호하는 사람들의 호사스런 취미가 아니라 중요한 산업기술로 국가의 역할이 매우 중요
  • 전세계에서 앞다투어 투자하는 이유는 기존 산업체계의 개념과 형태를 바꿀 뿐 아니라 엄청난 부가가치가 존재하기 때문
    • 기존 산업간 경계의 의미가 없어질 뿐 아니라 소비자간의 정보 교류, 지식나눔을 통해 신영역까지 만들어내는 새로운 산업

      일본, 중국, 미국 등에서는 일반인들이 전문가나 관심있는 사람들과 정보를 공유하고 발전시켜 자신이 고안한 물품을 생산, 판매하는 1인기업이 급증

미래 선도를 위한 연구개발과 정책이 필요

• 3D프린팅과 관련한 농식품 분야의 소재·제품·서비스 등에 관한 아이디어와 원천기술을 확보하는 연구와 정책을 준비할 시기
  • (R&D) 농업에 적용가능한 3D프린팅 제품·서비스의 광범위한 탐색과 바이오프린터의 원료 및 공정 기술 개발이 중요
    • 다양한 고객별 필요 제품을 조사하고, 현장 주체들과의 협력· 소통을 통한 공동연구 체계도 필요

      농기계 부품, 시설 자재, 소농기구 등 각종 제품의 발굴 및 활용성 검토

  • (정책) 농축산믈 기반의 3D프린팅 소재 개발 및 관련 산업 육성을 위한 투자 및 지원 정책 마련이 필요
    • 3D프린팅 식품·소재의 안전성을 확보할 수 있는 규정 및 관리, 재료(소재)의 표준화 등의 기준 마련
    • 농업인의 아이디어 발굴 및 창업을 돕기 위한 교육 등 활용 확산을 위한 인프라 구축도 고려