[칼럼] 3D, 4D 프린팅과 인쇄전자
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[칼럼] 3D, 4D 프린팅과 인쇄전자
  • 조규진
  • 승인 2019.12.15 15:29
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성균관대학교 양자물리과학원 생명물리학과 조규진 교수
조규진 교수
조규진 교수

최근 전 세계적으로 4D 프린팅에 대한 기술 개발이 활발하게 진행되면서, 기존에 혁명적 기술로 인식되면서 많은 연구개발이 이루어졌고 현재 지속적으로 개발되고 있는 3D 프린팅과 인쇄전자와는 어떤 부분이 같고 어떤 부분이 다른지에 대해 많은 논의들이 되고 있다.

그러나 본질적으로는 환경오염 없이 최소한의 소재를 이용하여 디지털 제조공정과 부가 제조방식을 이용하여 제조 산업의 혁명을 이루고자 하는 동일한 목표를 지향하고 식각 공정 없이 모두 부가 방식의 동일한 기술에 기반하기 때문에 4D 프린팅과 3D 프린팅 그리고 인쇄전자는 근본적으로 같다고 볼 수 있다.

따라서 궁극적으로는 이들 세 가지 디지털-부가형제조 방식은 서로 혼용되어 영화 아이언맨에서 슈트를 제작하듯이, 우리가 상상하는 무슨 제품이든 다양하게 제조할 수 있다는 것을 의미하며, 이는 제조 산업도 이제는 개인 맞춤형 산업으로 변화되면서 현재까지는 동일한 제품을 전 세계 사람들이 구매해서 사용하였으나, 이제 다가오는 21세기에는 자신의 취향과 신체 여건에 적합하게 모든 것이 특별하게 제조되어 판매될 것이다.

스마트폰을 예로 들면, 자신의 손을 3D 스캐너로 스캐닝 한 후, 손으로 쥐는 부분과 화면 크기, 정보처리 용량 등을 선정하면, 기업에서 곧바로 3D프린터로 인쇄하면서 동시에 전기 및 전자 부품들을 같이 인쇄하여 제조한 후, 소비자에게 배달되도록 하면, 소비자가 사용하면서 지루하지 않도록 일정 시간이 지나면 스마트폰의 색깔이 변하거나, 소비자가 땀을 많이 흘리게 되면 표면에 새로운 기능이 스스로 나타나 땀을 흡수하도록 하는 자기 스스로 주변 환경에 적응하도록 디자인된 스마트폰을 우리는 4D 프린팅 기술로 제조 한 스마트폰이라고 말할 수 있다.

 

4D로 프린트된 드레스 이미지 (사진 출처=www.rhinecapital 홈페이지 갈무리) ©AI타임스
4D로 프린트된 드레스 이미지 (사진 출처=Rhinecapital 홈페이지 갈무리) ©AI타임스

또 다른 한 예를 들면, 위의 이미지와 같이 개인 체형을 스캐닝하고 3D프린터로 제조한 옷에 인쇄전자 기술을 이용하여 동시에 센서 및 제어소자와 전기배선을 임베딩하여 옷을 만들면, 비가 오는 날에는 인쇄전자 기술로 임베딩한 센서가 신호를 주어 옷이 우비로 바뀌도록 하면서, 또한 날씨가 추우면, 임베딩한 열선에서 열을 내어 일정한 온도를 유지할 수 있도록 제조된 옷을 4D 프린팅으로 제조된 옷이라고 할 수 있다.

상기의 두 가지 예에서 설명하였듯이 결국 4D 프린팅 기술은 3D 프린팅과 인쇄전자가 융합된 기술이면서 동시에 사용하는 잉크 소재의 분자 상태를 제어하여 외부의 자극에 의해 수축, 팽창, 색 변화, 친수 특성 변화 등을 전기적 신호로 제어할 수 있도록 제조한 지능형 부가 제조 방식이라 할 수 있다.

 

프린팅 로봇의 이미지 (사진 출처=NDTV 이미지 갈무리) ©AI타임스
프린팅 로봇의 이미지 (사진 출처=NDTV 이미지 갈무리) ©AI타임스

궁극적으로는 위의 로봇 이미지에서 보여주는 형태의 다양한 로봇을 생산하는데 최적의 생산 기술이 될 것으로 기대된다. 따라서 21세기 제조 혁신기술인 4D 프린팅 산업의 육성은 3D 프린팅 산업과 인쇄전자 산업에 분자 단위에서 소재를 디자인하는 정밀소재 기반 잉크 제조 산업을 융합한 형태의 전략이 필요하다고 생각한다.

 

 

성균관대학교 양자물리과학원 생명물리학과 조규진 교수

 

 

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