알면 알수록 매력 있는 4D 프린팅의 세계

요즘 각광 받고 있는 3D프린팅. 다들 한번쯤 들어 본 적이 있을 텐데요. 저도 처음에 3D프린터가 작동하는 장면을 보고 얼마나 놀랐는지 모릅니다. 컴퓨터로 가상 모델링 작업을 하고 난 다음, 작동을 시키면 바로 원하는 물건이 뚝딱 나오는 것이지요. 심지어 아주 작은 물건들도 정교하게 만드는 것도 가능했습니다. 이러한 3D프린터는 의료, 디자인, 건축 등 많은 곳에서 쓰이고 있습니다. 여기서 더 나아가, 4D프린팅도 있다는 사실! 과연 어떤 기능이 추가된 것일까요? 단어만 들으면 잘 감이 오지 않습니다. 과연 어떤 것을 4D프린팅이라고 하는 것일까요?

4D프린팅과 3D프린팅의 가장 큰 차이점은 바로 ‘자가 변형’기능입니다. 즉, 3D프린팅의 개념에서 ‘시간’의 개념이 더해진 것인데요. 물체가 스스로 때가 되면 변형을 일으킨다는 것입니다. 도대체 어떻게 하면 이것이 가능할까요?

▲ 영상 1 물에 의해 형태를 달리하는 물체

우선, 3D프린터의 기능에서 한발 더 나아가 생각해야 합니다. 기존 3D프린터는 미세한 입자를 뿌려 한층 한층 쌓아가는 방식으로 물체를 만들었습니다. 4D프린터는 바로 여기서 특수소재를 쓰는 점이 다르지요. 주로 물, 온도, 빛에 따라서 형태가 달라지는 스마트소재를 쓴다고 하는데요. 이런 특수 소재가 물체를 가만히 놔둬도 스스로 움직이게 하는 것이었네요!

특히 본래 형상을 기억하는 소재의 금속을 사용하면, 쭉 펴진 정사각형의 평면에서 어떤 모양이든 설계자가 의도한대로 모양을 변형할 수 있습니다. 나중에 인류가 우주에 진출할 때에, 온도가 높은 행성에서 스스로 조립되는 집을 연상해 보세요. 충분히 가능하지 않을까요?

그렇다면 4D프린팅은 어느 분야에서 사용될 수 있을까요? 놀랍게도 의류분야에도 적용 된다고 합니다. 많이들 ‘옷에 몸을 맞춘다‘고 합니다. 물론 다이어트를 주제로 하는 이야기이지만, 맞춤옷을 주문하지 않는 한, 우리 몸에 잘 맞는 옷을 찾기는 힘들지요.

▲ 사진 1 MoMa 미술관에서 소장하게 된 ‘널버스 시스템즈’의 드레스

위에서 이야기했던 4D프린팅의 원리를 떠올려보면, 재료 자체가 스스로 변하는 기능을 가지고 있기 때문에, 미세한 입자의 옷감을 스마트 소재로 이용한다면 스스로 변신하는 옷이 만들어지게 됩니다. 디자인 스튜디오인 널버스 시스템즈(Nervous Systems)는 키네마틱스 프로젝트에서 미세한 부품을 맞물리게 해, 아름다운 드레스를 만들어냈습니다.

▲ 사진 2 MoMa 미술관에서 소장하게 된 ‘널버스 시스템즈’의 드레스

드레스는 입자 하나하나가 크기 변형이 가능하기 때문에, 사용자 몸에 꼭 맞게 모습을 달리합니다. 모양을 변형시켜 색다른 디자인을 연출할 수도 있지요. 놀랍게도 형태를 변형시키는 프로그램 어플리케이션도 있다고 합니다. 미래엔 옷을 입을 때 손 하나 움직이지 않아도 될 날이 올 것만 같은데요?

 

▲ 사진 3 4D프린팅 기술을 이용한 배관. 배관의 모양에 따라 형태를 달리한다.

이 외에도 미국의 GEOsyntec 컨설턴트에서는 4D프린팅을 이용해 물의 흐름에 따라 형태를 달리하는 파이프를 연구했다고 합니다. 다들 욕실이나 주방의 배관이 막혀서 고생한 경험이 있으실 텐데요. 그럴 때마다 배관 스스로가 압력을 감지하면 크기를 늘렸다 줄였다 하면서 막힌 부분을 뚫을 수 있겠네요.

이 외에도 4D프린팅이 쓰일 수 있는 분야는 무궁무진합니다. 예를 들어, 의료분야에서 어린아이의 수술을 할 때, 아이의 성장과정에 맞춰 크기가 커지는 인공 장치를 삽입할 수도 있습니다. 건축분야에서는 심해에 사람이 들어갈 필요도 없이 물에 반응해 알아서 조립이 되는 건축물을 이용한다면, 해상도시를 건설할 수도 있지요. 이 뿐만 아닙니다. 공공시설에도 이 4D프린팅 기술을 이용하면, 자연재해에 의해 파괴된 구조물도 스스로 복구되는 등 편리한 점이 한 두 가지가 아닙니다. 여러분도 한번 생각해 보세요. 과연 미래에는 어떤 부분에 4D프린팅이 쓰이게 될지 말입니다.

▲ 사진 4 영화 <트랜스포머>의 한 장면

영화 <트랜스포머>에서 빼놓을 수 없는 요소는 입이 떡 벌어지는 멋진 자동차들인데요. 트랜스포머라는 제목답게, 주인공들의 자동차가 변신하는 모습이 매우 인상적입니다. 많은 사람들이 이야기하듯, 어쩌면 4D프린팅이 영화 속 현실을 가능케 하지 않을까요?

작년, 한국과학기술정보연구원은 4D프린팅 기술을 10대 미래 유망기술이라고 발표하기도 했습니다. 이처럼 가능성이 무한한 4D프린팅 기술은 우리나라에서는 아직 태동기라고 합니다. 외국도 마찬가지로 4D프린팅에 대해 활발히 연구가 필요한 단계에 있습니다. 미국, 유럽 등에서는 주로 우주기술 개발에 착수하고 있는데요. 그야말로 ‘원석’같은 기술인 4D 프린팅. 아직 일상화 되지 않았지만 훗날 우리 생활 깊숙이 자리 잡을 때면, 어떤 세상이 펼쳐질까요? 여러분은 4D프린팅의 세상이 온다면 가장 먼저 무얼 하고 싶으신가요?

Ⓒ사진출처

- 표지 4Dprint.com

- 사진 1, 2 Nervous systems 공식 블로그

- 사진 3 GEOsyntec consultants 홈페이지

- 사진 4 CJ E&M

Ⓒ영상 출처

- 영상 1 '4Dprinting' 유튜브