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3D 프린터의 모습 ⓒ한국전력 제5기 전기사랑기자단 김한빛, 정유진

 

 

요즘 제조업계에서 가장 핫한 기술 중 하나. 바로 3D 프린팅입니다. 3차원으로 설계된 데이터를 기반으로 단시간 안에 입체적인 물체를 만들어내는 3D 프린팅 기술. 유명 제조업체들은 자사의 생산 현장에 발 빠르게 이 기술을 도입함으로써 엄청난 생산성 혁신을 꾀하고 있는데요. 이제 에너지 및 전력 기업들도 3D 프린팅 기술을 적극적으로 활용하고 있다고 합니다. 과연 3D프린터란 무엇인지, 그리고 한국전력은 어떻게 사용하고 있는지 알아보겠습니다.

 


3D 프린팅 기술, 30년 전에도 존재했다?

 

이 기술의 탄생은 1983년입니다. 3D 시스템스(3D Systems)의 공동창업자 찰스 헐(Charles W. Hull)이 최초의 3D 프린트 부품을 제작하고 관련 기술을 개발했습니다. 이후 1987년, 세계 최초의 3D 프린터인 SLA-1 광조형 기술 프린터를 상용화함으로써 3D프린터의 아버지라는 별명을 얻게 됩니다. 3D 프린터가 화제가 된 지 몇 년 지나지 않아 최신 기술이라 생각을 했지만, 30년 전에 개발됐다고 하니 놀라울 따름이네요.

 

3D 시스템즈 홈페이지 화면 ⓒhttps://ko.3dsystems.com/our-story

 

 

 

당시 3D 프린터 기술의 주목적은 시제품 생산이었습니다. 찰스 헐(Charles W. Hull)은 제품 완성 전 시제품을 제작하는 시간을 단축하기 위해 3D 프린팅 기술을 고안했다고 해요. 그가 처음 고안한 방식은 SLA(Stereo Lithography Apparatus)인데요. 한국어로는 광경화 적층 방식이라고 합니다. 이는 캐드(CAD) 등과 같은 3D 모델링 소프트웨어로 설계한 입체 모형을 얇은 층으로 나누는 기술이에요. 3D 프린터는 기본적으로 미세하게 나뉜 층을 차례로 쌓아 올려 출력 대상을 입체적으로 구현하는 방식이거든요.

 

3D 프린터는 당시 굉장히 혁신적인 기술이었지만 가격이 고가이며 물건이 완성되는 시간이 상대적으로 길었어요. 그래서 일반인들이 사용하기보다는 주로 산업용으로 사용됐죠. 그런데 이 3D 프린팅 기술의 원천특허가 2014년에 만료됨에 따라 대체적으로 가격이 하락하게 됐는데요. 그 덕에 일반 대중이 관심을 가지고, 보편화됐답니다.

 


이런 재료도 활용한다? 3D 프린팅 기술의 진화

 

 

3D 프린터의 기술적 분류 ⓒ이기운

 

 

3D 프린팅 기술의 종류는 재료의 종류와 적층하는 방식에 따라 매우 다양해요. 앞서 말씀드린 찰스 헐이 처음 고안한 광경화 적층 방식 외에도, 다양한 방식이 개발됐는데요.

 

레이저 빔으로 분말 상태의 소결제를 포함한 플라스틱, 유리, 모래, 금속 등을 녹여 형상을 조형하는 방식(레이저 소결 적층 방식 Laser Sintering Process)도 있고요. 열에 녹는 와이어 형태의 가소성 수지 또는 왁스 상태의 재료를 사출 헤드로 연속적으로 압출하여 형상을 제작하는 수지 압출 적층 방식(Extrusion Process)도 있답니다. 프린터 헤드에 있는 수백 개의 미세 노즐에서 재료를 분사함과 동시에 자외선으로 경화시켜 형상을 제작하는 폴리젯 적층 방식(Polyjet Process) 등도 존재하고요. 이처럼 사용 용도 및 재료의 특성에 따라 다양한 적층 방식 중 하나를 선택하여 이용할 수 있답니다.

 


 

다양한 분야에서 활용하는 3D 프린팅 기술

 

앞서 말씀드린 것처럼 초창기 3D 프린터로는 플라스틱 소재만 쌓아올릴 수 있었어요. 하지만 최근에는 종이, 고무, 금속까지 재료의 범위가 다양해졌죠. 현재 3D 프린팅 기술은 항공 우주, 자동차, 의료, 패션, 유통, 운동화 등 다양한 제조업 분야에서 활용하고 있어요.

 

ⓒ픽사베이

 

 

의료 분야에서는 3D 프린터를 활용해 보철기구 및 여러 의료 도구를 제작하고 있는데요. 특히 인공관절 등의 분야에서는 전통적인 방식보다 제작비가 저렴해 환자들의 부담을 덜어주고 있다네요. 네덜란드 암스테르담의 한 건축 기업은 각방을 먼저 출력한 뒤, 이를 서로 조립한 ‘3D 프린팅 운하 주택’을 개발하기도 했답니다. 명품 브랜드 샤넬의 칼 라거펠트는 2015년 패션쇼에서 3D프린터로 찍어낸 트위드 수트를 선보였어요. 이외에 전자부품, 항공기 등에 사용되는 부품을 찍어내거나 3D 프린터를 이용해 하루 만에 자동차를 만들어낸 사례도 있답니다.

 

이처럼 다양한 분야의 제조업체에서 활용하고 있는 3D 프린터. 국내에서도 활발하게 사용되고 있는데요. 최근 한국전력에서도 세계에서 인정받는 3D 프린팅 기술을 개발했대요.

 


한전, 3D 프린터로 ‘이것’을 세계 최초로 개발하다!

 

최근 한국전력연구원은 배전용 개폐기의 멀티 센서 모듈을 3D 프린터로 제작했다고 해요. 배전용 개폐기는 전력계통에서 정전 발생 또는 특정 구간 유지·보수 시 전력을 차단하는 설비인데요. 이 배전용 개폐기의 과열/화재/무단 침입을 감지하는 주요 부품이 바로 멀티 센서 모듈이죠.

 

3D 프린팅 기술로 제작한 개폐기 센서모듈 ⓒ전력연구원 홈페이지

 

 

이번에 개발한 기술은 플라스틱 몸체와 금속 배선을 동시에 출력하여 회로 기판과 금형 없이 부품을 제작하는 기술이에요. 설계도만 변경하면 자유롭게 형상을 바꿔 출력할 수 있기 때문에, 설비 현장에서 맞춤 부품을 빠르게 제작할 수 있다고 해요.

 

이 기술은 기판 형태의 플라스틱 소재를 출력한 후 그 표면에 전기배선의 형성 및 전자소자를 장입하고, 그 위에 다시 플라스틱의 순서로 인쇄하는 과정을 반복하는데요. 이에 따라 전자소자와 배선을 플라스틱 내부에 완전히 매립시킴으로써 외부환경(수분, 염분, 먼지 등)의 영향을 근본적으로 차단하기 때문에 내구성도 높다고 해요.

 

전자 회로 3D 프린팅의 경우, 한전이 기술을 개발하기 전에는 플라스틱 표면에 전기배선을 인쇄하거나 배선의 소재에 관한 연구가 대부분이었어요. 현장에 적용이 가능한 완제품 형태를 제작한 것은 한국전력이 세계 최초이고요! 이 사례 덕분에 한전의 3D 프린팅 기술은 외부로부터 인정받았고, 한전의 전력 신기술은 글로벌 시장에서 한발 앞서 나가게 됐답니다.

 


앞으로 3D프린터는 어떤 변화를 가져올까?

 

3D 프린터의 모습 ⓒ픽사베이

 

앞으로 3D 프린터는 우리 일상을 어떻게 바꿔놓을까요? 개인적으로 다음과 같으리라 생각해요. 우선 집에서 3D 프린터를 통해 원하는 음식을 만들어 먹을 수 있겠죠. 이후 입고 싶은 옷, 사용하고 싶은 전자기기 등이 있다면 도면을 다운로드해 손쉽게 직접 제작하지 않을까 합니다. 앞으로는 제품 판매가 아닌 3D 프린터 설계 도면만 판매하는 날이 올 것 같아요.

 

물론 이러한 변화는 발전소 및 전력설비 공사 현장에서도 끊임없이 일어나겠죠. 4차 산업혁명의 대표적 신기술인 3D 프린팅 기술! 한국전력이 선도적으로 활용함으로써 세계 전력 시장을 선도해나가길 기대합니다.

 

 

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