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안녕하세요. 한국과학영재학교 kt 전시 요원 조정민입니다. 3D 프린터는 현재 세계적으로 정말 많은 관심을 받고 있는데요~ 그런데도 3D 프린터가 워낙 생소한 기술이다 보니 아직 잘 모르시는 분들이 많습니다. 그래서 MWC 2015에도 3D프린터가 소개되길 기대하는 마음으로, MWC가 시작하기 전에 3D 프린터에 대해 알아보고자 합니다. 
(*보다 효과적인 내용 전달을 위해 xyzist.com의 그래픽을 사용합니다. 모든 그래픽은 xyzist.com의 동의 하에 사용되었습니다)


3D 프린터란?


대부분 이미 아시는 사실이지만 2D는 평면, 3D는 입체를 의미합니다. 일반적인 잉크젯/레이저 프린터들은 컴퓨터 속에 들어있는 디지털화된 문서나 그림과 같은 평면 정보를 종이 위에 출력합니다. 그렇다면 3D 프린터는 무엇일까요? 3D 프린터는 디지털화된 3D(입체) 정보를 실제로 출력하는 도구를 말합니다.

3D 프린터는 1984년, 미국의 발명가 척 헐(Charles W. Hull)에 의해 최초로 발명되었습니다. 3D 프린터는 컴퓨터 속 3D 설계를 빠르고 정밀하게 실제로 제작해볼 수 있었기 때문에 많은 기업과 연구실에서 사용되었습니다. 특히, 금형을 제작한 뒤 사출 성형을 하기 전에 프로토타입을 3D 프린터로 제작해 테스트하면 개발 비용과 시간을 크게 절감할 수 있었죠. 지금도 기업이나 대학 연구실에서는 3D 프린터를 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 하지만 최소 수천만 원을 호가하는 가격과 수백만원의 원료비는 일반인의 3D 프린터 사용을 어렵게 만들었습니다.

그러던 중, 영국 Bath 대학의 아드리안 보이어(Adrian Bowyer) 교수는 3D 프린팅의 영향력을 실감하고, 이에 대한 연구를 진행합니다. 그는 3D 프린터로 부품을 출력할 수 있고 저렴한 자가복제형 FDM 방식 3D 프린터를 개발하기 시작했습니다. 그리고 FDM 방식의 특허가 해제된 2007년에 자신의 연구 내용을 오픈소스로 공개하는데, 이것이 바로 RepRap 프로젝트입니다.


RepRap 프로젝트!


<RepRap 프로젝트의 로고와 오픈 소스, 오픈 소스 하드웨어 로고>

RepRap은 Replicated Rapid Prototyper의 줄임말입니다. 이름이 의미하듯 자가복제가 가능한 3D 프린터를 의미합니다. 최대한 많은 부품을 3D 프린터로 출력 가능하고, 나머지 부품들도 주변에서 쉽게 조달할 수 있는 프린터를 지향한 것이죠. 이 프로젝트의 최종 목적은 3D 프린터를 가진 사람들이 3D 프린터 부품을 다른 사람들에게 출력해줘 연쇄 반응이 일어나듯 3D 프린터가 늘어나는 것입니다. 

또한, 모든 설계와 소프트웨어를 오픈소스로 공개하여 다른 사람들의 자발적인 참여로 3D 프린터가 진화하도록 했고, 이를 염원하며 3D 프린터들의 이름을 Darwin, Mendel, Huxley 등 영국의 진화생물학자 이름을 붙였습니다.


<RepRap의 두 번째 모델인 Mendel>

저 역시도 2013년 여름에 RepRap의 3D 프린터 중 하나인 Prusa Mendel i2를 제작했고, 부품을 출력하여 판매하기도 했습니다. 3D 프린터 제작에 관심 있으신 분들은 제 블로그(http://wakalics.blogspot.kr)에 방문하시면 3D 프린터 제작을 위한 재료 구입, 제작기, 3D 프린터의 작동원리 분석 등에 대한 자세한 글을 보실 수 있습니다.


<직접 제작한 Prusa Mendel i2>

RepRap 프로젝트는 성공적으로 진행되었습니다. 위키 페이지인 reprap.org 에 접속하면 3D 프린터에 대한 많은 정보와 설계, 제작 방법을 볼 수 있습니다. 3D 프린터의 구조도 여러 가지가 개발되었고, 제어 소프트웨어도 많은 발전이 이루어졌습니다. 

RepRap 프로젝트의 가장 큰 의의는 개인용 3D 프린터를 대중화시켰다는 것입니다. RepRap 프로젝트를 통해 3D 프린터의 가격이 크게 내려가고, 공개된 설계와 소프트웨어를 통해 개인이나 기업들의 3D 프린터에 대한 진입 장벽이 크게 낮아졌습니다. 현재 시장에 공개된 개인용 3D 프린터의 90% 이상은 RepRap 기반의 설계를 사용하고, RepRap에서 파생된 펌웨어를 사용하고, RepRap에서 파생된 소프트웨어를 사용합니다.

지난 1월에 라스베가스에서 개최된 CES 2015 에서는 새로운 방식의 3D 프린터들이 공개되었습니다. 특히, 이들은 독특한 능력으로 주목을 받았습니다. MarkForged는 출력 시 녹은 플라스틱과 함께 유리섬유, 탄소섬유를 삽입하여 튼튼한 출력물을 제작하는 기술을 선보였는데요. 기존의 3D 프린터 출력물들은 강도가 낮아 실제 사용하기에는 무리가 있었는데, 이 기술을 사용하면 정밀하고 가벼우며 강한 부품을 빠르게 만들어 바로 사용할 수 있습니다.

또한, Voxel 8은 플라스틱을 출력하는 노즐과 함께 은 재질의 전도성 물질을 출력하는 노즐을 장착한 프린터를 제작했습니다. 이 프린터는 전용 소프트웨어와 함께 사용하면 3D 출력물 내부에 전선을 내장할 수 있습니다. 이 기술을 이용한다면 회로 없이 골격구조와 전자 부품만으로도 작동하는 물건을 제작할 수 있습니다. 실제로 CES에서는 이 기술을 이용하여 회로가 골격에 내장된 드론의 비행을 선보이기도 했습니다. 이처럼 3D 프린팅 기술을 아직도 계속해서 발전중입니다. 그렇기에 더더욱 이번 MWC 2015에서의 3D 프린터 조사가 기대됩니다. 

Tip! 3D 프린터에 대해서 정말 자세하게 알고 싶은 분들은 아래 링크를 참고하시면 보다 깊이 있는 정보를 얻는 데에 도움이 될 것입니다.

- reprap.org : 앞서 말씀드린 오픈 소스 3D 프린터 프로젝트인 RepRap의 위키 페이지입니다. 3D 프린터의 종류, 구조, 3D 프린터를 만드는 데에 사용되는 부품들, 그리고 각 부품의 재질별 특징까지 정말 자세한 정보를 얻을 수 있습니다.

- xyzist.com : 3D 프린터에 대한 고품질의 정보를 한국어로 얻을 수 있습니다. 정리가 잘 되어 있어 쉬우면서도 자세하게 3D 프린터에 대해 알 수 있습니다.


드론이란?

최근은 3D 프린터 뿐 아니라 드론에 대해서도 정말 많은 관심이 집중되고 있는데, 드론은 3D 프린터에 비해 그 개념이 모호해서 좀 더 간단하게 다루도록 하겠습니다. 

드론, 영어로 Drone은 과연 무엇일까요? 드론은 무인 비행체나 멀티콥터를 의미합니다. 처음 드론이라는 이름이 붙은 비행체는 미군의 무인기인 MQ-1 프레데터입니다. 그러다 점차 무인기 전체를 드론이라고 부르게 되었고, 무인기 실험에 많이 사용되던 멀티콥터들도 드론이라고 불리게 되었습니다.

               <미국의 무인 정찰기 MQ-1 프레데터>                                                            <DJI의 간판 모델인 팬텀2>                       

※ 이미지 출처 : 위키피디아

여기서 멀티콥터란 여러 개의 프로펠러를 가진 헬리콥터를 말합니다. 한 개의 큰 메인로터를 가진 헬리콥터는 로터의 날개 각도를 변화시키는 방식으로 비행 방향을 조절합니다. 이를 위해 커다란 모터와 각도를 조절하는 정교한 링크 구조가 필요합니다. 이에 반하여 멀티콥터는 여러 개의 프로펠러를 가지고 있고, 이 프로펠러들의 회전 속도를 조절하는 방식으로 방향을 조절합니다. 그렇기에 여러 개의 작은 모터만으로도 제어가 가능하죠.

<멀티콥터의 비행 방식>

※ 이미지 출처 : 위키피디아

대신, 이들 모터를 제어하기 위한 복잡한 전자 장비가 필요합니다. 특히 현재의 자세를 파악하기 위한 고성능 자이로, 가속도계가 필수적입니다. 최근 전자 기술의 발달로 고성능 전자 부품의 가격이 저렴해지고, 특히 반도체를 가공하여 기계 구조를 제작하는 MEMS 기술의 발달과 상용화 덕분에 초소형 고정밀 자이로를 저렴하게 구할 수 있게 되었습니다. 이런 현상에 힘입어 멀티콥터의 강점이 빛을 발하게 되었습니다.

멀티콥터의 가격이 저렴해지고 이들이 대중화됨에 따라, 드론의 용도도 아주 다양해졌습니다. 전통적으로 방송 업계에서는 멀티콥터를 항공 촬영에 이용해 왔습니다. ‘1박 2일’이나 ‘꽃보다 할배’와 같은 예능 프로그램에서도 이들을 사용하여 화제가 되기도 하였죠.


       <항공 촬영에 사용되는 드론>                                                              <DJI의 최신형 모델 인스파이어 1> 

※ 이미지 출처 : 위키피디아

또한, 드론의 무인 기능을 이용하여 농사를 짓는 데에 사용하기도 하고, 드론 제작과 비행을 취미생활로 하는 사람들도 늘어났습니다. 이들은 장애물 코스를 만든 뒤 드론을 이용하여 경주하거나 정해진 규격의 링 안에서 드론 싸움을 하기도 합니다. 참 재미있죠?

하지만 드론의 미래가 마냥 밝기만 한 것은 아닙니다. 미국에서는 드론의 인간에 의한 조종만을 허용하고 있고, 비행 범위를 제한하고 있어 아마존의 배달 서비스와 같은 본격적인 활용은 어려운 상황입니다. 얼마 전에는 미국 백악관 상공을 날다 추락한 드론이 발견되었고, 영국에서도 정체불명의 드론들이 발견되어 문제가 되고 있습니다. 그러고 보니 한국에서도 무인기가 문제가 된 상황이 있었죠. 

이런 문제 상황 속에서도 드론은 많은 기대를 받고 있습니다. 지난 1월의 CES 2015는 드론 소개의 장이었다고 봐도 무방할 정도입니다. 중국의 DJI와 프랑스의 패럿, 그리고 수많은 중소 업체들이 자신들만의 새로운 드론을 선보였답니다. 

지난 CES에서 많은 드론이 선보이고 화제가 된 만큼, 이번 MWC 2015에서도 과연 새로운 드론 기술이 나올지 기대가 되네요^^ 
지금까지 kt 전시 요원 한국과학영재학교 조정민이었습니다! 

※ 위 포스팅의 글에 대한 권한은 해당 작성자에게 있으며, 해당 포스팅이 kt의 입장 또는 의견을 나타내지는 않습니다.

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