"스마트 소재로 출력하는 4D프린팅 경쟁력 갖춰야"

블루오션… 성장 가능성 무한
미·호주 등 대규모 투자 주목"3D프린팅 전철 밟지 말아야"
[디지털타임스 김은 기자] 3D프린팅에서 한 단계 진화한 4D프린팅 기술이 주목받고 있다. 3D프린팅 시장경쟁에서 한발 뒤진 우리나라 입장에서 4D프린팅 기술에서만큼은 충분히 경쟁력을 갖춰 차세대 전략 산업으로 육성할 필요가 있다는 지적이 나오고 있다.

지난달 31일 업계에 따르면 광주과학기술원이 정부와 함께 지난해 9월 4D프린팅사업단을 세워 19억원을 투입해 3년간 4D프린팅 소프트웨어와 4D 스마트 소재를 개발하고 있다.

4D프린팅은 3D프린터로 출력한 제품이 시간이 지남에 따라 스스로 변화할 수 있는 기술이다. 사람의 손을 거치지 않고 에너지와 물질의 상호작용만으로 스스로 결합해 특정한 모양을 갖춰나가는 자가 변형기술을 의미한다. 특히 제품을 그대로 출력하는 3D프린팅과 달리 출력 크기의 제한을 벗어나 결과물의 크기를 확장할 수 있다는 점에서 주목받고 있다. 30㎝의 정육면체를 출력한 후 더 큰 형태의 의자와 같은 가구, 자동차 범퍼와 같은 제품으로 스스로 확장, 변형한다. 4D프린팅을 위해서는 고성능 3D프린터와 4D프린팅 솔루션이 필요하지만 무엇보다 이를 구현할 수 있는 스마트 소재 개발이 먼저다. 4D프린팅 소재로는 팽창이나 수축이 잘 되는 형상기억합금이나 형상기억 고분자가 주로 쓰인다.

4D프린팅이 주목을 받는 이유는 확장에 제한이 있는 3D프린터의 한계를 극복할 수 있다는 점 때문이다. 또 각 산업에 적용할 경우 물류비용을 획기적으로 줄일 수 있는 점도 장점이다.

이용구 광주과학기술원 기계공학부 교수는 "기존 3D프린팅 기술은 자체 틀의 한계가 있고 변형 과정에서 제품의 성질이 바뀌는 단점이 있다"며 "스마트 소재를 이용해 작은 출력물이 스스로 커지도록 하는 데 주목해 4D프린팅 솔루션과 소재를 개발하고 있다"고 말했다.

4D프린팅은 성장 가능성도 커 각국의 기술개발 경쟁이 치열하다. 미국은 2013년부터 4D프린팅 기술을 이용해 주변 환경에 따라 색깔이나 구조 모양 등을 바꾸는 군용 차량과 비행기를 개발하고 있다. 또 보스톤토목컨설팅과 엔지니어링 업체 마르쿠스 퀴글리는 나노기술을 이용해 조건에 따라 외형이 변화하는 파이프를 개발 중에 있다. 이는 향후 20년간 미국 수도시설 보수에 들어갈 것으로 예상하는 3348억달러의 정부지출 문제를 줄여줄 대안으로 주목받고 있다.

이와 함께 지난해 5월 하버드대 재학 중인 한국인 신병현씨는 스스로 변형하는 전등을 만들었다. 호주 과학센터 ACES도 4D프린팅 기술개발에 성공해 뜨거운 물을 감지하고 자동차단하는 밸브 제품을 출력하는 데 성공했다.

이처럼 각국이 차세대 기술인 4D프린팅에 주목하며 미국과 호주 등이 막대한 금액을 기술개발 투자하고 있다. 반면 국내에서는 광주과학기술원만이 소규모로 개발 사업을 진행할 뿐이다. 이마저도 3년 과제가 끝나면 존속할 지 여부는 확정되지 않았다.

한 업계 관계자는 "3D프린팅에서 초기 기술 경쟁에서 밀리며 시장 주도권을 해외에 넘겨줬다"면서 "4D프린팅은 이제 막 개발이 시작한 블루오션인 만큼 적극적인 투자를 통해 시장경쟁에서 앞서갈 필요가 있다"고 말했다.

한편 시장조사업체 마켓앤드마켓에 따르면 4D 프린팅 시장은 2019년 6300만달러(약 724억원)이던 규모가 2025년에는 5억5560만달러(약6390억원)로 성장한다.

김은기자 silverkim@dt.co.kr