제조업은 3D프린터의 영향으로 패러다임이 전환되고 있다.
오디오기기 생산기업들은 최근 영업실적이 부진한 것으로 나타나고 있다. 음질이 좋아도 하드웨어만으로는 비즈니스가 성립되지 않기 때문으로, 하드웨어에 적합한 콘텐츠가 필수적인 요소로 부상하고 있다.
일본은 저출산, 도시 인구 증가의 영향으로 2050년까지 지방을 중심으로 거주지역의 20%가 무거주화될 것으로 예상되고 있다. 특히, 지방은 신문광고의 구인란이 증가하는 등 일손부족이 심각해지고 있다.
운송업 등 몸을 사용하는 직업은 로봇, 기계가 대체할 수 없는 부분이며 의사, 연구자, 디자이너 등 전문직도 필요하지만 몸과 머리를 같이 사용하는 직업은 IT화, 로봇화가 진행됨에 따라 점차 불필요해지고 있다.
공학부 출신 인재는 콘텐츠를 만드는 콘텐츠계 엔지니어가 되기를 희망하고 있어 3D프린터가 긍정적인 역할을 할 것으로 기대되고 있다.
일본 NHK의 「클로즈업 현대」에서 2014년 1월13일 방송된 「2번째 명함」 사례를 통해 가능성을 확인할 수 있다.
「2번째 명함」은 어떤 사람이 인터넷에 로봇을 만들었다고 글을 올리자 다른 2명이 공감하기 시작하면서 200만엔에 달하는 의족을 4만엔에 만드는데 성공한 사례이다.
인터넷 전화인 스카이프를 통해 진행상황을 매일 보고했으며, 디자이너가 3D-CAD로 작성한 데이터를 엔지니어에게 보내면 엔지니어가 3D프린터로 조형해 작동시키고 소프트웨어 개발자가 스카이프를 통해 작동 모습을 보면서 제어 프로세스를 연구하는 방식으로 순식간에 3명의 팀을 구성해 의족을 완성했다.
3D프린터는 Additive Manufacturing, 적층가공 등으로 번역되고 있으며, 2012년 미국에 관련 연구기관(NAMII)이 설립된 후 개발이 본격화되기 시작했다.
미국은 팹리스(Fabless)화의 영향으로 제조업이 사라질 것으로 우려되고 있는 가운데 3D프린트를 통해 제조업을 회복시키기 위한 정책에 힘을 기울이고 있다.
3D프린터는 정밀도, 조형속도 등 개선 가능성이 높은 것으로 평가되고 있으며 3D프린터용 소재로 겔이 주목받고 있다.
겔, 3D프린터에 적용 가능하다?
겔은 물, 용제 등 액체가 침투해 널리 퍼져 있는 상태로, 고체와 액체가 섞여 있어 액체처럼 흐르지는 않지만 쉽게 변형되는 까다로운 특징이 있다.
인간의 몸은 물이 약 60%를 차지하고 있어 겔로 구성돼 있다. 생체조직은 대부분이 겔이며 뼈도 물을 20% 수준 함유하고 있다.
연골은 함수율이 약 80%인 겔로, 물이 윤활유와 같은 작용을 하기 때문에 충격흡수성과 유연성이 뛰어나 점프를 해도 부러지지 않는 특징이 있다.
혈관도 혈관벽에 있는 물의 영향으로 산소나 이산화탄소가 흘러 혈액이 막히지 않도록 하는 효과가 있다.
최근에는 80대의 1/3 수준이 인공관절을 사용하는 것으로 나타나고 있다.
그러나 인공관절은 금속, 경질 플래스틱으로 만들기 때문에 로봇처럼 움직임이 제한되는 단점이 있다.
또 인공혈관은 대동맥에는 적용할 수 있으나 미세혈관에는 적용할 수 없는 것으로 알려졌다. 혈관 가운데 인공혈관을 사용할 수 있는 두꺼운 혈관 부분은 약 17m에 불과한 반면 사용할 수 없는 미세한 부분은 약 320m에 달해 겔을 이용한 인공혈관 개발이 요구되고 있다.
1980년대부터 보급되기 시작한 콘택트렌즈는 경질 플래스틱을 이용했으나 1990년대 들어 겔 베이스 소프트콘택트렌즈가 개발됐고 90% 이상이 소프트로 바뀌었다.
겔은 산소 투과 성능이 있고 부드러워 착용감이 편하기 때문으로, 단순히 소재를 변경함으로써 파괴적인 이노베이션을 창출한 것으로 평가되고 있다.
공임, 재료비 등 제조코스트가 감소했을 뿐만 아니라 일회용 타입을 바탕으로 정기적인 수익을 올릴 수 있는 비즈니스 모델도 등장했다.
겔은 일반적으로 형태가 쉽게 무너지는 젤리와 같은 소재로 인식되고 있다.
그러나 일본은 겔과 관련된 연구개발을 적극화하고 있는 가운데 투명도가 높고 압축으로는 파괴하기 어려운 강도의 겔을 제조하는데 성공했다.
최근 개발된 고강도 DN(Double Network) 겔은 함수율이 90%로, 건조하면 무게가 1/10로 줄어들어 자원을 절약할 수 있을 뿐만 아니라 수송코스트도 저렴한 강점이 있다.
DN겔은 1엔 동전 크기에 400kg에 달하는 물건을 올려도 견디며 40g의 힘으로 밀어도 움직이는 것으로 알려졌다.
무릎관절의 연골 기능과 비슷한 수준으로, 인체의 기능을 실현할 수 있는 꿈의 소재로 주목받고 있다.
3D프린팅 가능한 콘텐츠 개발 본격화
고강도 겔 연구는 일본이 압도적으로 리드하고 있으나 실제 제조업에서는 제대로 활용되지 않고 있다.
겔은 미끌미끌하고 무른 성질이 있어 커팅이나 이형이 어렵기 때문이다.
또, 마르거나 염분이 닿으면 수축하는 등 형상이 변하기 쉬운 특징도 있다.
이에 따라 대부분 제조업에 적용하기를 주저하고 있으며 원하는 사람이 원하는 형태로 만들기 위한 방안을 연구한 결과 조형이 가능한 3D 겔 프린터의 개념이 탄생했다.
3D 겔 프린터는 뇌동맥류 코일 색전술의 사전 검증용 등으로 주목받고 있다.
다만, 아직까지는 3D프린터가 있어도 CT(컴퓨터 단층촬영), MRI(자기공명영상) 사진만으로는 장기 모형을 만들 수 없는 것으로 알려졌다.
CT, MRI 사진을 3D프린터에서 사용할 수 있는 데이터로 변경해야 하기 때문이다.
X선은 전자밀도의 농담, MRI는 전자자기모멘트(Magnetic Moment)의 공간분포에 불과해 실제 장기가 있는 장소나 형태 등을 직접 나타내지 않고 있어 3D프린팅이 가능한 데이터로 전환하기 위해서는 모델링 및 CAD와 관련된 기술·경험, 의학지식이 필수적인 것으로 지적되고 있다.
이에 따라 100% 자동화가 구현되기까지 상당한 시간이 소요될 것으로 예상되고 있다.
그러나 일부에서는 현재와 같은 흐름이라면 사람이 초반 작업을 도우면서 소량의 정보만 입력하면 3D프린터로 간단히 장기 모형을 인쇄할 수 있는 시대가 도래할 것이라는 의견을 제기하고 있다.
아울러 최근에는 3D프린터를 이용할 수 있는 콘텐츠를 개발하는 비즈니스가 새롭게 부상하고 있다.
3D 겔 프린터는 겔 장기모델, 겔 인공혈관이 유력한 콘텐츠로 자리 잡고 있다.
지금까지의 정보기술(IT) 시대는 인터넷이나 음악·동영상 미디어 등을 통해 제공되는 각종 정보·내용물을 콘텐츠로 지칭하고 있으나 앞으로는 디지털 가공물 시대가 도래함에 따라 디지털 3D 데이터로 표현된 정보·내용물이 포함될 것으로 예상된다.
이에 따라 콘텐츠를 싣는 미디어도 인터넷, 음악·동영상 등에서 소재로 전환돼 혁신적인 패러다임의 전환이 발생할 것으로 예상되고 있다.
다만, 소재는 디지털 콘텐츠를 3D프린터로 표현하는 미디어로 변화하면서 단순 소비재로 전락할 가능성이 높아지고 있다.
단순 소비재는 편리성, 저렴한 가격이 중요하기 때문에 고기능성 화학소재로는 경쟁력을 확보하기 어려운 것으로 판단되고 있다.
이에 따라 고기능소재를 활용할 수 있는 콘텐츠 개발이 선결 과제로 부상하고 있다.
화학소재, 디지털화로 실체 사라진다?
일본은 전화에 기술을 도입해 휴대전화를 만들기까지 하드웨어 경쟁에서는 선두권을 차지했으나 인터넷을 융합한 스마트폰, 플랫폼 비즈니스가 등장함과 동시에 콘텐츠가 중요시됨에 따라 스마트폰 부품 등 저렴한 미디어를 공급하는데 그쳤다.
우편, 팩스도 같은 흐름을 나타냈으며 현금도 모두 전자화폐가 대체할 가능성이 높아지고 있다.
화학소재 시장도 3D프린터의 영향으로 비슷하게 전개될 것으로 예상되고 있다.
3D프린터는 개개인이 다양한 소재를 만들 수 있는 환경을 제공하고 있으며 누구나 쉽게 사용할 수 있도록 시스템화, 나아가 디지털화되는 기술혁명이 일어나고 있다.
만들고 싶은 콘텐츠와 콘텐츠를 구성하는 소재에 대한 정보는 모두 사이버 공간에서 디지털화되고 있으며, 전자메일을 실제 편지로 여기는 것과 같이 사람들은 인터넷 상의 콘텐츠를 실체로 생각하는 시대가 다가올 것으로 예상되고 있다.
이에 따라 일본은 콘텐츠를 실체화하기 위해 3D프린터를 중심으로 디지털 제조도구를 갖추고 있는 FAB(Fabrication) Space를 설치하고 있다.
FAB Space에서는 MakerBot이 만든 웹사이트(http://www.thingiverse.com/)를 확인할 수 있다.
해당 사이트에는 전 세계 사람들이 만든 콘텐츠의 전자 데이터가 무료로 업로드되고 있어 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 물건들은 이미 전자콘텐츠화가 시작된 것으로 파악된다.
화학기업, 콘텐츠 개발 놓치지 말아야…
일본의 유명 잡화점인 로프트(Loft)는 구매한 물건을 가공할 수 있는 FAB Space를 설치하고 있다.
500엔 그릇에 추가로 500엔을 지불하면 레이저커팅으로 원하는 모양을 새길 수 있고 1000엔을 지불하면 사진을 인쇄할 수 시스템으로 후가공을 통해 물건의 가격이 2배, 3배로 상승함에 따라 지금까지와는 전혀 다른 판매 시스템이 등장하고 있다.
또 원거리에서도 체험할 수 있는 디지털이라는 점을 활용해 젤리식품 프린터로 자신만의 과자를 만드는 모델을 시험한 결과 어린이에 대한 흡인력이 높았을 뿐만 아니라 아이들과 함께 어른까지 따라오는 것이 확인됐다.
앞으로는 원거리에서 손자가 그린 젤리 그림을 할머니, 할아버지가 받아 「원격조리」하는 방법도 실현될 것으로 예상되고 있다.
실제로는 디지털 콘텐츠만 이동한 것이지만 손자가 직접 만들어준 것과 같은 느낌을 받을 수 있을 것으로 판단되고 있다.
3D프린터는 콘텐츠를 인쇄하는 소재보다 콘텐츠 자체의 중요성이 높아질 것으로 예상되고 있어 화학기업들은 콘텐츠 공급기업과 협업하거나 콘텐츠부터 소재까지 수직계열화함으로써 새로운 비즈니스 구조를 확립해야할 것으로 판단되고 있다.
