3D를 넘어 4D 프린팅 시대로 !
GIST, 4D 프린팅 시뮬레이터 개발 나선다

 - GIST 연구팀, 4D 프린팅 기술 개발 사업자 선정… 3년 간 19억 지원
 - 3D 프린팅에 ‘시간’ 개념 적용…4D 프린팅 분야 ‘First Mover’ 견인차 기대

 

 

(사진) 연구책임자인 이용구 교수(앞줄 왼쪽)와 이종호 교수(뒷줄 맨 왼쪽), 설재훈 교수(앞줄 중앙) 등 4D 프린팅 사업단 연구진들

 

 

 

□ GIST(광주과학기술원) 연구팀이 미래 전략사업으로 주목받고 있는 기존 3D 프린팅(printing) 기술에 ‘시간’개념을 적용하는 4D 프린팅 시뮬레이터(simulator) 기술 개발에 나선다.

 

  ∘ GIST는 기전공학부 이용구 교수, 이종호 교수, 설재훈 교수, 함성일 교수 연구팀으로 구성된 ‘4D 프린팅 사업단’이 미래창조과학부(장관 최양희)와 정보통신기술진흥센터(센터장 이상홍)가 추진하는 4D 프린팅 시뮬레이터 기술 개발 사업자로 최근 선정돼 3년 간 19억 원 규모의 연구비를 지원받는다고 2일 밝혔다.

 

□ (4D 프린팅이란?) 4D 프린팅 기술은 3D 프린팅에 4차원 개념인 ‘시간’을 적용하는 것으로, 3D 프린팅 기술을 이용해 출력된 결과물이 외부 환경 요소의 변화에 맞춰 예측된 형태로 변화되도록 유도하는 것을 의미한다.

 

* 3D 프린팅 기술: 현재 정부가 미래 전략사업으로 육성하고 있는 분야로, 프린터가 종이 위에 글자를 인쇄하듯이 입체적인 물체가 프린터에서 인쇄되어 나오는 기술이다. (ex. 영화 <미션 임파서블>에서 톰 크루즈가 변장을 위해 타인 얼굴을 가면으로 제작하는 장면에 적용된 기술이 3D 프린팅 기술이다)

 

 

 

 

 

(그림) 4D 프린팅 기술 개념도 : 4D 프린팅 기술은 3D 프린터로 인쇄한 구조체(A)의 특정 부분의 소재가 습도의 변화(B/C)에 따라 팽창 또는 수축되어 시간이 지남에 따라 스스로 특정한 모양(D)으로 변화한다.

 

 

  ∘ 4D 프린팅 기술을 적용하면 3D 프린터의 출력 크기의 한계에서 벗어나 결과물의 크기를 확장시킬 수 있다. 예를 들어 30cm의 정육면체의 결과물이 더 큰 형태의 의자와 같은 가구, 자동차 범퍼와 같은 제품으로 변형이 가능하다.

 

  ∘ 4D 프린팅 기술은 제품 제작에서 공간의 제약을 받지 않을 뿐만 아니라, 외부 환경에 따라 스스로 조립되기 때문에 조립의 수고를 덜 수도 있다. 역으로 자가 해체 또한 가능하다. 축소된 형태의 제작을 통해 물류 비용도 감소시킬 수 있다.

 

  ∘ 4D 프린팅은 건설‧생산‧우주 등 공간적인 제약이 있는 다양한 분야에 적용될 수도 있다. 미국 시장조사기관인 마켓츠 앤 마켓츠(Markets and Markets)가 최근 발표한 2019년~2025년 시장 예측 보고서에 따르면, 4D 프린팅은 2025년까지 약 6억 달러(약 7100억 원) 규모의 시장을 형성할 것으로 예상된다.

 

□ (핵심 기술) 4D 프린팅의 핵심 기술은 ‘최종 결과물을 구현하기 위한 초기 형태를 3D 프린터를 이용해 어떻게 출력할 것인가’이다.

 

  ∘ GIST 연구팀이 개발할 4D 프린팅 시뮬레이터는 3D 프린터로 출력한 결과물의 형태와 물리적 성질, 외부 환경 요인 등을 고려해 시간에 따른 형태의 변화를 예측하기 위한 소프트웨어 프로그램이다. 이를 역으로 이용하면 최종 변화된 모양을 얻기 위해 출력해야 하는 초기 모양을 예측할 수 있다.

 

□ (연구진 역할) 연구팀은 이번 사업에서 각 연구실의 전문성에 따라 역할을 분담해 연구를 수행할 예정이다.

 

  ∘ 이용구·함성일 교수 연구팀은 4D 프린팅 시뮬레이터 소프트웨어 개발 및 웹 서버 구축을 중점적으로 수행하며, 이종호 교수 연구팀에서는 스마트 소재를 발굴하고 온도‧습도 등 환경에 따른 해당 소재의 물리적 특징을 표준화 할 계획이다. 설재훈 교수 연구팀에서는 스마트 소재를 발굴하고 다양한 3D 구조체의 설계 데이터베이스를 구축할 계획이다.

 

□ (향후 계획) GIST 연구팀이 개발할 4D 프린팅 시뮬레이션 프로그램을 활용하면 다양한 스마트 소재를 이용해서 출력해야 하는 모양을 계산할 수 있고 특정 환경 조건에서 시간에 따른 변화를 예측할 수 있을 것으로 기대된다.

 

  ∘ 연구팀은 온도·습도·pH(수소이온농도) 등 외부 환경과 3D 프린팅 소재 등에 따른 예측 값을 표준화해 시뮬레이션 프로그램에 추가할 수 있도록 쉽게 설계하고, 이를 다른 연구자들이 공유할 수 있도록 온라인에서 서버를 구축해 공개할 예정이다.

 

□ GIST 이용구 교수는 “이미 훌륭한 연구 결과와 특허가 나와 있는 3D 프린팅 분야에서는 한국이 후발주자이지만 4D 프린팅 기술은 세계적으로도 아직 태동기에 불과하다”며 “GIST가 개발할 시뮬레이션 프로그램은 한국이 4D 프린팅 분야의 퍼스트 무버(first mover‧시장 선도자)가 되는 견인차 역할을 할 것으로 기대된다”고 말했다.     <끝>

 

 

 

대외협력팀