4차 산업 혁명: 3D 프린팅

  • 408호
  • 기사입력 2018.12.01
  • 취재 김성현 기자
  • 편집 김규리 기자

4차 산업혁명의 시대가 도래하면서 우리는 인공지능, 빅데이터 등 많은 신기술들을 일상생활에서 쉽게 접할 수 있게 되었다. 인공지능인 ‘알파고’와 사람이 바둑으로 경쟁하는 것을 TV에서 볼 수 있었고 가정에서 모든 디바이스가 연동되는 ‘스마트 홈’, 목소리 하나로 많은 것을 제어하는 ‘인공지능 스피커’까지 우리 삶에서 4차 산업혁명은 더 이상 먼 이야기가 아니다. 이번 학술에서는 떠오르는 이슈인 ‘4차 산업혁명과 3D 프린팅’에 대해 알아보자.


과거 1차 산업혁명은 18세기 증기기관을 기반으로 발생한 기계화 혁명이었으며 2차 산업혁명은 19세기에서 20세기 초 일어난 대량생산혁명이었다. 2차 산업혁명 당시 컨베이어 벨트가 사용되었으며 공장의 효율성이 증대되어 ‘대량생산 시스템’이 구축되었다. 그후 3차 산업혁명은 20세기 후반 일어났으며 ‘지식 정보 혁명’으로 압축될 수 있다. 인터넷이 점차 발달하며 ‘스마트’ 산업이 성장하는 형태로 3차 산업혁명은 여러 글로벌 IT 기업의 성장을 도모했다. 3차 산업혁명은 제레미 러프킨에 의하면 “커뮤니케이션 기술(인터넷 기술)의 발달과 새로운 에너지 체계(재생 에너지)의 결합이 수평적 권력을 기반으로 삼는 것’이라고 표현된다. 즉 3차 산업혁명은 컴퓨터가 동반된 정보화와 산업화가 동시에 일어나는 것이다. 그렇다면 ‘4차 산업혁명’이란 무엇일까? 세계경제포럼에 따르면 ‘4차 산업혁명’이란 “디지털, 물리학, 생물학적 영역의 경계가 사라지면서 모든 기술이 융합되는 시대”를 의미한다. 즉, 4차 산업혁명을 통해 다양한 정보 통신 기술과 산업이 융합되면서 생산성이 향상되고 이를 통해 맞춤형 제품과 서비스가 공급될 수 있는 “맞춤형 소량 생산 시대”가 도래하게 된 것이다. 4차 산업혁명에서는 기존의 3차 산업 혁명이 지닌 ‘정보화’와 ‘산업화’의 특징에서 ‘지능화’와 ‘자동화’가 추가되었다.


이러한 4차 산업혁명에서는 여러 신기술이 각광받고 있지만, 우리 사회는 요즘 ‘3D 프린팅 교육’에 매우 열광하고 있다. ‘3D 프린팅 체험’, ‘3D 프린팅 교실’ 등 여러 초등, 중학교에서는 이러한 3D 프린팅 교육을 커리큘럼에 포함시키며 4차 산업혁명의 신기술을 익히는 것을 강조하고 있다. 3D 프린팅 기술은 글자를 인쇄하는 대신 경화성 소재를 이용해 입체 모형을 만드는 프린팅 기술을 말한다. 즉, 우리가 컴퓨터 파일로 작업한 문서를 인쇄하는 방식과 비슷한데 3D 프린팅은 3D 모델링 소프트웨어로 설계한 입체 모형을 만들어낸다는 점에서 차이가 있다.


이러한 3D 프린팅 기술은 3D 시스템스 (3D Systems)의 공동 창업자 찰스 헐(Charles W. Hull)이 처음 고안해냈다. 3차원 모델링 파일을 출력소스로 활용하는 이 기술은 개방형 디자인을 사용하고 자가 복제를 가능하게 했다. 즉, 3D 프린터를 만드는 3D 프린팅을 통해 재생산을 끊임없이 가능하게 한 것이다. 이러한 특성은 3D 프린팅 기술의 대중화에 기여했고 이를 ‘오픈소스 프로젝트’라고 부른다.


3D 프린팅 기술은 플라스틱이나 금속 등 고체 상태의 재료를 녹여 사용하거나 수지류 등의 액체 상태를 재료로 사용한다. 각각의 재료는 점차 쌓아서 올려지며 이를 ‘적층가공(AM: Additive Manufacturing) 방식’이라고 부른다. 이 과정에서 밑변과 높이를 의미하는 X축과 Y축과 함께 상하 운동이 가능한 3차원 개념인 Z축을 함께 이용한다는 점이 입체성이 부각되는 3D 프린팅 기술의 특징이다.  3D 프린팅 기술은 재료와 적층 방식에 따라 여러 종류로 나뉠 수 있다. 


첫 번째 방식은 ‘FDM’ 방식으로 고체의 재료를 가열하여 녹인 후 적층하는 방식이다. 다음으로 ‘DLP’ 방식은 빛에 굳는 광경화성 수지를 적층한다. ‘SLA’ 방식은 레진을 재료로 사용해 레이저를 통해 경화시키는 방법을 이용한다. 마지막으로 ‘SLS’ 방식은 분말을 굳혀 3D 형상을 제작하게 된다. 이렇듯 각각 다른 재료와 방법을 통해 프린팅을 구현해내지만 도안을 이용해 입체적인 형상을 만든다는 점에서는 ‘적층가공’이라는 같은 원리를 공유하고 있다.


그러나 우리 나라의 3D 프린팅 기술 수준은 아직 미미한 수준이다. 3D 프린팅이 전 세계 제조 산업에서 각광 받고 다른 여러 산업으로 확장되면서 많은 기대를 받고 있지만, 우리 나라 기술 수준은 아직 제자리이다. 한국 3D 프린팅 장비의 경우 2012년을 기준으로 약 300억 원 대로 추정되고 있는데 이는 전년 대비 약 30% 증가한 수치이나 대부분 고가의 산업용 장비는 약 90%를 수입에 의존하고 있다.  자가 기술 또한 부족해서 자체적으로 이 기술을 익히고 사용하는데는 어려움이 있을 것으로 보인다.


이러한 3D 프린팅은 직업 활동에도 많은 변화를 일으킬 것으로 예상된다. 먼저 3D 프린팅으로 인해 제조 공정의 작업 환경이 개선되면서 효율적이고 쾌적한 생산이 가능하다. 기존의 육체적 생산이 주를 이루었던 제조 공정이 지식 기반 업무로 전환되면서 육체적 노동이 감소하게 된다. 재료를 알맞은 만큼 계량해 사용해서 재고 처리가 쉬워지며 청결한 작업장을 만들 수 있어 작업 환경이 개선된다. 이와 더불어 기존에 남성 대부분인 제조업 현장에서 여성 인력 투입이 유연해져 제조업의 남성 편향 현상이 사라지게 될 것이다.


그러나 3D 프린팅 기술의 등장으로 여러 직업군이 위협받을 것은 확실하다. 3D 프린터는 소비현장을 생산할 수 있다는 특징이 있다. 예를 들어 우리가 평소 가게에 가서 구매했던 상품들을 직접 만들어낼 수 있어서 가정이 어떠한 물건의 제조현장이 될 수 있다. 제조가 언제, 어디서나 구현될 수 있어 소비 또한 정해지지 않은 형태로 이루어지게 된다. 그 결과 물류와 유통 과정이 생략되고 제조 공정은 분산된다. 로컬 제조가 활성화되어 효율성이 극대화되는 대신 물류업의 일자리가 대폭 감소할 것으로 전망된다.


두번째로 중요한 변화는 숙련공이나 숙련 기술자의 일자리가 감소한다는 것이다. 3D 프린터는 제조를 바탕으로 하는 기계라서 사람보다 정교하고 복잡한 업무를 잘 수행할 수 있다. 즉, 기존에 사람의 숙련된 기술이 3D 프린팅의 제조 기술로 대체될 수 있다. 예를 들어, 세밀한 작업이 요구되는 보석 세공사는 자격증을 보유하고 경력이 오래되었다고 해도 기계보다 정확할 수 없다는 점은 분명하다.


이처럼 3D 프린팅은 제조 공정을 단순화해 우리 생활에 필요한 물품을 언제든 접하게 한다는 점에서 매우 편리한 기술이다. 그러나 이러한 편리함이 많은 사람들의 일자리를 위협할 수 있다는 것을 간과해서는 안 된다. 또한, 우리 모두 이러한 첨단 기술을 익혀 경쟁력을 확보해야 한다는 것은 다가온 4차 산업혁명 시대에 매우 필수적이다.