1. 3D 프린팅의 역사

1. 3D 프린팅의 역사

오늘날 가장 주목받는 기술 중의 하나이고 관련 특허의 만료와 더불어 2012년 이후 급속도로 보급이 되고 있으며 이제 개인들도 가정이나 사무실에서 손쉽게 사용할 수 있는 보편성을 지닌 기술이 되어가고 있는 3D 프린팅의 역사에 대해 먼저 살펴보도록 하겠습니다.

현재 일반적으로 ‘3D 프린터’라고 불리우는 신속조형시스템은 컴퓨터의 발전, 제어기술의 발전, 레이저, 3차원 측정, 인터넷, 모바일 기술 등의 발전과 더불어 로봇시스템까지 아우러지는 광범위하고 융복합적인 기술의 산물이라고 말할 수 있습니다. 모든 나라에도 역사가 있듯이 3D 프린팅 관련 기술의 주요 발전과정을 통해 3D 프린터의 세계를 보다 올바르게 이해할 수 있을 것입니다.

 

1981년 일본 나고야시 공업연구소의 연구원이었던 히데오 코다마가 기능성 포토폴리머(Photopolymer) RP system에 관한 보고서를 발표했습니다.

코다마가 근무한 나고야시 공업연구소는 중소기업들의 제조기술 향상 및 연구개발 지원 등을 위해 설립된 연구소로 당시 이곳에서 근무하던 코다마가 3D 시스템 기술을 착안하게 된 계기는 출장 차 방문했던 두 곳의 기술 전시회에서 각기 다른 방식의 두 기술을 본 후였다고 합니다.

첫 번째 전시회에서 본 기술은 이제까지 손으로 제도하던 것을 컴퓨터를 이용해 입체적으로 모델링하는 것이 가능한 3차원 CAD 기술이었다고 합니다. 그리고 두 번째 들른 전시회에서 본 기술은 레이저 빔 같은 빛을 쬐면 순식간에 그 해당 부분만을 경화시켜 딱딱한 형태의 제품을 만들어내는 광경화수지 기술이었던 것입니다. 이 보고서의 주된 내용은 ‘모델의 단면에 해당하는 부분을 빛에 노출시켜 한 층(Layer)씩 파트(Part)를 쌓아가면서 솔리드 형상을 조형하는 것’입니다.

지금으로부터 약 33년 전에 세계 최초로 고안된 이 기술은 당시 그 기술적 가치를 인정받지 못하고 그만 사장되어버리고 만 기술이라고 합니다.

 

1982년 미국의 3M Corporation의 알렌 허버트(Alan Herbert)가 앞서 발표한 히데오 코다마의 이론과 유사한 방식의 조형 기술을 발표했는데 이 기술은 자외선 레이저 빔을 X-Y 플로터에 장착된 미러를 통해 직접 투사하여 빛에 민감한 반응을 하는 광경화성 수지를 경화시키는 방식이었다고 합니다. 이 기술에서 레이저 빔의 조정을 위해 컴퓨터를 사용하였고 한 층의 조형이 완료되고 나면 조형판이 하강하고 다음 층의 조형을 반복하여 파트를 완성하였다고 합니다.

 

1986년 미국 특허 No. 4575330의 제목 : ‘조형에 의한 3차원 물체의 제조 장치’ 라는 기술로 찰스 훌이라는 엔지니어가 특허를 획득하였으며 1988년 미국의 3D Systems사가 지금의 광경화성 SLA(Stereolithography) 시스템인 ‘SLA-250’이라는명칭으로 세계 최초로 3D 프린터를 선보인 이래 3D 프린팅 시장은 본격적인 무한 가능성의 미래 단계로 진입하는 계기를 맞이하게 됩니다.

 

1988년 미국 Helisys 사에서 ‘라미네이션으로부터 일체 오브젝트를 형성하기 위한 장치 및 방법’이라는 기술 특허(미국 특허 No. 4752352)를 획득했는데 바로 LOM(Laminating Object Manufacturing) 방식입니다.

 

1989년 ‘선택적 소결 부품의 제조 방법 및 장치‘라는 기술 특허(미국 특허 No. 4863538)를 미국 DTM 사에서 획득하였으며 DTM사는 이후 2001년 미국 3D System사에 인수합병됩니다.

 

1991년 일본의 형제 공업사의 발명가들이 ‘입체물을 형성하기 위한 장치 및 방법’이란 기술로 특허(미국 특허 No. 5059266)를 획득했으며 ‘분사 포토 폴리머(Jetted Photopolymer)’ 방식입니다.

같은 해 독일의 EOS Gmbh는 SLS 방식의 3D 프린터인 STEREOS 400 Laser Stereolithography 시스템을 출시합니다.

 

1992년 미국 스트라타시스사의 스캇 크럼프(Crump ; S. Scott) ‘3차원 물체를 생성하는 장치 및 방법’이란 기술로 특허(미국 특허 No. 5121329)를 획득했는데 이 기술이 바로 FDM(Fused Deposition Modeling) 기술입니다. 같은 해 3D Systems사에서는 MJM(MultiJet Modeling) 기술로 특허(미국 특허 No. 5141680)를 획득합니다.

같은 해 독일의 EOS Gmbh는 세계에서 가장 큰 빌드 사이즈를 구현하는 STEROS 600을 선보입니다.

 

1993년 MIT에서 잉크젯 기술 기반의 3차원 프린팅 입체 인쇄 기법(미국 특허 No. 5204055)인 3DP(Three Dimensional Printing) 방식으로 특허를 획득합니다.

 

1995년 독일 EOS Gmbh에서 SLS 방식 최초의 DMLS(Direct Metal Laser Sintering) 3D 프린터를 출시합니다.

 

1996년 미국 Solidscape사에서 ‘3D 모델 메이커‘ (미국 특허 No. 5506607)라는 특허를 획득합니다. 3D Systems사는 Actua 2010 모델을 발표하며 처음으로 신속조형기술기계(Rapid Prototyping Machine)를 지칭하는 용어로 업계에 사용되기 시작합니다.

 

1997년 미국 Z Corporation사에서 첫 번째 3DP (3D Printing) 방식의 상업용 3D 프린터 Z402 시스템을 출시합니다. 그리고 독일의 EOS Gmbh가 SLA 사업부를 3D Systems사에 매각합니다.

 

1998년 영국 런던의 아캄 리미티드에서 ‘입체물을 생산하는 방법 및 장치’(미국 특허. 5786562)라는 기술 특허를 획득했는데 전자빔용해(EBM) 방식입니다. 또한 같은 해 폴리젯(PolyJet l Photopolymer Jetting Technology)이라는 특허 기술을 기반으로 이스라엘 기업 Objet Geometries 사가 설립됩니다.

 

2000년 이스라엘 Objet Geometries 사에서 폴리젯 기술 방식의 Quadra Tempo 라는 3D 프린터를 발표합니다.

 

2001년 독일 기업 Envisiontec Gmbh에서 DLP(Digital Light Processing) 방식의 3D 프린터인 Perfactory 3D 프린터를 출시하는데 기존의 3D프린팅 방식인 레이저와 잉크젯 프린트 헤드를 주로 사용하던 방식에서 DLP라는 신기술을 적용하여 주목을 받게 되었습니다. DLP 방식의 3D 프린터는 현재 국내 기업인 캐리마와 일루미네이드사에서도 출시하고 있는 기술 방식입니다.

 

2005년 Z Corporation사에서 첫 고선명 컬러 3D 프린터인 ‘Z510’을 출시하였고 공유와 개방의 커뮤니티인 렙랩(RepRap) 프로젝트에서 오픈소스 기반의 3D 프린터를 공개하며 일반인들의 관심을 끌기 시작합니다.

 

2007년 이스라엘 Objet Geometries 사에서 세계 최초로 다양한 재료(Multimaterial)로 프린팅이 가능한 상업용 3D 프린터인 Connex500을 발표합니다. 이 시기에 렙랩 프로젝트에서는 스트라타시스사의 FDM 프린터인 Dimension 모델로 부품을 프린팅한 ‘Darwin’ 을 공개합니다.

같은 해 3D 출력물 전문 서비스 기업인 쉐이프웨이즈(Shapeways)가 네덜란드에서 창업을 하고 2014년 현재 뉴욕을 중심으로 전 세계인을 대상으로 출력물 서비스를 하고 있습니다. 또한 미국 Stratasys사에서 FMD 방식의 FORTUS 900mc DDM 3D 프린터를 출시합니다.

 

2008년 미국 Z Corporation사에서 3세대 3D 프린팅 기술인 3DP (3D Printing) 방식의 컬러 출력이 가능한 ZPrint 650을 출시하며 대중적인 분말기반의 3D 프린터를 출시합니다.

같은 해 렙랩 프로젝트에서는 첫 번째 모델로 복제 모델의 부품을 약 50% 정도를 자체 프린팅하여 제작한 진정한 의미를 갖는 렙랩 3D 프린터를 완성합니다.

 

2009년 렙랩 프로젝트에서는 유명한 Mendel 보델을 공개하였으며 오픈소스 진영의 선두 주자였던 미국 메이커봇(MakerBot)에서 렙랩 기반의 FFF 기술 방식 3D 프린터 싱오메틱(Thing-O-Matic) 모델을 시장에 출시하였으며 개방과 공유를 컨셉으로 플랫폼인 3D 프린팅 커뮤니티 싱기버스(Thingivers)를 개설합니다. 네덜란드 얼티메이킹(Ultimaking)에서도 렙랩 기반의 Ultimaker 모델을 출시합니다.

그리고 독일의 Envisiontec Gmbh에서 DLP 방식의 Ultra 3D 프린터를 출시합니다. 이 해에는 Stratasys가 보유한 FDM 기술의 기본 특허가 만료되어 저가형 데스크탑 3D 프린터가 대중화가 되는 기폭제가 되었습니다.

 

2010년 미국 HP(휴렛팩커드)사가 Stratasys사와 협약을 하고 FDM 방식 3D 프린터인 uPrint의 유럽 판매를 시작합니다. 11월에는 3D 프린터로 제작된 프로토타입 자동차인 어비(Urbee)가 발표되는데 이는 대형 3D 프린터로 자동차 바디를 프린팅한 세계 최초의 자동차가 됩니다. 12월에는 올가노보(Organobo)사에서 바이오 프린팅 기술로 혈관을 바이오 프린팅한 데이터를 발표합니다. 한편 렙랩 진영에서는 헉슬리(Huxley)를 공개합니다.

 

2011년 8월 영국 사우스햄튼 대학의 기술자들이 세계 최초로 3D 프린터로 제작한 비행체(Sulsa)를 제작하여 시험 비행에 성공합니다. 미국 Z Corporation사가 3D Systems사에 인수합병되며 동사는 이 해에만 11건의 관련 기술기업을 대상으로 인수합병을 진행합니다.

 

2012년 3D System사는 3차원 리버스 엔지니어링 및 제품 검사 소프트웨어 분야의 소프트웨어 개발 업체로 글로벌 시장을 리드해온 한국의 아이너스기술을 인수합병합니다. 3D Systes사는 2011년부터 2013년도 사이에 무려 24건의 인수합병을 통해 명실공히 세계 최대의 3D 프린팅 기업으로 거듭나서 다양한 라인업과 기술 특허를 보유하게 됩니다.

이해 말 미국 Stratasys사는 이스라엘 3D 프린터 기업 Objet Geometries사를 인수합병합니다. 한편 크라우드 펀딩 사이트인 킥스타터를 통해 미국 FormLabs사는 저가형 SLA 방식 데스크탑 3D 프린터인 The Form 1 모델의 펀딩에 성공합니다.

 

2013년 6월 미국 Stratasys사는 데스크 탑 3D 프린팅 전문 기업 메이커봇(MakerBot)을 인수합병하며 산업용 제품군 뿐만 아니라 저렴한 가격대의 퍼스널 데스크탑 3D 프린터 시장까지 확보하게 되었습니다.

 

2014년 2월 3D Systems사가 보유한 선택적 레이저 소결방식(SLS : Selective Laser Sintering)의 주요 핵심 특허가 만료됩니다. 메이커봇은 Stratasys사의 FDM 특허 기술을 기반으로 5세대 3D 프린터를 출시합니다.

 

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