○ 본문요약 :  

4D 프린팅은 3D로 프린팅한 물체에 스스로 변형하는 특성을 더한 기술이다. 3D 프린팅에 변화할 수 있는 한차원(Dimension)의 특성을 더한 '3D+1D'로 수학·물리의 4차원(4D : Four-Dimensional Space)과는 다른 개념이다.

4D 프린팅에는 자극을 받으면 모양이 변하는 자가변형소재가 사용된다. 예를 들면, 입체 프린터(3D Printer)로 물을 만나면 팽창되는 나무를 소재로 해서 코끼리 모양의 평면설계도를 출력한다. 그리고 출력된 설계도를 물에 넣으면 저절로 입체 코끼리 모양으로 바뀐다.

자가변형소재는 조건에 따라 특성이 변화한다고 해서 '프로그램 가능소재'(Programmable Materials)라고 부르기도 한다. 이는 외부 환경요인에 따라 모양이 변하거나 스스로 조립되는 특수소재로서 3D 프린터로 출력하면 지정된 조건에 맞게 변하는 결과물이 생산된다. 온도나 수분, 바람, 빛, 물, 중력, 공기, 시간 등이 외부환경 요인이 될 수 있다.

이런 스마트 소재가 4D 프린팅 기술의 핵심이다. 외부환경에 따라 팽창하거나 수축하는 소재, 형상을 기억해 변형되는 형상기억합금이나 고분자소재가 필요하다. 그래서 다중복합물질에 기반한 다변형소재, 생체분해성 소재, 인간의 몸에 이식가능한 바이오 소재 등 활용목적에 맞는 소재개발이 중요하다.

4D 프린팅이라는 용어는 2013년 스카일러 티비츠 메사추세츠공대(MIT) 자가조립연구소교수가 '4D 프린팅의 출현'(The Emergence of 4D Printing)이라는 제목의 TED 강연을 하면서 등장했다. 티비츠 교수는 인간이 작업하기 불가능한 곳에 4D 프린팅을 활용해 자가변형 구조물을 출력하면, 구조물이 스스로 형태를 구성해 문제를 해결할 수 있을 것이라고 전망했다.

4D 프린팅 기술은 자동차, 로봇, 의료, 제조, 건설 등 다양한 산업 분야에서 활용할 수 있고 전세계적으로 태동기에 있는 블루오션이다. 이에 각국의 유명 대학이나 연구소, 기업이 스마트 소재 개발에 열을 올리고 있다. 일부 기업은 이미 초기단계의 자가변형물체를 제작해 제품화를 시도하고 있다.

4D 프린팅 기술로 제작된 대표적인 제품이 독일 자동차 회사 BMW의 4D 콘셉트카 'BMW 비전 넥스트 100'이다. 4D 프린팅 기술이 적용된 외관은 운전대 조작과 환경에 따라 디자인이 변화한다. 운전자의 습관과 스타일을 학습해 운전자만을 위한 인공지능 가이드가 제공된다. 특히 차량의 휠은 바람이 불거나 운전대를 돌리면 상황에 맞춰 형상이 변화하기도 한다.

미국 버지니아 공대는 스스로 구부러지는 관절인 인공 손가락관절을 만들고, 미국의 디자인 기업 너브스 시스템은 4D 프린팅으로 옷과 장신구 등을 제작한다.

4D 프린팅 업계에선 2020년 4D 프린팅 시장규모가 약 6300만달러, 이후 연평균 43% 정도 성장해 2025년에는 5억5000만달러 규모로 확대될 것으로 보고 있다.

○ 출처 :  디지털투데이

http://www.digitaltoday.co.kr/news/articleView.html?idxno=253321