[소년조선일보] <미래직업을 만나다> (4) 3D 프린팅 전문가

 

[...]지난 20일 서울 성북구 한국과학기술연구원(KIST) 계산과학연구센터에서 '3D 프린팅 전문가' 조원진(36) 박사를 만났다. 3D 프린팅 전문가는 한국고용정보원 직업연구팀이 꼽은 미래 유망 직업 가운데 하나다. 조 박사는 "3D 프린팅을 이해하기 위해서는 3D 프린터의 원리부터 알아야 한다"고 설명했다.[...]

 

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안녕하세요! KIST 서포터즈 4기 조규철, 박지은입니다.  이번 인터뷰는 계산과학연구센터의 이헌주 박사님이십니다.  미래융합기술연구본부는 융합연구를 기반으로 미래 성장 동력 과학을 선도하는 중요한 역할을 한다고 합니다.  그 중 계산과학은 실제 실험에서 관찰할 수 없는 물리, 화학적 현상을 시뮬레이션 한다고 합니다. 약간은 생소하게 느껴지실 수도 있을 것 같은데요. 이헌주 선임연구원님과 함께 계산과학이 무엇인지, 계산과학연구센터의 모든 것을 알아보는 인터뷰를 시작하겠습니다!!

 

Q1. 안녕하세요! 연구원님의 짧은 자기소개 부탁드립니다.
안녕하세요. 저는 계산과학연구센터에서 3D프린팅 그룹을 맡고 있고 그곳에서 그룹장으로 있습니다.

 

Q2. 연구소마다 미래의 원천기술을 확보하기 위해 노력하는 것으로 알고 있는데요. 미래융합기술연구이라는 자체가 약간은 대중들에게 생소할 수도 있을 것 같습니다. 미래융합기술연구본부가 KIST내에서 하는 역할과 특히 계산과학센터는 어떤 곳인지 설명 부탁드립니다. 

미래융합기술본부가 KIST에 처음 생겼을 때는 우리나라에서 필요한 산업별로 모았는데 나중에는 다양해졌어요. 기계, 건축, 토목, 바이오, 생명, 화공, 재료 이런식으로요. 우리 미래융합기술연구본부에서는 바이오, 광전, 광학, 나노포토닉스, 계산과학 등 전공이 다양한 연구원분들이 융합연구를 했을 때 시너지효과를 얻을 수 있어요.  특히 계산과학연구센터에서는 이론, 학설을 실험을 통해 검증하기 전에 미리 계산하고 예측하여 시뮬레이션을 진행하고 있습니다.


Q3. 계산과학은 다양한 시뮬레이션 기법을 통해 구조체의 물리, 화학적 거동을 해석한다고 하는데요. 어떤 분야가 계산과학에 활용되는지, 또 어떤 과정으로 연구가 진행되는지 궁금합니다.

위험한 물질이나 스케일이 작은 부분에 대해 다룰 때 주로 사용이 되고 옛날에는 예를 들면 100가지 조합이 있을 때 100번의 실험을 해서 가장 좋은 것을 찾았다 하면 요즘에는 계산을 해서 후보군을 정리해 실험을 하지 않고 시뮬레이션을 통해 실패를 줄이고 효율을 높이는 방법이라 보시면 됩니다.  DFT계산을 통해 전자간의 에너지 레벨 계산을 하고 Molecular dynamics을 통해 분자간의 인력, 척력을 거리에 따라 계산하고 있습니다.  분자,원자, 전자 단위에서 계산을 하는데, 어려운 실험과 광범위한 실험을 빨리 최적화 할 수 있는 방법에 대해 연구하고 있습니다. 또한 실험을 예측하고 계산했을 때 잘 맞아 떨어지는 것이 연구의 목표입니다.


Q4. 연구원님의 주요 연구 분야가 3D Printers, MEMS, Thermal Photovoltaics, 마이크로 유체역학이라 알고 있는데요. 연구원님의 주요한 연구 분야에 대해 설명해주세요.

저는 3D 프린터를 하고 있는데요. 적층가공법이라 하여 옛날에는 깎아서 만드는 방식이었다면 3D 프린터는 한층한층 쌓아서 만드는 방식, 예를 들어 피라미드, 옹기가 있겠네요.  즉, 디지털화된 데이터를 출력하면 삼차원화된 물건은 만드는 것입니다.  MEMS (Micro Electronics Mechanical System)는 스케일이 작고, 전기 기계적인 시스템, 즉 아주작은 스케일의 뭔가를 만들어 전기도 통하면서 기계적으로 움직일 수 있는 것을 말하는데요. 에어백 센서가 가장 상용화 되었구요. 순간적 압력을 감지해서 신호를 감지해 에어백을 터뜨리게 됩니다. 충격은 조그마한 질량을 통해 값이 나오게 되는데요. 실리콘웨이퍼에 500개 정도 만들 수 있는 크기입니다. 자이로스코프나, 요즘에 출시되는 작은 프로젝터, 반도체 전리회로 등에서도 이용되고 있습니다. 
Thermal Photovoltaics는 현재 사용하는 태양광에너지는 효율이 23%밖에 되지 않아요. 왜냐하면 태양빛이 여러 가지 파장으로 나뉘게 되는데 그 중에서 전기에너지로 바뀔 수 있는 영역은 조금밖에 되지 않아요. 하지만 이 장치를 이용하면 흑체처럼 모든 파장을 전기에너지로 바꿀 수 있어요. 태양광을 태양열으로 저장하고 전기를 만들어 내는데 그때 특정한 파장을 정확히 매칭하여 78%효율로 끌어 올릴 수 있어요. 하지만 아직 우리나라에서는 진행이 안되고 있습니다.
마이크로 유체는 암환자를 진단할 때 사용되는데요. 세포를 뽑아서 챔버에 키우게 됩니다.그때 투약 물질 넣어 어느 곳이 성능이 좋은지 알아 봐야 하는데 장기를 칩에 만들어 약과 세포룰 흘려보내주게 됩니다. 그러기 위해서는 채널을 만들어줘야하는데 그때도 이용되는것이 MEMS입니다.
 
Q5. 3D printers 기술은 제 4차 산업혁명이라고도 불릴 정도로 엄청난 기술이라 하는데요. 3D printers 기술은 언제부터 연구가 이루어졌는지, 이 기술로 인해 미래의 모습은 현재와 어떻게 다르게 될지 궁금합니다.

3D 프린팅 기술은 1986년에 처음 나온 기술이예요. 그때는 쾌속조형이라해서 모양만 보기위해 찰스 헐이라는 사람이 레이져를 이용해 처음 개발되었어요. 레이져이외에도 필라멘트, 접착제, 금속등을 이용한 기술이 개발 되었는데 형상은 나오지만 개발하고 기능을 하는것을 불가능해 제품으로썬 가격, 품질면에서 떨어졌어요. 한층한층 쌓다보니 결합이 잘 안되는것이 문제였는데 4년전부터 3D프린터가 급격하게 성장하면서 소재, 디자인, 컨텐츠만 있다면 인건비, 물류없이 제작할 수 있을 획기적인 기술로 발전 하고 있어요.
그렇게 된다면 모든 제품을 원소재로만 집에서 출력할 수 있기 때문에 기존에 있는 사업이 접게되고 디자인, 컨텐츠 부분이 성장할 것이예요. 하지만 아직 그정도 가까이는 가지 못했구요. 하지만 의사분들은 관심이 많아요. 예를 들어 턱이 부서진 사람을 다른 부위의 뼈를 가져올 필요 없이 예전 스캔 데이터를 통해 그대로 넣어주기만 하면 되고 또한 조직공학 연구원들은 심장 모양장기를 만들어 키우기도 해요. 3D 프린팅 사업을 통해 맞춤형으로 거부감없이 각자에 맞게 할수 있기 때문이죠.

 
Q6. 요즘엔 3D printers를 접할 기회가 많은데요. 3D printers로 만드는 것은 강도나 크기 등 한계가 있지 않나요? 3D printers가 앞으로 개선해야 하는 것들은 무엇이 있나요?
자신의 장비에 맞게만 소재를 개발하기 때문에 범용적으로 쓸 수 있는 소재가 개발된다면 크게 발전할꺼예요. 3㎛이하로 부드럽게 뽑히는 기술이 부족하기 때문에 후처리를 통한 정밀도도 해결해야 할 문제예요. 또한 시간이 많이 걸리는데 두껍게 하면 퀄리티가 떨어질 수 있어요. 강도문제는 여러 가지 방법으로 연구중인데 선과선이 접촉하는것 대신에 사각형으로 만들면 면과면이 만나는것처럼 되어 접촉면적이 넓어지기 때문에 강도가 40%이상 높아지는것을 확인 했어요. 연구중인 기술을 통해 제품화에 점점 가까워지고 있죠.

 

Q7. 세계적으로 한국의 3D printers기술 수준이 어떤 위치인지 궁금합니다. 또한 우리나라가 다른 나라와 차별화된 기술이 있을까요?
우리나라 기술이 떨어지지는 않아요. 현재 미국이 주도하고 있는데 삼성,LG와 같은 기업도 특허가 3,4위로 많구요.  차별화된 기술이라면 저희가 하고있는 연구일 것 같은데요. 전통소재를 이용해서 질감을 구현하고 있어요. 질감을 나타내는 프린팅기술은 저희가 선도적이예요. 또한 염료, 접착제등을 돌, 나무, 짚, 옻나무접착제를 이용한 100%친환경 소재로 만들고 있는점이 차별화 되었고 또한 저작권 보호기술이 필요에 의해서 2차원 프린트와 달리 워터마크를 심게 됩니다. 소숫점몇째자리 위치에 이름을 새기게 되는데 이런 방식을 워터마킹 기법이라하고 저작권을 보호할수 있습니다. 또한 학습된 인식을 이용해 가장 좋은 방식으로 개발하기위해 인공지능도 이용됩니다.

 

Q8.3D printers 연구의 궁극적인 목표는 무엇인가요?
3D 프린터의 목표는 제품화된 물건을 집에서 출력해낼 수 있는 프린팅 기술이예요.  예전만해도 레이저 프린터를 각자가 갖는다는것은 어려웠는데 현재는 가장 많이 쓰이고 있어요. 이처럼 3D 프린터도 5~10년이면 가능하리라 생각해요.


Q9. 3D printers가 과거에는 없었는데 어떻게 KIST 계산과학센터에서 이 분야를 연구하고 계신지 연구원이 되기까지의 과정이 궁금합니다.
다양한 걸 했지만 저는 기계공학을 전공했어요. 처음 계산과학센터에 들어왔을 때는 소재, 재료공학전공자가 많았어요. 기계시스템은 결국 기능성을 나타낼 수 있는 물질들이 많이 노출될수록 그 기능을 많이 나타내죠. 비표면적의 표면적에 따라 반응속도가 달라지고 에너지를 낼 수 있는게 달라지고 에너지변환과정도 달라지게 되요. 이때 촉매도 마찬가지구요. 지금까지 만들어 낼수 있는 구조는 표면적만 이용하기 때문에 극대화 할 수 없지만 3D 프린터를 이용하여 자이로이드 구조를 만들면 비표면적이 10배이상 증가하게 되요. 굉장히 파격적인 기술인데 응용분야가 없어서 시각장애인용책을 만들면서 친환경소재에대한 개발을 했고 깨지지않아야하기 때문에 너무 디테일하지도않고 밋밋하지도 않게 하면서 강도에대한 개발을 했고, 문화재 50점을 만들어 학교에 기부를 하면서 저작권보호기술에대한 개발도 하게되었어요. 그러면서 연구가 계속 진행이 되어왔어요.

 

Q10. KIST에서 진행한 가장 인상 깊은 연구는 무엇이었나요?
큰 성과는 아니지만 재능기부를 통해 시각장애인용 촉각교재를 만들면서 문화재 50점을 만들며 수업에 흥미가 없던 아이들이 3D 프린터 작품을 만져보며 흥미도가 높아졌고, 저희 연구원 또한 이 경험을 통해 많은 연구 아이디어를 얻은 것이 기억에 남습니다.


Q10. 3D printers에 관심이 많은 연구원의 꿈을 가진 친구들이 들으면 좋은 과목이나 연구원으로써 갖추어야 할 것들은 무엇이 있을까요?
학과공부는 필수로 열심히 해야 합니다.  공대에서 배우는것 역시 부분적으로 연관이 있기 때문에 열심히 해주셔야 하고, 스펙을 위한 외국어 공부가 아니라 스스로의 계발을 위한 외국어 습득도 중요하죠.  더불어 끈기와 인내심이 뒷받침 된다면 자신감도 생기기 마련이겠죠.^^

 

 

 

Posted by KIST PR

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