특별기획 - 제조 혁신으로서의 3D 프린팅
디자이너와 엔지니어가 현재의 한계를 넘어서는 독특한 혁신을 구현할 수 있게 하는 것, 기업에게는 소비자의 니즈를 더욱 만족시키는 제품을 출시할 수 있게 하고 대량 생산이 아닌 고객 맞춤형 생산을 가능케 하는 것, 개인에게는 맞춤형 디자인을 할 수 있게 하고 창작물을 실제 구현할 수 있게 하는 것, 의사들에게는 맞춤형 솔루션으로 환자들을 치료할 수 있도록 하여 합병증의 위험을 낮추고 훨씬 좋은 결과를 얻는 것.
이것들은 모두 3D 프린팅 기술을 통해 가능해지고 있는 변화들이다.
카이바 기온프리도(Kaiba GionFriddo)라는 아기는 생후 6개월 만에 한 식당에서 갑자기 호흡을 멈추고 얼굴이 파래졌다.
병원에서 카이바가 Tracheobronchomalacia(기관지 연화증)를 앓고 있다는 것이 확인되었다.
이는 기도장애를 일으키는 선천성 질환으로, 카이바의 좁아진 기관지가 폐로 가는 공기를 막아 호흡곤란을 일으키게 되는 것이다.
2,200명의 아기 중 한명에게서 나타나는 질병으로 카이바의 경우는 그 증세가 더 심했다.
카이바의 엄마 에어프릴은 병원의 꽤 많은 의사들로부터 아기가 살아서 병원을 떠날 수 없을 가능성이 높다고 들었으며, 본인은 무기력하게 아이를 바라보고 있을 수밖에 없었다고 말했다.
그러나 카이바 의료진은 미시간대학교 Glenn Green박사와 Biomedical engineer/ Mechanical engineering/ Associate professor of surgery인 그의 동료 Scott Hollisterr교수를 만나 희망을 보았다.
이들은 3D 프린팅 기술을 이용하여 맞춤형 디바이스를 제작하기로 결정하고, FDA에 매우 응급적인 상황 특수한 디바이스 승인 요청을 했고, 긴급 승인되었다.
CT로 스캔된 카이바의 기도를 이미지 베이스의 3D 컴퓨터 모델로 만들어, 3D 프린팅으로 맞춤 기관 디바이스를 제작하여 삽입하었다.
이를 통해, 아기는 문제없이 숨을 쉴수 있게 되어 생명을 구하게 되었다.
이는 최근에 나온 실제 사례로 기존의 불가능한 것을 3D 프린팅 기술을 통해 가능케 하여 한 아기의 목숨을 살리게 된 사례이다.
혁신의 중요한 역할 중 하나는 궁극적으로 인간의 삶의 질을 향상시켜 더 나은 세상을 만드는 것으로, 요새 이슈가 되고 있는 3D 프린팅을 통한 디지털 제조 프로세스를 통한 혁신 성공 사례들과 파급효과 그리고 향후 전망에 대해 알아보자.
많은 사람들이 실제 모르고 있지만, 현재 대부분의 실제 판매되고 있는 보청기들은 실제 3D프린팅으로 제조된 제품들이다.
이에, 보청기 산업의 3D 프린팅을 통한 디지털 제조 프로세스로의 전환 또한 눈여겨 봐야할 부분이다.
기존 보청기 제작은 매우 숙련된 사람들만 작업이 가능하고 매우 노동 집약적 과정으로 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 수작업으로 많은 수정 작업이 필요했다.
2000년 이후 Phonak 과 Materialise와의 파트너십을 통해 완성된 디지털 솔루션으로의 전환은 3D 프린팅을 통한 디지털 제조 공정을 통해 시간과 노력을 혁신적으로 절감할 뿐만 아니라, 100% 개별 맞춤 디자인이기 때문에, 청력 손실로 고통 받는 1천만 명 이상에게 더 나은 음향 품질을 제공하고 맞춤형 제작을 통해 편안하게 맞는 보청기를 제공할 수 있게 되어 삶의 질을 향상시켰다.
이 과정에서 가장 흥미로운 부분은 기존 프로세스를 과감히 혁신하여 디지털 제조 프로세스로 전환을 한 폰악사는 현재, 보청기 시장의 마켓리더가 되었고, 이는 보청기 산업 자체를 혁신시켰다.
William은 오토바이에 부딪혀 팔목과 다리를 다쳤는데 그의 오른쪽 팔이 제대로 회복되지 않아 볼링을 치거나 심지어 와이셔츠 단추를 채우는 것도 혼자 할 수가 없었다.
하지만 William은 Dr. Peter Axelsson을 만나 3D 환자 맞춤 가이드를 통한 골절술을 통해 회복이 되었다.(관련 동영상 : http://www.youtube.com/watch?v=W2zlBErEfMI#t=30)
3D 환자 맞춤 가이드란 CT 촬영된 데이타를 3D데이타로 재건하여 이를 환자 맞춤 가이드로 디자인하여 3D 프린팅으로 제작하여 실제 수술에 컷팅 및 드릴링 가이드로 활용하는 방법으로, 기존 2D 스캔 및 계획되어 감으로 시술되던 방식에서(< 그림 4 > 참고) 이미 수술 전 정확히 Simulation 및 제작 된 환자 맞춤 가이드를 통해 더 빠르고 안전한 수술이 진행된다.
더불어, 이러한 수술을 받은 환자들의 회복이 빨라 환자의 만족도도 커지게 되었다.
Materialise에 연구에 의해 최초로 시작된3D 프린팅 환자 맞춤 가이드는 이미 전 세계 정형외과분야의 Leading Implant 제조사들에서 활용되고 있고, 환자들에게 시술되고 있다.
다시한번 여기에서 가장 흥미로운 부분은 이 역시 기존의 방식에서 벗어나 이러한 디지털 제조 프로세스로 먼저 전환한 회사들은 현재 정형외과 임플란트 산업의 마켓 리더가 되었고, 이는 정형외과 임플란트 산업 자체를 혁신시켜 버렸다.
이러한 보청기와 정형외과의 예들은 Application 기반의 솔루션의 중요성과 더불어, 디지털 제조 프로세스를 통해 실제 그 산업 전체에 혁신을 일으킨 좋은 사례들이다.
이는 3D 프린팅이 마켓에 Driving 되고 있는 4가지 요소와 관련이 있다.
첫째, 3D Printing은 부가가치가 높은 Application들을 만들어 낼 수 있다.
부가가치가 높다 함은 인간의 삶의 질을 향상시키고, 또한 기존 불가능한 것을 가능케 하는 것인데 위의 사례들은 그 좋은 예이다.
두 번째로 3D Printing은 비용 감축을 가져온다.
시제품제작에서 3D 프린팅을 통한 비용 감축 뿐만 아니라, 보청기 분야와 같이 제조업의 디지털화를 통해 프로세스의 자동화 및 간소화를 통한 비용 감축, 그리고 미래적으로는 필요한 곳에서 필요할 때만 제조하는 방식으로 재고에 대한 필요성을 감소하거나 제거함으로써 비용감축을 예상한다.
세 번째로는 지속가능제품 제작을 위한 가장 알맞는 기술이라는 점이다.
항공기는 연간 200만 km 를 운행하는데 즉, 30년간 지구를 150바퀴 도는 만큼(6,000만 km) 운행하는 것이다.
여기서 1KG의 항공기의 무게를 줄이는 것은 8,000kg의 이산화탄소를 줄이는 것과 같기때문에 강도를 유지하면서도 무게를 줄일 수 있는 경량구조디자인과 이를 제작하기 가장 적합한 3D 프린팅의 활용에 대한 연구가 많아지고 있다.
마지막으로는 독특한 것을 만들어 낼 수 있음이다.
환자 맞춤 가이드와 같은 고유한 제품 제작뿐 아니라, 나만의 악세사리, 나만의 핸드폰 케이스 등 세상의 프로수머들과 개성화 시대의 니드를 채워주는 강력한 도구가 되고 있다.
예를 들어 음악산업을 보면, 기존 음반가게를 가서 사던 시절에서 아이툰의 등장으로 내가 원하는 음악을 집에서 온라인으로 훨씬 더 많은 선택권을 가지고, 선택하여 들을 수 있게 되면서, 전혀 새로운 비지니스가 창출었는데, 3D 프린팅 역시 이러한 니즈와 함께 i.materialise 와 같이 전혀 새로운 비지니스 모델들을 창출하고 있다.
3D Printing을 통한 시제품 제작을 넘어선 양산 제품으로서 제조 혁신을 일으키는 사례들이 인간의 삶과 밀접한 관계가 있는 의료분야에서 먼저 나타나고 있으며, 작은 사이즈의 제품에서 부터 나타나고 있다.
이러한 현상을 Materialise CEO, Wilfried Vancraen는 Marble effect라고 불렀는데, 이는 디지탈 제조혁신을 일으키고 있는 사례들은 실제 구슬 사이즈의 덴탈 보청기 산업에서 먼저 시작되었고, 이미 야구공 사이즈 정도의 Application인 정형외과의 사례들이 나오고 있으며 점점 축구공 사이즈의 Application들의 움직임들이 보이고 있다.
즉, 앞으로는 다양한 산업에서 더 큰 사이즈의 Application이 나오게 될 것이고, 그러한 혁신적인 Application을 먼저 시작하는 사람이 위와 같은 예와 같이 그 마켓 리더가 될 것으로 예상된다.