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요약 자가조립 기능이 있는 스마트재료를 3D로 출력하는 프린터. 4D 프린터로 출력한 재료는 시간이 흐르면 구조나 형태를 스스로 변화할 수 있다.
4D 프린터(4D Printer)란 3D 프린터에 자가조립 기술(Self-assembly)을 결합한 프린터를 말한다. 미국 MIT 자가조립연구소(Self-Assembly Lab)의 스카일러 티빗츠(Skylar Tibbits) 교수가 만들어 2013년 4월 테드(TED) 강연을 통해 공개했다.
ⓒ Subhashish Panigrahi | CC BY-SA
4D 프린팅(4D Printing)의 핵심은 스스로 변화하는 물체를 출력하는 것이다. 3D 프린팅이 2D의 평면에 ‘공간’을 도입했다면, 4D 프린팅은 여기에 ‘시간’ 개념을 추가했다. 4D 프린터로 찍어낸 물체는 시간이 지남에 따라 진동이나 중력, 열 등의 에너지와 상호작용하여 모양이 변한다. 이를 위해 4D 프린팅에는 형상기억합금과 같은 스마트 재료(Smart Material)가 필요하다. 스마트 재료는 자가조립(Self-assembly) 혹은 자가변형(Self-Transformation) 기술이 적용된 재료다. 출력 이후에 어떤 형태로 변화할지는 엔지니어가 미리 스마트 재료에 입력한다. 자가조립·자기변형은 단백질과 같은 생체 분자들이 스스로 결합하는 원리를 응용한 나노 공학 기술이다.
4D 프린팅은 다양한 분야에 활용될 전망이다. 4D 프린팅의 예상 활용 사례로는 인체에 들어가 암세포를 자르거나 약물을 전달하는 나노로봇이나 각종 환경에 맞춰 다양하게 변하는 배수관, 파손 시 스스로 복구하는 교량 등이 있다. 프린터보다 더 큰 물체의 출력도 가능하므로 주택과 같은 건축에 활용될 수도 있다. 미국의 디자인 스튜디오 너버스 시스템(Nervous Systems)은 4D 프린팅을 통해 키네메틱스 드레스(Kinematics Dress)를 만들기도 했다. 키네메틱스 드레스는 4D 프린팅으로 만든 세계 최초의 드레스로 2,000개 이상의 부품으로 구성되어 있으며, 접힌 상태로 출력된 이후 완전한 형태로 변화했다.
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