3D프린팅은 프린팅 방법을 사용해서 입체적으로 물체를 만드는 기술이다. 지금까지 사용해 왔던 프린터는 판화를 찍거나 활자를 인쇄하는 것처럼 대상을 종이와 같은 평면에 인쇄하거나 복사해 왔다. 그리고 지금까지 사용해 왔던 절삭가공 방법은 입체적인 물체를 만들기 위해서 설계된 모양이 형상화 될 때까지 재료를 자르거나 깎아서 만들었다. 자르거나 깎을 수 없는 부분은 각 부품을 만들어 조립하였다.
하지만 3D 프린팅은 자외선이나 레이저를 받으면 굳어지는 광경화성 액상 수지, 금속, 파우더와 같은 재료를 사용해서 모델에 원료를 층층이 겹쳐 쌓아 물체를 만든다. 기존의 프린터가 문서나 그림파일을 종이에 인쇄나 복사하기 위해서는 활자판, 필름, 문서 등을 필요로 한다. 하지만 3D프린터는 입체적으로 물체를 만들어야 하기 때문에, 3차원으로 프린팅 하기 위한 3D 프린터와 디지털 설계도, 물체를 만들 원료를 필요로 한다.
3D프린팅 기술 개발은 여러 사람을 통해 다양하게 이루어졌다. 1981년 일본 나고야시 공업연구소의 연구원인 히데오 고다마가 원시적인 형태로 개발했다. 1980년대 미국의 3D 시스템즈 회사에서는 액상수지를 굳혀서 입체적 물체를 만들 수 있는 프린터를 개발했다. 1984년 미국 찰스 헐이 제품을 완성하기 전 시제품을 제작하는 시간을 단축하기 위해 사용하면서 시작하였다. 헐이 고안한 ‘스테레오리소그래피(SLA, Stereolithography Apparatus)’는 마치 지도의 등고선을 얇은 층으로 분리한 것 같은 평면을 쌓아 올려 입체감 있는 물체를 완성하는 방식으로 3D프린팅 기술의 기본 원리다.
오늘날의 3D프린팅 기술은 FDM(Fused Deposition Modeling, 용융 적층 모델링)방식과 SLS(Selective Laser Sintering, 선택적 레이저 소결)방식이 대표적이다. FDM은 1992년에 미국 스트라타시스사가 선보인 방식으로 플라스틱 소개의 필라멘트를 열로 녹여 압출한 후 상온에서 굳혀 물체를 쌓아올리는 방식이다. SLS는 미국 디티엠사가 선보인 방식으로 레이저로 분말을 가열한 후 굳히는 방식으로 물체를 만드는 방식이다.
현재 주로 사용되는 개인용 3D프린터는 FDM 방식이 많다. 우선 장비 가격이 비교적 저렴하고, 원료가 되는 필라멘트의 가격도 싼 편이다. 그러나 완성된 모형의 품질이 상대적으로 떨어지고, 모형을 층층이 나눠서 쌓아 올리기 때문에 완성된 모형을 봤을 때 층이 쌓아진 것이 보인다는 단점이 있다. 그리고 출력 속도가 느리며, 정밀한 모형을 만드는 데 어려움이 있다.
반면 SLS 기술은 미세한 분말을 도포한 후 모형으로 만들 부분에만 레이저를 쏘여 굳히기 때문에 정밀한 모형을 만드는 데 적합하다. 물체를 만드는 속도도 비교적 빠르며, 다양한 종류의 모형을 만들 수 있다. 그러나 SLS 방식의 3D프린터는 가격이 매우 비싸 개인이 사용하기보다는 제조회사 등에서 주로 사용하고 있다.
3D프린팅 기술은 매우 많은 분야에서 활용되고 있다. 건축, 제조, 의류, 의료, 식품, 자동차, 장난감 등 다양한 분야에서 3D프린팅 기술로 다양한 제품을 만들고 있다. 2014년에는 미국 제너럴일렉트릭사는 3D프린터를 사용하여 항공기 엔진용 노즐을 생산하였고, 미국 로컬모터스사는 3D프린터로 외형이 만들어진 전기자동차를 선보였다. 2015년 중국 윈선사는 대형3D프린터로 5층 건물을 만들기도 하였다. 영국의 건축회사 포스터플러스파트너스는 유럽우주기구(ESA)와 공동으로 달에 기지를 건설하기 위하여 3D프린팅 기술을 연구하고 있다.
2016년 8월에는 영국 런던에서 3D 프린팅 레스토랑 푸드잉크가 개장하였다. 이 레스토랑에서는 총 9가지 코스를 3D프린팅 기술을 이용하여 만들고 있다. 3D 프린터로 음식을 만드는데 많이 사용하는 재료는 초콜릿이나 사탕, 설탕, 요구르트를 비롯해서 소스나 크림, 반죽 등을 이용해서 다양한 음식을 만들 수 있다. 미국의 항공우주국(NASA)에서는 우주인이 우주에서 3D 프린터로 피자나 햄버거를 만들어 먹을 수 있도록 3D 푸드 프린터(3D Food Printer)를 개발하기도 했다. 3D 푸드 프린터는 영국의 엑스터대학(Exeter University) 연구진이 2011년에 처음 개발했다. 2012년 네덜란드 응용과학연구소에서는 다양한 모양의 과자를 만들기 위한 ‘스파이스 바이츠(Spice Bites)’라는 프로젝트를 진행했고, 파스타를 만드는 3D 프린터를 이탈리아의 파스타 제조회사인 바릴라(Barilla)와 함께 개발했다. 스페인 내추럴 머신(Natural Machine)사는 파스타와 빵을 만드는 ‘푸디니(Foodini)’ 3D 푸드 프린터를 개발했다.
3D 프린터는 의료분야에까지 활용되며 이미 보청기나 틀니, 임플란트, 의족 등을 만들고 있다. 바이오산업의 발전을 통해 3D 프린터를 가지고 간이나 심장과 같은 장기를 출력하고 피부를 재생하며, 치아나 두개골, 관절, 귀, 동맥까지 만드는 기술까지 개발하고 있다. 의료분야의 3D 프린터 기술은 2024년이면 상용화 될 것으로 예측하고 있다.
2015년 7월 파리에서 열린 샤넬 F/W 오뜨 꾸뛰르 쇼에서 샤넬의 수석디자이너 칼 라거펠트는 3D프린터를 가지고 만든 60여벌로 ‘3D컬렉션’을 했다. 글로벌 스포츠의류업체 아디다스는 2015년 10월에 3D프린터로 만든 ‘퓨처크래프트 3D’ 런닝화를 선보였다. 이처럼 21세기형 도깨비 방망이라 불리는 3D 프린터는 우리 생활에 엄청난 변화를 가져올 것이다.
