국문초록 디지털자료를실체화할수있는장비인 3D 프린터는현재자동차, 항공, 우주, 의료, 건축등각종산업분야에서많은이용을하고있다. 이렇게 3D 프린터의활용도가점차높아지는추세지만고고학에서 3D 프린터를활용한사례는아직드문실정이다. 이러한상황은 3D 프린터라는기술에대한접근의어려움

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1 제 30 호 ( ) 249~282 쪽 3D 프린터를이용한고고자료의활용 * 안형기 ** 목차 Ⅰ. 머리말 Ⅱ. 3D 프린터의정의 1. 3D 프린터의정의및개발과정 2. 출력방식에따른분류 Ⅲ. 3D 프린터를이용한고고자료의재현 1. 3D 스캐닝및데이터정리 2. 디지털기록물의 3D 프린터출력 3. 출력물의후처리과정 Ⅳ. 고고자료와 3D 프린터의활용방안 1. 복제및복원 2. 문화유산의공유 3. 3D 프린터활용을위한제언 Ⅴ. 맺음말 * 본고는필자의박사학위논문 ( 안형기 2017) 중일부를수정 보완하여게재하였으며한국고고환경연구소의연구비지원에의해작성되었다. ** 한국고고환경연구소연구원 3D 프린터를이용한고고자료의활용 249

2 국문초록 디지털자료를실체화할수있는장비인 3D 프린터는현재자동차, 항공, 우주, 의료, 건축등각종산업분야에서많은이용을하고있다. 이렇게 3D 프린터의활용도가점차높아지는추세지만고고학에서 3D 프린터를활용한사례는아직드문실정이다. 이러한상황은 3D 프린터라는기술에대한접근의어려움, 활용방안에대한고민, 장비도입때발생하는비용과같은여러문제들때문으로생각된다. 이에본고에서는 3D 프린터에대해소개하고현재가장널리사용되는 FDM 방식의 3D 프린터를활용하여고고자료의 3D 프린터출력에대한전반적인과정과활용방안에대해살펴보았다. 현재 3D 프린터는문화유산의복원, 복제, 교육과같은여러분야에서응용할수있을뿐만아니라멀리떨어진장소에서도동일한고고자료를공유할수있는유용한수단이기때문에앞으로고고학에서중요한역할을할수있을것이다. 3D 프린터의발전속도는계속해서빨라지고있으며진입장벽도점차낮아지고있다. 앞으로 3D 프린터를활용할수있는분야는지속적으로넓어질것이며고고학도예외는아닐것이다. 3D 프린터활용에대한연구자들의다양한논의와의견이필요한시점이다. 주제어 : 3D 프린터, 3D 스캔, 디지털기록물, 복원, 복제, 공유, 문화유산활용 250 제 30 호

3 Ⅰ. 머리말 디지털자료를실체화할수있는장비인 3D 프린터는현재자동차, 항공, 우주, 의료, 건축등각종산업분야에서많은활용을하고있다. 문화유산분야에서도 3D 프린터를활용한사례는지속해서증가하고있다. 현재 3D 프린터의활용도는점차높아지고있지만아직까지고고학에서 3D 프린터를이용한사례는드문실정이다. 이러한상황은 3D 프린터라는기술에대한접근의어려움, 활용방안에대한고민, 장비도입때발생하는비용과같은여러문제들때문으로생각된다. 이에본고에서는연구자들의이해를돕기위해 3D 프린터에대해소개하고현재가장널리사용되고있는 FDM 방식의 3D 프린터를활용하여고고자료의출력및후처리과정에대해살펴보았다. 또한, 3D 프린터출력물을이용한고고자료의활용방안에대해고민하였다. 디지털화된고고자료를 3D 프린터를이용하여실체화를한다면훼손된유물을복원하는과정에서손상된부위를손쉽게복원할수있으며, 수작업으로제작하는것보다정밀한유물의복제도가능하다. 또한, 디지털데이터만있으면장소나시간에구애받지않고누구나손쉽고자유롭게고고자료를공유를할수있다. 디지털화된고고자료와 3D 프린터를이용한다면복원, 전시, 교육, 자료의공유등다양한분야에서응용이가능하다. 따라서 3D 프린터를이용한고고자료의활용은앞으로고고학의대중화에있어중요한역할을할수있을것으로판단된다. Ⅱ. 3D 프린터의정의 1. 3D 프린터의정의및개발과정미래창조과학부와산업통상자원부가 2014년에발표한 3D 프린팅산업발전전략 에따르면 3D 프린터는재료를자르거나깎아서생산하는절삭가공과대비되는개념으로 디지털디자인데이터를이용, 소재를적층하여 3차원물체를제조하는프로세스 라고정의하고있다 ( 미래창조과학부 산업통산자원부 2014: 49). 최초의 3D 프린터는 1981년, 나고야현립공업연구소의히데오코다마 ( 小玉秀男 ) 가광경화성액상수지를사용한 3D 플라스틱모델의 AM(Additve Manufacturing: 적층제조 ) 생산방식을발명하면서시작되었다. 하지만실제상용화를시키지는못하였으며특허출원하기에도내용이부족하여그저기술문서에머물고말았다 ( 안상준 정재학 2017: 6). 실질적인시작은 1984년미국의발명가척헐 (Chuck Hull) 이설립한 3D 시스템즈 (3D Systems) 3D 프린터를이용한고고자료의활용 251

4 < 그림 1> 렙랩홈페이지 ( 사에서발명된액체플라스틱을적층하여쌓아올려서물체를출력하는기술부터이다 ( 이창조 손종남 2014: 336). 이방식은오늘날의 SLA(Stereolithography Apparatus: 광경화조형방식 ) 3D 프린터의바탕이되었다. 1988년스콧크럼프 (S. Scott Crump) 에의해 FDM(Fused Deposition Modeling: 용융적층모델링 ) 방식의기술이개발되면서본격적인 3D 프린터가상용화되기시작하였다 1). 이후 3D 프린터는산업분야에본격적으로이용되기시작하였다. 하지만장비의무게, 가격과같은문제때문에개인이활용하기에는아직한계가있었다. 2004년영국바스대학의아드리안보이어 (Adrian Bowyer) 교수의아이디어로시작된렙랩 (RepRap: Replicating Rapid-prototyper) 운동은 3D 프린터대중화의계기를마련한사건으로평가된다. 렙랩의주요목적중하나가 3D 프린터로다른 3D 프린터를제작하는자가복제였기때문이다. 렙랩의 3D 프린터들은몇몇부품을제외하고는 3D 프린터로생산할수있도록설계되었다. 렙랩은이러한기술들을오픈소스 (Open source) 2) 로공개하였기때문에구입과개발비 1) 초기 3D 프린터는 RP(Rapid Prototyping) 라는이름으로시장에보급되었다 ( 이동훈 2017: 14 15). 2) 소스코드나설계도를누구나열람할수있도록공개할뿐아니라, 이를바탕으로한 2 차창작을허용하는배포방식을의미한다. 그러나독점권만없을뿐저작권은엄연히존재하며상업적용도의사용, 공개정도, 강제성등에따라다양한라이선스규약을따라야한다. 오픈소스라이선스중대표적인 GPL 규약에따르면공개된소스코드의일부를사용하여제작된프로그램의경우도무조건공개해야만하는강제성이부과된다 ( 안상준 정재학 2017: 8) 252 제 30 호

5 용, 유지보수도매우쉬워졌으며, 누구나자유롭게렙랩커뮤니티에가서모든지식을공유하고개발에참여할수있게되었다 ( 안상준 정재학 2017: 7 8)< 그림 1>. 최근들어최초의 3D 프린터를제작한척헐의특허권이만료 3) 되어 3D 프린터를누구나만들수있게되었고위에서언급한것처럼렙랩운동에의해상업적활용을포함한모든권리가제약없이공개되었기때문에일반인들도사용할수있는보급형 3D 프린터가탄생하게되었다. 이와같은상황이시기적으로맞아떨어지게되면서 3D 프린터는급속도로발전하게되었다 ( 고현정 2016: 19 21). 현재까지 3D 프린터기술의개발및발달사를정리하면 < 그림 2> 와 < 표 1> 과같다. < 그림 2> 3D 프린터기술의개발시기 ( 이동훈 2017: 14) < 표 1> 3D 프린터기술발달사 ( 손상균 2016: 8 9, 수정후게재 ) 연도 1981 일본의히데오코다마에의해광경화성액상수지를이용한 3D 프린터기술개발 D 입체데이터에서실제사물의출력가능한기술이미국의척헐에의해개발 1986 척헐에의한 SLA 출력방식의 3D 프린터기술특허획득 내용 척헐에의해세계최초의 3D 프린터회사인 3D 시스템즈 (Systems) 가설립 3D 시스템즈에의해 SLA 방식의상용 3D 프린터최초개발 미국의스콧크럼프 FDM 방식개발 1989 스콧크럼프스트라타시스 (Stratasys) 사설립 1991 스트라타시스사의 FDM 방식 3D 프린터출시 헬리시스 (Helisys) 사에의해최초의 LOM(Laminated Object Manufacturing) 시스템을판매독일 EOS 사 SLS 방식 RP 장비출시 3) 현재 3D 프린터특허는 SLA 방식이 2006 년, FDM 방식이 2009 년, SLS 방식및 EOS 의 DMLS 방식이 2014 년에만료되었다. 3D 프린터를이용한고고자료의활용 253

6 연도 DTM 사 SLS(Selective Laser Sintering) RP 장비출시 (2001 년 3D 시스템즈에합병 ) 스트라다시스사최초의 FDM 기반의 3D 모델러출시 솔리스스케이프 (Solidscape) 사설립솔리스스케이프 2D 잉크젯프린터기반기술과유사한부품제작용프린터기술특허획득미국텍사스대학 SLS 방식특허 내용 Z 코포레이션 MIT 와기술독점계약을체결후 3D 프린터개발독일 EOS 사 SLS 방식최초의 DMS(Direct Metal Sintering) RP 장비출시 Z 코포레이션분말기반잉크젯 3D 프린터 Z402 발표스트라다시스사제니시스 (Genisys) 모델발표 3D 시스템즈액츄아 (Actua) 2100 발표 3D 프리터가 RP 기계 (Rapid Prototyping Machine) 에최초로사용 1997 EOS 가 SLA 사업부를 3D 시스템즈에매각 2000 이스라엘오브젯지오메트리스 (Objet Geometries) 사폴리제 (Polyjet) 방식 3D 프린터출시 2001 독일인비전텍 (Envisiontec) 사 DLP 방식퍼팩토리 (Pefactory) 3D 프린터출시 2005 Z 코퍼레이션최초의고출력컬러 3D 프린터스펙트럼 Z501 출시 2006 SLA 기술특허만료영국보이어교수오픈소스프로젝트인렙랩운동시작 오브젯지오메트리스사의멀티젯 (Multijet) 방식 ( 서로다른물성의재료를동시에조형하는방식 ) 3D 프린터출시스트라타시스 FDM 방식 FORTUS 900mc DDM RP 출시 미국코포레이션사분말기반잉크넷방식컬러 3D 프린터인 Z 프린터 650 출시렙랩부품의절반정도를 3D 프리터가자체제작한최초버전배포시작 FDM 기술특허만료인비전텍사 DLP 방식의울트라 3D 프린터출시 2010 HP 와스트라타시스가협약으로 FDM 방식의개인용 3D 프린터유프린터 (UPrinter) 개발후유럽판매 대형 3D 프린터로몸체를제작한최초의자동차어비 (Urbee) 발표 재생신약회사인올가노보 (Organovo) 사혈관을바이오프린트한데이터를발표 네덜란드의 3D 프린터제조회사인얼티메이커 (Ultimaker) 사출력속도초당 300mm 에서 350mm 로향상성공 영국의엑세터대학, 브루넬대학, 앱개발사델캠 (Delcam) 등연구진최초의 3D 초코렛프린터초크크리에이터를제작 영국사우스햄튼대학엔지니어들이 3D 프린터를사용해최초의비행체설사 (SULSA) 를제작하여시간당 100 마일속도로비행성공 오스트리아비엔나과학기술대학은세상에서가장작고가볍고, 저렴한 3D 프린터개발성공무게 1.5 킬로그램, 가격 1200 유로 롤란드디자인그룹개인용절삭가공기 imodela im-01 소개 2013 맥킨지가선정한 12 대기술중 2025 년경제파급효과에서 9 위설정 230 억불 ( 최소 )~550 억불 ( 최대 ) 예상미국오바마대통령국정연설에서 3D 프린터를차세대제조혁명이라거론 SLS 기술특허만료 DMLS 기술특허만료 DP 기술특허만료 2. 출력방식에따른분류일반적인프린터도잉크젯방식, 레이저방식으로구분하는것처럼 3D 프린터역시다양한방식으로구분한다. 주로출력 ( 적층 ) 방식으로구분하며 3D 프린터의재료를어떻게적층하고경화시키느냐에따라다양한종류로분류한다. 3D 프린터의적층방식별분류는매우다양하며, 이에대한자세한내용은 < 표 2> 와같다. 254 제 30 호

7 < 표 2> 3D 프린터기술별주요특징 ( 곽기호 박성우 2013: 59) 적층방식기술명내용 압출 (Extrusion) 분사 (Jetting) FDM (Fused Deposition Modeling) MJM (Multi Jetting Modeling) Polyjet 3DP (3Dimensional Printing) 가는실 ( 필라멘트 ) 형태의열가소성물질을노즐안에서녹여얇은필름형태로출력하는방식으로적층 노즐은플라스틱을녹일수있을정도의고열을발산하며플라스틱은상온에서경화 프린터헤드에서광경화성수지와 WAX 를동시분사후, UV Light 로고형화하는방식으로적층 광경화성수지는모델의재료이며, WAX 는지지대로사용 광경화와잉크젯방식의혼합 이스라엘의 Objet 에서개발 ( 현재 Stratasys 에인수 ) 노즐에서액체상태의컬러잉크와경화물질을분말원료에분사하는방식으로적층 액체 (Light Poymerised) SLA (Stereo Lithography Apparatus) DLP (Digital Light Processing) SLS (Selective Laser Sintering) 액체광경화성수지가담긴수조안에저전력 고밀도의 UV 레이저를투사하여경화시키는방식으로적층 조형판위에지지대 ( 받침대 ) 를조성하고조형하고자하는모델의아랫부분부터경화 적층 액체상태의광경화성수지에조형하고자하는모양의 DLP(Digital Light Projector) 에투사하여적층 프로젝터에서나온이미지를마스크단위 (2 차원 ) 으로투사 베드에도포된파우더 ( 분말 ) 에선택적으로레이저를조사 소결하고, 파우더를도포하는공정을반복하여적층 고체 Granular Sintering (melting) Directed Energy Deposition Wire ( 인발 ) Sheet Lamination SLM (Selective Laser Melting) EBM (Electron Beam Melting) DMD (Diret Metal Deposition) EBF (Electron Beam Free Form Fabrication) LOM (Lamination Objet Manufacturing) 도포된금속파우더에선택적으로고출력 Ytterbium-Fibre 레이저를조사하여용융시키는방식으로적층 금속파우더가용융되는동안산화방지를위해불활성가스 ( 아르곤, 질소 ) 가챔버내에공급 고진공상태에서전자빔을활용하여금속파우더를용해하는방식으로적층 지지대역할금속표면에고출력레이저빔을조사하여일시적으로용융풀을생성하고, 여기에금속분말을공급하여클래딩층을형성 (DMT 로도알려짐 ) 와이어형태의금속원료에전자빔을조사시켜경화시키는방식으로적층 NASA 의 Langley Research Center 에서개발주도 모델의단면형상대로절단된점착성종이, 플라스틱, 금속라미네이트층등을접착제로접합하여조형 이중현재가장널리대중화된 3D 프린터출력방식으로는 SLA(Stereo Lithography Apparatus: 광경화수지조형방식 ) 와 FDM(Fused Deposition Modeling: 용융적층모델링방식 ) 을이야기할수있다. SLA 방식의프린터는가장오래된프린터출력방식이다. 1984년 3D 프린터개발자이자특허권자인척헐이최초로개발하였다. SLA는흔히레진이라고부르는아크릴이나에폭시계열의광경화성액상수지가들어있는수조에조형판이잠겨있고그위로레이저를조사한다. 레이저가레진에닿으면광경화 (Curing) 작용에 3D 프린터를이용한고고자료의활용 255

8 < 그림 3> SLA 방식의작동원리 ( 左 ) 및 SLA 방식 3D 프린터 ( 右 ) 의해레진이굳어지며레이어가만들어진다. 레이어가완성되면조형판이다시하강하고레이저를조사하는과정을반복하여제품을제작하는것이다. SLA 방식은제품제작속도가빠르며복잡하고세밀한형상을표현하는데탁월하다. 또한, 제품표면도후처리가필요없을정도로매끄럽게출력된다. 하지만아직장비나재료의가격이비싼것이단점이다 < 그림 3>. FDM 방식은현재 3D 프린팅의가장기본적인방식중하나로 FFF(Fused Filament Fabrication: 열가소성수지압출적층방식 ) 방식이라고도한다. 4) 실형태로가공된필라멘트 (Filament) 라불리는재료를익스트루더 (Extruder) 라명명된장치의노즐로얇게녹여서사출하며, 노즐은 2차원으로움직이면서형태를만들면서제품을제작한다. FDM 방식은개인사용자에게가장적합한 3D 프린팅방식이다. 장비의경우렙랩운동에의해많이보급되었으며, 주재료인필라멘트의종류, 색상이다양하고다른 3D 프린팅재료에비해가격이매우저렴하다. 또한, 다른방식에비해작동원리를이해하기쉽고사용법도간단하여누구나쉽게입문할수있다. 다만출력시간이다른방식에비해오래걸리고정밀도가떨어진다. 여기에표면에울퉁불퉁한적층흔적이남아있기때문에후처리작업에시간이오래걸린다는단점이있다. FDM 방식으로출력한제품표면의적층흔적을처리하는방법은사포나그라인더를이용하는물리적인방식과아세톤훈증과같은화학적인방식으로구분할수있으며출력물의상태에따라작업자가알맞은방법을선택하여작업한다 < 그림 4>. 이외에도 SLS(Selective Laser Soter: 선택적레이저소결방식 ), 3DP(3 Dimensionnal Printing or 3D Printing InkJet: 잉크젯방식 ), PolyJet(Photopolymer Jetting Technology: 폴 4) 현재 FDM 이라는용어는스트라타시스사에상표권이있기때문이다. 일반적으로 FDM 이라고많이부르고있지만 FFF 라고표현 하기도한다. 256 제 30 호

9 < 그림 4> FDM 방식의작동원리 ( 左 ) 및 FDM 방식 3D 프린터 ( 右 ) 리젯방식 ), DLP(Digital Light Processing: 마스크투영이미지경화방식 ) 등여러 3D 프린터출력방식이있으나장비나재료가고가이거나운용방식의복잡성과같은문제때문에대부분개인용보다는산업용으로사용되고있다. 또한, 3D 프린터는그용도에따라다양한종류의소재를이용하여여러결과물을출력할수있다. 현재일반적으로사용되고있는 3D 프린터재료의종류는 < 표 3> 과같다. < 표 3> 3D 프린터재료의종류 ( 이해순 2016: 81) 재료명재료형태출력방식특성 ABS PLA F P F P FDM SLS FDM SLS 열가소성 PA F, P FDM, SLS Pe P FDM PVA F FDM 대부분 FDM 방식으로출력하며열에녹고식으면굳는재료로종류에따라녹는온도가다르다. 플라스틱 PC F FDM HIPS F FDM PP F FDM UV-epoxy 광경화성 UV-acrylic UV-urethane UV-ABS UV-PLA L SLA MJM Polyjret DLP 정밀도가높고표면조도가우수하여정밀한조형물제작에적합하며원하는물성에따라두세가지재료를혼합하여사용할수있다. UV-PP 3D 프린터를이용한고고자료의활용 257

10 재료명재료형태출력방식특성 Bronzefill Copperfill Brassfill F FDM 금속분말과 PLA 를혼합한제품으로출력이후연마과정이필수이다. Titanium P 금속 Stainless steel Bronze Gold Alloy P P P DMLS SLS 부분적인용융이일어날정도로가열경화시키는소결형제조방식과레이저등고출력에너지를통해재료를분사함과동시에완전히녹여결합하는고에너지형제조방식이있다. Silver Alloy P 목재 Woodfill F FDM Bamboofill F FDM Laywood-d3 F FDM Laybrick F FDM 목분과 PLA 를혼합한제품이다. 세라믹 P CJP, SLS Silica, Alumina, Plaster PASTE Extrusion 종이, 플라스틱, 금속 sheet LOM P: 분말, F: 필라멘트, L: 광경화성수지. Paste: 페이스트 유일한식품안전소재이다. 내구성이떨어지므로시제품제작에주로사용한다. Ⅲ. 3D 프린터를이용한고고자료의재현 각종매체에서는 ICT(Information and Communications Technology) 산업중가장각광을받는분야로 3D 프린터를이야기하고있다. 하지만일부산업분야를제외하고는일반인들에게는아직친숙하지않은분야가아닐까생각된다. 그러나현재 3D 프린터수요는지속적으로증가하고있으며, 현재이야기되고있는 ICT 기술중가장빠른성장세를보이고있는분야중하나이다 < 그림 5>. < 그림 5> 글로벌 3D 프린터시장규모추이 ( 이동훈 2017: 28 재인용 ) 258 제 30 호

11 고고학분야에서 3D 프린터를이용해활용할수있는분야는크게복원과복제로구분할수있다. 복원의경우문화재복원전문가에의해연구되고있는전문분야이기때문에고고학자들이연구하기에는한계가있으나, 복제의경우유물복제품, 혹은유적이나유구의축소모형을이용한콘텐츠제작과같은분야에서는여러방면으로다양한접근이가능하다. 이러한콘텐츠적접근은현재고고학계에불고있는대중고고학에대한관심과그궤를같이한다고볼수있다. 최근대중고고학에대한관심이높아지면서고고학발굴로생산된다양한자료를대중과공유하기위한노력이지속적으로시도되고있고 ( 박승규 2015: 76), 발굴된기존자료를활용한대중화를통해일반인들에게고고학에대한이해와관심을증대시키는문화재활용사업에고고학계의관심이높아지고있다. 이와같은상황에서매장문화재발굴기관이주축이되어 고고학체험교실 및 우리동네유적사회교육프로그램, 생생문화재사업 과같은교육프로그램을실시하고있는데 ( 강평원 2016), 여기에직접 3D 프린터를이용하여출력한고고자료를교재나전시품으로활용할수있다면교육프로그램운용을할때유용하게사용할수도있다. 또한, 복제된고고자료를직접만져보고관찰할수있기때문에정확한정보제공이가능하다. 이와같은 3D 프린터의콘텐츠활용은일반인들의고고학에대한흥미를북돋을수있을것이며, 유적 유물의보존, 전시, 교육에서활용할수있는복제품및축소모형의제작등에응용할수있을것이다. 따라서본장에서는현장에서획득할수있는디지털기록물을이용하여 3D 프린터로출력하는과정에대해알아보고자한다. 이를위해서현재대중적으로보급이잘되어있으며초보자도사용하기용이한 FDM 방식의 3D 프린터출력과정에대해살펴보고자한다. 1. 3D 스캐닝및데이터정리일반적으로 3D 프린터를출력하기위해서는출력대상물의디지털자료를획득해야한다. 3D 프린터를위한디지털자료들은여러가지로구분할수있지만크게 3D 레이저스캔을이용한디지털기록물획득과 3D 모델링으로제작한결과물을활용하는방식을들수있다. 본고에서는이중 3D 스캐너를이용하여제작한유물의디지털기록물을사용하여 3D 프린터를이용한복제본과축소모형의제작을시도하였다. 디지털기록물을획득하기위한장비인 3D 스캐너는넥스트엔진 (NEXTENGINE) 사의넥스트엔진울트라 HD(NextEngine Ulta HD) 5) 기종을선택하였다. 넥스트엔진은 2개의 5) 이하넥스트엔진이라표기한다. 3D 프린터를이용한고고자료의활용 259

12 3.0M Pixel CMOS 이미지센서를사용해스캔대상물의색상정보를가져올수있다. 레이저 Class 1,650nm 파장을가진 4개의다중레이저 (2줄) 를이용하여피사체의 3차원형상을 0.13mm의정확도로스캔하며, 특수한조명을사용하지않아도일반사무환경에서구동이가능하다. 자체파일포맷및 STL, OBJ, VRML, U3D, PLY 등여러형식의포맷을지원하기때문에다양한그래픽프로그램과호환이용이한것이특징이다. 넥스트엔진의자세한사양은 < 표 3> 과같다. < 표 3> 넥스트엔진울트라 HD(NextEngine Ulta HD) 의제원 ( 품목 사양 출력인터페이스 USB 2.0 측정원리 MLT(Multi Stripe Laser Triangulation) 방식 광원 클래스 1라인레이저 카메라해상도 Twin 5.0 Megapixel 측정시간 35초 (Quick), 95초 (Standard), 125초 (HD) 스캐너중량 3kg 스캐너크기 (mm) 모드 Macro Wide Extend 측정영역 (mm) 깊이방향스캔영역 (mm) 127~ ~ ~762 정확도 (mm) 해상도 (point/mm) < 그림 6> 아차산성서쪽입수구내벽인근출토연화문와당 ( 한국고고환경연구소 2016) 260 제 30 호

13 스캔대상물은한국고고환경연구소에의해발굴조사가된아차산성남쪽배수구일대에서출토된연화문와당을대상으로하였다. 서쪽입수구내벽인근에서출토되었으며, 홍련봉 1보루와호로고루, 아차산성망대지에서발굴된것과흡사한형태를보이고있다 ( 한국고고환경연구소 2016). 다른곳에서출토된연화문와당과달리완벽한상태의문양을가지고출토되었기때문에 3D 프린터를이용한유물복제의결과를잘보여줄수있을것으로판단하여시범대상으로선택하였다 < 그림 6>. 스캔과정은먼저피사체에해당되는유물을턴테이블 (Turn Table) 의거치대에고정시키는것으로시작한다. 직접대상물을움직이면서스캔할수도있지만, 턴테이블을이용하면자동으로피사체를회전시키면서 3D 스캔을할수있어서사용자가일일이유물의스캔위치를잡아주지않아도되기때문에편리하다. 3D 스캔측정소프트웨어는넥스트엔진의자체소프트웨어인넥스트엔진스캔스튜디오 (NextEngine ScanStudio) 를사용하였다. 사전준비가완료되면 3D 스캔측정소프트웨어를실행한다. 턴테이블이 360 회전하면서 3D 스캐너는레이저및이미지센서를이용하여피사체의형태및위치, 색상정보를 < 그림 7> 3D 스캔작업및스캔데이터편집 3D 프린터를이용한고고자료의활용 261

14 < 그림 8> 연화문와당의 3D 모델링산출하여데이터를획득한다. 스캔이완료되면획득된정보가 3D 스캔측정소프트웨어화면에표시된다. 다음으로여러방향에서스캐닝으로획득한점군데이터들중불필요한데이터를삭제하고병합및수정하여, 폴리곤메쉬데이터로형성하는과정을실행한다. 데이터의편집은역설계소프트웨어인지오매직디자인 X(Geomagic Design X) 를이용하여실시하였다 < 그림 7>. 완성된 3D 모델은 < 그림 8> 과같다. < 그림 9> 는스캔대상이었던아차산성출토연화문와당과편집이완료되어폴리곤메쉬데이터로변환된스캔데이터의비교도이다. 실제유물과비교해본결과문양의표현이나전체적인형상이크게차이가나지않는것을확인할수있었으며, 전체적인유물의굴곡형태도표현이잘된것을관찰할수있다. 완성된 3D 모델은 3D 프린터로출력하기위해 STL 확장자로파일변환을실시한다. STL(Stereolithography) 파일포맷은 RP(Rapid Prototyping) 라고불리는초기 3D 프린터부터현재까지사용되고있는 3D 프린터의자료교환표준포맷이다 ( 김동희 2014: 2). 3D 시 < 그림 9> 연화문와당실물 ( 左 ) 과 3D 모델링 ( 右 ) 비교도 262 제 30 호

15 스템즈사가개발하여최초로사용하였으며대다수의 3D 프린터가사용하고있는형식이기때문에대부분의 3D 프린터용출력소프트웨어와호환이가능하다 ( 김동희 2014: 27). 다만 STL 파일은호환성이막강한대신폴리곤정보만이존재하기때문에수정하기가어렵고, 입체형상정보만을담고있어서한가지색상만표현할수있다. 이러한단점을극복하고자 3MF, OBJ, VRML(Virtual Reality Modeling Language), AMF(Additive Manufacturing File) 와같은파일이사용되기도한다 ( 안상준 정재학 2017: ). 2. 디지털기록물의 3D 프린터출력출력에사용된 3D 프린터기종은메이커봇 (MakerBot) 사의리플리케이터플러스 (MakerBot Replicator+) 모델이다. FDM 방식의 3D 프린터이며 ABS 및 PLA, 터프 PLA 계열소재의필라멘트호환이가능하다. 본고에서는 PLA를소재로사용하였다. 레이어해상도는 0.1mm이며, XY 포지션정밀도는 0.011mm, Z 포지션정밀도는 mm이다. Wi-Fi, USB, 이더넷 (Ethernet) 을이용하여 PC 및스마트폰과연결이가능하며, 온보드에카메라가달려있어원격으로출력과정을관찰및제어할수있다. 사용된 3D 프린터의자세한사양및세부제원은 < 표 4> 와같다. < 표 4> 메이커봇리플리케이터플러스 (MakerBot Replicator+) 의제원 개요 사양및세부제원 프린트기술 Fused Deposition Modeling ( FDM방식 ) 빌드용적 29.5 L x 19.5 W x 17.5 H cm 레이어해상도 0.1 mm 필라멘트직경 1.75 mm 필라멘트호환성 MakerBot PLA Filament Large Spool, MakerBot PLA Filament Small Spool MakerBot Tough PLA Filament Large Spool 노즐직경 0.4 mm 프린트파일타입.MAKERBOT (USB스틱변환용확장자 ) 크기 52.8 L x 44.1 W x 41.0 H cm 무게 18.3 kg 지원파일형식 STL, OBJ,.makerbot 지원 OS Windows 7 이상, Mac Os X 10.7 이상 보관적정온도 C 보관온도 0-38 C 제품외부구성 PC ABS with Powder-coated Steel Reinforcement 표면빌드 Grip Surface 스테핑모터 1.8 step angle with 1/16 micro-stepping XY 포지션정밀도 0.011mm Z 포지션정밀도 mm 전원 V, 50-60Hz, A, 100W 연결방식 Wi-Fi, USB, Ethernet 카메라해상도 640 x 480 3D 프린터를이용한고고자료의활용 263

16 3D로출력하기위해서는먼저 3D 모델링의 STL 파일을 3D 프린터출력제어프로그램으로불러와야한다. 3D 프린터제어에사용된프로그램은메이커봇사에서제공하는메이커봇프린트소프트웨어 (Makerbot Print Software) 를사용하였다. 불러온 STL 파일은먼저출력목적에알맞은크기의축척으로조절한다 < 그림 10>. 다음단계로 3D 프린터의출력제어프로그램의옵션설정을한다. 현재다양한 3D 프린터와출력지원소프트웨어가있기때문에각종류마다다소차이는있지만일반적으로널리사용되며프리웨어로공유된프로그램인큐라 (Cura) 를기준으로하는 3D 프린터설정의주요명령어는거의비슷하다 ( 김영일 이종락 2015: 78)< 표 5>. 3D 프린터제어옵션을설정하면슬라이서 (Slicer) 작업을실행해야한다. FDM 방식의프린터는여러개의레이어 (Layer: 층 ) 를차례로적층하여 3차원형상을구현하며, 각각의 < 표 5> 3D 프린터제어프로그램각명령어및역할 ( 김영일 이종락 2015: 78 수정후게재 ) 주요명령어역할주의사항 Layer height Shell thickness Enable retraction 레이어의두께를의미한다. Z 축의정밀도를결정한다. 출력물의바깥쪽두께를의미한다. 프린트되지않는영역을노즐이지나갈때필라멘트를후퇴시킨다. 낮을수록정밀도는높아지나, 많은시간이소요된다. 일반적으로 0.025mm 0.1mm 의정밀도를제공한다. 두께가가늘면시간은단축되나, 후가공에서천공 ( 穿孔 ) 이생김으로주의하여야한다. 일반적으로기본두께는 1mm 이다. 필요없는필라멘트의찌꺼기생성을막아서절약할수있다. Bottom / Top thickness 출력물의바닥면과윗면의두께를결정한다. 두꺼운경우는시간이오래걸리지만후가공에용이하며, 얇은경우는후가공에서천공이생길우려가있다. 0.6mm 1mm 정도가적당하다. Fill Density 출력물의내부를어느정도채울것인지를결정한다. 100% 로채울경우견고하나, 시간과필라멘트가많이소진된다. 기본적으로는 30% 정도가좋으며, 경도를높일경우에는 100% 가요구된다 Print speed 출력속도를조정한다. 속도를줄일수록흔들림을적어져정밀한물체를출력할수있다. 기종에따라다르나, 정교한프린팅을원하는경우는초당 40mm 정도가적당하다. Printing temperature Bed temperature Retracing speed Travel speed 압출헤드의온도를결정한다. 히팅베드 (heating bed) 의온도를결정한다. Enable retraction 기능을실행할때필라멘트의후퇴속도를결정한다. 헤드의이동속도를결정하며값이높을수록출력속도는높아진다. 각프린터마다의특성에맞게필라멘트를독자적으로개발하여보급하는기종이있으므로해당사의추천온도를지키는것이바람직하다. 이온도에의해필라멘트와베드의결착과출력물의변형을줄이는중요한온도이므로기종과필라멘트의특성에따라설정한다. 일반적으로 가적당하다. 속도가높을수록성공률은높아지나경우에따라필라멘트가마모되는현상이생길수있으며뒤에설명될 Travel speed 와맞지않으면필라멘트가튕겨져나오는현상이발생할수있다. 기종마다적정수치가정해져있지않기때문에수차례의실험이필요할수있다. 기종마다수치가틀리기때문에기종별추천수치를사용하는것이바람직하다. 일반적인값은 50mm/s 이다. 264 제 30 호

17 < 그림 10> STL 파일의축척조정 ( 左 : 1:1 유물복제품, 右 : 1/4 유물미니어처 ) 층은 2D로구분된다. 즉, 슬라이서는 3D 형상을 2D로변환하는과정을의미한다. 또한, STL 파일을비롯한모델데이터들은 3D 형상의표면정보만을가지고있기때문에내부는텅비어있는데어떤형태로출력물의내면을채우는방법역시슬라이서로결정된다. 슬라이서를실행하면 < 그림 11> 과같은형태로나타나게되며, 일종의미리보기와같은역할을수행한다. 슬라이서된출력물아래쪽바닥부분에서는라프트 (Raft) 와서포트 (Support) 의모습도확인된다. 라프트란출력물이베드 ( 조형판 ) 에잘붙게하기위해필라멘트를이용하여몇개의층을추가로만드는것을의미하며, 서포트는출력물일부가허공에뜨거나매달리는형태인경우, 모델을지지해주기위해아래쪽에만들어주는구조물을지칭한다. 스캔대상인연화문와당뒷면의굴곡때문에출력물이조형판에붙지않아무너지는것을방지하기위해서포트가자동으로추가된것을확인할수있다. 슬라이서확인후 3D 프린터제어프로그램에서출력신호를입력하면 3D 프린터가움직이면서대상물을출력한다 < 그림 12>. 출력물의모습은 < 그림 13> 과같다. < 그림 11> 슬라이서가실행된 3D 프린터출력물 3D 프린터를이용한고고자료의활용 265

18 < 그림 12> 3D 프린터출력모습 < 그림 13> 연화문와당의 3D 프린터출력물모습 ( 左 : 1:1 복제품, 右 : 1/4 미니어처 ) 3. 출력물의후처리과정적층방식인 FDM으로출력된결과물은구동원리에의해크게두가지의문제를가지고있다. 먼저출력된조형물의표면이거칠고정밀하지못한단점이있다. 이로인해출력된조형물은육안으로도적층을발견할수있으며, 도장이후에는적층흔적이제대로강조되어출력물의완성도를크게떨어뜨린다. 다른문제로는적층된레이어의흘러내림현상을방지하기위해서포트 ( 지지대 ) 를설치해야하는데, 출력이완료된후지지대를제 < 그림 14> 3D 프린터출력물가공절차 266 제 30 호

19 거한표면은거친잔여물이남게된다. 이런문제는 FDM 방식의프린터에서는반드시해결해야하는과제이다. 물론 SLA, SLS 6). DLP 7) 방식의프린터를사용하면 3D 프린터의표면정리문제는해결할수있다. 하지만이와같은프린터들은장비나출력재료가매우고가이기때문에일반인이사용하기는어렵다. 따라서일반적인 3D 프린터사용자들은비용적인측면에서저렴한장비인 FDM 방식의 3D 프린터를이용하여고사양의 3D 프린터와동급의결과물을얻기희망하고있다 ( 이동훈 2017: 36 37). 이와같은문제를해결하기위해서는출력물의표면을정리하는후처리과정이반드시필요하다. 특히 FDM 방식프린터의경우에는후처리과정의숙련도가출력물의품질을좌우한다고볼수있다. 후처리과정에서사용되는표면기술은마찰을이용한연마식기술, 화학적반응을활용한화학기술, 다양한공구를활용한가공기술, 퍼티와폴리등을활용한도포식기술등여러방법들이활용되고있다. 하지만아직전문적인연구와전공기술자자격에대해서는기준이마련되어있지않으며, 별도의안전기준도아직까지없다 ( 이동훈 2017: 39) < 표 6>. 그러나대체적으로 3D 프린팅결과물의가공절차는위와같은기술을가지고진행하게되며전체적인순서는 < 그림 14> 와같다. 3D 프린터출력물을가공하기위해서는먼저조형판에서분리시켜야만한다. FDM 형식의출력물은라프트가조형판과밀착되어있는데이를스크래퍼 (Scraper) 를이용하여조심스럽게띄어낸다. 출력물을베드에서분리했으면본격적인표면처리과정에들어간다. 출력물에붙어있는 < 표 6> 표면처리기술분류표 ( 이동훈 2017: 40, 수정후게재 ) 연마가공정밀가공도포가공아세톤가공기타가공 샌딩 ( 사포 ) 연마기 핸디조각기 ( 핸디연마기 ) 수작업퍼티스프레이퍼티 칠하기분사하기담그기훈증하기 인두기마감마커 6) SLS(Selective Laser Soter: 선택적레이저소결방식 ) 는 SLA 와거의비슷한방식이지만주재료가액체가아닌분말이라는점에서차이를보인다. SLS 의가장큰장점은분말형태의재료를사용하기때문에소재의선택범위가넓다는점을들수있다. 출력을할때소결되지않은분말들이지지대역할을하기때문에별도의서포트 (Support) 가필요없다. 7) DLP(Digital Light Processing: 마스크투영이미지경화방식 ) 는광경화성액상수지가담긴수조안에설계된 3D 모델링에따라빛 (Digital Light) 을투과하여조형하는방식이다. 3D 데이터를각각의그림데이터 (Bitmap) 로전환하여소프트웨어에서디지털마스크 (Digital Mask) 를생성한뒤고해상도의프로젝션광으로광경화수지 (Protopolymer Resign) 마스크투영 (Digital Mask Projection) 을하는원리이다. DLP 방식의 3D 프린터는한층의광경화성수지위에마스크투영이한번에이루어지기때문에출력속도가빠르고결과물의표면이매끄럽게표현된다. 또한, 일반적인 3D 프린터로한번에만들기어려운형태도무리없이제작할수있으며후처리과정의필요성이낮은편이다. 3D 프린터를이용한고고자료의활용 267

20 라프트 (Raft) 와서포트 (Support) 를각종공구를이용하여수작업으로제거한다. 라프트와서포트가제거된출력물은서포트자국으로인한거친흔적및출력을할때필라멘트의적층흔적이보이는것을확인할수있다. 이를디자인커터, 핀셋, 각종사포및핸디연마기를이용하여흔적을제거하고표면을정리한다 < 그림 15>. 위에서도언급했듯이 FDM 방식 3D 프린터의가장큰단점은출력물에서필라멘트의적층흔적이보이는것이다. 사포및퍼티작업과같은물리적인표면정리를잘한다하여도이와같은흔적을완전히지우기는힘들다. 그렇기때문에적층흔적을보다효율적으로지우기위해화학적반응을이용한연마기술들이연구되고있다. 그중대표적인것이아세톤 (Acetone) 용액을이용한표면처리기술이다. 이동훈 (2017: 54 56) 은아세톤표면처리기술을크게다섯가지방법으로구분하였다. < 그림 15> 3D 프린터출력물조형판분리및물리적표면처리과정 268 제 30 호

21 첫번째, 붓을이용하여출력물에직접아세톤을칠하는방법이다. 작업후붓자국이남는단점이있으나작은출력물도꼼꼼한표면처리가가능하다. 두번째, 아세톤을넣은분무기로출력물의표면에도포하여표면을가공하는방법이다. 붓으로칠하는방식보다작업시간은단축되나출력물의세부적인부분까지고르게작업하기는힘들다. 세번째, 출력물을 100% 아세톤용액에 3초 15초정도담갔다빼는방법이다. 출력물전체표면을고르게가공할수는있지만장소에따라결과물에큰차이를보인다. 네번째, 아세톤을약 로직접가열하여기화되는기체로출력물을훈증하는방법이다. 짧은시간안에결과물을확인할수있지만화재및폭발의위험성때문에사용에상당한주의가필요하다. 마지막으로아세톤을적신티슈를출력물과함께집어넣고가열하는간접기화훈증방식이있다. 아세톤을직접가열하는방식보다는안전하지만장시간의시간이소요되며, 결과물이일정하지않다는단점이있다. 본고에서는붓을이용한아세톤직접도포방식을선택하였다. 분무기방식의경우출력물의표면을고르게가공하기힘들며, 아세톤용액에담그는방식은연화문와당의무늬가무너질위험성이있기때문이다. 아세톤직접및간접기화훈증방식의경우아세톤을가열할때발생할수있는안전문제로인해표면처리방법에서는제외하였다. 디자인커터, 사포, 핸디연마기등물리적표면처리와아세톤직접도포와같은화학적표면처리과정을끝낸출력물의상태는 < 그림 16> 과같다. < 그림 16> 후처리과정이끝난연화문와당의 3D 출력물 ( 左 : 1:1 복제품. 右 : 1:4 미니어처 ) 3D 프린터를이용한고고자료의활용 269

22 아세톤용액을이용한표면처리가끝나면서페이서 (Surfacer) 를이용해채색전도장처리작업을한다. 이는 3D 프린터출력물의사출색을재도장하여도료의착색이바르게이루어지기위한과정이다. 서페이서작업이완료된후에나멜스프레이및아크릴물감을이용하여출력물을채색하였다. < 그림 17> 은표면처리와채색과같은후처리과정이완료된 3D 프린터출력물과실제연화문와당을비교한것이다. 이렇게디지털스캔데이터와 3D 프린터가있으면손쉽게다양한고고자료의복제가가능하다 < 그림 18>. < 그림 17> 연화문와당원본 ( 左 ) 및복제품 ( 右 ) 비교 < 그림 18> FDM 3D 프린터를이용한각종고고자료의출력물 (1 송담리 KC-016 주거지, 2 송담리 28 지점지형 3 의령동동리유적 KK-001 출토석검 4 아차산성출토토기 ) 270 제 30 호

23 Ⅳ. 고고자료와 3D 프린터의활용방안 1. 복제및복원최근들어 3D 프린팅기술을문화유산에적용하기위한연구가다방면으로진행되고있다. 국내외적으로문화유산분야에있어 3D 프린터를적용하는사례는주로전시물의보존이나복원과같은분야이다. 대부분문화재와동일한형상을프린팅하여복제나복원을위한참고품으로활용하였으며, 적극적으로복원을시도한사례도존재한다 ( 이해순 2016: 65). 1) 해외사례일본의경우시마네현 ( 島根県 ) 에있는세이타이지 ( 淸泰寺 ) 에있는본존불을 3D 스캔과 3D 프린팅을이용하여제작한후복제품은절에세우고, 진품은시마네현립고대이즈모 ( 出雲 ) 역사박물관에전시한사례가있다 ( 이해순 2016: 65). 이외에도불상을 3D 프린터로복제한사례가여러존재한다. 2015년 2월, 일본남부와카야마현 ( 和歌山県 ) 의와카야마현립공업고등학교 ( 和歌山県立和歌山工業高等学校 ) 학생들은최근기노카와시 ( 紀の川市 ) 엔후쿠사 ( 円福寺 ) 에 3D 프린터로제작한불상복제본을만들어제공하였다. 에도막부시대전기 (17세기) 에만들어진것으로추정되는애염명왕입상 ( 愛染明王立像 ) 은 2010년 10월이절에있던다른불상 10 개와함께도난당했다가 3년만에돌아왔다. 어렵게환수한불상이다시도난당할지모른다는불안에와카야마현립박물관 ( 和歌山県立博物館 ) 은와카야마현립공업고등학교에의뢰하여 3D 스캐너와 3D 프린터를이용한복제품을제작하였다 < 그림 19>. 현재일본문화재청은최근 2 년사이에 105개의불상절도가발생하자 3D 프린터로문화재복제본만들기를적극권장하고있으며, 복제후에는원본이박물 < 그림 19> 3D 프린터로복제된엔후쿠사애염명왕입상관에잘보관될수있도록연계 ( 하고있다. articleview.html?idxno=88421) 3D 프린터를이용한고고자료의활용 271

24 < 그림 20> 충칭시다쭈구바오딩산천수관음보살복원과정 ( 프린터와 - 스캐너를 - 활용한 - 천수관음보살상 - 복원 - 프 /) 중국의경우충칭시 ( 重庆市 ) 다쭈구 ( 大足區 ) 에소재한바오딩산 ( 宝顶山 ) 일대에있는천수관음보살석상복원에 3D 프린터를활용한사례가있다. 남송 ( 南宋 ) 때인 1127부터 1279년에걸쳐제작된금박천수관음보살 ( 千手觀音菩薩 ) 석상은절벽을통채로깎아내어만든높이 7.7 미터, 폭 12.5 미터규모의세계에서가장큰천수관음보살석상이다. 중국정부의투자로 2011년부터대대적인복원작업이진행중인상태이다. 복원작업에참여한연구원들은 3D 스캐너를사용해석상을스캔하여석상의형태를그대로담아낸 3D 디지털파일을제작하였으며, 이를 3D 프린터로출력하여실제석상의 1:3 비율의복제품을제작하였다. 이복제품은복원대상인천수관음보살상이너무커서결실부의형태를파악하기위한수단으로사용된것으로유물의직접적인복제나복원을위해 3D 프린터를사용한것은아니다. 실제불상의결실부는수작업으로복원하였다 ( 이해순 2016: 70)< 그림 20>. 독일베를린에소재한이집트박물관에서는 두개의깃털왕관을쓴티이왕비 (Quen Tiye with a Crown of Two Feathers) 조각상보존을위한유물복제작업에 3D 프린팅기술을사용하였다. 두상은 1960년대에젤라틴주조기법을사용하여복제되었으나나무로제작된왕관은복제본이없었다. 하지만왕관은매우약한상태에있기때문에젤라틴주조기법을이용하면확실하게손상이될수있어서 3D 스캐닝으로디지털기록을한후 3D 프린터를이용하여복제하였다. 출력된결과물에대해원본과가깝게채색을하였으며, 이를활용하여박물관에전시하고있다 ( 안재홍 김충식 2016: 298)< 그림 21>. 272 제 30 호

25 < 그림 21> 두개의깃털왕관을쓴티이왕비복제과정 ( 左 : 두상, 中 : 나무왕관. 右 : 3D 프린터를이용한복제품, 시리아에서는 ISIS( 이슬람국가 ) 에의해파괴된유물을복구하기위해 3D 스캐너및 3D 프린터기술을이용한복원작업을진행하였다. 팔미라박물관에서손상된유물을입수한후, 베이루트와로마등지의복원연구소를거쳐약 2개월동안복원을진행하였다. 복원과정은다음과같다. 먼저손상된유물전체를 3D 스캔한후다른온전한유물을기초로 3D 손상부위에대한 3D 모델링작업을시행하였다. 그후 3D 프린팅한유물의복원부위를실물손상부위에결합하는과정으로유물을복원하였다 < 그림 22>. 2) 국내사례 국내에서문화유산에 3D 프린터를활용한사례는거의없었지만최근들어주목할만한성과들이나오고있다. 대표적인사례로이해순 원광철 (2015) 의연구를들수있다. 이들은삼국시대차륜형토기및고려시대청자투각칠보무늬향로를대상으로하여 3D 스캐너와 3D 프린터를이용한복원을시도하였다. 실제문화재를대상으로새로운복원기법을적용하기는어렵기때문에현대복원품을대상으 < 그림 22> ISIS 에의해파괴된시리아팔미라박물관유물복원과정 ( 시리아 - 유물 - 석상을 -3d 프린트로 - 복원 - 칼레드 - 알 - 아사드 /) 3D 프린터를이용한고고자료의활용 273

26 < 그림 23> 삼국시대차륜형토기복원과정 ( 이해순 원광철 2015: 140) < 그림 24> 백자수주의복원형및복원후상태 ( 이해순 2016: 편집후게재 ) 로연구를진행하였다. 3D 스캔-스캔데이터정리-결실부모델링-결실부 3D 프린팅-표면채색의순으로결과물을제작하였다. 출력이완료된결실부를석고재료 ( 삼국시대차륜형토기 ) 및 UV-아크릴화합물 ( 고려시대청자투각칠보무늬향로 )8로구분하여 3D 프린터출력을하였으며채색과표면정리과 274 제 30 호

27 < 그림 25> 수원광교박물관 3D 프린터를활용한유물복원실습 ( < 그림 26> 한국잡월드문화재복원과학센터체험형교보재제작과정 ( 左上 右上 ) 및체험학습과정 ( 한국잡월드 - 청소년체험관 - 문화재복원과학센터, 左下 右下 ) 정을통해유물을복원하였다 < 그림 23>. 비록실제유물에적용한것은아니었지만 3D 프린터를이용한유물복원을최초로시도하였으며가능성을확인했다는점에서주목할만한연구성과로생각된다. 위의성과를바탕으로실제유물을대상으로한복원도연구되었다. 국립중앙박물관에서소장하고있는전라남도신안해저유적에서출토된잡유호와백자수주 ( 白磁水注 ) 를대 3D 프린터를이용한고고자료의활용 275

28 상으로시도하였으며성공적으로복원을완료하였다 ( 이해순 2016)< 그림 24>. 이해순 원광철 (2015) 의연구와동일한방법으로복원을진행하였으며복제품이아닌실제유물을대상으로하여복원에성공을하였기때문에앞으로 3D 프린터를이용한유물복원이더욱활성화될수있을것으로기대된다. 문화재복원이외에도문화재관련교육분야에 3D 프린터를활용한사례가있다. 수원광교박물관의경우 일부터 10일까지학생들을대상으로 3D 프린터를활용한유물복원체험에관한워크샵을진행하였다 < 그림 25>. 한국잡월드의경우문화재복원과학센터라는이름으로 3D 프린터를이용하여제작한체험형교재를사용하여체험교육을진행하고있다. 체험형교재는 3D 스캐너와 3D 프린터를이용한유물의복제품으로써퍼즐형으로제작하여참가자가직접유물복원을체험할수있게하였다. 각유물의조각에는 RFID TAG 칩을집어넣어스마트폰에서세부적인정보를확인할수있게만들어서학생들이효과적인체험학습을받을수있게제작하였다 < 그림 26>. 2. 문화유산의공유위와같이 3D 프린터를이용하면디지털모델링작업을한고고자료를손쉽게실체화시킬수있기때문에박물관전시품, 교육용교재및기념품제작등의활용을기대할수있다. 하지만 3D 프린터가가지고있는가장큰장점은자료의공유이다. 실제로 3D 프린터를이용한문화유산의공유는현재지속적으로시도되고있다. 미국스미소니언박물관은장소의한계로인해 1억 3,000만개의소장품중에서일부만전시하고있는데최근디지털작업을이용하여미공개소장품을대중에게공개하 < 그림 27> 스미소니언 X 3D 홈페이지 ( 左, 및 3D 프린터용출력모델제공화면 ( 右 ) 276 제 30 호

29 였다. 특히구축한디지 털데이터를스미소니언 X 3D(Smithsonian X 3D) 라는 웹사이트를통해공개하여 온라인으로소장품을감상 하게할수있게하였으며, 3D 프린터로출력할수있는 파일을제공하고있다 ( 고현 정 2016: 175~176)< 그림 27>. 이렇게원본문화재의 3D 프 린터용데이터를공개함으 로써멀리떨어진지역에있 는사람도 3D 프린터만있으 면얼마든지복제품을생산하여활용할수있게하였다. 우리나라의경우도한국과학기술연구원 (KIST: Korea Institute of Science and Technology) 주도로문화재에대한 3D 프린터자료구축에대한시범연구를지속적으로 진행하고있다 ( 한국과학기술연구원 2016). 현재고려대학교및서울대학교, 로킷과공 동으로전통문화재문화콘텐츠활용도를높일수있는온라인기반서비스구축에관한 연구를진행하고있으며, 3D 프린팅용모델제공시범서비스를운영중에있다 < 그림 28>. 고고학계에서도이와같은고고자료의 3D 프린팅용모델공유서비스를제공할수있 다면고고학에대한대중의흥미를끌수있을뿐만아니라고고학콘텐츠를제작할수 있는근간인기초자료의데이터베이스구축에대한관심도높아질것이다. 이를통해고 고자료를이용한콘텐츠의제작이활성화된다면보다다양한프로그램을통해대중들과 소통하여고고학이라는학문적활동을이용해획득한지식과가치에대해생산적인확장 성을부여할수있다. 다만디지털로제공되는고고자료의저작권무단사용방지를위한 보호기술및환경조성에대한고민도함께해야할것이다. < 그림 28> 유니버스 3D 제공전통문화재 3D 프린터용파일 (Youniverse 3D: D 프린터활용을위한제언새롭게떠오르고있는분야인 3D 프린터는고고학계에있어새로운기회를줄수있지만아직까지별다른논의가되지않은생소한분야이다. 이와같은원인은크게두가지이유로구분하여생각할수있다. 3D 프린터를이용한고고자료의활용 277

30 첫번째는 3D 프린터라는분야가아직까지고고학자들뿐만아니라일반인들에게도매우생소하기때문이다. 실제로많은사람들이 3D 프린터를이용하여사업을시작하려고하지만치과임플란트분야나의수와같은의료목적의신체보조기를제외하고는아직까지확실하게눈에보이는성공사례가없는실정이다. 그러나 3D 프린팅기술은지속적으로빠르게성장하고있다. 특히, 디지털기술의발전으로인해변화되는현대사회의모습을고려한다면이와같은문제는해결될것으로판단된다. 이런상황에서고고학종사자들의기술도입에대한인식은크게변화해야만하며, 새로운방법에대한적극적인자세를가져야만할것이다. 두번째원인으로는 3D 프린터를도입할때발생하는비용문제를들수있다. 초창기보다장비나출력재료의가격이많이저렴해졌다고하지만아직까지 3D 프린터를운용하기위해서는일정이상의금액이소비된다. 이런비용적인측면때문에일선기관들이 3D 프린터도입에선뜻나서기는어렵다. 이와같은문제를해결하기위해서는전국적으로설립된창조경제혁신센터 ( 나무한상상실 ( net) 과같은기술지원센터를적극적으로이용할필요가있다. 이들기술지원센터에서는 3D 프린터장비나출력재료를일정부분무료로지원하고있다. 따라서이와같은무료지원프로그램을이용한다면 3D 프린터기술도입을할때발생할수있는문제들에대해예비검토를할수있을것이다. 현재 3D 프린터의발전속도는계속해서빨라지고있으며진입장벽도점차낮아지고있다. 이와같은상황에서 3D 프린터를활용할수있는분야는지속적으로넓어질것이며고고학도예외는아닐것이다. 앞으로 3D 프린터도입과활용에대해연구자들의다양한논의와의견이필요하다. Ⅴ. 맺음말 본고는최근들어각광받고있는 ICT 기술중하나인 3D 프린터의고고학적활용가능성에대해살펴보기위해작성되었다. 디지털자료를실체화시킬수있는장비인 3D 프린터는국내외의각종사례를살펴봤을때고고자료의활용에큰역할을할수있다. 다만장비도입의비용문제나기술에대한접근의어려움때문에고고학계에서 3D 프린터는아직까지미개척분야라고할수있다. 이에본고에서는 3D 프린터기술에대한고고학자들의이해를돕기위해 3D 프린터의정의및기술개발과정에대해소개하였다. 또한, 가장대중적인 FDM 방식의 3D 프린터 278 제 30 호

31 를활용하여고고자료의복제품을제작하는방법에대해살펴보았다. 3D 프린터는고고자료의복제, 복원뿐만이아니라멀리떨어진장소에서도동일한자료를공유할수있는유용한수단이기때문에앞으로고고학에서중요한역할을할수있을것이다. 현재 3D 프린터의발전속도는계속해서빨라지고있으며진입장벽도점차낮아지고있다. 이와같은상황에서 3D 프린터를활용할수있는분야는지속적으로넓어질것이며고고학도예외는아닐것이다. 이글을계기로 3D 프린터에대한관심이높아졌으면하는바람이다. 논문접수일 ( ) 심사완료일 ( ) 게재확정일 ( ) 3D 프린터를이용한고고자료의활용 279

32 참고문헌 강평원, 2016, 조사기관의문화재활용사업현황과과제, 제40회한국고고학전국대회발표문 : 한국고고학의기원론과계통론, , 한국고고학회. 고현정, 2016, ( 미래를바꿀 ) 3D 프린팅, 정보문화사. 곽기호 박성우, 2013, 글로벌 3D 프린터산업기술동향분석, 기계저널 53(10), 58-64, 대한기계학회. 김동희, 2014, WebGL 기반 STL파일뷰어, 경북대학교석사학위논문. 김영일 이종락, 2015, 3차원프린터의조형적특성에관한연구 FDM방식에관하여-, 한국상품문화디자인학회논문집 40, 69-80, 한국상품문화디자인학회. 미래창조과학부 산업통산자원부, 2014, 3D 프린팅산업발전전략, 광학세계 152(4), 48-65, 한국광학기기산업협회. 박승규, 2015, 고고학발굴과지역사회 -대중고고학의활성화를기대하며-, 제39회한국고고학전국대회발표문 : 고고학과현대사회, , 한국고고학회. 손상균, 2016, 3D 프린터에대한기술수용모델 (TAM) 검증에관한연구, 국민대학교석사학위논문. 안상준 정재학, 2017, 3D 프린터 101, 한빛미디어. 안재홍 김충식, 2016, 디지털유산문화유산의 3차원기록과활용, 시그마프레스. 안형기, 2017, 考古學과 ICT 融合活用硏究, 高麗大學校博士學位論文. 이동훈, 2017, 3D 프린터출력물의상용화를위한표면처리 ( 후가공 ) 기술연구, 동의대학교석사학위논문. 이창조 손종남, 2014, 3D 프린터활성화를위한방안 피규어제작을중심으로-, 디지털융복합연구 12(9), , 한국디지털정책학회. 이해순 원광철, 2015, 3D 프린팅을이용한토기 자기문화재복원연구, 보존과학학회지 31(2), , 한국문화재보존과학회. 이해순, 2016, 3차원디지털기술을활용한도자기복원연구, 한서대학교박사학위논문. 한국고고환경연구소, 2016, 사적제234호아차산성남문지및배수구발굴조사자문회의자료 (2차), 한국고고환경연구소. 한국과학기술연구원, 2016, 2014년도선정문화기술연구개발지원사업 : 전통문화재의 3D 프린터적용을위한문화콘텐츠리빌드및저작권보호기술개발, 한국과학기술연구원. 280 제 30 호

33 Utilizing Archaeological Dataset through the Application of 3D Printer Hyoung-ki Ahn (Korea Institute for Archaeology and Environment) 3D printer, a facility to create a three-dimensional object from digital data, is actively applied to the industries of automobile manufacture, aircraft, aerospace, and architecture. Despite the increased use of 3D printer, it is rarely applied to the field of archaeology due to uneasy access to the 3d printing technology, limited application platform and high cost to purchae required equipments has confined its availability in archaeology. This paper addresses how to use 3D printer, especially the most widely used FDM styled 3D printer, and the entire processes and its application to the archaeological data. No only can it be used to restore and replicate the cultural heritage, and educate the public, but also a useful means to share same archaeological data in multiple locations at the same time. The development of 3d printer is getting accelerated and access to its technological knowledge has become easier. 3D printer will be used much more in various industrial fields and archaeology is no exception. It calls for attentions of scholars on the application of 3D printer. Key words : 3D printer, 3D scan, Digital record, Restoration, Replica, Sharing, Utilizing cultural heritage 3D 프린터를이용한고고자료의활용 281

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