3D 프린팅인력양성사업초중등학생을위한창의성교육 Science Mathematics Technology STEAM Education Art Engineering
정효정한명기현재민엄선영김영롱 단국대학교인텔리코리아인텔리코리아한양대학교한양대학교
차례 이책의활용요령 6 회차별지도계획 7 1 장호모파베르, 창의적인메이커가되자 1. 호모파베르, 도구의인간 10 활동 01 역사속메이커찾기 11 읽기자료 01 역사속호모파베르, 메이커들의이야기 12 2. 창의적인메이커되기 13 읽기자료 02 가족을위한메이킹 14 읽기자료 03 희망을위한메이킹 15 활동 02 나는얼마나창의적인가 16 활동 03 어떤메이커가될까 17 2 장궁금해요. 3D 프린터 1. 3D프린터는무엇인가요 20 읽기자료 04 미래를위한선택, 3D프린터 21 2. 3D프린터는어떻게작동하나요 22 읽기자료 05 3D프린터는진화하고있다 23 3. 3D프린터의발전역사 25 4. 3D프린팅으로무엇을할수있을까 26 활동 04 3D프린터활용분야찾아보기 33 활동 05 3D프린터이해하기 34 활동 06 새로운 3D프린터상상해보기 36
3 장 3D 프린터를만나다 1. 3D 프린팅과정을알아보자 38 2. 3D 프린터, 안전하게활용하자 41 활동 07 3D 프린팅을위한안내표지판만들기 42 3. 3D프린터, 윤리적으로활용하자 43 활동 08 3D프린터가가져올수있는문제 44 읽기자료 06 3D프린터와지식재산권보호문제 45 읽기자료 07 무기제조와보안문제 46 4 장메이킹의시작, 창의적아이데이션 1. 디자인씽킹로창의적인관점갖기 49 활동 09-1 우리팀을만들어요 52 활동 09-2 공감지도그리기 55 활동 09-3 문제정의하기 57 활동 09-4 아이디어제시하기 59 활동 09-5 시제품만들고의견수렴하기 61 2. TRIZ 로창의적인아이디어얻기 63 활동 10 창의적인아이데이션 64 5 장 STEAM 과함께메이킹도전 1. STEAM 이란무엇인가요 68 2. 온라인플랫폼활용하기 69
따라하기 01 3D 프린터로만드는집게 70 따라하기 02 3D 프린터로만드는심장 75 따라하기 03 3D 알파벳퍼즐만들기 80 3. 직접모델링하기 85 따라하기 04 3D프린터로만드는등고선 86 따라하기 05 3D프린터로만드는빗살무늬토기 98 따라하기 06 3D프린터로만드는체스말 109 따라하기 07 3D프린터로만드는팽이 116 따라하기 08 3D프린터로만드는자 128 따라하기 09 과자집게에숨겨진과학의원리 142 따라하기 10 3D프린터로만드는쿠키커터 152 6 장메이커스페이스에서놀자 1. 내주변의메이커스페이스 165 읽기자료 08 무한상상실 166 읽기자료 09 한국과학창의재단창의스카이라운지 167 활동 11 메이커스페이스탐방 168 2. 메이커들을위한축제에서놀자 169 활동 12 메이커페어방문기 170 읽기자료 10 메이커페어에서만난사람들 171 3. 메이커들을위한온라인플랫폼에서놀자 172 활동 13 온라인플랫폼에서만난아이디어 173 참고문헌 174
18 3D 프린터와 STEAM 으로창의적메이커되기
2장궁금해요. 3D프린터 오늘의미션 3D 프린터의원리와가치를이해하고 어떠한영역에서활용할수있을지생각해봅시다. 1. 3D프린터는무엇인가요읽기자료 04 미래를위한선택, 3D프린터 2. 3D프린터는어떻게작동하나요읽기자료 05 3D프린터는진화하고있다 3. 3D프린터의발전역사 4. 3D프린팅으로무엇을할수있을까활동 04 3D프린터활용분야찾아보기활동 05 3D프린터이해하기활동 06 새로운 3D프린터상상해보기
2 장궁금해요. 3D 프린터 1. 3D 프린터는무엇인가요? 여러분들이이제까지사용해왔던프린터는 2D프린터입니다. 내가출력하고자하는디지털데이터를 2D방식 ( 평면형태 ) 으로인쇄해주는것입니다. 반면 3D프린터는 3차원데이터를기반으로입체형태로출력해주는프린터로, 특정소재를층층이쌓아올리는적층가공방식을취합니다. 2D 3D 적층가공방식은재료를자르거나깎아서제작하는기존의절삭가공방식과는큰차이가있습니다. 기존의생산방식은재료를자르거나깎아서생산하기때문에일반적으로원재료의 95% 가버려지게되나, 3D프린팅방식은필요한만큼의원재료만이용하여생산하기때문에원재료절감이가능하다는면에서큰가치를가지고있습니다. 재료를자르거나깎아서 제작하는절삭가공방식 한층씩쌓아 제작하는적층가공방식 20 3D 프린터와 STEAM 으로창의적메이커되기
읽기자료 04 미래를위한선택, 3D 프린터 Lisa Harouni 의 3D 프린터이야기 3D프린터기술은세상을바꿔놓을수있는기술이라고합니다. 머지않은미래, 3D프린터를통해우리는우리가상상할수있는모든사물을그대로출력할수있다고합니다. 해외의경우 3D프린터와관련된산업이기하급수적으로성장하고있으며, 미국과영국등에서는정식교과과정채택을적극적으로논의하고있다고합니다. 30여년전컴퓨터가, 20여년전인터넷기술이그러했던것처럼 3D프린터를통해새로운세상이열리게될것이라고많은사람들은전망합니다. 먼저행동하는사람들에게더많은기회와미래가열리게될것입니다. 3D 프린터와관련된 TED 강연리스트 (https://www.ted.com/talks/lisa_harouni_a_primer_on_3d_printing) 2 장궁금해요. 3D 프린터 21
2. 3D 프린터는어떻게작동하나요? 일반적으로 3D프린터는출력원리에따라 3가지로구분됩니다. 고체기반의 FFF과액체방식의 SLA, 파우더방식의 SLS가대표적인유형이며각각의원리와특징은다음과같습니다. 3D 프린터유형별원리 분류원리유형 고체기반 액체기반 필라멘트등의열가소성재료를열을가해녹인후노즐을거쳐압축되는재료를적층하여조형 레이저나강한자외선을이용하여재료를순간적으로경화시켜형상제작 FFF 1) (Fused Filament Fabrication) SLA (Stereolithography) 또는 DLP (DigitalLight Processing) 파우더기반 분말형태의재료를가열, 결합하여조형, 재료형태에따라접착제또는레이저를사용하는시스템 SLS (Selective Laser Sintering) 1) 우리가일반적으로사용하는글루건을떠올리면 FFF 프린터의원리를잘이해할수있습니다. 일반적으로 FDM(Stratasys 의제품명 ) 방식이라고일컫는 3D 프린터의공식적인명칭은 FFF 방식입니다. 22 3D 프린터와 STEAM 으로창의적메이커되기
읽기자료 05 3D 프린터는진화하고있다 랩 C 의모피어스프린터이야기 3D프린터기술은현재도지속적으로진화하고있습니다. 한국의작은기업인랩C에서는기존의 3D프린터가가진한계 ( 지나치게오랜시간동안출력해야하고, 큰제품을출력할때에는출력품질이떨어지는문제등 ) 를극복하고자, 새로운 3D프린터를만들어내는것에도전하게되었습니다. 랩C에서만든 LIPS 방식의 3D프린터는기존의프린터에비하여저렴하면서도우수한품질을자랑하여, 미국의클라우드펀딩플랫폼인킥스타터 (kickstarter.com) 를통해세계인들의투자를받아내는데성공하였습니다. 킥스타터를통해클라우드펀딩에성공한 Morpheus 3D 프린터 (https://www.kickstarter.com/projects/1280877427/morpheus-3d-printer-a-whole-new-3d-printing-experi) 2 장궁금해요. 3D 프린터 23
모피어스프린터는랩C에서자체적으로개발한레진방식의 3D프린터입니다. 레진은액체상태의재료에자외선을투영하는방식으로출력합니다. 마치사진을찍듯이면을찍어내는방식인데, LIPS라고명명한기술은넓은면적이라도균일하게빛을투영하여, 큰면적의제품도빠르게찍어낼수있습니다. LIPS 방식의프린팅원리 일반모니터기술이소형프로젝션에서 LCD까지발전하였는데, 해당기술을 3D프린터개발에적용한것입니다. 기존의 DLP 프린터가소형프로젝션기술에기반을두고있다면, LIPS는 LCD 기술에해당하는것입니다. LIPS은우선빛을이용하기때문에재료비가저렴하여가격경쟁력이좋은편이며, 프로젝션을통해빛을받은부분이한층씩고형화되는방식으로출력하기때문에, 다른 3D프린터에비하여빠른시간내에대량생산이가능하다고합니다. 24 3D 프린터와 STEAM 으로창의적메이커되기
3. 3D 프린터의발전역사 3D프린터의진화는우리가생각하는것이상으로빠르게이루어지고있습니다. 인포그래픽을통해이제까지 3D프린터가변화해온모습을살펴보며, 미래 3D프린터의모습은또어떻게변화할것인지예측하고기대해봅시다. 3D 프린터의발전역사 2 장궁금해요. 3D 프린터 25
4. 3D 프린팅으로무엇을할수있을까? 다음중 3D프린터와관련이없는영역은무엇일까? 자동차 항공 의료 예술 문화 역사 건축 식품 정답은 없음 입니다. 3D 프린터가꾸준히진화하면서그활용영역은점차넓어지고 있고, 3D 프린터로출력해낼수있는것은우리가상상할수없을정도에이르고있습니 다. 3D 프린터를활용한놀라운메이크사례들을살펴볼까요? 1) 자동차 항공 우주분야자동차산업은가장먼저 3D프린팅기술을도입한산업영역으로알려져있습니다. 보잉 (Boeing) 사는현재 300여개부품을 3D프린터를기반으로생산하고있으며, 포드 (Ford) 는실린더를 3D프린터로제작하였습니다. 캐나다의콜이콜로직 (Korecologic) 는미국스트라타시스와협력하여세계최초로차량전체를 3D프린팅한플라스틱하이브리드카 Urbee 2를생산하여주목받기도하였습니다. 항공 우주기술업계에서도역시자동차산업을벤치마킹하여혁신적으로 3D프린팅기술을도입하고있습니다. 3D 프린터로출력한차량사례 ( 출처 : EDAG) 26 3D 프린터와 STEAM 으로창의적메이커되기
3D 프린터로출력하는항공기의미래에대한 TED 강연 (http://www.ted.com/talks/bastian_schaefer_a_3d_printed_jumbo_jet) 2) 의료분야인공턱뼈를제작하거나, 자신의귀에꼭맞는보청기를제작하는등의료분야에서 3D프린터는개인에게꼭맞는제품을보다저렴하고빠른시일내에제작해준다는점에서각광받고있습니다. 3D 프린터는여러질병과장애를극복하는데도움을주고있다. ( 출처 : stratasys.com) 인간의몸을이루는조직중일부를 3D 프린터로인쇄하는 바이오프린팅 에대한연구 도적극적으로이루어지고있습니다. 앞으로는뼈가부러지는부상을당해도 3D 프린팅 2 장궁금해요. 3D 프린터 27
기술로치료하는의학기술이나올것으로예상되고있습니다. 향후에는의약품도 3D프린터로제조될전망이라고합니다. 2015년 8월3일 ( 현지시간 ) 미국식품의약청에서는 3D프린터로만든약을처음으로허가하였는데, 승인받은약은간질치료의보조요법으로처방되는아프리시아사 스프리탐 으로, 약에미세한구멍이아주많아한모금의액체만마셔도체내에서빠르게분해되어약의섭취를원활하게도울수있다고합니다. 3) 예술 문화분야 3D프린터는예술 문화분야에서도적극적으로활용되고있는추세입니다. 스탠포드대학교교수이자아티스트인존에드마크 (John Edmark) 는 3D프린터로일정패턴을가진물체들을디자인한후, 조명아래에서회전시켜 2D가아닌 3D버전의 조이트로프 (zoetrope) 를만들어냈습니다. 조이트로프는망막의잔상효과를이용한장난감으로, 일정형태의정지된그림을회전시켜그림이움직이는듯한착시현상을일으킵니다. 3D 프린팅을활용한의상및쥬얼리의생산도활발하게이루어져있어, 수년후에는우리가원하는디자인과소재의의상을 3D프린터로출력하여착용하는시대가올것으로보입니다. 존에드마크의 3D 프린팅작업 블룸 ( 출처 : http://projectmosul.org/) 28 3D 프린터와 STEAM 으로창의적메이커되기
3D 프린팅패션쇼 ( 출처 : 가디언지 http://www.theguardian.com) 4) 역사분야 3D프린팅창작에서중요한비중을차지하는것이 디지털복원 입니다. 디지털복원은유형의문화재와인간의기억속에존재하는무형의문화재를컴퓨터그래픽, 가상현실등의디지털기술을활용해본모습대로복원해내는작업을의미하는데, 최근 3D프린팅을이용한디지털복원작업이각광받고있습니다. 2D로표현되는일반카메라에비해입체적인측정을통한복원이가능하기때문입니다. 대표적으로, 유럽 디지털문화유산양성훈련네트워크 ( 이하 ITN-DCH ) 의 프로젝트모술 (Project Mosul) 을들수있습니다. ITN-DCH의 프로젝트모술 은 2015년 2월수니파무장조직 IS가훼손한이라크제2의도시인모술 (Mosul) 박물관의소장품을 3D 프린팅기술을적용해복구하고자노력하고있습니다. 2 장궁금해요. 3D 프린터 29
프로젝트모술의 3D 프린팅작업 ( 출처 : http://projectmosul.org/) 5) 건축분야 3D프린팅기술을건설분야에적용한사례는다른분야에비하여많지않은편입니다. 타산업분야에비하여생산품의크기가크고, 안정성등을고려하기때문인것으로보입니다. 하지만이러한문제를극복하고일부영역에서는 3D프린팅기술이적용되고있으며, 그가능성을적극살피고있는단계입니다. 2012년 8월, TedxOjai에서 Behrokh Khoshnevis 교수는 Contour crafting이라는기술을활용해, 20시간만에집을짓는것이가능하다는것을보여주었습니다. 기존의집짓기방식이느리고비효율적이며, 위험한작업을필요로하는등많은문제점을가지고있는데비해, 3D프린터를활용한건축은더저렴한비용으로빠른시간안에재료의 D 프린터활용건축사례 ( 출처 : Khoshnevis 의 TED x Ojai 강의 http://tedxtalks.ted.com/video/tedxojai-behrokh-khoshnevis-con) 30 3D 프린터와 STEAM 으로창의적메이커되기
낭비를최소화하며지을수있다고합니다. 중국 WINSUN사의경우대규모 3D프린터를사용하여하루에 10채이상의집을인쇄하고있습니다. 다소화려하지는않지만, 제조가격이저렴하고내구성이우수하며하루만에집을프린트할수있다는점에서큰관심을모으고있습니다. 특히가난한청년들, 노숙자들을위한주택, 기후난민이나전쟁난민용주택등에대한문제를해결해줄수있을것으로기대됩니다. 또한집이마음에들지않으면, 새로운집을빠르게출력하여원하는곳으로이동하며살아갈수있도록지원함으로써소비자들이원하는집을언제든제공할수있을것이라고합니다. 6) 식품분야 미항공우주국 (NASA) 은상온에서보관할수있는당류나복합탄수화물, 단백질을필 요할때마다먹을수있는식품으로가공할수있는 3D 프린터시스템을개발할계획이라 3D 프린터로출력한식품사례 3D 프린터를활용한육류생산 3D 프린터를활용한과일생산 2 장궁금해요. 3D 프린터 31
고합니다. 모던미도우 (Modern Meadow) 라는신생벤처기업은바이오프린팅이라는생물학적방법으로육류를생산하는기술을개발하고있습니다. 모던미도우는주로채식주의자, 특히동물보호단체에속해있거나육류를먹지않는특수한사람들, 고기를먹고싶어도먹을고기가없는개발도상국빈민들을위해바이오프린팅기술을개발하고있습니다. 또한캠브리지에있는디자인스튜디오, 도브테일드 (Dovetailed) 는 3D프린터로과일을프린트하는 3D 푸르츠프린터 를개발했다고합니다. 분자가스트로노미라고하는기술을이용해서사과나귤등모든과일을단몇분만에인쇄할수있다고합니다. 32 3D 프린터와 STEAM 으로창의적메이커되기
활동 04 3D 프린터활용분야찾아보기 3D 프린터의활용분야에대해서폭넓게살펴보았어요. 여러분들이관심갖고있는또 다른영역에서 3D 프린터는어떻게활용되고있는지찾아보고사례를공유해주세요. 내가관심있는 3D 프린터활용사례 2 장궁금해요. 3D 프린터 33
활동 05 3D 프린터이해하기 3D 프린터의정의, 원리, 가치, 역사, 활용사례등다양한내용을살펴보았어요. 이제 까지살펴본내용을정리하는차원에서 3D 프린터에대한마인드맵을그려볼까요? 3D 프린터에대한마인드맵그리기 34 3D 프린터와 STEAM 으로창의적메이커되기
마인드맵작성방법 준비물 : 큰종이, 색연필등다양한필기구 1. 종이중앙에주제혹은관련된그림을그린다. 2. 마인드맵에는그림, 암호, 상징물, 등가능한다양한그림을그린다. 3. 각위치에단어혹은그림을하나씩만넣는다. 4. 중앙에서시작하여각내용들이서로연결되도록그린다. ( 중앙에서부터나아갈수록각내용들은서로관련성이약해도된다.) 5. 보조역할을하는내용의줄들은같은길이로그린다. 6. 마인드맵에서가능한다양한색깔을이용해서그리되같은그룹의내용들은같은색깔을이용해서그린다. 7. 각자자신의스타일에맞는마인드맵을그린다. 8. 서로연결되는부분들이눈에잘띄도록그린다. 9. 단계별로명확하게마인드맵을그린다. [ 예시 ] 2 장궁금해요. 3D 프린터 35
활동 06 새로운 3D 프린터상상해보기 3D프린터는일반인들도이해할수있을정도로쉬운기술에기반을두고있다고합니다. 또한관련된기술특허가점차공개되고있어, 많은사람들이새로운 3D프린터를제안하고개선해나가는데동참하고있습니다. 우리는어떤모습의 3D프린터를제안해볼수있을까요? 비단기술만이아니라어린이를위한 3D프린터, 우주에서의 3D프린터등다양한 3D프린터의모습을상상해봅시다. 내가제안하는 3D 프린터에투자해주세요. 36 3D 프린터와 STEAM 으로창의적메이커되기
3D 프린팅교재는 3D 프린팅의대중화를위한교수학습및인식확산의목적으로산업계와교육 계가함께개발하였습니다. 3D프린팅은누구나상상하고있는것을실제로구현하게해줄수있는혁신적인기술입니다. 3D프린팅관련지식을습득하고자하는학습자들은자기주도적학습자원으로, 3D프린팅교육을실시하는학교및관련기관은학습교재로활용하기를바랍니다. 향후다양한실무사례를발굴하고필요한이론적개념과산업별전문지식을반영하여부족한부분들을지속적으로보완할예정입니다. 이책의내용에대한추가지원과문의는 3D프린팅홈페이지또는이메일을이용해주시기바랍니다. 주관기관 한국생산성본부참여기관 ( 사 ) 한국미디어교육협회 펴낸곳 한국생산성본부 02-724-1159 http://3dprint.kpc.or.kr 3dprint@kpc.or.kr 모든내용의무단전재와복사를금합니다.