3D 프린팅 기법으로 시각장애인용 학습자료 개발

3D프린팅 기법과 열처리 방법을 결합해 만들어진 시각 장애인용 촉각 제작물

아주경제 이한선 기자 = 한국과학기술연구원(KIST)은 다원물질융합연구소 문명운 박사 연구팀이 재료를 적층해 원하는 물질을 만드는 3D 프린팅 기법과 3차원 열처리 기술을 결합하여 선, 곡면 등 다양한 형상과 높이가 가능한 3차원 촉각 제작물을 만들었다고 17일 밝혔다.

연구팀은 제작물의 내구성과 접착력을 강화하기 위해 열처리 기법을 표면에 도입했다.

개발된 연구 성과는 국내특허로 출원됐다.

연구팀은 3D 프린터 기법 중 3차원의 모델 자료를 기반으로 필라멘트를 한층 한층 쌓아 올리는 적층가공 기법을 이용했다.

이 기법은 컴퓨터지원설계(CAD) 데이터를 활용해 짧은 시간에 저렴한 가격으로 복잡한 3차원 형상의 축소된 모델이나 시제품을 제작하는 것이 가능하다.

이러한 방식은 최종 제작물의 재료가 되는 필라멘트를 적층하는 횟수를 조절해 제작물 크기와 모양, 두께를 쉽게 조절할 수 있다.

만들어진 제작물은 글자위주였던 점자 문서 안에서 표나 그림을 다양하게 표현할 수 있어 시각장애인들이 내용을 쉽게 이해할 수 있도록 한다.

필라멘트의 색깔을 달리하면 3차원 입체 구조물을 다양한 색깔로 바꿀 수 있어 산의 모양이나 지도의 등고선 등 복잡한 구조를 실제 색깔과 유사하게 만들 수 있다.

몇 달이 걸리는 제작시간은 수 시간으로 단축할 수 있어 교육현장 수요를 빨리 반영할 수 있다는 장점도 있다.

시각 장애인을 위한 촉각 제작물은 대부분의 정보 습득이 손의 감각으로 이루어지기 때문에 인체에 무해해야 하고 내구성을 확보하는 것이 관건이다.

이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 촉각 제작물 제작 후 표면을 서멀 플로우 방식으로 처리하는 방법을 선택했다.

160도 이상의 열로 표면을 처리하게 되면 고체화된 필라멘트가 녹으면서 표면의 미세 구조 내로 스며들어 제작물 사이에 접착력이 높아진다.

표면 처리한 제작물은 플라스틱 소재로 기존 종이 재료보다 자체 내구성과 외부 충격에 대한 내구성이 높아졌다.

이러한 열처리 기법은 3D 프린터 적층 제작시 발생하는 경계면에 의한 표면 거칠기 또한 완화시킬 수 있어 매끄러운 표면 처리공정도 가능하다.

연구는 표면처리 기술을 통한 점자와 표면과의 접착력 제어가 가능해 종이뿐 아니라, 플라스틱, 금속, 세라믹 등 다양한 소재로 이뤄진 표면에 적용 가능하고 3D 프린터를 이용해 시각장애 학생들이 쉽게 만져 알 수 있는 우리나라 지도나 동식물의 성장 과정 모델 등의 학습자료를 만들 수 있다.

16일 다원물질융합연구소와 서울 맹학교는 3D 프린팅 기술을 이용해 시각 장애 학생들이 사용할 수 있는 입체 학습 자료 개발에 협력하기로 하고 이를 위한 공동연구 양해 각서를 체결했다.

이광렬 KIST 다원물질융합연구소 소장은 “개발된 자료는 시각 장애인들의 교육과 생활의 질을 향상하기 위해 개발됐지만 색깔과 형태가 다양해 비장애인 학생의 교육에도 활용될 수 있을 것이라 기대된다”며 “장애인의 교육과 행복을 위한 따뜻한 R&D를 위해 더욱 노력하겠다”고 밝혔다.