▲ 마크포지드의 3D프린팅을 통해 단 일주일만에 갈비뼈 세트를 만들 수 있다.

미국의 금속 및 탄소섬유 3D프린팅 솔루션기업 마크포지드가 적층제조 솔루션을 자동차 충돌 실험에 사용되는 더미 인형에 적용하면서 실험 정확도는 올리고 시간과 비용은 크게 줄이는데 성공했다.

자동차 충돌 실험용 더미 인형의 디자인과 개발을 담당하는 Humanetics는 할머니 형의 더미 인형을 동체에서 골반, 머리까지 모두 3D프린팅으로 만들었다. 이는 3D프린팅이 완전히 적용된 최초의 사례로 신장 161cm, 체중 73kg. 전형적인 노인 여성의 체형을 하고 있으며, 시트 벨트가 닿는 복부는 볼록하게 돼있다.

자동차 충돌 실험에 사용되는 더미 인형은, 1949년에 도입 된 후 점점 정교하고 실감있게 제작되고 있다. 충돌시 남녀노소, 동양인과 서양인, 체형 및 몸무게 등에 따라 신체에 어떤 영향을 미치는지를 파악해야하기 때문에 더미 인형은 소량 맞춤형으로 제작돼야 하며 그만큼 고가이다. 더미 인형안에 장착된 장비와 센서들을 포함하면 가격이 1억원 이상이기 때문에 가장 비싼 인형이라고 불린다.

Humanetics는 차량사고시 뼈가 약하고 조직이 튼튼하지 않은 노인 승객은 내부손상을 많이 입기 때문에 신소재와 신기술을 적용해 가급적 현실적으로 재현하려고 했다.

기존 더비 인형의 흉곽을 만드는 과정을 보면 스프링 강을 가열해 늑골을 만들고 충격에 대한 반응을 제어하기 위해 늑골 속에 진재를 집어 넣었다. 늑골을 설정해 테스트를 하고 원하는 성능이 나올 때까지 진재의 양을 조정하는 방식인데, 이는 비용이 매우 많이 들어가는데다 테스트 때마다 스틸강도 저하와 플라스틱의 경화·축소 문제가 발생한다. 이러한 변화는 더미 인형에 장착된 센서의 정확도에까지 영향을 미친다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 Humanetics의 디자인 엔지니어들은 기존 늑골에 사용되는 고가의 스틸 부품을 보다 저렴한 3D프린팅용 플라스틱과 고무 합성소재로 대체하려고 했으나 20회 정시 시험을 하면 갈비뼈에 금이 가기 시작했다.

이에 Humanetics는 마크포지드가 개발한 탄소복합재 오닉스에 연속 케블라 강화섬유로 강화했다. 마크포지드의 3D프린터로 제작한 늑골에 150회 이상 충격을 주었으나 끊어지지 않을 정도로 내구성이 확보됐다.

특히 마크포지드의 3D프린팅이 적용돼 더미 인형 생산 효율성이 크게 향상됐다. 늑골의 세트를 만들기 위해선 기존엔  2~3주가 소요됐지만, 지금 늑골 1개를 24시간 만에, 세트는 1주일 이내에 만들 수있다. 또한 3D프린팅으로 금형을 만들어 조립에 소요되는 인건비를 40~60% 절감 할 수 있는 것으로 나타났다.

이에 Humanetics는 어깨, 척추, 허리, 견갑골, 흉골, 팔 등 다른 부품들을 복합소재 3D프린팅으로 제작했는데 가격 측면에서는 금속 제품과 차이가 별로 없었으나  내구성은 3배가 향상됐고, 생산속도도 빨라졌다.

Humanetics는 나아가 더미 인형의 외부 신체모형은 물론 내부 장기까지 3D프린팅으로 만든다는 계획이다. 간이나 비장 등의 기관을 만들면 연구자들은 각 장기가 충격에 의해 어떤 영향을 받는지 연구할 수 있게 될 전망이다.