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3D프린팅 기술은 산업전반에 걸쳐 혁신적인 결과를 가져올 것으로 기대되고 있어 미래 첨단 기술로 여겨지고 있다. 세계 주요 국가들도 3D프린터 기술을 미래 산업으로 규정하고 기술 발전에 많은 투자를 하고 있으며 미국을 비롯한 유럽, 일본, 중국 등도 적극적으로 3D프린팅 기술개발에 뛰어들고 있다. 다국적 기업인 마이크로 소프트, 애플, 포드자동차 등도 3D프린팅 기술을 가진 회사와의 합작을 통하여 기술개발에 나서고 있다.

우리나라도 2014년부터 3D프린팅 기술을 빅데이터, 사물인터넷과 함께 미래 성장 동력으로 분류하고 있으며 집중적인 관심과 지원이 늘고 있다. 일선 학교와 교육청에서도 3D프린터와 3D펜 등 디지털 기기를 활용한 ‘찾아가는 메이커 교육 프로그램’ 운영을 계획 중이며 ‘3D펜을 활용한 입체 도형 만들기’, ‘Tinker CAD를 활용한 3D모델링’ 등이 대표적인 교육 프로그램이다. 『알기 쉽게 배우는 3D 프린터』를 통해 ‘만들기를 통한 배움’을 추구하며 디지털 기기를 활용한 결과물을 확인함으로써 학생들의 창의력과 상상력, 문제 해결 능력을 키워주는 교육활동이 될 것이다.

개인이 창의적인 만들기를 실천하는 것을 메이커스 운동이라고 합니다.
메이커스 운동은 단순히 새로운 것을 만들어 쓰는 것에서 정보와 지식을 공유하는 문화현상으로 발전하고 있습니다.
이러한 메이커스 운동을 활발하게 만들어주는 대표적인 기기가 3D프린터입니다.

예전에는 사람의 손이나 기계를 이용해 소재를 깎고, 구멍을 뚫는 등 조각을 하면서 입체물을 제작했지만 3D프린터는 3차원 설계도만 있으면 어떠한 형태의 물건이라도 제작이 가능합니다.

현재 3D프린터는 단순한 제조공정을 넘어 스포츠, 문화, 생명공학, 나노과학 등과의 융합이 이루어져 보석, 완구, 패션 및 엔터테인먼트산업과 기술적 난이도가 높은 자동차, 항공/우주, 방위산업, 의료산업 등 다양한 산업분야에서 제품 개발에 활용되고 있습니다.

특히 의료분야는 가장 적극적으로 3D프린터의 기술을 도입하고 있습니다.
인체의 특성이 사람마다 다르기 때문에 의료기기를 제작하는 것이 일반 제조업 분야의 성격과는 완전히 다릅니다.
사람마다 모양이 다른 귀에 맞춰 보청기를 제작하거나 인공치아, 보철물, 임플란트 뿐만 아니라 뼈나 관절, 의수, 의족까지도 3D프린터를 이용하여 맞춤제작하고 있습니다.

3D프린팅 기술은 산업전반에 걸쳐 혁신적인 결과를 가져올 것으로 기대되고 있어 미래 첨단 기술로 여겨지고 있습니다.
세계 주요 국가들도 3D프린터 기술을 미래 산업으로 규정하고 기술 발전에 많은 투자를 하고 있습니다. 미국을 비롯한 유럽, 일본, 중국 등도 적극적으로 3D프린팅 기술개발에 뛰어들고 있으며 다국적 기업인 마이크로 소프트, 애플, 포드자동차 등도 3D프린팅 기술을 가진 회사와의 합작을 통하여 기술개발에 나서고 있습니다.

우리나라도 2014년부터 3D프린팅 기술을 빅데이터, 사물인터넷과 함께 미래 성장 동력으로 분류하고 있으며 집중적인 관심과 지원이 늘고 있습니다.
일선 학교와 교육청에서도 3D프린터와 3D펜 등 디지털 기기를 활용한 ‘찾아가는 메이커 교육 프로그램’ 운영을 계획 중입니다.
‘3D펜을 활용한 입체 도형 만들기’, ‘Tinker CAD를 활용한 3D모델링’ 등이 대표적인 교육 프로그램입니다.
‘만들기를 통한 배움’을 추구하며 디지털 기기를 통해 결과물을 확인함으로써 학생들의 창의력과 상상력, 문제 해결 능력을 키워주는 교육활동이 될 것입니다.

김미량(성균관대학교 컴퓨터교육과 교수)
인쇄의 발명으로 사람들이 지식을 공유하고 확산될 수 있는 방법을 찾게 되어 많은 사회적 변화를 갖고 올 수 있게 되었다. 이제는 종이에 인쇄되던 2D 디지털 기술이 3차원으로 인쇄가 가능한 시대에 접어들어 또 다른 사회적 변화를 예고하고 있다.

사람들의 3D에 대한 생각을 2D 출력장치에 의존하여 표현되던 시대에서 본격적으로 입체화된 구체물로 결과물을 얻을 수 있는 기술 발전은 Makers 운동을 낳게 되었다. 일반인들이 3D 프린터 등을 이용해 제품을 직접 만드는 1인 제조기업 세상의 도래를 이야기한 크리스 앤더슨은 디지털 기술을 사용해 거대한 공장을 언제든지 원하는 만큼 이용할 수 있다고 한다.

미국 MIT와 실리콘 벨리에서 시작된 메이커스 운동의 대표 격인 3D 프린팅을 위해서는 기초적인 모델링 기능을 익히고, 스스로 디자인 하며, 공유공간을 활용하여 서로의 작품을 교류하고, 직접 출력해 볼 수 있는 기능을 갖추어야 한다. 스스로의 필요에 따라 3D 모델링 도구를 사용하여 모델링 파일을 만들고, 3D 모델링 파일을 서로 공유하여 3D를 출력할 수 있는 과정에서 SW 프로그래밍 방법으로 모델링 과정을 융합하여 제시할 수 있다면 4차 산업혁명의 핵심역량을 길러 낼 수 있는 기회가 될 수 있을 것이다.

한국 정부에서도 세계적인 흐름에 맞추어 전국에 “무한 상상실”을 설치하여 국민들 누구나 3D프린터를 활용할 수 있는 공간과 기회를 제공하고 있다. 다양한 분야에서 활용될 수 있는 가능성을 현실화 할 수 있는 방법을 체험할 수 있다. 뿐만 아니라 학교현장에서도 이러한 흐름에 맞추어 동아리, 연구학교 등의 방법으로 3D프린터에 대한 인식을 학생들에게 전달하고자 노력하고 있다.

학생들의 꿈과 상상을 3D 프린팅으로 현실화 시킬 수 있게 많은 기회를 제공하고 발전시켜야 하는 교육자의 의무는 보다 창의적이고 융합적인 학생들을 만들어 낼 수 있는 기반이 될 것이다.

황늠이(서울백석초등학교 교장)
컴퓨터와 ICT 활용의 전문가이신 이문호 선생님은 컴퓨터교육학 박사학위를 갖고 초등학교에서 꾸준히 컴퓨터와 관련된 연구화 활동을 해 왔습니다. ICT 분야에서부터 현재 Smart교육, S/W교육에 이르기까지 폭 넓게 학교현장에 컴퓨터교육활동을 적용시키기 위해 많은 노력을 했습니다.

본교 백석초등학교에서도 5,6학년 S/W교육활동과 S/W교육동아리 활동을 맡아 재미있고, 학교현장에 활용가능성이 높은 여러 가지 수업방법들을 연구하는 선도적인 교사입니다.
이번 3D프린터 교재 집필을 통하여 초등학생들이 좀 더 메이커스 교육활동에 관심을 갖고 다양한 방법으로 S/W교육활동을 접할 수 있는 기회가 될 수 있을 것입니다.

4차 산업혁명에 대비하여 초등학교에서도 3D 프린터를 통하여 3D 프린터의 기본 동작 원리와 모델링 작업으로 수학, 과학, 미술 등과 같은 교과활동과 연계하여 수업활동이 가능하고, S/W교육활동과 접목하여 문제해결능력을 기를 수 있도록 구성되어 있어 아이들의 상상력을 현실화 시켜줄 수 있는 교재로 추천합니다.

3D 프린터교육을 통하여 단순한 흥미수준에서 그치지 않고, 공유하고 응용하고 새로운 창작물을 만들고자 하는 동기를 부여할 수 있으며 스스로 제작하고자 하는 태도를 지녀, 창작의욕을 높일 수 있어 바람직한 교육활동에 많은 도움이 될 수 있으리라 생각합니다.

앞으로도 ICT, Smart, S/W교육과 관련된 교재를 계속해서 집필하여 출판한다면 초등학교 교육 발전에 많은 도움이 되리라 생각합니다.

01_3D 프린터는 무엇일까요?.......................................................................................13
02_많이 쓰는 3D 프린터의 종류는 어떤 것이 있을까요?............................................21
03_또 다른 3D 프린터의 종류에는 무엇이 있을까요?.................................................27
04_3D 프린터에 쓰이는 재료에는 무엇이 있을까요?...................................................37
05_3D 프린터가 우리 주변 어디에서 쓰일 수 있을까요?-3D 프린터 활용(1)...........45
06_3D 프린터가 어느 곳에서 더 쓰일 수 있을까요?-3D 프린터 활용(2)..................53
07_3D 프린터의 각 부분에 대한 생김새와 역할 알기.................................................61
08_3D 프린터는 어떻게 출력할까요?...........................................................................69
09_3D 프린터로 출력할 때 필요한 컴퓨터 파일은 무엇이 있나요?.............................75
10_3D 프린터의 출력 과정...........................................................................................83
11_3D 프린터 출력파일 얻기.......................................................................................89
12_3D 프린터 출력파일 편집프로그램(1)....................................................................95
13_3D 프린터 출력파일 편집프로그램(2)...................................................................101
14_3D 프린터 모델링..................................................................................................111
15_3D 프린터 모델링 프로그램(틴커캐드 Tinkercad)................................................117
16_3D 프린터 모델링 프로그램 기초-틴커캐드 기본조작(1).....................................125
17_3D 프린터 모델링 프로그램 기초-틴커캐드 기본조작(2).....................................135
18_3D 프린터 모델링 프로그램-틴커캐드로 간단한 3D 모델 만들고 조작 해보기....143
19_3D 프린터 모델링 프로그램 기초-틴커캐드 STL 파일로 바꾸기..........................153
20_3D 모델링 프로그램-모델링 작업(1).....................................................................161
21_3D 모델링 프로그램-모델링 작업(2).....................................................................169
22_3D 모델링 프로그램-모델링 작업(3).....................................................................179
23_3D 모델링 출력하기(1)..........................................................................................189
24_3D 모델링 출력하기(2)..........................................................................................199
25_3D 모델링 프로그래밍-Beetle Block(1)...............................................................207
26_3D 모델링 프로그래밍-Beetle Block(2)...............................................................213
27_3D 모델링 프로그래밍-Beetle Block(3)...............................................................219
28_3D 모델링 프로그래밍-Beetle Block(4)...............................................................223
29_3D 모델링 프로그래밍-Beetle Block(5)...............................................................227
30_3D 모델링 프로그래밍-Beetle Block(6)...............................................................233
31_3D 프린터의 미래...................................................................................................241
32_3D 프린터의 역기능................................................................................................247

◎여는 글
4차 산업혁명의 파급효과로 다양한 분야의 기술혁명이 일어나고 있습니다. 짧은 시간 동안 인터넷이 이루었던 변화는 콘텐츠와 서비스 등 통신망 서비스 기반 위에 생산과 유통이 되는 가상재화(Virtual Goods)시장에서 이루어져 왔습니다. 하지만 앞으로는 직접 물건을 생산할 수 있는 제조업까지 혁신적으로 바꾸어 놓을 수 있는 새로운 혁명이 진행되고 있습니다.
대표적인 변화 중의 하나로 한사람이 제조를 할 수 있는 1인 제조업이 가능한 메이커스(Makers)운동입니다.

과거에 비해 ICT를 활용하여 자기가 생각한 아이디어를 직접 표현하는 방법을 좀 더 쉽고 정확하게 구체화 시킬 수 있게 되었습니다. 아이디어와 비슷한 모델을 공유사이트를 통해 얻어 모델편집프로그램으로 편집하거나 직접 오픈소스프로그램을 이용하여 디자인 할 수 있습니다. 본인의 결과물을 3D 프린터를 통하여 전시제품을 만들어 보고, 나아가 크라우드 펀딩을 통해 직접 생산 활동의 기초자금을 마련할 수 있는 방법에도 참여할 수 있습니다.

이렇게 자신의 제품을 직접 만드는 메이커스 운동으로 1인 제조 기업을 만드는 세상이 올 것입니다. 1인 제조기업의 특징은 많은 양을 생산하는 공장의 특징보다는 소비자가 원하는 맞춤형 소량 생산에 초점이 맞춰져 있어 또 다른 제조업 분야의 하나로 자리매김 할 수 있을 것입니다. 작은 문구부터 자동차의 모든 부품까지 제조가 가능합니다. 많은 인원이 공장의 조립 생산부문에서 일하던 모습이 이제는 적은 인원으로 자동차 생산에 참여할 수 있는 것도 3D 프린터가 큰 역할을 담당하고 있어 가능합니다. 이러한 사회적 변화에 대비하여 학교현장에서도 3D 프린터와 관련된 내용이 전국적으로 교육과정에 담겨져야 할 것입니다.

3D 프린터 수업은 스스로 만들어 가는 활동을 통해 다양한 교과 및 영역에서 통합적 교육활동을 기대할 수 있습니다. 아이디어를 내는 과정에서 문제해결과정을 경험 할 수 있으며, 모델링을 통하여 실제 상상한 내용을 구체화시켜 수학적 공간 활용능력과 미적표현 능력, 3D 모델의 구조적인 이해를 할 수 있으며, 3D 프린터를 통하여 직접 출력함으로서 기본적으로 상상한 것에 대한 성취감을 가지며 본인이 생각했던 아이디어와 비교를 통해 피드백을 할 수 있어 꾸준한 수업참여 활동에 동기부여를 할 수 있습니다. 나아가 단순히 모델제작에 활용되는 직관적인 모델링 작업에서 벗어나 SW교육활용까지 고려하여 진행할 수 있다면 3D프린터로 만들어 낼 수 있는 결과물은 더욱 다양해 질 것입니다.

스스로 문제 해결방법을 찾고, 창의적이고 도전하는 태도로 문제 해결능력을 키울 수 있는 3D프린터활동은 융합교육을 실천할 수 있는 가장 기본적인 교육활동이 될 수 있을 것입니다.

본 교재에 많은 아이디어와 의견을 주신 성균관대학교 김미량 교수님, 백석초등학교 황늠이 교장선생님께 많은 감사를 드립니다.

2016년 6월
교사 이문호