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깨지기 쉬운 세라믹, 3D프린터로 한번에 인쇄한다

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2017년 04월 24일 18:00 프린트하기

재료연구소 제공
재료연구소 제공

국내 연구진이 깨지기 쉬워 정밀 제조가 어려운 세라믹을 여러 가지 소재로 정교하게 3D 프린팅 할 수 있는 기술을 개발했다.
 
윤희숙 재료연구소 분말/세라믹연구본부 책임연구원 팀은 광(光)중합형 세라믹 3D 프린팅 기술을 한 단계 업그레이드 해 같은 층에도 다른 소재를 인쇄해 이전보다 정교한 3차원 세라믹 구조체를 만들 수 있는 ‘다종 세라믹 3D 프린터’를 개발했다고 24일 밝혔다. 두 종류 이상의 재료를 사용해 세라믹을 인쇄할 수 있는 3D 프린터가 개발된 건 이번이 처음이다.
 
광중합형 세라믹 3D 프린팅은 세라믹 분말이 섞인 반죽 상태의 재료에 빛을 쬐여 빛을 받은 부분만 굳히는 방식으로 인쇄한다. 기존에는 수조를 통해 재료를 공급했기 때문에 프린팅이 진행되는 동안 수조 속 재료가 세라믹에 반사된 빛을 반복적으로 받으면서 변형이 일어났다.

 

한번 수조에 담겼던 재료를 다시 사용할 수 없어 버리는 재료가 더 많은 문제가 있었다. 윤 연구원은 “3D 프린팅은 컴퓨터로 정밀 설계한 구조체를 가장 효율적으로 만들 수 있다는 게 장점”이라며 “재료를 아낄 수 없다면 이런 장점을 발휘하지 못하게 되는 것”이라고 설명했다.
 
이에 윤 연구원 팀은 필름 형태로 재료를 공급하는 세라믹 3D 프린터를 개발했다. 컨베이어 벨트처럼 재료를 입힌 테이프가 지나갈 때 빛을 쪼여 순간적으로 한 층, 한 층을 굳혀서 붙이는 방식으로 위에서부터 아래로 쌓아나가는 것이다. 사용하고 남은 필름은 그대로 3D 프린터 하부로 회수돼 다시 재활용 된다.
 

다종 소재 세라믹 3D프린터 원리와 특징. - 재료연구소 제공
다종 소재 세라믹 3D프린터 원리와 특징. - 재료연구소 제공

특히 연구진이 개발한 다종 소재 세라믹 3D 프린터는 재료 공급 필름 2개를 동시에 활용할 수 있다. 인쇄 모듈이 층마다 180도로 회전해 두 필름의 재료를 번갈아 인쇄할 수 있는 것이다. 또 하나의 필름 안에서도 재료를 달리 할 수 있어 같은 층 안에서도 여러 가지 재료를 인쇄할 수 있다. 서로 다른 종류의 여러 세라믹을 동시에 사용해 정교한 하나의 구조체를 만들 수 있는 셈이다. 두 종류 이상의 재료를 사용하는 것은 기존의 수조 공급 방식으로는 불가능했던 일이다.
 
이 3D 프린터는 원자로 핵심 구조체, 항공우주 장비, 의료 기기, 휴대폰 같은 전자기기에 필요한 다양한 세라믹 소재의 부품을 인쇄하는 데 활용 가능하다. 세라믹 외에도 금속, 복합재 등 다른 소재에도 적용할 수 있다. 윤 연구원은 “치아 임플란트, 고관절 등 환자 맞춤형 인공 구조물을 만드는 데도 도움이 될 것”이라며 “이미 다양한 부품 제조업체로부터 기술이전 문의를 받고 있다”고 밝혔다.
 

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