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  • 기사등록 2017-04-25 09:51:07
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▲ 재료연구소가 개발한 세라믹 3D프린터 및 프린팅 된 세라믹 구조체.

국내 연구진이 기존 광중합형 세라믹 3D프린팅의 단점을 보완하고 다종 소재 및 경사기능 구조체 제작이 가능한 새로운 기술을 개발했다.

재료연구소(소장 김해두, KIMS) 분말/세라믹연구본부 윤희숙 박사 연구팀은 세라믹 공정에서 널리 적용되는 테이프 캐스팅 원리를 응용해 다종·이종 소재를 동시에 3D프린팅 가능한 기술을 세계 최초로 개발했다고 24일 밝혔다.

광중합형 3D프린팅 기술은 원하는 모양을 빛으로 레진을 경화시켜 적층하는 방식을 말하는 것으로 일반적으로 레진을 수조형 용기에 담아 사용한다. 광중합형 세라믹 3D프린팅의 경우 레진 내에 세라믹 분말을 균일하게 분산시켜 사용한다.

그런데 이 세라믹 입자에 의해 빛의 굴절과 산란 등이 일어나 빛이 조사된 곳 외에도 경화가 유도되면서 지속적으로 소재의 열화가 발생하게 돼 제품 출력 후 수조에 들어있는 레진을 재활용하지 못하고 버려야 하는 단점이 있었다. 또한 수조형이다보니 다종 혹은 이종 소재 프린팅 구현이 어렵고 복잡·정밀한 3차원 구조체 구현에도 어려움이 많았다.

이에 윤희숙 연구팀은 테이프 캐스팅 원리를 적용해 필요한 양 만큼 필름 위에 공급해 한 번의 빛 조사 후 회수가 가능한 공정기술을 개발했다. 이 방식은 재활용이 가능하고 필름 두께 제어로 보다 면밀한 층 두께 제어가 가능할 뿐만 아니라 항상 새로운 필름을 공급할 수 있어 다종·이종 및 경사 기능 소재의 프린팅까지 가능하다.

또한 연구팀은 필름 공급 라인의 개수를 늘려 스테이지 전체를 회전시키는 구조를 만들어 같은 층 내에서 다종·이종 소재의 3D프린팅이 가능하도록 했다. 이를 통해 다양한 색상을 발현할 수 있는 컬러 세라믹 3D프린팅 기술도 확보했다.

이 신기술은 정보통신, 에너지, 우주항공, 전기전자, 원자로 핵심 부품 및 의료 디바이스 등의 다양한 분야에 적용이 가능하며, 세라믹 외에도 고분자, 복합재 및 금속 소재에도 적용이 기대되어 3D프린팅 분야의 신시장 개척 및 신기술 분야 창출이 가능할 것으로 전망된다.

연구책임자인 재료연구소 윤희숙 책임연구원은 “기존 세라믹 공정으로는 불가능했던 복잡형상 구현뿐만 아니라 경사 기능성 혹은 다종소재 접합 등의 새로운 물성 구현을 가능하게 할 것으로 기대된다”며 “3차원 구조체를 단순히 찍어내는 프린터가 아닌 기존 세라믹 구조물과 기능성의 한계점을 극복하고 세계시장을 선도할 수 있는 새로운 기술 분야 확보를 가능하게 만들 것”이라고 말했다.

한편 해당 기술은 산업통상자원부 산업소재핵심기술개발사업과 재료연구소 기관고유사업을 통해 개발됐으며, 2015년 국내특허 최초 출원 후 국제특허 및 개량특허를 꾸준히 확보 중이다. 기술에 대한 자세한 사항은 홈페이지(http://blog.naver.com/kims_pr/220988229522)를 통해 확인할 수 있다.

▲ 기존 수조형 광중합형 세라믹 3D프린팅과 개발된 필름공급형 세라믹 3D프린팅 비교.

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