Update2025.05.20 (화)
국내 연구진이 세라믹에 특화된 3D프린팅 종합기술을 개발해 새로운 의료용, 구조용 시장을 개척할 전망이다.
재료연구소(김해두 소장)는 분말·세라믹연구본부 윤희숙 박사팀이 다양한 세라믹 소재를 3D프린팅 할 수 있는 세라믹 3D프린터 및 프린팅 공정기술을 국내 최초로 개발했다고 10일 밝혔다.
윤 박사팀은 이번에 개발한 압출/광중합 복합 3D프린팅 기술과 세라믹 바이오프린팅 기술을 가지고 3D프린터를 제작해 공개했다.
압출/광중합 복합 3D프린터는 Al₂O₃, ZrO₃, MgP 등 세라믹과 광경화제가 혼합된 소재를 노즐로 압출해 한층 쌓고 자외선을 쏘고 경화시키는 작업을 반복해 형상을 만드는 방식이다.
필요한 양 만큼 원료를 노즐로 압출할 수 있어 기존 상용화된 수조형 세라믹 3D프린터에서 발생하는 원료 낭비를 줄이고 동시에 프린팅 시간도 크게 단축할 수 있는 장점이 있다. 기존 세라믹 프린터는 빛의 조사에 따른 원료소재의 열화 문제와 단일 소재군만 적용 가능하다는 단점이 있었다.
이 기술의 핵심은 소재 점도 및 물성제어와 분산이다. 재료연은 관련기술을 3D프린팅 소재 및 솔루션 전문기업 대림화학(대표 신홍현)에 조만간 이전해 기술 완성도를 높이고 상용화에 나선다는 계획이다.
세라믹은 무기질로 우리 몸의 뼈와 성질이 유사하기 때문에 이 세라믹 프린터는 뼈, 치아 등 의료용 맞춤형 디바이스 제작에 특화될 전망이다.
윤박사 팀은 고온에서 열처리가 필요한 종래 세라믹 공정으로는 불가능 했던 세포 혹은 유효 약물을 세라믹과 동시에 프린팅하는 세라믹 바이오프린팅 프린터도 공개했다.
이 기술은 화학 반응으로 경화를 유도해 3D프린팅 공정과 경화반응을 분리하는 방법으로, 3D프린팅에 필요한 시간을 충분히 확보해 안정적인 구조체 제작이 가능하면서 별도의 소결공정 없이 기계적 물성을 만족시키는 실온공정 기술이다.
또한 의료용 디바이스로 적용하기 위해 승인된 원료소재만으로도 3D프린팅이 가능하도록 프린팅 소재에 필요한 첨가물을 최소화했다. 이를 통해 세포 혹은 각종 유효 약물 등을 세라믹과 동시 프린팅하여 환자 맞춤형 생체세라믹 골이식재의 기능성을 크게 향상시켰다.
세라믹 3D프린팅 기술은 우주항공 및 국방 분야, 기계 산업 등에 쓰이는 고강도·고정밀 세라믹 부품에서 정형외과 및 치과 등 의료용 맞춤형 생체디바이스, 전기전자부품, 자동차, 건축이나 예술품 분야까지 활용이 가능해 윤 박사팀의 연구가 세라믹 산업에 새로운 가능성을 제시할 것으로 기대된다.
윤희숙 박사는 “3D프린팅 기술은 고분자 및 금속소재 중심으로 최근 크게 도약하고 있으나 세라믹 3D프린팅 기술은 전세계적으로도 여전히 경쟁 초기단계에 있다”면서 “특히 바이오·의료쪽에서 가장 주목받게 될 것”이라고 밝혔다.
또한 “세라믹 산업에 있어 많은 비용을 차지하는 공정 기술을 개선하여 향후 제품 가격 경쟁력을 높이고 새로운 구조 기능성을 확보해 국가 세라믹 소재부품산업의 세계 기술경쟁력 확보에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
