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  • 기사등록 2021-10-06 15:48:14
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▲ 천연광물로 개발한 원료로 3D프린팅 실험이 진행됐다.


국내 연구진이 천연광물을 활용해 우수한 질감과 강도를 가지면서 저렴한 3D프린팅 소재를 개발하는데 성공했다.

 

한국지질자원연구원(원장 직무대행 김광은, KIGAM) 서주범 박사 연구팀은 내열성 및 절연성, 내화학성이 높은 천연광물을 3D프린팅 소재로 만들어 바인더젯(BJ) 방식 3D프린터로 적층하는 기술을 확보했다고 지난 5일 밝혔다.

 

서주범 박사팀은 BJ 3D프린팅 활용 방안 확대를 위해 천연광물 기반 3D 프린팅 원료개발 연구를 수행하고 있다. 특히 장석, 도석, 고령토, 규석, 납석, 운모 등 도자기 제조(요업 분야)에 사용되는 천연광물을 주요 연구대상으로 하고 있다.

 

3D프린팅에 활용되는 소재는 금속, 폴리머, 탄소섬유 등 다양한데 최근 석고(파우더), 모래(molding sand), 진흙, 석분 등 천연광물이 각광받고 있다. 천연광물은 기존 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2) 등 세라믹원료와 비교해 비용이 저렴하고 가공이 쉽다는 장점이 있기 때문이다.

 

서 박사팀은 우리 주변의 다양한 광물을 BJ 3D프린팅 소재로 활용하기 위해 선결 조건인 원료입자의 복합화와 원료파우더 결합방법의 기술적 어려움을 해결했다. 우선 개별 광물의 특성을 고려해 최적화된 복합기술을 확보했으며 분쇄된 개별 광물을 특정비율로 혼합한 후 분쇄장비를 이용해 추가 분쇄와 균일한 복합을 유도했다.

 

0.1mm 두께로 균일하게 원료를 도포하는 BJ 3D프린터의 특성상 최종 원료의 입자를 평균 45μm(마이크로미터) 크기의 둥근 형태(구형)로 구현했다. 구형입자의 결합을 위해 접착제로 작용할 수 있는 다양한 물질을 평가해 입자를 결합시킬 수 있는 기술도 확보했다.

 

서주범 박사팀은 개발한 원료를 BJ 3D프린터에 적용해 입체 형상을 출력하는데 성공했다. 특히 출력물을 고온으로 열처리할 경우 출력물의 강도가 증가할 뿐만 아니라 기본 형태가 유지되는 것을 확인했다. 연구진은 천연광물 원료를 활용해 다양한 형태의 입체구조물을 제조하는 한편 열처리 특성의 규명을 위한 3D프린팅 후속 연구를 수행하고 있다.

 

연구책임자인 서주범 박사는 첨단IT AI기술의 구현이 가속화되고 있는 시점에서 구조적 안정성과 친환경성을 갖춘 새로운 3D프린팅 원료의 필요성이 다각적으로 제기되고 있다천연광물을 활용할 경우, 우리 생활에 밀접한 양질의 생활용품은 물론, 정교한 첨단 제품의 다품종 소량생산 등에 다양하게 활용될 수 있다고 밝혔다.

 

지질자원연구원 김광은 원장 직무대행은 광물자원 연구 분야의 노하우와 인프라를 바탕으로 다양한 융복합 연구기술개발 지원을 통해 과학기술분야 ESG 경영을 위해 노력하겠다고 전했다.


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