▲ 재료연 윤희숙 박사가 ‘골조직 재생용 압출형 세라믹 3D프린팅 무소결 공정 기술’에 대해 설명하고 있다.

한국재료연구원(원장 이정환)이 다양한 산업분야의 기초가 되는 세라믹, 희토류, 금속 등 다양한 나노 소재의 기술을 선보여 많은 관람객들의 이목을 끌었다.

한국재료연구원(KIMS) 7월 5~7일 일산 킨텍스에서 열린 나노코리아 2023에 참가해 금속, 탄소나노튜브, 세라믹 등을 활용해 모빌리티, 전자, 환경, 의료 등 다양한 산업 분야의 경쟁력을 제고 시키는 기술을 소개했다.

재료연 윤희숙 박사는 이번 전시회에서 ‘골조직 재생용 압출형 세라믹 3D프린팅 무소결 공정 기술’을 소개했다. 일반적으로 세라믹은 3D프린팅으로 3차원 형상 성형 후 소결(고온처리)이 필요해 생체골 재생 효율 고취를 위해 필요한 약물, 단백질, 세포 등의 생체유효물질을 동시에 프린팅 하는 게 불가능했다.

하지만 개발된 기술은 소결 없이 용액을 사용해 자가경화 제어를 통해 수축이 없어 높은 구조 정밀도 구현 등, 골이식재로 활용 가능한 기계적 물성 확보는 물론 생체유효성분을 세라믹 물질과 함께 3D프린팅을 가능하게 해 기존의 큰 제약이 있었던 종래 성형 및 가공의 한계성을 극복했다. 또 높은 골재생 유도 효율과 환자 맞춤형 기능성 골이식재 제조를 할 수 있게 됐다.

재료연이 선보인 또 다른 기술은 ‘광중합형 다종소재 3D 프린팅 신기술’이다. 재료연은 세라믹, 금속 등 2종 이상의 소재를 동시에 3D 프린팅 하기 위한 소재부터 공정, 프린팅 시스템, 세척모듈 및 소결 기술 등의 요소 기술 확보로 세계 최초 광중합형 다종소재 3D프린팅 전주기 기술을 개발했다.

▲ 세라믹과 금속 소재를 동시에 3D 프린팅해 만든 임플란트와 척추케이지

다종소재 기술은 최대 소재 6종까지 동시 적용이 가능하며, 높은 구조 정밀도는 물론 복수 소재 공급에 따른 교차 오염 방지, 층별 다른 소재를 활용해 색상의 그라데이션 구현과 경사기능구조체 제작을 할 수있다. 또 소재를 투명필름 위에 공급해 필요 부분만 광중합 후 미반응 소재는 회수해 재사용이 가능해 소재 활용 효율을 높였다. 현재 국내 기업에 기술 이전을 완료해 내년에 상용화될 예정이며, 독일 프라운 호퍼의 제안으로 국제공동기술개발 사업인 유레카를 진행 중이다.

재료연은 이외에도 △다기능성 탄소나노튜브 섬유 기술 △하이브리드 볼베어링용 질화규소 소재 △감염병 확산 방지용 방역공조 소재부품 기반 지능형 실내공기 관리 기술 △질병진단용 나노바이오센서 소재 및 플랫폼 △대면적 전이금속계 이차원(2D) TMDs 소재 합성과 지능형 센서 소자 기술 △고효율 모터용 고특성-고가성비 영구자석 등을 선보였다.

▲ 재료연이 `나노코리아 2023`에 선보인 고효율 모터용 고특성-고가성비 영구자석

한국재료연구원은 금속, 분말, 세라믹 등 다양한 소재분야의 연구개발, 성과확산, 시험평가, 기술지원 등을 통해 국가 소재 연구개발의 구심점 역할을 수행하고, 국가 소재산업 발전 및 국가·사회문제 해결에 기여하는 정부출연 연구기관이다.

소재 연구의 중심이자 선도기관이 되기 위해 소재 기초연구부터 실용화, 애로기술 해소까지 소재·부품 전주기 부문에 지원해 소재강국을 실현하기 위해 노력하고 있다.