3D 프린팅이 100배 정밀하고 5배 빨라졌다

화학연구원, 3D 프린팅용 다기능성 소재 개발
일반 빛 쪼여줘도 긁힌 상처 10분만에 복구돼

화학연구원 안도원 박사(왼쪽)가 신상빈 학생연구원과 함께 새로 개발한 3D 프린팅용 다기능성 소재에 빛을 쪼여주고 있다. 화학연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국화학연구원 이원주·유영창·안도원 박사팀이 3D 프린팅을 빠르면서도 정밀하게 출력하면서도 손상된 표면이 스스로 복구되는 소재를 개발했다.

이는 지금까지 사용돼왔던 기능성 소재보다 100분의 1 수준까지 정밀하게 패턴을 만들 수 있으며, 제작물을 만들어내는 속도도 5배 빠랐다. 또한 자외선 뿐만아니라 일반 가시광선을 쪼여줘도 제작물의 표면에 긁힌 상처가 10분만에 복구됐다.

이 신소재는 향후 친환경 3D 프린팅 소재나 맞춤형 의료기기, 소프트 로봇 등 미래 전자 소재 개발에 활용될 것으로 보인다.

10일 화학연구원에 따르면, 3D 프린팅 기술은 그동안 보석, 치과용 보철 재료 등 정밀하고 복잡한 물질의 형상만을 본따는 분야에 주로 사용하고 있다. 많은 연구자들이 다양한 분야에 사용하기 위해 자가치유, 분해 성능 등 여러 기능을 가진 3D 프린팅 소재 개발을 추진 중이다.

특히 빛에 반응하는 스마트 소재는 소프트 로봇이나 맞춤형 의료기기, 가변형 전자기기 등 많은 미래 소재의 핵심 부품으로 사용될 수 있지만, 아직 개발 초기 단계이다.

연구진은 3D 프린터의 성능을 향상시키기 위해 자외선보다 긴 파장인 가시광선을 활용하는 소재를 개발했다.

대부분의 3D 프린팅 소재는 405nm(나노미터) 영역대의 빛으로 결과물을 출력한다. 기능성 소재 구현을 위한 빛의 영역대와 중복돼 출력 성능이 떨어지는 문제를 해결하기 위해, 연구진은 더욱 긴 파장의 가시광선 빛 620nm 영역대의 빛으로 출력할 수 있는 방법을 찾았다.

이렇게 만든 3D 프린팅 소재는 출력 속도가 시간당 22.5㎜에 달했으며, 이 소재로 프린팅을 하면 20μm(마이크로미터) 정도의 간격으로 패턴을 만들어냈다. 이는 기존의 소재와 비교해 100배의 정밀도와 5배의 출력속도 등 월등한 성능 차이를 보였다. 연구진은 "종이 프린터의 잉크처럼 기능 없이 결과물 출력만을 위해 이미 널리 사용되고 있는 상용화 제품과 비교해도 동등한 출력 수준일 정도로 우수하다"고 설명했다.

또 3D 프린팅 결과물에 자가치유 등의 기능을 추가하기 위해 가시광선에도 반응하는 새로운 광반응성 유기화합물 소재를 개발했다. 자가치유 실험 결과, 10분 이내에 손상된 표면이 복구됐다. 이는 기존 다기능성 3D 프린팅 소재보다 2배 빠른 수준이다.

이와함께 일정한 조건 하에서는 빛을 받은 부위만 분해되는 기능까지 가지고 있다.

연구진은 다기능성 3D 프린팅 제품 상용화 하기 위해 다양한 기능을 발전시키는 후속 연구를 진행 중이다.

한편, 연구진은 서울대 권민상 교수팀과 부산대 백현종 교수팀과 함께 이 다기능성 3D 프린팅 소재를 개발해 소재 분야 세계적인 학술지 '어드밴스드 머터리얼즈 (Advanced Materials)'에 발표했으며, 이 성과의 우수성을 인정받아 5월호 표지 논문으로 선정됐다.

[e-mail] 김만기 기자