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3D 프린터 소재가 변하고 있다.

3dPrintCeramic

사진 출처 HRL 홈페이지, © 2015 HRL Laboratories. Photo by Dan Little Photography.

3D 프린터에 가장 중요한 건 뭘까?

큰 규모의 하드웨어인 프린터? 하드웨어를 운용하는 소프트웨어? 물론 두 가지의 모두 중요하다. 3D 프린터에 없어서는 안 되는 요소다. 하지만 정작 가장 소비자들의 제품 구매와 연결되는 부분은 따로 있다. 바로 ‘소재’다. 아무리 좋은 3D 프린터로, 최상의 소프트웨어를 사용해 만들어진 제품이라고 해도 내구성이 약하다면 무용지물이다.

한 마디로 겉으로 보기엔 최고의 상품 같아 보이지만, 현실에서는 속 빈 강정으로 수 있다. 이처럼 내구성이 강한 소재 개발은 최근 3D 프린터 시장에서 화두다. 이유는 또 있다. 최근 3D 프린터의 다양한 제품 중에, 인체의 기관과 연계된 제품들이 많이 선보이고 있다.

인간의 기관 중에 가장 내구성이 강한 치아도 포함된다. 당연히 내구성이 좋으냐가 제품 구매를 결정하는 데 가장 큰 요소로 작용하고 있다. 이런 상황 속에서 희소식이 전해졌다. 3D 프린터로 기존 제조방식보다 더 강력한 세라믹 소재의 물질을 만들 수 있게 됐다.

3D 프린팅을 활용해서 만들어진 세라믹 소재는 기존 방식으로 만들어진 세라믹 소재보다 높은 강도와 경도를 가지고 있으며, 고온에서도 훨씬 잘 견딘다.

지난 1월1일(현지시간) <엔가젯>은 첨단과학을 연구하는 HRL랩 연구자들이 기존의 3D 프린터 소재와는 확연하게 다른 소재로 소식을 전했다. 훨씬 튼튼하고 고온에도 잘 견디는 세라믹 물질을 만들어내는 3D 프린팅 기법을 개발했다는 소식이었다.

지금까지 세라믹 소재로 된 물체를 만들 때는 세라믹 분말에 열을 가해서 굳히는 방식을 사용했다. 그러나 분말을 가열하는 방식은 물체에 미세한 균열을 만든다. 즉 완벽한 방법이 아니었고, 만들었다고 해도 균열이 존재했다. 이는 결국 세라믹 소재의 내구도가 낮아지는 원인이 된다.

HRL랩의 연구자들은 ‘프리 세라믹 폴리머(pre-ceramic polymers)’라는 소재를 개발해서 이 문제를 해결했다. 새로운 방법은 기존 3D 프린터에서 많이 사용하고 있는 스테레오리소그라피 방식을 이용해 프리 세라믹 폴리머로 된 물체를 프린트한다. 프리 세라믹 폴리머를 고온에서 가열하면 고밀도의 세라믹으로 변한다.

이 개발로 3D 프린터 소재의 새로운 지평을 열였다. 새로운 방식을 활용하면 훨씬 튼튼한 세라믹 소재로 된 물체를 얻을 수 있기 때문이다.

HRL랩은 기술의 가치를 인정받아 미 국방 고등 연구 기획청(DARPA)과 계약도 맺었다. HRL랩은 우주선이 대기권으로 진입할 때 생기는 열을 막는 ‘탈격 세라믹 에어로쉘(ablative ceramic aeroshell)’ 개발 작업에 착수한다.

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