재료硏, 세라믹 3D프린터·프린팅 공정기술 개발

【창원=뉴시스】 홍정명 기자 = 시간과 비용은 줄이고 품질과 기능은 향상할 수 있는 세라믹 3D 프린팅 종합기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

경남 창원시에 있는 재료연구소(김해두 소장)는 분말·세라믹연구본부 윤희숙 박사팀이 다양한 세라믹 소재를 3D 프린팅 할 수 있는 '세라믹 3D 프린터 및 프린팅 공정기술'을 국내 최초로 개발했다고 10일 밝혔다.

윤 박사팀은 세라믹의 경도(단단함)와 취성(깨짐)이 약해 기존의 절삭가공 방식으로는 3D 프린팅 구현이 어려웠으나 복잡한 3차원 세라믹 구조를 2차원 평면을 한 층씩 적층하여 만드는 적층가공방식으로 세라믹 3D 프린팅에 성공했다.

그뿐만 아니라 고온에서 열처리가 필요한 종래 세라믹 공정으로는 불가능했던 세포 혹은 유효 약물을 세라믹과 동시에 프린팅하는 세라믹 바이오 프린팅 기술도 공개했다.

윤 박사팀이 개발한 세라믹 3D 프린팅 기술은 우주항공 및 국방 분야, 기계산업 등에 쓰이는 고강도·고정밀 세라믹 부품에서 정형외과와 치과 등 의료용 맞춤형 생채기기, 전기·전자부품, 자동차, 건축이나 예술품 분야까지 활용할 수 있어 세라믹 산업에 새로운 가능성을 제시할 것으로 기대된다.

특히, 윤 박사팀은 압출·광중합 복합 3D 프린팅 기술을 개발해 필요한 양 만큼 원료를 노즐로 압출한 후 프린팅과 동시에 시차적으로 광중합을 유도하는 방법으로 기존 상용화된 수조형 세라믹 3D 프린터에서 발생하는 원료 낭비와 동시에 프린팅 시간도 크게 줄였다.

또 생체세라믹 3D 프린팅 실온공정 기술을 개발해 기존 세라믹 3D 프린팅의 까다로운 조건 제어와 소결 공정이 필요했던 한계점을 극복했다.

이 기술은 화학 반응으로 경화를 유도해 3D 프린팅 공정과 경화 반응을 분리하는 방법으로, 3D 프린팅에 필요한 시간을 충분히 확보해 안정적인 구조체 제작이 가능하면서 별도의 소결 공정 없이 기계적 물성을 만족하게 하는 실온공정 기술이다.

아울러 연구팀은 의료용 기기로 적용하기 위해 승인된 원료 소재만으로도 3D 프린팅이 가능하도록 프린팅 소재에 필요한 첨가물을 최소화했다.

이를 통해 세포 혹은 각종 유효 약물 등을 세라믹과 동시 프린팅해 환자 맞춤형 생체세라믹 골이식재의 기능성을 크게 향상했다.

윤 박사팀은 새로운 방식의 광중합형 세라믹 3D 프린팅 원천기술 개발을 마치고 테스트 중이며, 이 기술로 기존 광중합형 세라믹 3D 프린팅 기술이 가지는 산란제어 및 빛의 조사에 따른 원료 소재의 열화 문제와 단일 소재군 만 적용 가능한 공정의 한계점을 극복할 수 있을 것으로 기대된다.

자체 개발한 다양한 세라믹 3D 프린팅 기술들을 논문 및 국내외 특허권을 기반으로 관련 기업 기술이전 검토가 진행 중이다.

윤희숙 박사는 "3D 프린팅 기술은 고분자 및 금속소재 중심으로 최근 크게 도약하고 있으나 세라믹 3D 프린팅 기술은 전 세계적으로도 여전히 경쟁 초기 단계에 있다"면서 "이번에 개발된 국산 세라믹 3D 프린팅 기술로 세계 시장 선점이 가능할 것으로 기대된다"고 말했다.

윤 박사는 "세라믹 산업에 있어 큰 비용을 차지하는 공정 기술을 개선해 향후 제품 가격 경쟁력을 높이고 새로운 구조 기능성을 확보해 국가 세라믹 소재부품산업의 세계 기술경쟁력 확보에 크게 이바지할 수 있을 것"이라고 덧붙였다.



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