울산과학기술원(UNIST)이 다양한 구조물을 60초 단위로 빠르게 연속 인쇄(3D프린팅)하는 새로운 체적 적층제조 기술을 개발했다.
정임두 UNIST 기계공학과 교수팀은 층 단위가 아닌 불륨 단위 연속공정으로 다양한 구조물을 빠르게 제작할 수 있는 '디스펜싱 체적 3D 제조(Dispensing Volumetric Additive Manufacturing)' 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.
'디스펜싱 체적 3D 제조' 기술은 피펫 끝에 맺힌 액체 원료 방울에 빛을 쏴 원하는 모양대로 굳혀(경화) 형상을 만든다. 형상이 다 경화되면 공기압으로 피펫에서 액체 방울을 밀어내 새로운 액체 방울을 만드는 방식이다.
한 층씩 쌓아 올리는 일반 3D프린팅(layer-by-layer)과 달리 한 번에 볼륨있는 형상을 만들 수 있어 제작 시간을 크게 단축하고, 층을 매끄럽게 다듬기 위한 별도 후처리도 필요 없다.
기존 체적 3D프린팅 기술(회전 축 리소그래피, CAL)의 경우 인쇄 주기마다 원통형 용기에 수지를 채우고 균일한 조사를 위해 굴절률 매칭 용액을 사용해야 했다. 인쇄한 물체를 용기에서 꺼내야 하는 작업도 필요해 다수 부품을 연속으로 대량 생산하기 어려웠다.
정 교수팀은 별도의 수지 용기 없이 유리 피펫에서 분사되는 단일 수지 방울 내에서 인쇄와 배출이 한번에 이뤄지는(DVAM) 기술을 개발해 이 문제를 해결했다.
DVAM은 수지 방울 자체로 볼륨있는 인쇄가 가능하고, 회전 인쇄하는 동안 단면을 조사해 별도 용기나 굴절률 매칭 매질 없이 수지 전체를 균일하게 경화한다. 경화 구조물을 기판 위로 배출하고 다음 방울을 즉각 공급해 고속 연속 생산이 가능하다.
정 교수팀은 이 기술로 '에펠탑' '생각하는 사람' 등 각기 다른 모형 구조물을 10분 내 10개 만드는데 성공했다. 기존 3D프린팅 대비 백배 이상 높은 속도다.
정임두 교수는 “3D프린팅은 맞춤형 제조가 가능하지만 느린 속도가 단점이다. 전체 볼륨을 한번에 인쇄하면서 광학적 왜곡의 한계는 AI 기술로 해결한 초고속 3D프린팅 기술”이라며 “원하는 형상을 즉석에서 수십초 내에 만들 수 있는 시대가 열렸다”고 말했다.
연구 결과는 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈' 3월 21일 온라인으로 게재됐다.
울산=임동식 기자 dslim@etnews.com
