100배 정밀하고 출력 5배 빨라…화학연, 가시광선 반응 다기능성 3D 프린팅 소재 개발

다기능성 3D 프린팅 소재를 개발한 화학연 연구팀. 사진 왼쪽부터 유영창 선임연구원, 안도원 선임연구원, 신상빈 학생연구원.

국내 연구진이 자가치유 성능을 높이면서 빠른 출력속도와 높은 정밀도까지 확보한 3D 프린팅 소재 개발에 성공했다.

한국화학연구원(원장 이영국)은 이원주·유영창·안도원 박사팀이 권민상 서울대 교수, 백현종 부산대 교수팀과 기존 대비 100배 정밀하고 5배 빠르게 출력하면서도 2배 빠르게 자가치유되는 가시광선 활용 다기능성 3D 프린팅 소재를 개발했다고 10일 밝혔다.

3D 프린팅 기술을 새로운 산업 분야에 널리 적용하려면 다기능을 갖춘 신소재를 개발해야 한다.

3D 프린팅 기술 원료에 기능성을 더하려면, 기능 부여 소재가 필요하다. 일반적으로 결과물 출력을 위해 상대적으로 에너지가 높은 자외선이 광원으로 사용되는데, 기능 부여 소재에도 자외선을 광원으로 활용한다.

대략 300~400나노미터(㎚) 자외선을 광원으로 활용하면 결과물 출력 공정과 기능 부여 공정에서 일부 동일한 파장이 경쟁적으로 흡수돼 효율적인 빛 반응을 방해한다. 출력물 정밀성이나 출력 속도가 떨어진다.

이에 연구팀은 파장이 자외선보다 긴 가시광선을 활용하는 출력 소재를 개발했고, 빛 반응 물질 구조를 변경한 새로운 기능성 소재를 개발했다. 파장 중복 문제를 해결했다.

연구진은 또 기능성 소재 구현을 위한 빛 영역대와 중복돼 출력 성능이 저하되는 문제를 해결하기 위해 620㎚ 영역대 빛으로 출력할 수 있는 방법을 찾았다.

이렇게 제작한 3D 프린팅 소재는 기존 소재 대비 100배 정밀도와 5배의 출력속도 등 월등한 성능 차이를 보였다. 기능 없이 결과물 출력만을 위한 상용화 제품과 동등한 수준이다.

이밖에 3D 프린팅 결과물에 자가치유 등 기능을 구현하기 위해 기존 기술 영역대인 405㎚보다 넓은 405~450㎚ 영역대 즉, 가시광선에도 반응하는 새로운 광반응성 유기화합물 소재를 개발했다.

10분 내 손상 표면이 복구되는 자가 치유 성능을 보였는데, 이는 기존 다기능성 3D 프린팅 소재 대비 2배 빠른 수준이다.

이영국 원장은 “후속 연구와 소재 분야 협업으로 우리나라가 글로벌 기능성 3D 프린팅 시장에서 핵심기술을 선점할 수 있기를 기대한다”고 말했다.

이번 연구결과는 어드밴스드 머터리얼즈에 5월호 표지 논문으로 선정됐다. 또 이번 연구는 화학연 기본사업, 신진연구자 지원사업, 과학기술정보통신부 한국연구재단 중견연구자 지원사업, 선도연구센터 지원사업(SRC, 전자전달 연구센터) 지원을 받아 수행됐다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com