화학연 정밀도 100배·속도 5배 높아진 3D 프린팅 소재 개발

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

국내 연구진이 기존보다 월등히 빠르고 정밀한 3D 프린팅 소재를 개발했다.

한국화학연구원(이하 화학연)은 정밀·바이오화학연구본부 이원주·유영창·안도원 박사 연구팀이 서울대 권민상, 부산대 백현종 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 기존보다 100배 정밀하고 5배 빠른 가시광선 활용 다기능성 3D 프린팅 소개를 개발했다고 10일 밝혔다.

3D 프린팅 기술은 평면이 아닌 3차원 공간 안에서 사물을 인쇄하는 기술로 정밀한 제품을 쉽게 생산할 수 있지만 정밀도와 속도 면에서 약점이 있다. 연구진이 개발한 소재는 이 같은 한계를 보완해 향후 친환경 3D 프린팅 소재나 맞춤형 의료기기, 소프트 로봇 등 미래 전자 소재 개발에 활용될 수 있을 것으로 전망된다.

3D 프린팅은 크게 두 가지 소재를 필요로 한다. 프린터의 잉크처럼 출력물을 만드는 소재와 출력물에 자기치유 기능을 부여하는 소재다. 일반적으로 결과물 출력을 위해 상대적으로 에너지가 높은 자외선이 광원으로 사용되는데, 새로운 기능을 부여하는 소재도 자외선을 광원으로 활용해 문제가 발생한다. 동일한 파장이 경쟁적으로 흡수돼 효율적인 빛 반응을 방해하고 결과적으로 출력물의 정밀성이나 속도가 떨어지게 되는 것이다.

연구팀의 논문이 게재된 '어드밴스트 머터리얼즈' 표지.

연구팀은 이 같은 파장 중복 문제를 해결하기 위해 출력 성능을 극대화하기 위해 자외선보다 긴 파장인 가시광선을 활용하는 출력 소재를 개발했다. 동시에 기능성 발현을 위해 기존에 알려진 빛 반응 물질의 구조를 변경해 새로운 기능성 소재를 개발했다.

대부분의 3D 프린팅 소재는 205㎚(나노미터) 영역대의 빛으로 결과물을 출력하는데, 연구진은 더 긴 파장의 가시광선 빛 620㎚ 영역대로 출력할 수 있는 방법을 찾아 기존 소재보다 뛰어난 성능을 보였다.

3D 프린팅 과정서 출력물의 자가치유 성능도 기존보다 2배 좋아졌다. 기존 기술 영역대보다 넓은 빛 파장을 위해 가시광선에도 반응하는 새로운 광반응성 유기화합물 소재를 개발해 10분 이내 손상된 표면이 복구되는 자가 치유 성능을 보인다.

연구팀인 다기능성 3D 프린팅 제품 상용화를 목표로 후속 연구를 진행 중이다.

이영국 화학연 원장은 "이번 기술 개발을 계기로 후속 연구와 소재 분야 기업과의 적극적인 협업을 통해 우리나라가 글로벌 기능성 3D 프린팅 시장에서 핵심기술을 선점할 수 있길 기대한다"고 말했다.

한편 이번 연구 결과는 '어드밴스드 머터리얼즈'(Advanced Materials) 5월 호 표지논문으로 게재됐다. 임효인 기자