3D 프린팅으로 물 사용 시 금속 내구성 20배 향상

In 3D - Ảnh 1. — 플라스틱이나 금속 분말이 필요 없이, 스위스 과학자들이 물 젤에서 금속을 "성장"시키는 데 성공했습니다. 이는 3D 프린팅 산업 전체를 바꿀 수 있는 획기적인 발전입니다. - 사진: EPEL

스위스 로잔 연방 공과대학(EPFL)의 과학자들이 3D 프린팅 기술의 획기적인 발전을 발표했습니다. 기존 방식대로 금속을 프린팅하는 대신, 흔히 볼 수 있는 물 젤인 하이드로젤을 이용해 재료를 "성장"시키는 방법을 개발하여, 기존 기술보다 20배 높은 고밀도와 기계적 강도를 가진 금속 및 세라믹 구조물을 제작할 수 있게 되었습니다.

연구팀에 따르면, 현재 광중합법은 감광성 수지에만 적용 가능하여 활용 범위가 제한적입니다. 3D 프린팅된 수지를 금속이나 세라믹으로 변환하려는 이전 시도들은 기공 발생 및 수축 문제로 인해 제품이 변형되고 내구성이 떨어지는 결과를 초래했습니다.

EPFL 재료화학 및 제조 연구소 소장인 대릴 이(Daryl Yee)가 이끄는 연구팀은 새로운 방식을 발견했습니다. 금속 화합물을 플라스틱에 미리 혼합하는 대신, 하이드로겔을 사용하여 템플릿을 3D 프린팅한 후 금속염 용액에 반복적으로 담그는 방식입니다. 이 과정에서 금속 이온은 나노 입자로 변환되어 겔 전체에 고르게 퍼집니다.

이러한 과정을 5~10회 반복하면 하이드로겔 골격이 가열에 의해 제거되고, 원래 출력물의 형태를 그대로 유지하는 단단한 금속 또는 세라믹 물체가 남게 됩니다. 금속염은 출력 후에 첨가되므로 동일한 하이드로겔 골격을 사용하여 철, 은, 구리부터 세라믹 또는 복합재료에 이르기까지 다양한 재료를 만들 수 있습니다.

이이 씨는 “우리의 연구는 간단하고 저렴한 3D 프린팅 공정을 통해 고품질 금속과 세라믹을 생산할 수 있게 할 뿐만 아니라, 3D 프린팅 전에 재료를 선택하는 것이 아니라 프린팅 후에 재료를 선택하는 새로운 사고방식을 제시합니다.”라고 말했습니다.

이번 연구에서 연구팀은 철, 은, 구리로 자이로이드라고 불리는 복잡한 기하학적 구조물을 제작하여 테스트했습니다. 그 결과, 이 시편들은 기존 기술로 제작된 재료보다 20배 더 높은 압축력을 견딜 수 있었으며, 수축률은 약 20%에 불과했습니다(기존 기술은 60~90% 수축).

이 연구는 가볍고 강한 첨단 3D 구조물 제작에 큰 가능성을 제시하며, 센서, 생체의료기기, 에너지 변환 및 저장 시스템 생산에 활용될 수 있습니다. 또한, 이 방법으로 제작된 넓은 표면적을 가진 금속은 에너지 기술 분야에서 효과적인 촉매 또는 방열판으로 사용될 수 있습니다.

EPFL 연구팀은 산업 생산에 적합하도록 공정을 지속적으로 개선하고 있으며, 특히 재료 밀도를 높이고 처리 시간을 단축하는 데 집중하고 있다고 밝혔습니다. 이 교수는 "전체 공정을 자동화하는 로봇을 개발 중이며, 이를 통해 총 제작 시간을 크게 줄일 수 있을 것"이라고 말했습니다.

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VNA

출처: https://tuoitre.vn/in-3d-bang-nuoc-giup-kim-loai-ben-gap-20-lan-20251019154932113.htm