천연광물로 3D프린팅 원료 만들었다

지질자원연구원, 출력물 고온처리해 강도 증가

천연광물로 개발한 원료로 3D 프린팅한 뒤 1200도의 고온 열처리한 결과 제품의 강도가 증가했다. 지질자원연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국지질자원연구원(KIGAM) 서주범 박사팀은 천연광물을 3D프린팅 원료로 사용하는 기술 개발에 성공했다고 5일 밝혔다.

연구진은 개발한 원료를 바인더 분사방식(BJ) 3D프린터에 적용해 입체 형상을 출력하는데 성공했다. 특히 출력물을 고온으로 열처리할 경우 출력물의 강도가 증가할 뿐만 아니라 기본 형태가 유지되는 것을 확인했다.

서주범 박사는 "천연광물을 3D프린팅에 활용할 경우, 우리 생활에 밀접한 양질의 생활용품은 물론, 정교한 첨단 제품의 다품종 소량생산 등에 다양하게 활용될 수 있다"고 설명했다.

3D프린팅에 사용하는 재료는 크게 고분자 플라스틱, 금속, 세라믹 또는 복합체다. 광물로는 최근 석고, 모래, 진흙, 석분이 사용되고 있다. 천연광물은 전통 세라믹원료와 비교해 비용이 저렴하고 가공이 쉽다는 장점이 있다.

연구진은 우리 주변의 다양한 광물을 바인더 분사방식 3D프린터 원료로 활용하기 위해 원료입자의 복합화와 원료파우더 결합방법의 기술적 어려움을 해결했다.

천연광물 기반 3D 프린터 원료 제조 개념도. 지질자원연구원 제공

연구진은 먼저 원료입자 제조기술을 개발해 개별 광물의 특성을 고려한 복합기술을 확보했다. 분쇄된 개별 광물을 특정비율로 혼합한 후 분쇄장비를 이용해 추가 분쇄와 균일한 복합을 유도했다.

0.1㎜ 두께로 균일하게 원료를 도포하는 BJ 3D프린터의 특성상 최종 원료의 입자를 평균 45㎛(마이크로미터) 크기의 둥근 형태로 만들었다. 이를 통해 BJ 3D프린터 내에서 입자의 유동성을 확보하고 적층제조가 가능해졌다.

또한 구형입자의 결합을 위해 접착제로 작용할 수 있는 다양한 물질을 평가해 입자를 결합시킬 수 있는 기술을 개발했다.

[e-mail] 김만기 기자