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펜으로 그리면 입체 구조물되는 4D 프린팅 기술 나왔다

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펜으로 그리면 입체 구조물되는 4D 프린팅 기술 나왔다

2021.03.25 03:00
서울대-UNIST 연구진 간편하고 빠르게 3차원 구조물 프린팅 기술 개발
연구진이 개발한 기술로 인쇄한 3D 구조물. 서울대 제공.
연구진이 개발한 기술로 인쇄한 3D 구조물. 서울대 제공.

국내 연구진이 펜으로 그린 그림을 3차원(3D) 입체 구조물로 변환하는 4차원(4D) 프린팅 기술을 개발했다. 기존 3D 프린팅에 비해 간편하면서도 빠른 속도로 3D 구조물을 제작할 수 있는 게 특징이다. 

 

서울대는 권성훈 전기·정보공학부 교수가 김지윤 울산과학기술원(UNIST) 교수와 공동 연구를 통해 잉크 펜과 물만으로 빠르고 간편하게 3차원 구조물을 제작할 수 있는 새로운 방식의 4D 프린팅 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 3월 24일(현지시간)자에 게재됐다. 

 

현재 상용화된 3D 프린팅은 층을 쌓아나가는 적층 방식이다. 프린팅 속도가 느리고 비싸다는 단점이 있다. 4D 프린팅은 초기 출력된 물체에 외부 자극을 가해 새로운 모양으로 변형시키는 기술이다. 출력이 간편한 단순한 형태의 구조를 더 복잡한 형태로 변형시킬 수 있다. 기존 3D 프린팅보다 빠르고 간편하게 3차원 구조물을 제작할 수 있다는 이점이 있다. 

 

그러나 현재까지 개발된 4D 프린팅 기술은 형상기억합금과 같은 특수 소재를 활용해야 해 접근성이 좋지 않다. 

 

공동 연구팀은 2차원 인쇄 도구인 펜으로 자유롭게 그린 그림을 3차원 구조물로 변환시킬 수 있는 빠르고 간편한 4D 프린팅 기술을 개발했다. 보드마커 잉크에 철가루를 첨가하고 이 철가루에 중합반응이 가능한 단량체와 촉진제를 섞어 물과 보드마커 잉크만으로 3차원 구조를 만들 수 있도록 했다. 

 

현재 상용화된 3D 프린팅 기술과 비교 실험도 진행했다. 3D 프린팅으로는 동일한 3차원 구조물 1개를 제작하는 데 약 1시간이 소요된 반면 이번 연구를 통해 개발한 방식으로 제작한 결과 30분간 60개의 구조물을 생산할 수 있었다. 

 

연구팀은 또 연속 대량 인쇄를 위해 사용되는 2차원 인쇄기술인 롤투롤 공정에 이번에 개발한 방식을 접목했다. 김지윤 UNIST 교수는 “대량생산이 어렵던 3D 프린팅에 2차원 인쇄 기술을 결합해 대량생산의 새로운 가능성을 제시했다”고 밝혔다. 
 

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