3D프린팅 기술은 제조업 혁신 첨병으로 꼽히지만 아직까지 적용 분야가 플라스틱 소재에 국한됐다. 금속 소재를 출력하는 메탈 프린팅 기술이 개발됐지만 값비싼 장비와 전용 금속 분말 소재가 필요하기 때문이다.
플라스틱 소재 기반 3D프린팅은 핵심 기술 특허 만료로 다양한 보급형 장비 개발이 이뤄지고 있지만 메탈 프린팅은 여전히 많은 핵심 기술이 특허로 보호받고 있다. 출력 속도와 정밀도 등 기술적 진입장벽도 상당히 높다.
네덜란드 트웬테대학교 연구팀은 마이크로 크기 작은 메탈 방울을 쌓는 방식으로 구리와 금 등 금속 소재를 3D프린팅할 수 있는 새로운 기술을 개발했다. 펄스 레이저를 사용해 얇은 금속 필름을 녹여 만든 방울을 활용했다.
연구진은 레이저로 구리와 금을 마이크로미터 크기 방울로 녹이고 제어된 형태로 증착시켰다. 초박형 금속 필름에 초점을 맞춘 펄스 레이저로 부분적으로 녹아서 떨어지는 방울에 변형을 가하고 원하는 위치에 떨어지도록 했다. 이 과정을 반복해 3D 구조로 조형물을 만드는 것이다. 높이 2㎜, 직경 5㎛ 크기 마이크로 기둥을 만들기 위해 수천 개 방울을 쌓는 형태다.
금속 방울 적층 속도를 증가시키기 위해 높은 레이저 에너지를 사용했다. 방울이 떨어지는 속도를 높이면 기판에 닿는 순간 원형 판 형태로 퍼지며 고체화된다. 견고한 3D프린팅 구조를 위해 필수적인 요소라는 설명이다.
향후 금속 재질 높은 열전도성과 전기전도성을 활용해 전자 제품용 소형 냉각 구조나 스마트폰용 미세 칩 공정 등에 활용할 수 있을 것으로 기대했다.
레이저 높은 에너지가 방울이 기판에 떨어지는 위치에 영향을 미치는 점은 아직 해결 과제다. 이후 연구결과를 지속해 금속은 물론이고 두꺼운 유체 등에서도 깔끔한 출력 결과물을 얻을 수 있도록 연구를 진행할 계획이다.
박정은기자 jepark@etnews.com
