한국지질자원연구원(원장 직무대행 김광은)은 서주범 책임연구원팀이 질감이 우수하면서 내열성 및 절연성, 내화학성이 높은 천연광물을 3D프린팅 원료로 사용하는 기술 개발에 성공했다고 5일 밝혔다.
3D프린팅에 투입되는 재료는 고분자 플라스틱, 금속, 세라믹 또는 복합체 등이다. 광물로는 최근 석고(파우더), 모래, 진흙, 석분이 사용되는데 적용 분야 다양화를 위한 새로운 원료 개발이 요구되고 있다. 천연광물은 전통 세라믹원료 대비 비용이 저렴하고 가공이 쉽다. 다만 이를 BJ 접착제 분사 방식 3D프린터(이하 BJ 3D프린터) 원료로 활용하기 위해서는 원료입자 복합화, 원료파우더 결합방법 등 기술적 어려움이 있는데, 연구팀이 이를 해결했다.
우선 개별 광물 특성을 고려해 최적화된 복합기술을 확보했다. 분쇄된 개별 광물을 특정비율로 혼합한 후 추가 분쇄와 균일한 복합을 유도했다. 최종 원료 입자를 평균 45마이크로미터(㎛) 크기 둥근 형태로 구현했다. 이를 통해 3D프린터 내 입자 유동성을 확보하고 적층 제조가 가능해졌다.
접착제로 작용하는 다양한 물질을 평가한 결과 원료 파우더 결합 기술도 확보했다. 개발 원료를 BJ 3D프린터에 적용해 입체 형상을 출력하는데 성공했다. 출력물을 열처리할 경우 출력물 강도가 증가할 뿐만 아니라 기본 형태가 유지되는 것도 확인했다.
서주범 책임연구원은 “천연광물은 우리 생활에 밀접한 양질 생활용품은 물론, 정교한 첨단 제품의 다품종 소량생산 등에 다양하게 활용될 수 있다”고 밝혔다.
김광은 원장 직무대행은 “3D프린팅이 21세기 혁신 시작이라면 천연광물 3D프린팅의 새로운 원료화는 21세기 혁신 완성으로 가는 지름길이 될 수 있다”며 “광물자원 연구 분야 노하우와 인프라를 바탕으로 다양한 융·복합 연구기술 개발 지원을 통해 과학기술 분야 ESG 경영을 위해 노력하겠다”고 전했다.
한편 서주범 연구원팀은 천연광물 원료를 활용해 다양한 형태 입체구조물을 제조하는 한편 열처리 특성의 규명을 위한 3D 프린팅 후속 연구를 수행하고 있다. '천연광물 기반 3D프린팅 원료 제조 기술 개발'은 지난해 출연연 우수 연구 성과에 선정된 바 있다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
