"1분에 하나씩 뚝딱"…초고속 3D 프린팅 기술 개발

(울산=뉴스1) 김세은 기자 = 1분마다 작은 3차원 구조물을 연속으로 만들 수 있는 새로운 3D 프린팅 기술이 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST) 기계공학과 정임두 교수팀은 한층씩 쌓는 기존의 3D 프린팅 방식이 아닌 형상 전체를 한 번에 빠르게 제조할 수 있는 '디스펜싱 체적 3D 제조' 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

이 기술은 피펫(액체를 떨어뜨리는 도구) 끝에 맺힌 액체 원료 방울에 빛을 쏴 원하는 모양으로 굳히는 방식이다.

액체 방울 형상이 굳어지면 공기 압력으로 피펫에서 밀어내고, 곧바로 새로운 액체 방울을 만들어 다음 제작을 이어간다.

이는 기존 3D 프린팅 기술과 비교했을 때 제작 시간을 크게 단축할 수 있고, 층을 매끄럽게 다듬는 후처리도 필요 없다.

기존에도 비슷한 방식의 기술도 있었지만, 액체 원료를 담는 별도 용기와 보조 작업이 필요해 다수 부품을 연속적으로 대량 생산하기 어려웠다.

연구팀은 용기 대신 피펫에서 분사되는 액체 방울 내에서 인쇄와 배출이 이뤄지도록 하는 'DVAM' 기술을 개발했다. 방울 자체가 인쇄 볼륨 역할을 하는 것이다.

다만 액체 방울의 둥근 표면 때문에 빛의 굴절이 생기는 문제가 있었는데, 연구팀은 인공지능을 활용해 이를 해결했다.

AI가 액체 방울의 곡률과 윤곽을 실시간으로 인식하고 빛의 굴절 경로를 계산해 왜곡 및 경화에 필요한 에너지를 보정한 패턴을 투사한 것이다.

이 기술을 활용하면 '에펠탑'이나 '생각하는 사람' 같은 복잡한 구조도 10분 안에 서로 다른 10개 형상들을 만들 수 있다. 구조물 하나를 만드는 데 걸리는 시간은 1분 내외였다.

연구를 총괄한 정임두 교수는 "기존 광경화 방식에서 벗어나 전체 볼륨을 한 번에 생산하고, 이때 발생하는 광학적 왜곡 한계를 인공지능 기술로 해결함으로써 초고속 3D 프린팅의 가능성을 한 단계 끌어올린 사례"라고 설명했다.

연구 결과는 재료 과학 분야 세계적 학술지인 'Advanced Functional Materials'에 지난달 21일 온라인으로 게재됐다. 연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단과 정보통신기획평가원 및 산업통상자원부의 기술개발 사업 지원으로 이뤄졌다.

syk000120@news1.kr