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지질자원연구원, 천연광물로 45μm 3D프린팅 원료 개발

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헬로티 조상록 기자 |

 

 

한국지질자원연구원 서주범 박사 연구팀은 고유하고 우수한 질감을 가지면서 내열성 및 절연성, 내화학성이 높은 천연광물을 3D프린팅의 원료로 사용하는 기술 개발에 성공했다.


서주범 박사팀은 BJ 접착제 분사방식 3D프린터(BJ 3D프린터)의 활용 방안 확대를 위해 ‘천연광물 기반 3D 프린팅 원료개발 연구’를 수행하고 있다. 특히 장석, 도석, 고령토, 규석, 납석, 운모 등 도자기 제조(요업 분야)에 사용되는 천연광물을 주요 연구대상으로 하고 있다.


3D프린팅에 투입되는 재료의 종류는 크게 고분자 플라스틱, 금속, 세라믹 또는 복합체로 구분된다. 광물로는 최근 석고(파우더), 모래, 진흙, 석분이 사용되고 있으나 최근 적용 분야의 다양화를 위한 새로운 3D프린팅 원료 개발이 요구되고 있다.


천연광물은 전통 세라믹원료(산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2))와 비교해 비용이 저렴하고 가공이 쉽다는 장점이 있다. 최근 3D프린팅의 제한된 원료와 높은 유지비용 때문에 원료의 다양화를 위한 소재개발의 필요성이 계속 강조되고 있다.


서 박사팀은 개별 광물의 특성을 고려해 최적화된 복합기술을 확보했다. 분쇄된 개별 광물을 특정비율로 혼합한 후 분쇄장비를 이용해 추가 분쇄와 균일한 복합을 유도했다.


0.1mm 두께로 균일하게 원료를 도포하는 BJ 3D프린터의 특성상 최종 원료의 입자를 평균 45μm(마이크로미터) 크기의 둥근 형태로 구현했다. 이로서 BJ 3D프린터 내에서 입자의 유동성을 확보하면서 적층제조를 할 수 있게 됐다.


또한 서 박사팀은 개발한 원료를 BJ 3D프린터에 적용해 입체 형상을 출력하는 데 성공했다. 특히 출력물을 고온으로 열처리할 경우 출력물의 강도가 증가할 뿐만 아니라 기본 형태가 유지되는 것을 확인했다.


연구책임자인 서주범 박사는 “구조적 안정성과 친환경성을 갖춘 새로운 3D프린팅 원료의 필요성이 다각적으로 제기되고 있다”며, “천연광물을 활용할 경우, 우리 생활에 밀접한 양질의 생활용품은 물론, 정교한 첨단 제품의 다품종 소량생산 등에 다양하게 활용될 수 있다”고 밝혔다.

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