3D 프린팅으로 물 사용 시 금속 내구성 20배 향상

In 3D - Ảnh 1. — 플라스틱이나 금속 분말이 필요 없는 스위스 과학자들이 물 젤에서 금속을 "성장"시켰습니다. 이는 3D 프린팅 산업 전체를 바꿀 수 있는 진전입니다. 사진: EPEL

로잔 연방 공과대학(EPFL, 스위스)의 과학자들이 3D 프린팅 기술에서 획기적인 발전을 이루었다고 발표했습니다. 기존 방식으로 금속을 인쇄하는 대신, 하이드로젤(일반적인 물 젤)에서 재료를 "성장"시키는 방법을 개발하여 이전 기술보다 밀도가 높고 기계적 강도가 20배 높은 금속 및 세라믹 구조를 만들었습니다.

연구팀에 따르면, 광중합 방식은 현재 빛에 민감한 레진에만 적용 가능하여 적용에 제약이 있습니다. 3D 프린팅 레진을 금속이나 세라믹으로 제작하려는 이전 시도들은 기공과 수축으로 인해 제품의 변형 및 내구성 저하라는 문제를 겪었습니다.

재료화학 및 제조 연구실(EPFL) 소장인 다릴 이(Daryl Yee)가 이끄는 연구팀은 새로운 방법을 찾아냈습니다. 금속 화합물을 플라스틱에 미리 혼합하는 대신, 하이드로젤을 사용하여 3D 프린팅된 템플릿을 제작한 후 금속염 용액에 반복적으로 담갔습니다. 이 과정에서 금속 이온이 나노입자로 변환되어 젤 전체에 고르게 분포되었습니다.

5~10회의 사이클 후, 하이드로겔 프레임워크는 가열을 통해 제거되고, 원래 프린트의 형태를 유지하는 견고한 금속 또는 세라믹 물체가 남습니다. 금속염은 프린팅 후에만 첨가되므로, 동일한 하이드로겔 프레임워크를 사용하여 철, 은, 구리부터 세라믹 또는 복합재에 이르기까지 다양한 소재를 제작할 수 있습니다.

Yee 씨는 "저희의 연구는 간단하고 저렴한 3D 프린팅 공정을 사용하여 고품질 금속과 세라믹을 생산할 수 있게 해줄 뿐만 아니라, 3D 프린팅 전이 아닌 후에 재료를 선택하는 새로운 사고방식을 열어줍니다."라고 말했습니다.

이 연구에서 연구팀은 철, 은, 구리로 자이로이드(gyroid)라는 복잡한 기하학적 구조물을 제작하여 시험했습니다. 그 결과, 이 시편은 기존 기술을 사용하여 제작된 재료보다 20배 더 높은 압축을 견딜 수 있었으며, 수축률은 약 20%(기존 60~90%)에 불과했습니다.

이 연구는 가볍고 튼튼한 첨단 3차원 구조물 제작에 큰 응용 가능성을 제시하며, 센서, 생체 의료 기기, 또는 에너지 변환 및 저장 시스템 제작에 활용될 것입니다. 이 방법으로 제조된 넓은 표면적을 가진 금속은 에너지 기술 분야에서 효과적인 촉매 또는 방열판으로도 활용될 수 있습니다.

EPFL 팀은 산업 생산에 적합하도록 공정을 지속적으로 개선하고 있으며, 특히 소재 밀도를 높이고 처리 시간을 단축하고 있다고 밝혔습니다. Yee는 "전체 공정을 자동화하는 로봇을 개발하고 있으며, 이를 통해 총 제조 시간이 크게 단축될 것입니다."라고 밝혔습니다.

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VNA

출처: https://tuoitre.vn/in-3d-bang-nuoc-giup-kim-loai-ben-gap-20-lan-20251019154932113.htm