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세포, 음식에 이어 유리도 3D 프린팅한다

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2017년 04월 20일 02:00 프린트하기

3D 프린터로 인쇄한 벌집 모양 유리 구조체에 섭씨 800도의 열을 가하고 있는 모습. 보통 3D 프린터의 인쇄 잉크로 사용되는 고분자 재료와 달리, 유리는 고온에도 견디는 높은 내구성을 지녔다. - 네이처 제공
3D 프린터로 인쇄한 벌집 모양 유리 구조체에 섭씨 800도의 열을 가하고 있는 모습. 보통 3D 프린터의 인쇄 잉크로 사용되는 고분자 재료와 달리, 유리는 고온에도 견디는 높은 내구성을 지녔다. - 네이처 제공

3D 프린팅 소재가 점차 다양해지고 있다. 고분자 재료뿐만 아니라 살아 있는 세포와 음식, 토양까지 인쇄 잉크로 사용된다. 최근에는 독일 연구진이 3D 프린터로 유리를 찍어내는 기술을 개발했다. 특수 렌즈나 카메라 필터, 유리 조각품 등 유리를 활용한 다양한 제품을 손쉽게 설계, 제작하는 새로운 방법이 될 것으로 보인다.
 
바스티안 라프 독일 카를스루에공대 교수팀은 고체 상태의 실리카(SiO2) 나노입자 가루가 섞여 있는 액상 복합재료인 ‘액체 유리’를 개발하고, 이를 이용해 다양한 유리 구조체를 3D 프린팅 하는 데 성공했다고 국제학술지 ‘네이처’ 20일자에 발표했다.
 
유리의 순도가 높을수록 투명하고 내구성이 좋은 유리 제품을 얻을 수 있지만, 기존에는 원하는 모양을 만들기 어렵다는 단점이 있었다. 실리카를 높은 온도로 가열해 액체 상태로 만들어야 주형이 가능하지만, 이 상태에서는 복잡한 구조를 만드는 데 제약이 따르기 때문이다.
 
이런 문제를 해결하기 위해 연구진은 실리카 가루를 탄 액체 유리를 잉크로 사용해 3D 프린팅을 했다. 이때 액체 유리가 일정한 형체를 유지할 수 있도록 틀 역할을 하는 매트릭스도 함께 인쇄된다. 여기에 섭씨 1300도의 열을 가해 주면, 액체 유리 속에 들어 있던 실리카 나노입자들이 녹으면서 하나로 엉겨 붙고, 매트릭스는 녹아 없어진다. 다시 온도가 상온으로 떨어지면 투명한 유리만 남게 되는 것이다.
 
이 기술을 활용하면 수십 마이크로미터(㎛·1㎛는 100만 분의 1m) 크기의 미세한 구조도 쉽게 설계해 제작할 수 있는 3D 프린팅의 장점을 그대로 살릴 수 있다. 연구진은 이런 방법으로 3D 프린터로 성곽과 브레첼(독일 빵), 벌집, 해마 등 다양한 모양의 초소형 유리 구조체를 제작해 보였다. 이렇게 인쇄된 유리 구조체는 섭씨 800도로 가열해도 그 형태를 그대로 유지할 수 있을 정도로 견고하고, 기존 유리가 가진 우수한 광학 특성도 갖춘 것으로 나타났다.
 
라프 교수는 “우리가 개발한 액상 복합재료에 금속 입자를 섞어 주면 색깔 유리도 인쇄할 수 있다”며 “복잡한 유리 구조체를 필요로 하는 과학 연구와 산업뿐만 아니라 다양한 예술 작업에도 활용 가능한 기술로, 3D 프린팅의 외연을 넓힌 성과”라고 밝혔다.

 

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