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3D 프린팅의 신기술, 몰드 없는 제작 방식으로 혁신
미국 에너지부의 오크리지 국립연구소(ORNL)에서 연구자들이 새로운 하이브리드 적층 제조 방식을 개발하며, 기존 몰드를 사용하지 않고도 복합 재료의 제작 시간을 95%까지 단축하는 데 성공했다. 이 혁신적인 기술은 제작 시간뿐만 아니라 비용 또한 약 90% 절감할 수 있게 한다.
이 프로세스는 나일론과 유리 섬유, 수지 함유 복합 섬유 등의 유연한 직물 기질에 복합 재료를 직접 적층하여 평면 구조물을 3차원 형태로 접을 수 있는 방식이다. 특정 플라스틱 폴리우레탄 층은 직물 기질을 강화하는 복합 층과 결합되며, 이는 분자 수준에서 결합하여 별도의 마감 또는 공구 없이 하나의 통합 부품을 생산한다.
기존의 3D 프린터 크기를 넘어서는 대형 구조물도 제작할 수 있어 자본 비용을 줄이고 생산 가능한 기하학적 범위를 확대할 수 있는 특징도 있다.
이번 기술은 오리가미 원리를 공학에 적용한 것으로, 평평한 재료를 정교하게 접어 기능성 3차원 형상으로 변환하는 과정을 통해 엄격한 요소와 유연한 요소를 통합한 복합 구조물을 만들어낸다.
ORNL의 스티븐 구조렉 수석 연구원은 "이 혁신적인 방법은 재료 과학과 변혁적 설계 원칙의 융합으로 고급 제조를 재정의한다"며, "오리가미 영감의 원리를 하이브리드 복합 재료에 적용하여 대형 구조물 제작의 효율성과 확장성을 높이고, 전통적인 적층 방식으로는 얻을 수 없는 새로운 형태를 구현함으로써 광범위한 응용 분야에 강력하고 비용 효율적인 솔루션을 제공한다"고 말했다.
구조렉에 따르면, 신뢰성 있는 계면 결합을 달성하기 위해 재료 선택이 핵심적이었다고 한다. "우리는 재료 과학을 깊이 이해함으로써 효과적으로 결합할 수 있는 재료를 선택했으며, 이를 통해 진정으로 통합된 부품을 생산했다. 우리의 목표는 이 혁신을 확장 가능한 방식으로 제시함으로써 다양한 산업의 제조업체들이 그 잠재력을 활용할 수 있도록 하는 것이다"라며 포부를 밝혔다.
ORNL은 이 기술에 대한 특허를 신청하고 있으며 향후 라이선스를 준비하고 있다. 연구는 에너지 고급 재료 및 제조 기술 사무국의 지원을 받는 MDF에서 수행되었다.
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