한국섬유소재연구원

  • Home
  • Sitemap
  • Contact us
  • Eng Ver

산업기술정보

  • Home
  • >
  • 정보마당
  • >
  • 산업기술정보

4D로 프린트하는 복합재료
연구소 2013-10-28 4283
콜로라도 볼더대학(University of Colorado Boulder)의 연구원들은 4차원으로 프린트할 수 있는 기술을 개발했다고 발표했다. 이것은 제조, 패키팅, 바이오의학 애플리케이션 분야에서 적응형, 복합물질을 만들고 사용할 수 있는 가능성을 열어주게 될 것이다.

CU-Boulder의 기계공학과 H. Jerry Qi 교수가 지도하고 있는 연구팀과 그의 동료인 싱가포르 기술 및 디자인대학교(Singapore University of Technology and Design)의 Martin L. Dunn은 4D 프린팅을 위한 방법을 개발하고 테스트하였다.

연구원들은 기존의 3D 프린팅에서 사용되는 복합재료에 형상기억폴리머 섬유를 포함하였다. 이것은 하나의 형태로 고정된 물체를 생산하는 결과를 만들게 되는데, 이것은 나중에 새로운 형태를 가지도록 변화될 것이다.

"이 연구에서 초기의 구성은 3D 프린팅을 통하여 만들어졌다. 그리고 형상기억 섬유의 프로그램된 동작은 구성에 대한 시간 의존성을 만들어냈다. 이것이 바로 4D가 된 것"이라고 Dunn이 발표를 통해서 말했다.

4D 프린팅 개념은 물질들이 3D 구조로 자기조립할 수 있도록 해주는 것으로서, MIT의 Skylar Tibbits가 올해 4월에 처음으로 제안한 것이었다. Tibbits와 그의 연구팀은 물에서 자기조립할 수 있는 스마트 재료라는 것으로 구성된 레이어를 플라스틱 가닥과 결합시켰다.

"우리는 다른 물리적인 메커니즘에 기초한 몇 가지의 다르고 복잡한 모양으로 변할 수 있는 복합 물질들을 이 개념을 통해서 만들 수 있도록 발전시켰다. 복합물질이 원하는 모양으로 변화할 수 있도록 하는 형상기억 폴리머 섬유를 사용한 비밀은 섬유의 구조를 디자인하는 방법이다. 이것에는 그것들의 위치, 방향 및 다른 요인들이 포함된다"고 Dunn이 말했다.

CU-Boulder 연구팀의 발견은 지난달 Applied Physics Letters 저널에 실렸다. 9월에 MIT에서 박사 후 과정을 시작한 Qi ‘Kevin’ Ge가 공동저자이다. "가장 흥미로운 점은 이러한 모양들이 디자인 단계에 한정되지 않는다는 점이다. 이것은 몇 년 전에는 성공할 수 없었다"고 Qi가 말했다.

CU-Boulder 연구팀은 복합물 내에서 섬유의 방향과 위치가 접음, 감김, 늘어남 또는 꼬임과 같은 형상기억 효과의 정도를 결정하게 된다는 것을 보여주었다. 또한 연구원들은 복합물질을 가열 또는 냉각시킴으로써 이러한 효과를 제어할 수 있는 능력을 보여주었다.

Qi는 약 30년 동안 존재해왔던 3D 프린팅 기술이 최근되어서야 향상되었다고 말했다. 왜냐하면 최근에 활성섬유가 복합물에 포함될 수 있었기 때문에 물체가 열과 기계적인 힘을 받았을 때 그것들의 동작이 예측가능하도록 제어될 수 있게 된 것이다.

이 기술은 다양한 애플리케이션을 위한 흥미로운 새로운 가능성을 약속해준다. Qi는 태양전지판 또는 유사한 제품이 기능적인 기기들을 쉽게 설치할 수 있도록 만들어주는 평면적 구성을 통해서 생산될 수 있다고 말했다. 그렇게 되면 포장 및 운송을 위한 매우 작은 형태들로 변화하게 될 것이다. 목표지점에 도착하고 난 뒤에 상품들은 기능을 최적화할 수 있는 다른 형태를 구성할 수 있도록 활성화될 것이다.

3D 프린팅 기술은 더 잘 프린트될 수 있는 재료들과 더 큰 규모에서 높은 해상도를 가지고 발전해가고 있기 때문에, 이 연구는 원상태로 되돌릴 수 있거나 조정할 수 있는 3D 표면 및 자동차, 항공기 및 안테나에 사용되는 복잡한 형태의 복합셸(composite shell)과 같은 공학에서 고체를 만드는 새로운 방법을 제공하는데 도움이 되어야 할 것이다.

KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
염료 오염을 해결하는 섬유소 섬유로 이루어진 바이오나노복합체
효성, 신소재 ´폴리케톤´ 개발…66조 세계시장 선점

목록보기