미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 연구진이 액체 금속을 사용해 대형 알루미늄 부품을 몇 분 만에 제작할 수 있는 새로운 3D 프린팅 기술을 개발했다고 미국 기술 전문 매체 엔가젯(Engadget)이 최근 보도했다.

액체 금속을 활용한 이 3D 프린팅 기술은 기존 금속 3D 프린팅 기술에 비해 상당한 시간 단축이 가능하며, 대형 알루미늄 부품을 빠르게 제작할 수 있다. 이 기술은 이미 테이블 다리와 의자 프레임 등 가구 부품 제작에 사용되고 있다.

'액체 금속 프린팅(Liquid Metal Printing, LMP)'으로 불리는 이 기술은 용융된 알루미늄을 미리 정의된 경로를 따라 작은 유리 비드 층 위로 분사하는 방식으로 작동한다. 이 유리 비드들은 알루미늄이 빠르게 굳어지며 3D 구조를 형성하도록 한다.

연구팀은 이 기술이 기존 금속 제조 공정보다 최소 10배 더 빠르다고 밝혔다. 그러나, 해상도가 낮은 한계로 인해 복잡한 형상의 부품 제작보다는 저해상도의 부품 제작에 더 적합하다는 설명이다.

연구팀은 저해상도 한계가 미세한 디테일이 필수적이지 않은 더 큰 구조물의 구성 요소 제작에는 심각한 문제가 되지 않을 것이라고 말했다. 이러한 구성 요소에는 가구 부품뿐만 아니라 건설 및 산업 디자인 부품도 포함된다. 예를 들어, 액체 금속 프린팅 기술을 통해 테이블 다리 등과 같은 가구 부품을 몇 분 만에 제작할 수 있다.

이와 함께, 건물이나 공장 구조에 필요한 대형 알루미늄 부품의 제작도 가능하다. 이 기술이 아직 초기 단계임에도 불구하고, 금속 제조 분야에서 혁신적인 가능성을 제시하고 있다는 평가를 받고 있다.

액체 금속 프린팅의 한계

액체 금속 프린팅으로 제작된 부품은 해상도가 낮음에도 불구하고 높은 내구성을 지니며 추가 가공을 견딜 수 있는 것으로 나타났다. 연구팀은 이 기술로 제작된 제품이 기존의 와이어 아크 적층 제조 방식으로 제작된 제품보다 내구성이 뛰어나다고 보고했다.

또한, 연구팀은 빠른 속도와 높은 해상도가 동시에 필요한 작업에 대해 액체 금속 프린팅 기술을 다른 기술과 결합하는 것을 권장했다.

이 기술은 알루미늄 외에도 다양한 금속에 적용 가능하다. 연구팀은 알루미늄을 선택한 주된 이유로 건축 분야에서의 인기와 재활용 용이성을 들었다.

연구팀은 가열 과정의 일관성을 향상시키고, 금속의 고착 문제를 방지하며, 용융 금속의 흐름을 더 정밀하게 제어하기 위해 이 기술을 지속적으로 개선하는 작업을 계획하고 있다. 특히, 더 큰 노즐 직경으로 인해 불규칙한 인쇄를 일으키는 문제를 해결하는 것도 연구 과제 중 하나다.

연구팀은 이 기술이 금속 제조 분야에서 중대한 변화를 일으킬 수 있는 '게임 체인저'가 될 것으로 기대하고 있다.

최근 몇 년 동안 3D 프린팅 기술은 눈에 띄게 발전했다. 과학자들은 신체에 삽입되어 손상된 조직을 복구하고 청소할 수 있는 작은 3D 프린터를 개발했다. 또한 인간 심장의 작동 가능한 부분을 3D 프린팅하는 데 성공했다.

액체 금속 인쇄 기술이 상용화되면 기존 금속 제조 방식보다 부품을 훨씬 빠르고 효율적으로 제작할 수 있는 가능성을 열게 된다. 이는 제조업체의 생산성을 크게 향상시키고, 제품 비용을 절감하는 데 기여할 것으로 예상된다.

한국의 액체 금속 3D 프린팅 현황

그렇다면 한국의 액체 금속 3D 프린팅 기술은 어느 단계까지 왔을까. 국내 액체 금속 3D 프린팅 기술에 대한대표적인 연구기관으로는 한국과학기술원(KAIST), 한국생산기술연구원(KITECH), 한국전자통신연구원(ETRI) 등이 있다.

KAIST에서는 액체 금속을 활용한 3D 프린팅용 합금 개발에 주력하고 있다. 이 합금은 기존의 금속 프린팅 합금에 비해 내구성과 인장 강도가 뛰어난 것으로 평가되어, 건설, 자동차, 항공우주 등의 분야에서의 응용 가능성이 기대된다.

KITECH에서는 액체 금속 프린팅 기술을 통해 자동차 부품 제작에 관한 연구를 수행 중이다. 이 연구는 자동차 부품의 제조 공정 단축과 품질 개선을 목표로 하고 있다.

한국전자통신연구원의 경우, 인공지능(AI)을 적용한 3D 프린팅 시스템 개발에 착수했다. 이 시스템은 AI를 활용해 3D 프린팅 공정을 최적화하고, 부품 제조의 효율성 및 품질을 향상시키는 데 중점을 두고 있다.

이러한 연구 개발 노력을 바탕으로, 한국에서의 액체 금속 인쇄 기술 상용화 가능성이 점점 더 커지고 있다.