압도적인 속도의 새로운 3D 프린팅 방식: Computed Axial Lithography

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미국 로렌스 리버모어 국립연구소(Lawrence Livermore National Laboratory / 이하 LLNL)와 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스(UC Berkeley)의 연구진은 ‘리플리케이터(Replicator)‘라는 이름의 새로운 3D 프린터를 발명했습니다. 이 3D 프린터는 레진을 주재료로 하는 3D 프린터이지만 레진을 경화시키는 방식은 조금 다릅니다.

그동안의 3D 프린터는 플라스틱이나 레진이나 할 것 없이 한 층 한 층 쌓아내는 적층 가공 방식이었는데요. LLNL의 방식은 출력물 전체를 한 번에 경화시키는 새로운 방법입니다.

이 새로운 3D 프린팅 방식에는 일반 가정에서 쉽게 구할 수 있는 빔 프로젝터가 사용되었습니다. 이 빔 프로젝터에 구현하고자 하는 물체의 여러 면(Side) 이미지를 반복적으로 띄움과 동시에 끈적한 레진이 담긴 통을 일정한 속도로 회전시켜주면 표현하고자 했던 물체의 이미지대로 경화가 이루어지는 원리입니다. 이 과정에는 컴퓨터 알고리즘으로 계산된 여러 면의 이미지와 맞물리는 적절한 회전 속도가 주요했습니다.

과학자들은 엑스레이로 몸을 여러 각도에서 촬영하는 컴퓨터 단층촬영(Computed Tomography), 즉, CT에서 영감을 받아 이 원리를 완성시켰습니다. 연구진은 역으로 CT로 물체를 측정하는 것이 아닌 만들어낸 것이죠. 연구팀은 이 기술을 ‘컴퓨터 축 리소그래피(Computed Axial Lithography / CAL)’로 이름 지었습니다.

관련 자료를 조사하던 중 비슷한 시기에 공개되었으며 마찬가지로 CT 스캔에서 영감을 받아 제작된 3D 프린팅 기술도 발견할 수 있었는데요. 영상을 보면 위의 원리와 매우 흡사합니다. 스위스에서 개발되었는데요. 다만 이 경우 복수의 프로젝터를 사용했다는 점에서 차이가 있습니다.

다시 본론으로 돌아가서, 위와 같은 출력 방식의 최대 장점은 빠른 출력 속도입니다. 층층이 쌓는 과정 없이 한 번에 원형 그대로를 경화시키는 만큼 압도적인 출력 속도를 자랑합니다. 다만 출력물의 세밀함은 보완해야 할 것으로 보입니다.

LLNL의 3D 프린팅에 사용된 레진은 민감성 분자에 산소가 융해되어있는 액체 중합체입니다. 이 중합체에 빛이 가해지면 산소가 고갈되기 시작하며 고갈된 부분만 경화가 되는 크로스링크 현상이 일어납니다.

현재 위 프린터는 10cm에 달하는 크기의 출력물을 제조할 수 있습니다. 또 하나의 특징은 이 기술이 기존하는 물질을 보강하는 방법으로도 사용될 수 있다는 것인데요. 예를 들어, 손잡이가 없는 스크루 드라이버를 레진 통에 함께 넣은 뒤 손잡이를 출력하는 것으로 없던 손잡이를 추가할 수 있습니다. 연구팀은 추후 이 기술이 대량 주문 제작 산업에 크게 활용될 것으로 기대하고 있습니다.

얼마 전 소개해드린 미시간 대학교의 새로운 3D 프린팅 기술이 떠오르는 연구 결과인데요. 하루빨리 부족한 부분이 보완되고 상용화에 성공하여 실제 제품으로 만날 수 있었으면 좋겠습니다.

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