3D 프린팅으로 그래픽 잉크젯 프린터 속도 달성, 세계 기록"

문광주 기자 / 기사승인 : 2020-02-08 13:37:13
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KIT, 새로운 정밀 3D 인쇄 시스템 개발 “세계 최고 속도, 마이크로 크기로 인쇄” 광학 및 포토닉스와 같은 응용 분야에 새로운 응용 가능성이 열렸다.

KIT, 새로운 정밀 3D 인쇄 시스템 개발 “세계 최고 속도 구현”

새로운 세계 기록 :
연구원들이 3D 프린팅을 사용해 섬세한 구조물을 마이크로미터 크기로 인쇄했다.
그들이 최적화한 공정은 레이저 빔과 포토레지스트를 사용해 처음으로 그래픽 잉크젯 프린터의 속도에 도달했다. 광학 및 포토닉스와 같은 응용 분야에 새로운 응용 가능성이 열렸다.

▲ 새로운 프로세스를 통해 그리드 구조와 같은 작은 디테일을 가진 물체를 기록 속도로 인쇄 할 수 있다.

© Vincent Hahn, KIT 


3D 프린팅은 미래의 생산 트렌드로 간주된다.
오늘날 기술이 결정적으로 발전하는 데 큰 도움이 되고 있다. 이 프로세스를 통해 맞춤형 부품을 신속하고 정밀하며 비교적 저렴하게 제조 할 수 있다. 적응형 보청기, 가스 터빈 구성 요소 또는 전체 항공기 부품 등 가능한 응용 분야에는 제한이 없을 정도다.

한편, 밀리미터 및 마이크로미터 크기의 구조물 생산에 3D 프린팅이 점점 더 많이 사용되고 있다. 예를 들어, 연구원들은 최근에 크기가 1 밀리미터(mm)인 미켈란젤로 조각을 인쇄했다.
그러나 문제는 많은 응용 분야에서 인쇄 품질이 좋아야 할 뿐만 아니라 가능한 한 빨리 진행되어야 한다는 것이다.

작고 빠른 속도

KIT(Karlsruhe Institute of Technology)의 빈센트 한(Vincent Hahn)과 동료들은 최근 이와 관련 상당한 진전을 이루었다. 그들은 전례 없는 속도로 초미세 크기의 세부 사항으로 센티미터 크기의 물체를 인쇄할 수 있는 인쇄 시스템을 개발했다.

과학자들은 레이저의 광점이 컴퓨터 제어 아래 액체 포토레지스트를 통과하는 3D 프린팅 형태에 중점을 두었다. 레이저의 초점에 있는 재료만 노출되고 경화된다. 한(Hahn)은 “초점은 잉크젯 프린터의 노즐에 해당하며, 3차원으로 작동하는 차이점이 있다.”고 설명한다.

잉크젯 프린터를 넘어서다.

지금까지 단일 레이저 광점을 사용해 초당 수십만 개의 *복셀(Voxel)을 생성 할 수 있었다. 복셀은 2D 프린팅에서 픽셀의 3차원에 해당한다. 그래픽 잉크젯 프린터보다 거의 100배 느 렸다. 그러나 이것은 새로운 시스템으로 바뀌었다.

*복셀(voxel)은 체적 요소이며, 3차원 공간에서 정규 격자 단위의 값을 나타낸다. 복셀이라는 용어는 부피 (volume)와 픽셀 (pixel)을 조합한 혼성어.

특수 광학 덕분에 연구원의 방법은 레이저 빔을 9개의 부분 빔으로 나누고 각 빔은 하나의 초점에 묶여 병렬로 사용될 수 있다. 개선된 전자 제어 기능으로 속도와 정밀도도 향상됐다. 다른 개선 사항과 함께 인쇄 속도는 이제 초당 약 천만 복셀에 이른다.
이것은 팀이 보고한 바와 같이 2D 그래픽 잉크젯 프린터의 속도에 해당한다.

새로운 세계 기록

한(Hahn)과 그의 동료들은 속도뿐만 아니라 구조의 신뢰성을 입증하기 위해 3천억 개가 넘는 복셀을 포함하는 마이크로미터 스케일까지 세부적인 60㎣(입방 밀리미터) 그리드 구조를 인쇄했다.
KIT의 마틴 베게너(Martin Wegener)물리학과 교수는 “이 메타 물질을 인쇄함으로써 3D 프린팅 항공기 날개로 길이에 있어 새로운 세계 기록을 이뤘다.”고 확언했다.

광학, 포토닉스 장점

이 기록은 광학 및 포토닉스에서 생명 공학 및 보안 기술에 이르기까지 다양한 응용 분야의 섬세 구조를 인쇄할 수 있는 새로운 가능성을 열어준다. 그러나 한의 팀으로는 충분하지 않다. 연구진은 "결국 3D 프린터는 낱장 용지뿐만 아니라 두꺼운 책을 인쇄하기를 원한다"고 프로세스를 더욱 최적화할 계획이다.

여기에는 화학의 발전이 특히 필요하다. 예를 들어, 동일한 레이저 출력으로 더 많은 초점을 생성하기 위해 보다 민감한 포토레지스트가 개발돼야 한다.
(Advanced Functional Materials, 2020; doi : 10.1002 / adfm.201907795)
출처 : Karlsruhe Institute of Technology

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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