실리콘 3D 프린팅: 적층 제조의 차세대 개척지

적층 제조의 소재 과학은 AM 전문가와 고객의 점점 더 정교해지는 요구를 충족하기 위해 빠르게 진화하고 있습니다. 특히 흥미로운 발전은 오랫동안 꿈꿔온 것의 실현입니다: 실리콘 3D 프린팅. 이 접근법의 잠재적 이점은 수년간 명백했지만, 최근에야 기술이 충분히 성숙하여 실행 가능해졌습니다.

왜 실리콘인가?

실리콘은 유연성이 강도 및 내구성과 결합되어야 하는 산업 전반에서 사용되는 다재다능하고 잘 확립된 소재입니다. 기계 공학에서는 부러지지 않고 구부러지는 부품을 구동하고, 패션에서는 복잡한 장식과 신발 깔창 같은 기능성 액세서리를 만들며, 의료 및 식품 등급 제조에서는 생체적합성과 안전성을 보장합니다.

그럼 왜 적층 제조의 표준 도구가 되지 못했나?

역사적으로 실리콘의 자연적인 점도는 깨끗한 압출을 어렵게 만들어 정확하게 프린팅할 수 있는 기하학을 제한했습니다. 화학과 프린팅 기술의 최근 발전이 이제 이러한 장애물을 극복하고 있습니다.

진화하는 기술

2012년 셰필드의 프립 디자인 앤 리서치(Fripp Design and Research)가 출시하고 2016년 특허받은 픽시마(Picsima) 공정은 실행 가능한 실리콘 프린팅 방법 중 하나였습니다. 바늘처럼 가는 노즐을 통해 촉매를 실리콘 오일 욕조에 압출하여 소재를 즉시 고체화시키고 서포트 구조물의 필요성을 없앴습니다. 고품질 의료용 보철물에 유망하지만 아직 대량 생산 밖입니다.

바커 케미(Wacker Chemie)의 사업부인 ACEO®는 최근 독일 오픈 프린트 랩에서 테스트된 새로운 실리콘 프린팅 기술을 공개했습니다. 이 시스템은 빌드 플랫폼에 실리콘 방울을 증착하고 UV 빛으로 경화하여 사출 성형 부품과 비교 가능한 기계적 특성을 가진 부품을 생산합니다. 픽시마와 마찬가지로 ACEO는 전용 프린터(ACEO® Imagine 모델)와 소재의 고유한 화학을 관리하는 맞춤형 소프트웨어가 필요합니다. 또한 복잡한 기하학의 후가공을 단순화하는 수용성 서포트 레진도 개발했습니다.

그 직후 키엔스(Keyence)는 자사의 아질리스타(Agilista) 잉크젯 프린터용 실리콘 기반 "고무 같은 엘라스토머"를 도입했습니다. 특허 제한으로 현재 기술은 독일과 일본에 한정됩니다.

2017년 6월, 노스캐롤라이나 주립대학교는 액체 실리콘 고무와 물을 혼합하여 미세한 실리콘 비드를 형성하고 이를 유연한 구조로 배열할 수 있는 새로운 접근법을 발표했습니다. 연구자들은 3D 프린팅 붕대처럼 환자 몸에 밀착하는 의료 응용 분야에 즉각적인 잠재력을 봅니다.

적층 제조에서 실리콘의 다음 단계는?

이 모든 방법은 유망하지만, 실제 테스트는 생산 워크플로에 통합되는 것입니다. 실리콘의 고유한 특성을 활용하는 하이브리드 공정이 이미 탐구되고 있습니다. 예를 들어 프립 디자인은 픽시마로 환자에게 맞는 유연한 보철물 프로토타입을 만들고, 이를 최종 완전 경화 부품의 금형으로 사용하는 것을 구상합니다.

우리는 이러한 신기술들을 계속 모니터링하며 제조업체와 AM 전문가들이 실리콘의 능력을 활용하여 만들 수 있는 것의 경계를 어떻게 넓혀갈지 기대합니다.