혁신적 액체-고체 동시 프린팅: 콜로라도대 신기법으로 완전 기능 3D 시스템 제작

콜로라도 대학교 볼더 캠퍼스(University of Colorado at Boulder) 로버트 맥커디(Robert MacCurdy) 교수팀이 고체와 액체 등 서로 다른 재료를 동시에 사용해 3D 구조를 프린팅하는 방법을 개발하고 특성화했다. 개별 부품이 아닌 완전한 기능 시스템을 제작할 수 있다.

테크 브리프(Tech Briefs): 이 프로젝트를 시작한 계기는?

로버트 맥커디 교수: 제 배경은 로보틱스입니다. 박사 과정 초기에 로봇의 설계와 제작을 자동화하는 방법에 대해 생각하며 정말 흥분했었는데, 그게 여전히 제 작업의 핵심 동기입니다.

제 목표는 인간 설계자들이 새로운 니즈에 매우 빠르게 대응하고, 그런 니즈를 위한 로봇을 매우 빠르게 설계하고 제작할 수 있게 하는 도구를 개발하는 것입니다.

테크 브리프: 프로세스에 대해 더 말씀해 주시겠습니까?

맥커디: 일반적으로 모든 잉크젯 잉크는 액체로 증착된 후 열이나 빛에 노출돼 고체로 전이됩니다. 하지만 영구적으로 액체로 남는 재료도 포함하면 액체를 서포트 재료로 쓸 수 있습니다.

우리가 고려하는 두 재료 기반으로 세 가지 시나리오가 있습니다. 한 재료가 다른 것보다 더 부력이 크면 물과 기름처럼 분리됩니다. 두 재료 간 표면 장력 차이가 있으면, 그렇지 않으면 아래 재료를 뚫고 떨어질 상단 방울이 표면 장력으로 계면에서 유지됩니다.

마지막으로, 밀도가 맞지 않고 표면 장력도 맞지 않아도, 표면에 있는 동안 광중합으로 충분히 빠르게 액체에서 고체로 전이되고 인접한 다른 방울들도 광중합 중이면, 잠재적으로 물리적 구조를 만들어 제자리에 고정돼 액체 속으로 계속 가라앉지 않게 할 수 있습니다.

이게 기존 서포트 재료로는 청소 불가능한 나선형 같은 구조 프린팅을 가능하게 합니다. 잉크젯 방식은 서포트 재료가 필요하지만 결국 제거해야 합니다.

그러나 기존 서포트 재료는 우리가 랩에서 만든 복잡한 나선형과 모세관 같은 구조의 채널에서 제거하기 꽤 어렵습니다. 우리 방법에선 서포트 재료 점도가 매우 낮아 약간의 유체 흐름만으로 모든 채널에서 쉽게 흘러나옵니다.

고체와 액체를 동시에 프린트합니다. 그래서 서포트 재료를 씻어내면 바로 사용할 준비가 됩니다.

테크 브리프: 교수님 작업이 미래에 것들을 만드는 데 쓰일 기본 너트와 볼트 같은 건가요?

맥커디: 맞습니다 — 화가의 팔레트에 물감을 더 추가하고 싶은 겁니다. 액체는 중요한데, 그냥 다른 색 고체를 추가하는 것만으론 반드시 도움이 안 되니까요.

로봇 테마를 이어가며 우리가 만들 수 있는 다양한 구조 종류를 탐구하고 확장할 예정입니다.

이 인터뷰 편집본은 2022년 6월호 테크 브리프에 실렸습니다.