경북대학교 공과대학.
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기계공학부 곽문규 교수팀, 수 마이크로미터(㎛) 급 ‘대면적 3차원 미세 구조’ 복제 생산 기술 개발
- 2024-08-29 11:48
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경북대 연구팀이 마이크로 로봇 등에 적용할 수 있는 ‘대면적 3차원 미세 구조’의 대량 생산 가능성을 제시했다.
기계공학부 곽문규 교수팀은 대면적 3차원 미세 구조의 효율적인 복제 생산이 가능한 새로운 공정 기술을 개발했다.
최근 광학, 표면 공학, 의학, 생명공학 등 첨단 기술 전반에서 정교하고 복잡한 형태의 나노·마이크로 초정밀 요소에 대한 수요가 증가하고 있다. 하지만 기존 임프린트 방식으로 대표되는 미세 구조 제작기술은 3차원 구조 제작에 적용할 수 없어 활용에 한계가 있었다. 또한, 자유롭게 3차원 구조를 제작할 수 있는 3D 프린터의 경우는 적층방식이나 직접 인쇄 방식의 생산 기법을 활용하기 때문에 미터급 대면적의 생산이나 빠른 속도의 구조 제작이 어려웠다.
기존 임프린트 기법은 미세 구조의 미터급 대면적 생산을 1분 미만의 빠른 속도로 실현할 수 있다. 경북대 연구팀이 개발한 이번 공정 기술은 임프린트 공정에서 소프트몰드로 쓰이는 초탄성 재료의 프와송 효과※에 따른 변형을 예측해 3차원 미세 구조를 복제 생산하는 원리다. 이 방법을 활용할 경우, 기존 임프린트 기법을 3차원 미세 구조에도 적용할 수 있어 3차원 미세 구조의 생산 면적과 속도 등 생산성 측면에서 매우 비약적인 향상이 가능하다고 연구팀은 설명했다. 또한, 연구팀은 생산 설비의 측면에서도 새로운 개념의 장비가 필요한 것이 아니라 기존 임프린트 장치로도 3차원 미세 구조를 복제 생산할 수 있기 때문에 공정 현실화를 위한 초기 투자 비용이 낮다고 덧붙였다.
이번 연구의 제1저자인 경북대 기계연구소 김민수 박사는 “매우 간단하고 빠른 공정으로 미세 구조를 생산할 수 있는 임프린트 기술과 자유롭게 3차원 구조물을 제작할 수 있는 3D 프린팅 기술의 장점을 동시에 갖는 생산 기술이다. 높은 기능성 발현을 위해 점차 복잡해지는 나노?마이크로 구조의 생산성에 대한 기술적 한계를 소재 자체의 특성을 최대한 활용해 극복했다.”라고 설명했다. 곽문규 교수는 “기존 대면적 임프린트 생산 장비 기술과 접목해 기능성 소재의 대량 생산과 자동차, 항공기, 건축물 등의 대면적 활용에도 적용이 가능할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다.
이번 연구의 교신저자는 곽문규 교수, 제1저자는 김민수 박사다. 연구 결과는 국제학술지 ‘스몰 스트럭처스(Small Structures, IF:15.9)’ 5월 7일 자에 발표됐다.
(왼쪽) 기계공학부 곽문규 교수(교신저자), (오른쪽) 기계연구소 김민수 박사(제1저자)
기계공학부 곽문규 교수팀은 대면적 3차원 미세 구조의 효율적인 복제 생산이 가능한 새로운 공정 기술을 개발했다.
최근 광학, 표면 공학, 의학, 생명공학 등 첨단 기술 전반에서 정교하고 복잡한 형태의 나노·마이크로 초정밀 요소에 대한 수요가 증가하고 있다. 하지만 기존 임프린트 방식으로 대표되는 미세 구조 제작기술은 3차원 구조 제작에 적용할 수 없어 활용에 한계가 있었다. 또한, 자유롭게 3차원 구조를 제작할 수 있는 3D 프린터의 경우는 적층방식이나 직접 인쇄 방식의 생산 기법을 활용하기 때문에 미터급 대면적의 생산이나 빠른 속도의 구조 제작이 어려웠다.
기존 임프린트 기법은 미세 구조의 미터급 대면적 생산을 1분 미만의 빠른 속도로 실현할 수 있다. 경북대 연구팀이 개발한 이번 공정 기술은 임프린트 공정에서 소프트몰드로 쓰이는 초탄성 재료의 프와송 효과※에 따른 변형을 예측해 3차원 미세 구조를 복제 생산하는 원리다. 이 방법을 활용할 경우, 기존 임프린트 기법을 3차원 미세 구조에도 적용할 수 있어 3차원 미세 구조의 생산 면적과 속도 등 생산성 측면에서 매우 비약적인 향상이 가능하다고 연구팀은 설명했다. 또한, 연구팀은 생산 설비의 측면에서도 새로운 개념의 장비가 필요한 것이 아니라 기존 임프린트 장치로도 3차원 미세 구조를 복제 생산할 수 있기 때문에 공정 현실화를 위한 초기 투자 비용이 낮다고 덧붙였다.
이번 연구의 제1저자인 경북대 기계연구소 김민수 박사는 “매우 간단하고 빠른 공정으로 미세 구조를 생산할 수 있는 임프린트 기술과 자유롭게 3차원 구조물을 제작할 수 있는 3D 프린팅 기술의 장점을 동시에 갖는 생산 기술이다. 높은 기능성 발현을 위해 점차 복잡해지는 나노?마이크로 구조의 생산성에 대한 기술적 한계를 소재 자체의 특성을 최대한 활용해 극복했다.”라고 설명했다. 곽문규 교수는 “기존 대면적 임프린트 생산 장비 기술과 접목해 기능성 소재의 대량 생산과 자동차, 항공기, 건축물 등의 대면적 활용에도 적용이 가능할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다.
이번 연구의 교신저자는 곽문규 교수, 제1저자는 김민수 박사다. 연구 결과는 국제학술지 ‘스몰 스트럭처스(Small Structures, IF:15.9)’ 5월 7일 자에 발표됐다.
(왼쪽) 기계공학부 곽문규 교수(교신저자), (오른쪽) 기계연구소 김민수 박사(제1저자)