신규 연구: 복잡한 구조 위한 고해상도 3D 프린팅의 비용 절감과 효율 향상 기술

Seoul퍼듀 대학의 연구진이 3D 프린팅에 두 개의 레이저를 사용하는 새로운 방법을 개발했습니다. 이 기술은 세밀한 구조물을 저비용으로 생산할 수 있게 합니다. 일반적으로, 이광자 중합은 비용이 많이 드는 펨토초 레이저를 사용하며, 이 레이저는 재료를 정밀하게 응고시킬 수 있지만 대단히 비쌉니다. 연구팀을 이끄는 시안판 쉬 교수에 따르면, 이러한 고비용 때문에 이 기술이 제조업에서 널리 사용되지 않는다고 합니다.

새로운 방법은 가시광선을 방출하는 저렴한 레이저와 적외선을 방출하는 고속 레이저를 함께 사용합니다. 이를 통해 고가의 고속 레이저에서 필요한 전력을 최대 50%까지 절감할 수 있습니다. 그 결과, 3D 프린팅 공정이 더욱 비용 효율적이 되어 다양한 응용 분야에 활용될 수 있습니다.

Xu는 고해상도 3D 프린팅이 여러 분야에서 활용될 수 있다고 설명했습니다. 이러한 분야로는 3D 전자기기, 생의학 분야를 위한 미세 로봇, 조직 공학을 위한 3D 구조물이나 스캐폴드가 포함됩니다. 그들의 새로운 3D 프린팅 방식은 기존의 펨토초 레이저 3D 프린팅 시스템에 쉽게 적용할 수 있습니다.

연구팀은 인쇄 속도를 높이고 비용을 절감하기를 원했습니다. 그들은 첫 번째 단계에서 고가의 펨토초 레이저 대신에 더 저렴한 레이저를 사용했습니다. 이 단계는 인쇄가 시작되기 전에 소재의 차단제를 줄이는 역할을 합니다.

연구자들은 532 nm 나노초 레이저와 800 nm 펨토초 레이저 두 종류를 사용하는 새로운 기술을 개발했습니다. 이들은 재료에 미치는 두 레이저의 영향을 조절하기 위해 적절한 균형을 찾는 것이 필요했습니다. 이를 위해 연구진은 화학적 과정을 이해하기 위한 새로운 수학 모델을 만들었습니다. 이 모델은 레이저가 함께 작동하는 방식을 계산하고, 펨토초 레이저의 출력 감소와 동시에 우수한 인쇄 결과를 얻기 위한 핵심 과정을 확인하는 데 도움을 주었습니다.

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연구팀이 새로운 방법을 개선한 후, 다양한 2D 및 3D 디자인을 만들기 위해 테스트를 진행했습니다. 그 결과 25 x 25 x 10 마이크로미터 크기의 작은 나무 더미 구조, 작은 버키볼, 키랄 구조, 그리고 트레포일 매듭을 성공적으로 제작할 수 있었습니다. 테스트 결과, 새로운 방법이 2D 디자인에서 최대 80%, 3D 디자인에서 최대 50%까지 레이저 전력 소비를 줄일 수 있다는 것이 밝혀졌습니다.

이 새로운 프린팅 방식은 제조 방식을 혁신할 수 있습니다. 전자제품과 의료 분야에서 새로운 기기를 만드는 데 도움을 줄 수 있습니다. 저렴한 프린팅 기술 덕분에 더 많은 사람들이 고품질 3D 프린팅을 활용할 수 있게 됩니다. 이는 다양한 분야에서 새로운 아이디어의 발전 속도를 높일 수 있습니다.

이 연구는 소기업과 독립 발명가들에게 큰 이익을 줄 수 있습니다. 비용 절감으로 인해 정밀한 3D 프로토타입 제작이 더 쉬워질 수 있습니다. 또한 더욱 많은 학교들이 고급 3D 프린팅 기술에 접근할 수 있어, 실용적인 학습과 새로운 아이디어를 촉진할 수 있을 것입니다.

연구자들은 3D 프린팅을 더 빠르고 저렴하게 만드는 것을 목표로 하고 있습니다. 성공한다면, 이 기술은 더 많은 산업에서 널리 사용될 수 있게 될 것입니다. 이는 3D 프린팅에 있어 큰 진전이 될 것이며, 복잡하고 고품질의 구조물을 만드는 것이 가능해질 것입니다.