3D 프린팅 된 미세 입자는 마이크로 일렉트로닉스, 의약품 개발, 복잡한 부품 제조 등 다양한 용도로 사용되는데, 정밀한 제어와 사람의 손이 들어가는 공정이 수반돼 대량 생산이 어려웠다.

이런 가운데 미국 스탠포드대학 연구진이 극 미세 마이크로 스케일 입자의 제조를 자동화해 하루 최대 100만 개까지 인쇄할 수 있는 처리 기술을 발표했다고 과학기술매체 기가진이 전했다.

스탠포드대학 조셉 M. 데시모네(Joseph M. Desimone) 교수팀은 앞서 2015년에 ‘연속 액체 계면 제조법(CLIP)’을 개발했다. 이것은 기존 방식처럼 층별로 수지를 경화시키는 것이 아니라, 산소 투과성 막인 ‘창’을 통해 자외선을 투사해 연속적으로 경화시켜 3D 프린팅에 걸리는 시간을 크게 단축시키는 기술이다.

연구팀은 이번에 이 CLIP에 생산라인 방식을 결합한 ‘롤 투 롤 CLIP(r2rCLIP)’을 새롭게 개발했다. 이를 통해 수동 입력 없이 자동으로 마이크로 스케일 모델을 3D 프린팅, 세척, 경화, 제거할 수 있어 생산 속도를 크게 향상시켰다고 한다.

이 접근법을 통해 복잡한 미세 디자인의 소재를 대량으로 3D 프린팅 할 수 있어 생물의학, 첨단 소재 등에 적용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

스탠포드대학 데시모네 연구실의 박사과정생인 제이슨 크로넨펠드(Jason Cronenfeld)는 “우리는 기존의 입자 제조에서 보여주지 못했던 속도로 더 복잡한 형상을 마이크로 스케일로 만들 수 있게 되었다”고 말했다.

새로 개발된 3D 프린터는 최대 200마이크로미터의 입자를 2마이크로미터의 피처 해상도로 조형할 수 있다. 연구팀은 r2rCLIP의 성능을 입증하기 위해 버키볼(buckyball, 구 모양의 큰 탄소분자)을 모티브로 한 데시모네 연구실의 로고를 포함한 다양한 모양의 입자를 3D 프린팅 했다.

기존 3D 프린팅 기술로는 입자를 수작업으로 처리해야 하는 과정이 있어 시간과 노력이 많이 들었다고 한다. 하지만 r2rCLIP은 공정이 완전 자동화돼 있어 하루에 최대 100만 개의 입자를 3D 프린팅 할 수 있다.

연구팀은 r2rCLIP의 높은 처리량으로 마이크로 로봇 부품이나 약물 성분 전달 용기까지 다양한 입자를 대량 생산할 수 있을 것으로 기대한다. 이미 마이크로 일렉트로닉스 제조를 염두에 둔 세라믹 경질 입자와 체내 약물 전달 기술로의 적용을 염두에 둔 하이드로겔 연질 입자를 3D 프린팅 하는 실험에 착수했다.

(참고 : news.stanford.edu, 3dprintingindustry.com, nature.com)