오스틴에 있는 텍사스 대학 연구진이 개발한 획기적인 3D 프린팅 기술은 부드러운 소재와 단단한 소재를 단일 물체에 완벽하게 통합함으로써 보철물, 의료 기기 및 신축성 있는 전자 제품에 혁명을 일으킬 수 있습니다.
단단한 뼈와 유연한 연골의 조합처럼 강인함과 유연성을 조화롭게 결합하는 자연의 능력에서 영감을 받아, 텍사스 대학교 오스틴 캠퍼스의 연구진은 혁신적인 3D 프린팅 기술을 개발했습니다. 이 기술은 정밀하고 빠르며, 다양한 색상의 빛을 사용하여 부드러운 소재와 단단한 소재를 하나의 물체로 통합합니다.
이 흥미로운 발전은 출판 Nature Materials에 게재된 이 연구는 보철물, 의료 기기 및 유연한 전자 장치의 미래에 획기적인 영향을 미쳐 궁극적으로 장치가 인체와 더 자연스럽게 움직일 수 있도록 해줍니다.
UT 오스틴 화학과 조교수이자 교신저자인 잭 페이지는 보도자료를 통해 "저와 저희 연구팀에 가장 큰 동기를 부여한 것은 자연 속의 물질을 관찰하는 것이었습니다."라고 말했습니다. "자연은 단단한 물질과 부드러운 물질을 경계면에서 손상 없이 결합하는 유기적인 방식으로 이러한 현상을 만들어냅니다. 저희는 이를 재현하고 싶었습니다."
A 관련 신문페이지와 동료들이 29월 3일 ACS Central Science에 발표한 논문은 이 연구의 중요성을 강조하며 이를 "XNUMXD 프린팅의 미래"라고 칭했습니다. 저널 편집진은 "First Reactions" 논평에서 이 연구를 극찬하며, 빛이 수지 경화뿐만 아니라 적층 제조에서 정교한 디자인을 구현하는 정밀한 도구로도 활용될 수 있다는 점을 강조했습니다.
"이러한 접근 방식은 사출 성형과 같은 기존 공정에 비해 적층 제조를 대량 생산에 더욱 경쟁력 있게 만들 수 있습니다. 또한, 새로운 설계 가능성을 열어준다는 점도 중요합니다."라고 ACS Central Science 연구의 주저자이자 페이지 연구실 대학원생인 켈디 메이슨은 덧붙였습니다. "이는 엔지니어, 디자이너, 그리고 제작자들이 창작에 더 많은 자유를 누릴 수 있도록 해줍니다."
다양한 물리적 특성을 가진 제품을 제작하는 데 있어 끊임없이 발생하는 난제 중 하나는 시간이 지남에 따라 종종 손상되는 재료 계면입니다. 연구팀의 혁신적인 3D 프린팅 방식은 이중 광 노출로 활성화되는 맞춤형 수지를 사용하여 서로 다른 화학 반응을 유도함으로써 이 문제를 해결합니다.
보라색 빛은 신축성 있는 고무 같은 소재를 만드는 반면, 고에너지 자외선은 단단하고 내구성 있는 물질을 생성합니다. 이를 통해 단일 프린트에서 정밀한 부드러움과 단단함의 영역을 가진 물체를 제작할 수 있습니다.
"두 반응기를 모두 가진 분자를 만들어서 두 응고 반응이 계면에서 '서로 소통'할 수 있도록 했습니다." 페이지가 덧붙였습니다. "이를 통해 부드러운 부분과 단단한 부분 사이의 연결이 훨씬 더 강화되었고, 원한다면 점진적인 전환도 가능합니다."
연구진은 유연한 인대와 단단한 뼈를 갖춘 기능성 무릎 관절을 프린팅하여 획기적인 성과를 입증했습니다. 또한, 구부리고 늘릴 수 있는 금선을 이용한 신축성 있는 전자 장치도 프린팅했습니다. 두 프로토타입 모두 실제 응용 분야에 완벽하게 통합될 수 있는 가능성을 보여주었습니다.
"솔직히 말해서, 가장 놀랐던 건 첫 시도에서 얼마나 잘 작동했는지였어요. 3D 프린팅 레진에서는 거의 불가능한 일이죠." 페이지가 덧붙였다. "또한 두 레진의 특성이 얼마나 다른지 보고 충격을 받았어요. 부드러운 부분은 고무줄처럼 늘어났다가 다시 튀어올랐고, 단단한 부분은 소비재에 사용되는 플라스틱만큼 강했어요."
이 혁신적인 공정은 속도와 정밀도를 향상시킬 뿐만 아니라, 간편하고 저렴한 가격으로 기술의 접근성을 크게 높여줍니다. 수술 모델 프로토타입 제작부터 웨어러블 센서, 심지어 소프트 로봇 제작까지, 그 잠재력은 매우 광범위합니다.
페이지는 "수술 모델, 웨어러블 센서, 심지어 소프트 로봇의 프로토타입 제작에도 활용될 수 있습니다."라고 덧붙이며, "여기에는 엄청난 잠재력이 있습니다."라고 말했습니다.
이 연구의 공동 저자로는 김지원, 린 M. 스티븐스, 헨리 L. 케이터, 아인 우딘, 마샬 J. 앨런, 엘리자베스 A. 레커, 앤서니 J. 애로우드, 가브리엘 E. 사노자, 베니 D. 프리먼, 앙 가오, 와이엇 엑스트롬, 마이클 A. 컬리넌이 있습니다.
페이지, 앨런, 김은 이미 이 새로운 기술에 대한 특허를 출원했습니다.
출처: 오스틴 텍사스 대학