3D(3차원) 프린팅 속도와 온도로 소재의 신장과 수축을 설계하는 기술이 개발됐다.

부산대학교는 응용화학공학부 안석균 교수 연구팀이 3D 프린팅 속도와 온도에 따라 액정탄성체의 분자 배열 방향을 전환해 소재의 신장과 수축을 자유롭게 설계하는 3D 프린팅 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

액정탄성체(LCE)는 고무처럼 유연한 고분자에 액정분자의 방향성이 결합한 스마트 소재다. 열이나 빛 같은 외부 자극을 받으면 정해진 방향으로 늘어나거나 줄어드는 특성이 있어 소프트 로봇, 인공근육, 스마트 표면 등에 활용될 수 있다.

기존 액정탄성체 3D 프린팅에서는 액정분자가 주로 프린팅 방향을 따라 배열돼 하나의 구조에서 신장과 수축처럼 서로 반대되는 움직임을 동시에 구현하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 프린팅 속도와 온도에 따라 액정분자의 층상구조가 유지되거나 무너지면서 배열 방향이 바뀐다는 것을 확인한 뒤 공정 조건을 달리해 최대 28% 늘리거나 31% 수축하도록 조절하는 데 성공했다.

연구팀은 또 액정탄성체와 형상기억고분자(SMP)를 결합한 '가변표면 액추에이터'를 제작해 변형된 모양을 일시적으로 고정하거나 다시 원래 형태로 되돌리는 데 활용할 수 있도록 했다.

이를 이용해 물결무늬, 골프공 딤플, 사람 얼굴 모양과 같은 3차원 형상을 만들었다가 다시 평평한 상태로 되돌리는 가변표면을 구현했다고 설명했다.

이번 연구에는 안 교수 연구팀 외에 부산대 응용화학공학부 이진형 박사와 미국 오크리지국립연구소 얀-마이클 Y. 카리요 박사가 함께했다.

연구 성과를 담은 논문은 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 게재됐다.