사용을 마친 후 물에 녹일 수 있습니다.
메릴랜드 대학교(University of Maryland), 조지아 공과대학교(Georgia Tech), 노터데임 대학교(University of Notre Dame) 연구진이 재활용 가능한 소재를 활용한 새로운 PCB 3D 프린팅 방법을 개발했습니다. 이 기술은 PCB 제작 후 녹여 재료를 완전히 재사용하여 새로운 PCB를 만들 수 있다는 것을 의미합니다.
(ResearchGate 논문에 따르면) DissolvPCB로 명명된 이 기술은 폴리비닐 알코올(PVA)을 프린팅 필라멘트로 사용하여 속이 빈 채널을 가진 기판을 형성한 뒤, 여기에 공융 갈륨-인듐(Eutectic gallium-indium, EGaIn) 액체 금속을 주입합니다.
이렇게 출력된 PCB를 물에 담그면 PVA가 완전히 용해되어 구성 요소들을 쉽게 분리할 수 있습니다. 연구진은 이를 이용해 액체 금속을 회수하고 용액에서 PVA를 추출하여 압출할 수 있습니다. 이를 통해 PVA는 최대 99.4%, EGaIn은 98.6%에 달하는 높은 회수율로 재료를 재사용할 수 있습니다.
주요 연구 결과:
- 연구진은 마이크로웨이브를 사용하여 3D 프린터 필라멘트를 가열하는 방법을 개발하여, 출력된 물체 내부에 회로를 접합할 수 있게 했습니다.
- MIT가 개발한 3D 프린터는 단일 공정으로 완전히 기능하는 전기 모터를 출력할 수 있습니다.
- 3D 프린팅된 팬 및 펌프가 없는 액체 쿨러는 데이터 센터에 600와트의 냉각 성능을 제공할 수 있습니다.
이 기술은 특히 실험 및 프로토타이핑에 최적화되어 있습니다. 반복 테스트를 위해 여러 개의 PCB를 주문하거나 출력할 필요가 없기 때문입니다. 또한, 재활용이 매우 어려운 FR-4 PCB보다 훨씬 지속 가능합니다. FR-4는 일반적으로 수작업 분해, 파쇄, 압축이 필요한 복잡하고 다단계적인 공정뿐 아니라, 처리 과정에서 위험한 화학물질과 고온이 요구되는 경우가 많습니다.
연구진은 또한 KiCad PCB 설계를 FDM 3D 프린팅에 호환되는 형식으로 변환할 수 있는 FreeCAD 플러그인을 개발했습니다. 덕분에 사용자는 이 기술에 사용되는 PVA와 액체 금속에 맞춰 PCB 설계를 수동으로 변환할 필요가 없습니다. 또한 스루홀(through-hole) 및 표면 실장 부품(surface-mounted components)을 모두 지원하여 다양한 회로 설계에 DissolvPCB를 적용할 수 있습니다.
나아가, 이 방법은 3D 회로 토폴로지 및 형태 변화 장치에도 적용될 수 있다고 제안합니다. DissolvPCB는 최대 5A의 전류를 지원하는 것으로 테스트되었으며, 이는 USB-IF가 지원하는 최대 전류와 호환됩니다. 또한 최대 10 MHz의 고주파 신호와도 작동하여, 장치 동기화 및 테스트에 신뢰성 있게 활용 가능합니다.
다만, 휴대폰이나 컴퓨터 같은 내구성이 요구되는 전자기기에는 이 PCB 제작 기술을 사용하기는 어려울 것입니다. 하지만 다양한 회로를 자주 실험하는 엔지니어링 연구실이나 메이커스페이스에는 매우 유용합니다. 이는 전자 폐기물(e-waste) 감소 효과뿐만 아니라, 엔지니어와 연구원들이 프로토타입 제작 시마다 새로운 재료를 주문해야 하는 비용까지 절감하는 데 도움을 줄 것으로 예상됩니다.
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