에너지부 오크리지 국립 연구소(ORNL) 과학자들은 이번 혁신이 ‘항공우주, 자동차, 에너지 등 광범위한 영역에서 새로운 가능성’을 열어줄 것이라고 주장했다.
에너지부(DOE) 산하 오크리지 국립 연구소(ORNL) 과학자들이 ‘차세대 3D 프린팅 시스템’이라 명명한 기술을 선보였습니다. 이 기술의 핵심 혁신은 ‘멀티플렉스 노즐(multiplexed nozzle)’인데, 이 노즐을 통해 출력 크기, 무게, 복잡성 측면에서 일반적으로 발생하는 상충 관계(trade-offs)를 최소화하면서 산업 현장에 적용 가능한 확장성 있는 3D 프린팅이 가능해졌습니다. 특히 중요한 점은 서로 다른 여러 재료를 동시에 프린팅할 수 있다는 것입니다.
3D 프린팅은 여러 산업 분야에 비추어 볼 때 아직 초기 단계이며, 이 때문에 최적화 과정 자체가 매우 혁신적일 수 있고 기술에 큰 변화를 가져올 여지가 있습니다. ORNL의 이번 혁신은 일반적으로 큰 물체를 합리적인 시간 내에 제작하는 데 사용되는 고처리량의 대형 압출기(extruders) 개발에 초점을 맞추고 있습니다. 이에 따라 ORNL은 이 기술이 큰 변화를 가져올 것이라 판단하고 ‘차세대(next-gen)’라는 이름으로 부르고 있습니다.
대규모 3D 프린팅을 위한 이 개량된 방법은 물체의 크기가 커짐에 따라 발생하는 공정상의 약점들을 해결합니다. ORNL은 이 기술적 발전을 처음 공개하며 2023년, "압출기는 계속 커질 수 있지만, 그 무게 때문에 이를 운반하고 제어하기 위해서는 더 견고하고 비싼 갠트리 시스템이나 로봇이 필요하다"고 언급했습니다. 또한, "더 큰 압출기는 낮은 속도(<최대 처리량의 10%)에서 신뢰할 수 없는 유량 제어 문제를 겪을 수 있으며, 이는 소형 빌드 및 저속 프린팅 작업에서 문제가 될 수 있습니다"라고 덧붙였습니다.
[사진 캡션]
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그렇다면 작동 원리는 무엇일까요?
근본적으로, 차세대 3D 프린팅 시스템은 여러 압출기를 결합하여 출력을 단일 용융 폴리머 스트림으로 멀티플렉싱(multiplexing)하는 원리를 이용합니다. 이러한 변화 덕분에 무게 부담이나 저속 작동 시의 신뢰성 부족과 같은 일반적인 대규모 프린팅 문제가 최소화된다고 주장합니다.
예를 들어, 필요한 경우 멀티플렉스 노즐 중 일부를 작동시키지 않음으로써 압출 속도를 조절할 수 있습니다. 또한, 여러 재료를 통제된 속도로 동시에 공급할 수 있습니다. ORNL은 이 기술이 노즐에서부터 훨씬 복잡한 형태의 '리본(ribbon)' 구조나 '코어 및 외피(core and sheath)' 형태의 비드 디자인까지 구현할 수 있게 한다고 시사합니다.
최근 발표된 시연 영상에 따르면 "품질이나 제어력을 손상시키지 않으면서 더 높은 처리량을 위해 더 많은 압출기를 추가할 수 있다"고 밝혔습니다. 이 멀티플렉싱 노즐의 상한선에 대한 제한은 언급되지 않았습니다.
ORNL의 ‘차세대 3D 프린팅’ 기술이 조만간 적층 제조사, 해양 산업, 항공우주 산업 분야에 활용될 것으로 기대됩니다. 시간이 지나면서 이 기술의 일부 이점은 궁극적으로 우리가 테스트한 최고의 듀얼 노즐 기계식 스위칭 시스템인 Bambu Lab H2D를 능가하는 역량을 소비자 3D 프린터 영역으로까지 확산시킬 수 있을 것입니다.
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