세계경제포럼(The World Economic Forum)이 2013년의 10대 기술로 3D 프린팅을 꼽은 지 5년, 이제는 바야흐로 4D 프린팅 시대에 접어들었다.

3D 프린팅이 3차원의 실물을 ‘그대로’ 찍어내는 것이라면 4D 프린팅은 열이나 빛 혹은 탄성력과 같은 자극에 반응하여 시간이 지남에 따라 모양을 바꿀 수 있는 3차원 구조물을 만드는 것이다. 4D 프린팅은 매우 복잡한 구조를 만드는 데 유용하지만 대부분 금속이나 플라스틱과 같은 유연한 재료로 제한된다는 데 약점이다. 

그런데 '유연함이나 탄성'과 거리가 먼, 그러나 로켓과 전자부품에 매우 긴요하게 쓰이는 세라믹(ceramics)을 4D 프린팅으로 만들어 주목받고 있다.

과학기술 전문 매체 뉴사이언티스트(New Scientist) 보도에 따르면 홍콩시립대학의 지안 루와 그의 동료들이 4D 프린팅으로 세라믹을 만드는 기술을 개발했다. 이렇게 만들어진 세라믹은 극히 강하고 동시에 내열성을 갖는다.

연구팀은 먼저 세라믹 나노입자를 신축성 있는 실리콘 고무와 섞어 세라믹 '잉크(ink)'를 개발했다. 이 잉크는 신축성 있는 시트(sheets)를 인쇄하는 데 사용된다. 이 시트는 자유롭게 구부러지거나 뒤틀려 옷이나 장미, 시드니 오페라하우스 복제품과 같은 다양한 모양의 물체를 만드는 데 사용된다. 

연구진은 이 같은 신축성 있는 시트를 늘어뜨리고 오그라들게 하면서 다양한 모양의 구조물을 제작했다. 마지막 단계로, 이 구조물을 섭씨 1000도로 가열하여 공기와 반응하게 함으로써 마침내 매우 단단한 세라믹(제품)을 만들어냈다.

 

 

지안 루는 "이 인쇄 방법은 고강도 및 고내열성이 요구되는 세라믹 로켓 부품을 제작하는 데 유용할 것"이라며 "이것은 또 신호 전송과 배터리 안전성을 향상시키기 위해 세라믹 부품을 점점 많이 사용하는 휴대폰 제조에도 사용될 수 있다"고 말했다.

#기사출처 : Science Advances, DOI: 10.1126/sciadv.aat0641

Origami and 4D printing of elastomer-derived ceramic structures

New Scientist, Watch 4D-printed ceramics form elaborate, shape-shifting structures(4D 세라믹 제작 동영상 있음)

<'우주관 오디세이' 저자·인저리타임 편집위원장>