초록 ▼

□ 연구개요
본 연구를 통해 객체 (재료)를 그 물리화학적 물성과 무관하게 삼차원 형태로 적층 (3D 프린팅)을 할 수 있는 범용성 바인더 개발함. 구체적으로 산소를 중합 반응의 개시제로 활용하는 바인더 소재를 개발함. 이로써 바인더로 코팅된 원재료가 초기 유동성으로 압출될 수 있되, 공기에 노출 시 계면 상의 즉각적인 산화중합에 의해 적층될 수 있음. 본 기술은 사실상 분말 형태의 모든 원재료 혹은 소프트 재료에 적용이 가능하며, 무한한 자원인 산소를 에너지원으로 작동함.

□ 연구 목표대비 연구결과
1. 범

□ 연구개요
본 연구를 통해 객체 (재료)를 그 물리화학적 물성과 무관하게 삼차원 형태로 적층 (3D 프린팅)을 할 수 있는 범용성 바인더 개발함. 구체적으로 산소를 중합 반응의 개시제로 활용하는 바인더 소재를 개발함. 이로써 바인더로 코팅된 원재료가 초기 유동성으로 압출될 수 있되, 공기에 노출 시 계면 상의 즉각적인 산화중합에 의해 적층될 수 있음. 본 기술은 사실상 분말 형태의 모든 원재료 혹은 소프트 재료에 적용이 가능하며, 무한한 자원인 산소를 에너지원으로 작동함.

□ 연구 목표대비 연구결과
1. 범용성 바인더 후보물질 발굴
- 아민 작용기가 풍부한 고분자와 페놀계 단분자를 일정 비율로 배합하여 범용성 바인더를 발굴함 (1건).
- 해당 복합소재는 가역적인 비공유성 결합을 유지하며 유동성을 띄다가, 산소 환경에 노출 시, 즉각적인 산화중합반응에 의해 경화될 수 있음.

2. 유변학적 분석 방법을 통한 반응 조건 최적화
- 범용성 바인더의 빠른 산화중합 반응속도 야기하는 최적의 조건 선정.
- 반응 속도는 바인더의 물/공기 계면 상에 형성되는 2차원 필름의 유변학적 성질 (interfacial rheology)을 바탕으로 결정됨.
- 분말 형태의 원재료 (예: 활성탄)를 바인더와 배합하여 압출된 물질의 유변학적인 성질 (bulk rheology)을 추가 분석하여 원재료의 농도 조건을 최적화 함.

3. 실제 3D 프린터로의 적용 및 기계적 물성치에 의거한 프린팅 성능 평가
- 분말 형태의 원재료를 바인더와 배합한 혼합물을 실제 Pump 타입의 3D 프린터 (pump-type)에 적용하여 실용 가능성을 입증함.
- 프린팅된 3차원 구조체의 기계적인 물성치를 universal tensile machine (UTM)로 측정 및 평가한 결과, 3.9 MPa의 tensile strength와 404 Mpa Young’s modulus으로 매우 우수하다는 것을 입증.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
폴리페놀 바인더를 활용한 3D 프린팅 기술은 사실상 모든 분말 형태의 원재료 (금속, 세라믹, 고분자재료 등) 혹은 소프트 재료에 적용될 수 있음. 이는 기존에 제한되었던 삼차원 구조체 형성을 위한 재료 선택의 폭을 크게 넓히는 발판이 될 것임.
결과적으로 여러 방면에서 제조업 분야에 혁신을 일으킬 것으로 예상됨. 예를 들어본 연구에서 개발한 바인더 기술로 탄소 소재의 3D 프린팅이 가능함. 이는 상당한 에너지를 소모하는 기존 레이저소결방식 (SLS)에 비해 에너지 효율적이며, 간단함.
때문에 해당 기술을 대체할 수 있을 것으로 기대됨. 또한 본 기술은 외부 자극 (열혹은 빛)에 민감한 소프트 (soft) 재료의 삼차원 구조체 형성을 위한 기술로 채택될 가능성이 높음. 구체적으로 생체 분자를 원재료로 활용하는 바이오프린팅 분야 (오가노이드, 바이오칩)에서 해당 기술이 크게 각광 받을 것으로 예상됨. 그 외에도 원재료의 물리화학적 성질에 따라 무수히 많은 확장/응용 연구가 가능할 것으로 기대됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1. 연구목표 ... 4
• 1.2. 연구 개발의 필요성 ... 4
• 1.3. 연구가설 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2.1. 개요 ... 5
• 2.2. 전략 1 - 산소 반응성 바인더 후보물질 발굴 ... 5
• 2.3. 전략 2 - 계면유변학적 분석을 통한 산화중합 반응 시간 최적화 ... 6
• 2.4. 전략 3 - 유변학적 분석을 통한 혼합물 농도 최적화 ... 7
• 2.5. 전략 4 - 실제 3D 프린터로의 적용 및 프린팅 된 객체의 기계적 물성치 평가 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 9
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 9
• 3) 목표 달성 수준 ... 9
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 9
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 9
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 10
• 6. 참고문헌 ... 10
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 12
• 끝페이지 ... 15