초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 기존 3D 프린팅 공정으로 구현이 어려웠던 나노스케일 공극을 갖는 다공성 멤브레인의 구현을 위해 전기방사 공정이 결합된 하이브리드 멀티스케일 3D 프린팅 기술을 개발하였음. 특히, 일반적인 전기방사 공정은 불특정한 집적이 이루어지는데 이를 극복하기 위해 희생층 접지전극 개념을 도입하여 디바이스 상 원하는 위치에 원하는 형태로 다공성 멤브레인을 제작/결합을 이루었음. 이를 위해 (1) 하이브리드 멀티스케일 3D 프린팅 기술을 위한 이론적 기반 확립, (2) 전기방사 공정이 융합된 하이브리드 멀티스케일

□ 연구개요
본 연구에서는 기존 3D 프린팅 공정으로 구현이 어려웠던 나노스케일 공극을 갖는 다공성 멤브레인의 구현을 위해 전기방사 공정이 결합된 하이브리드 멀티스케일 3D 프린팅 기술을 개발하였음. 특히, 일반적인 전기방사 공정은 불특정한 집적이 이루어지는데 이를 극복하기 위해 희생층 접지전극 개념을 도입하여 디바이스 상 원하는 위치에 원하는 형태로 다공성 멤브레인을 제작/결합을 이루었음. 이를 위해 (1) 하이브리드 멀티스케일 3D 프린팅 기술을 위한 이론적 기반 확립, (2) 전기방사 공정이 융합된 하이브리드 멀티스케일 3D 프린터 설계/제작, (3) 3D 투과성 멤브레인이 결합된 고기능성 디바이스 제작 및 검증을 수행 하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 3D 하이브리드 멀티스케일 프린팅 공정 및 장비를 개발하기 위해서 3년의 연구기간 동안 하이브리드 멀티스케일 3D 프린팅 기술을 위한 이론적 기반 확립, 전기방사 공정이 융합된 하이브리드 멀티스케일 3D 프린터 설계/제작, 3D 투과성 멤브레인이 결합된 고기능성 디바이스 제작 및 검증을 수행하여 연구계획서에서 제시한 목표를 모두 달성하였음.
1차년도 (기반 구축 및 기본 연구) - 하이브리드 멀티스케일 3D 프린팅 기술을 개발하기 위한 용융수지 적층, 희생층 접지전극, 전기방사 각 공정에 적합한 재료를 선정하고, 각 공정별 적합한 공정 조건을 도출하였음. 또한, 하이브리드 멀티스케일 3D 프린팅 동작을 위한 용융수지 적층, 희생층 접지전극 프린팅, 전기방사 공정간 동작 순서를 도출하기 위한 알고리즘을 개발하였고, 마지막으로,3D 다공성 멤브레인 결합된 디바이스의 특성 평가를 위한 시스템을 구축하였음.
2차년도 (심화 및 요소 개발) - 1차년도에 확립한 이론적 기반을 바탕으로 용융수지 적층, 희생층 접지전극, 전기방사를 위한 각 프린팅 헤드를 제작하고, 이들의 독립적인 동작을 이룰 수 있는 XYZ축 액추에이터를 제작하였음. 또한, XYZ축 액추에이터와 컴퓨터를 인터페이싱 할 수 있는 구동보드 및 임베디드 프로그램, 그리고 컴퓨터 내의 디바이스 정보를 통해 하이브리드 멀티스케일 3D 프린터를 작동시키는 구동 프로그램을 개발하였음. 또한, 다공성 멤브레인이 결합된 디바이스의 기능성을 향상 시키기 위한 3D 형상 디자인을 도출하였음.
3차년도 (통합 시스템 개발 및 검증 연구) - 2차년도에 개발한 요소들을 통합하여 하이브리드 멀티스케일 3D 프린터를 제작하고, 해당 장비를 검증하기 위해 다양한 크기의 나노/마이크로 스케일 구조가 포함된 멀티스케일 구조를 제작하여 실제 제작된 결과를 확인하였음. 마지막으로, 하이브리드멀티스케일 3D 프린터로 제작된 3D 투과성 멤브레인 결합된 디바이스의 기능성 향상을 검증하였음.

□ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
본 과제에서 제안하는 전기방사 공정이 융합된 하이브리드 멀티스케일 3D 프린팅 공정은 기존의 기술로는 어려웠던 3D 프린팅 중 다공성 멤브레인을 제작을 할 수 있는 세계 최초의 기술이기 때문에 본 연구를 통해 이를 위한 핵심 원천 기술을 확보할 수 있을 것으로 기대됨. 3D 다공성 멤브레인이 결합된 고기능성 디바이스를 개발하게 되면 에너지, 환경, 바이오 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 뿐 아니라, 확대되고 있는 나노섬유 다공성 멤브레인 시장에서 선도적인 역할을 할 수 있을 것으로 기대됨. 또한, 하이브리드 멀티스케일 3D 프린팅 기술은 다공성 멤브레인이 결합된 고기능성 디바이스 뿐만 아니라 나노/마이크로 계층 구조 제작, 3D 프린팅 구조의 표면 조도 향상 등 여러 활용 예가 존재할 것으로 예상되기 때문에 향후 다양한 연구 분야에서 활용이 가능할 것으로 기대됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 2.1. 1차년도 연구내용 및 결과 ... 4
• 2.2. 2차년도 연구내용 및 결과 ... 6
• 2.3. 3차년도 연구내용 및 결과 ... 9
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 21
• 끝페이지 ... 36