윤용진 카이스트 기계공학과 교수팀은 최상위 저널인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈<Advanced Functional Materials (Impact Factor: 19.924)>에 자가 치유 물질 기반의 3D 프린팅 기술(Self-Healing Materials for 3D Printing)에 관한 연구 동향을 발표했다.

이 연구는 3D 프린팅 구조물의 내구성과 수명을 크게 향상시키는 자가 치유 재료에 대한 포괄적인 분석을 제공한 최초의 리뷰로 평가받고 있다.

재료를 한 번에 한 층(layer)씩 겹겹이 쌓아서 고체 구조물을 만드는 적층 제조 3D 프린팅 기술은 복잡한 구조물을 쉽게 만들고 주문형 제조를 가능하게 만들었다.  3D 프린팅 기술의 급속한 발전과 가용성 확대는 제한된 재료를 사용하던 방식에서 벗어나 새로운 재료를 개발하기 위한 노력에도 진전을 가져왔다.

특히 3D 프린팅에 사용되는 재료의 내구성과 신뢰성을 높이는 위해 자가 치유(SH, Self-Healing) 재료가 유망한 솔루션으로 떠올랐다.

자가 치유 폴리머(고분자량 화합물)는 구조물에 손상을 입었을 때 자율적으로 손상을 복구하는 능력 때문에 상당한 관심을 불러일으켰다. 자가 치유 폴리머는 기계적 응력이나 환경적 요인으로 인해 발생하는 균열을 자율적으로 수리하여 3D 프린팅으로 제작된 최종 결과물의 수명을 연장하고, 낭비와 빈번한 교체를 줄이는 혁신적인 특성을 가지고 있다.

윤 교수팀의 논문은 3D 프린팅용 자가 치유 재료와 관련한 기존 문헌을 통합 검토해 현재 기술 상태를 식별하고 잠재적인 지식 격차와 향후 연구 방향을 제안했다. 또한 3D 프린팅용 자가 치유 재료에 대한 최신의 포괄적인 분석을 수행했다.

현재 산업 응용 분야로 전환할 수 있는 간편하고 높은 수율의 자가 치유 폴리머와 처리량이 높은 3D 프린팅 기술의 개발에 초점을 맞춘 연구는 소수에 불과하다.

윤 교수는 “자가 치유 재료의 가능성은 무궁무진하여 적층제조 분야 발전에 큰 기여를 할 수 있다”며 “자가 치유 재료의 효율성을 극대화하고, 더 크고 복잡한 손상을 처리할 수 있는 솔루션 개발을 목표로 하고 있다”고 말했다.  

윤 교수팀은 실제 적용이 가능한 최첨단 기술을 발전시키기 위해 지속적으로 노력하고 있으며, 이번 연구는 카이스트의 기술력을 세계에 알리는데 큰 역할을 한 것으로 보인다.

윤 교수팀의 연구는 한국정부(산업통상자원부)와 한국산업기술평가관리원(KEIT) (20023781)의 지원을 받았으며, 방위사업청과 대전광역시가 지원하는 국방기술진흥연구소(KRIT)의 대전 방산혁신클러스터 사업(No. DC2022RL)의 지원을 받았다. 또한, 과학기술정보통신부가 지원하는 한국연구재단(NRF) 국가R&D 프로그램(2022M3H4A1A04096393)의 지원을 받았다.

자세한 정보와 전체 논문은 Advanced Functional Materials에서 확인할 수 있다.