신사업 소개
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… NICE, 제39권 제5호, 2021공정 맞춤형 세라믹 조성물 개발/양산 및 세라믹 적층 가공 공정을 통한 첨단
정밀 세라믹 부품 생산
최형일
㈜엠오피 [email protected]
사업배경
파인세라믹스 소재는 기계, 구조 세라믹스의 기 초산업의 기초가 될 뿐만 아니라 인공지능, IOT, 로 봇, 반도체, 2차전지 등 기술 고도화에 기반을 둔 4차 산업 역시 파인세라믹의 기능적인 요소 없이는 구현 이 불가능하다.
초내구성, 초내열성, 초전도성 등의 요구사항을 만족시키는 첨단소재의 필요성이 커지고 있다. 특 히 변화속도가 빠른 정보통신, 환경, 에너지, 바이오 등의 대표적인 미래 산업에서 첨단소재의 기여율은 50-70%에 이르며, 그 의존도는 갈수록 커지고 있다.
첨단소재 기술 국산화의 우선순위에 있는 분야는 여전히 일본 및 유럽이 대부분의 기술을 독점하고 있는 알루미나, 지르코니아, 티타늄옥사이드 등 파 인세라믹스 소재이다.
엠오피는 위와 같은 파인세라믹 소재를 국산화하 고 나아가 파인세라믹 소재의 제조와 가공 분야에서 글로벌 소재 산업을 리드하는 기업을 목표로 신소재 분야 엔지니어 3인이 창업한 세라믹 소재 연구개발 창업기업이다.
세라믹 입자 합성 기술에 기반한 공정 맞춤형 소재 개발 및 양산
최근 반도체, 2차전지 등 세라믹 소재의 주요 전 방 산업들은 공정 고도화 경쟁에서 우위를 점하기 위해 막대한 투자를 집행하고 있다. 조건에 부합하 는 세라믹 소재의 확보는 공정 완성의 필수 조건이 다. 반도체 및 2차전지에 사용될 세라믹 나노분말은 입자크기가 수십에서 수백 나노이면서 크기 차이가 어플리케이션에 따라 매우 균일해야 한다.
관련 소자가 고도화되면서 더욱 정밀한 조건의 세라믹 입자가 요구되고 있다.
엠오피는 기본적으로 Complex Metal Oxide 입자 합성 기술 보유하고 있으며, 복잡한 조성을 가지는 메탈 화합물을 정밀하게 (산화물, 황화물, 셀레화물) 만들며 입자의 물성조절 (입자크기, 균일도, 형상제 어)이 가능하다.
그리고 다양한 합성법에 대한 기술적인 노하우가 있으며, 이를 활용하여 어플리케이션에 알맞은 입자 를 양산할 수 있는 기술을 보유하고 있다.
또한 제 1원리 계산과학을 통한, 합성 가능한 최 적화 맞춤형 소재 개발 가능하며, 독일 쾰른대학교 와 협업 인프라를 구축하였다.
소 재 분 산 기 술 을 통 한 공 정 맞 춤 형
액상세라믹 소재 개발 및 양산
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NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 39, No. 5, 2021 …
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디스플레이, 에너지 및 기타 소재 산업에서 액상세라믹 소재들이 여러가지 분야에서 적용되고 있으 며, 세라믹 안료의 특성을 최대한 효율적으로 발현 시키기 위해서는 분산 안정성이 우수한 세라믹 액상 소재를 확보하는 것이 매우 중요하다.
액상 세라믹소재 제조 시 안료의 분산 안정성은 제품의 특성 및 품질을 결정짓는 매우 중요한 요인 이다. 그 이유는 분산한 물질이 본래의 형상으로 되 돌아가는 응집 현상이 나타나 제품의 특성이 바뀌어 품질이 저하되기 때문이다.
(자사에서 합성된 다양한 종류의 고순도 메탈 화합물 입자)
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… NICE, 제39권 제5호, 2021무기계 산화물을 입자의 표면 개질과 안료의 종 류와 분산매의 특성에 따른 적합한 분산제를 선정하 여 입자 표면의 정전기적 반발력과 입체장애를 부 여하여 분산 안정성을 확보한다.
3D 프린팅 액상 세라믹 소재의 경우 고중량의 세 라믹 분말을 액상의 슬러리 상에서 균일하게 분산시 킴으로써 3D 프린팅 출력 시간에 따라 발생할 수 있 는 입자 침강에 의한 출력물 내의 불균일성 문제를 해결할 수 있다. 출력물 내의 입자의 균일성은 3D 출 력물의 탈지 소결 시 3축 방향으로 진행되는 수축과 정을 동일하게 수축이 진행되도록 하여 수십 마이크 로 이하의 정밀도를 구현할 수 있도록 한다.
나노 및 마이크로 가공기술을 활용, 어플리케이 션 별 물리 화학, 전기적인 특성을 보유할 수 있는 입 자의 제조기술 보유하고 있다. 또한 당사는 액상 세 라믹 소재의 분산 안정성 확보를 통해 생산에 적합 한 소재를 안정적으로 제공할 수 있는 생산능력을 보유하고 있어, 분산안정성이 확보된 세라믹 소재가 대량으로 필요한 공정에 필요한 소재에 대한 빠른 개발은 물론 양산 대응이 가능하다.
액상세라믹 적층 가공 시스템(Liquified Ceramic Additive Manufacturing)을 통한 정밀한 세라믹 부품 제작
엠오피는 창업기인 ‘17년부터 액상 세라믹 적층 가공 공정을 개발하였으며, 현재 미세 공정용 세라 믹 부품 생산이 가능한 원천소재 및 공정 기술을 확 보하였다. 기존의 세라믹 가공 공정으로는 제작이 불가한 복잡하거나 미세한 세라믹 가공이 가능해 져, 첨단 공정의 미세한 세라믹 가공품에 대한 수요 를 충족할 수 있는 길이 열린 것이다.
엠오피가 보유한 액상 세라믹 가공 공정 기술에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다.
- 서포트 디자인 모델링 : 세라믹제품 출력의 최적 화를 위한 서포트 및 모델링 설계 기술
- 프린팅 : 고점도의 세라믹 레진을 안정적으로 적층 할 수 있는 정밀 세라믹 적층 가공 기술
- 탈지공정 : 세라믹과 바인더가 혼합 되어 있는 상 태에서 바인더를 제거하는 공정으로 소결시 크랙 (Crack)발생의 최소화 가능한 공정 기술
- 소결공정 : 소결을 위한 열처리 공정으로, 입자성 장에 따른 정밀한 크기 제어로 수축률에 따른 소재
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별 역설계 기술엠오피의 액상 세라믹 적층 가공 공정은, 800Mpa 이상의 의 제작물 강도를 달성하였으며, xy 방향 해 상도 70mm 이하, z 방향 해상도 50mm 이하의 정밀 도 구현이 가능하다. 150mm의 hole을 구현하는 테스 트에 성공하였으며, 기존의 가공 방식으로는 가공이 어려웠던 내부가 비어있는 형상이나 얇은 구조물을
불량없이 제작할 수 있다.
당사는 현재 소재는 지르코니아 소재를 개발하였 으나, 알루미나, 실리카, 이트리아 등등 대부분의 첨 단 세라믹 소재에 적용이 가능할 뿐만 아니라, 각각 의 층에 다른 소재로 적층 가공이 가능하다. 이는 각 층마다 다른 소재의 적용이 필요한 공정의 재현이 가능해졌다는데 그 의미가 있다.
