[신기술 소개] 연속 액체계면을 이용한 고속 3D프린팅

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신기술 소개

최근에 3D 프린팅 기술이 많이 나오고 있지만 여 전히 공정자체는 빠르지 않다. 그 이유는 3차원 구 조 물질을 2차원으로 적층하여 만드는 공정 때문이 다. 즉 2차원의 레이어 한층을 생산할 때마다, 레진 공급과 고체화단계를 거치기 때문이다. 여러 가지 3D 프린팅 기술 중 하나의 방법은, 액체레진이 담겨 진 용기에 UV를 조사하여 3차원의 입체적인 구조 를 만드는 것이다. UV가 고체화시킨 2차원 레이어 를 위로 끌어 올리고 다시 나머지 부분을 만들기 때 문에 이러한 과정이 반복되면 꽤 많은 시간이 걸린 다. Tumbleston et al.은 아주 간단하게 연속적으로 액체레진 용기 밖에서 고체구조를 만들 수 있는 공

정을 고안하였다(그림 1A 참조). 그들은 액체레진 이 담겨진 용기 바닥을 산소가 투과할 수 있게 하여, 액체레진이 담겨진 용기안에서 액체레진의 고체화 가 지연되는 지역(Dead Zone)을 만들어서 공정을 연 속적으로 진행할 수 있게 하였다. 그들은 이 공정을 CLIP(Continuos liquid interface production)이라고 정 의하였다. 이러한 CLIP방법을 이용하면 10센티미터 사이즈 크기의 3차원 구조물을 100마이크로미터보 다 작은 해상도로 빠른 시간(500mm/hour)에 만들 수 있다. 이러한 고해상도 고속 공정은 3D 프린팅 분야 에 큰 기여를 할 수 있을 것이다.

그림 1. (A) Schematic of CLIP printer where the part is produced continously by simultaneously elevating the build support plate while changing 2D cross-sectional UV images from imaging unit. The oxygen-permeable window creastes a dead zone (persistent liquid interface) between the elevating part and the window. (B) Resulting parts iva CLIP, a gyroid (left) and an argyle (right), were elevated at print speeds of 500mm/hour [Tumbleston et al., Science 347, 1349–1352 (2015) DOI:10.1126/science.

aaa2397]

연속 액체계면을 이용한 고속 3D프린팅

(Continuous liquid interface production of 3D objects)

Tumbleston et al., Science 347, 1349–1352 (2015) DOI:10.1126/science.aaa2397

NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 33, No. 3, 2015 …

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신기술 소개

액체 탄산염(liquid carbonate) 용매를 포함하고 있는 마이크로캡슐은 기존의 방법보다 훨씬 더 효 과적으로 화력발전소에서 이산화탄소를 포집할 수 있다. 현재 발전소에서 이산화탄소를 포집하는 방 법은, 연도가스(flue gas)를 액체 모노에탄올아민 (monoethanolamine)이 녹아 있는 용액위로 흘러 보 내는 것이다. 하지만 액체가 부식성이 강하고 또한 부산물로 독성물질을 생성한다. 또한 이산화탄소를 다시 얻기 위해서 높은 온도가 필요하다. 하버드대 학교 연구팀인 Vericella et al.은 마이크로플로이딕 (Microfluidic) 기술을 이용하여서 탄산염 용매를 함

유하고 있는 마이크로캡슐을 제조하였다(그림 1). 이 마이크로캡슐은 다공성 실리콘 표면(porous silicone skin)을 가지고 있다. 이 탄산염 용매 자체는 이산화 탄소를 천천히 흡수한다. 하지만 용매를 캡슐화시 키면 표면적 증가 효과로 흡수속도가 10배나(캡슐화 시키전과 비교하면) 빨라지게 된다. 이러한 캡슐(그 림 2)은 화학적으로 안정이고 또한 친환경적이다. 또 한 이산화탄소를 적절한 온도에서 포집할 수 있는 장점이 있다. 나아가서 유동층을 이용하여 큰규모의 이산화탄소 포집에도 활용할 수 있을 것이다.

그림 1. 마이크로프로이딕스(Microfluidics) 기술을 이용한 마이크로캡슐의 제조 [Vericella et al., Nature Communications 6, 6124 (2015) DOI:10.1038/ncomms7124]

그림 2. Optical images of silicone microcapsules containing 3 wt% potassium carbonate dyed with thymol blue in air (a), after incubation in CO₂ gas (b) and then after regeneration in air (c) [Vericella et al., Nature Communications 6, 6124 (2015) DOI:10.1038/

ncomms7124]

미세캡슐을 이용한 이산화탄소 포집

(Encapsulated liquid sorbents for carbon dioxide capture)

Vericella et al., Nature Communications 6, 6124 (2015) DOI:10.1038/ncomms7124