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2017년 3월 6일 월요일

셀롤로오스 3D 프린팅



(This image from a scanning electron microscope shows a cross section of an object printed using cellulose. The inset shows the surface of the object. Credit: Massachusetts Institute of Technology)

(To demonstrate the chemical versatility of the production process, MIT postdoc Sebastian Pattinson and associate professor A. John Hart added an extra dimension to the innovation. By adding a small amount of antimicrobial dye to the cellulose acetate ink, they 3-D-printed a pair of surgical tweezers with antimicrobial functionality. Credit: Massachusetts Institute of Technology)


 셀룰로오스는 식물 세포벽의 주요 성분 가운데 하나로 우리가 사용하는 목재나 종이에 풍부하게 들어 있습니다. 인간이 직접 소화시킬 수 없어 탄수화물 가운데 식이섬유로 분류하지만, 장내 미생물의 도움을 받으면 일부는 영양분으로 삼을 수 있습니다. 초식 동물은 이를 주식으로 삼는 동물입니다. 


 아무튼 셀룰로오스는 이미 자연계에 풍부하고 재배하는 작물과 나무에서 쉽게 구할 수 있으며 자연적으로 생분해되기 때문에 플라스틱보다 훨씬 친환경적이고 지속 가능한 소재지만, 플라스틱처럼 다양한 구조와 형태를 만들 수 없다는 단점이 있습니다. 특히 3D 프린터 소재로 사용하기 어렵다는 점이 단점입니다. 하지만 많은 연구자들이 셀룰로오스를 사용하는 3D 프린터 개발에 나서고 있습니다. 




 MIT의 세바스천 패틴슨(Sebastian Pattinson)을 비롯한 연구자들은 적층 방식으로 제조가 가능한 셀룰로오스 계열 물질을 개발하기 위해 다른 방식으로 접근했습니다. 셀룰로오스의 문제는 플라스틱 소재와는 달리 열을 가하면 손상된다는 것입니다. 따라서 열을 가해서 녹인 후 조금씩 붙이는 방식으로 사용하기 어려웠습니다. 


 연구팀이 접근한 방식은 셀룰로오스 아세테이트 (Cellulose acetate)를 이용하는 것입니다. 이 물질은 열을 가하지 않고 상온에서도 성형이 가능하며 아세톤이 날아가면 남은 셀룰로오스만 구조물을 이루게 됩니다. 물론 다량의 아세톤을 증발시켜야 하고 잔류물이 남을 수 있다는 점이 문제가 될 듯 하지만, 새로운 접근법이란 점은 분명해 보입니다. 


 3D 프린터 기술은 이제 식품에서 금속 소재까지 매우 다양한 물질을 출력하는 방향으로 진화하고 있습니다. 셀룰로오스 역시 미래에 3D 프린터로 출력이 가능한 물질 가운데 하나가 될 것으로 기대합니다. 


 참고  


More information: Sebastian W. Pattinson et al, Additive Manufacturing of Cellulosic Materials with Robust Mechanics and Antimicrobial Functionality, Advanced Materials Technologies (2017). DOI: 10.1002/admt.201600084 




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