3D 프린터로 형상 기억 폴리머 출력하기

(In this series, a 3-D printed multimaterial shape-memory minigripper, consisting of shape-memory hinges and adaptive touching tips, grasps a cap screw. Credit: Qi (Kevin) Ge)

3D 프린터로 출력한 말랑말랑한 물체가 온도에 따라 본래의 모습으로 돌아가는 장면을 상상하면 공상과학 영화 같지만, 실제로 가능한 일입니다. MIT와 싱가포르 공대(Singapore University of Technology and Design (SUTD))의 연구자들은 형상 기억 폴리머 (shape-memory polymer)를 3D 프린터를 이용해서 출력했습니다. 따라서 이 출력물은 특정온도에서 본래 출력했던 모습으로 돌아갑니다. 이를 4D 프린터라 부릅니다.

연구팀이 개발한 4D 프린터는 본래 길이의 10배까지 늘어날 수 있는 신축성을 지니고 있으며 머리카락 굵기만큼 미세한 구조물을 만들 수 있습니다. 예제로 출력한 미니 에펠탑은 동전 위에 전체를 올릴 수 있을 만큼 정교한 미세 구조를 지니고 있으면서 본래 모습으로 돌아가려는 성질도 같이 가지고 있습니다. 또 작은 발톱 구조물을 이용해서 작은 나사를 잡거나 하는 행동을 하도록 할 수 있습니다.

본래 형태로 돌아가려는 온도는 대략 섭씨 40도에서 180도 정도로 온도에 따라 다양한 응용 - 인체에 적용되는 스마트 디바이스나 의료기기, 뜨거운 물을 이용해서 본래 형태로 만드는 도구, 소프트 로봇 등 - 이 가능할 것으로 기대하고 있습니다.

(Credit: Massachusetts Institute of Technology)

(A shape-memory Eiffel tower was 3-D printed using projection microstereolithography. It is shown recovering from being bent, after toughening on a heated Singapore dollar coin. Credit: Qi (Kevin) Ge)

아직은 널리 사용되는 분야가 없지만, 아무튼 3D 프린터로 출력한 미세 구조물이 이렇게 독특한 성질을 가졌다는 것 자체로 흥미로운 것 같습니다. 앞으로 여러 분야에서 활용되기를 기대해 봅니다.

참고

Qi Ge et al. Multimaterial 4D Printing with Tailorable Shape Memory Polymers, Scientific Reports (2016). DOI: 10.1038/srep31110

http://phys.org/news/2016-08-d.html#jCp

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