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물에 녹는 3D 프린팅 PCB


 

(Image credit: Zeyu Yan, et. al. / DissolvPCB: Fully Recyclable 3D-Printed Electronics with Liquid Metal Conductors and PVA Substrates)

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인류는 처치 곤란한 쓰레기를 대거 생산하고 있습니다. 플라스틱이 가장 대표적이지만, 그외에도 eWaste라고 불리는 전자 쓰레기도 처치 곤란하기는 마찬가지입니다. 현대적인 전자 시스템은 PCB (Printed Circuit Board) 보드 위에 여러 개의 부품들을 계획 도시처럼 정교하게 배치하기 때문에 이를 손상 없이 떼어내서 희토류를 포함한 유용한 물질을 다시 회수하기가 쉽지 않습니다. 열을 가해서 분해할 경우 정교한 부품들이 훼손될 가능성이 있고 화학 물질로 용해하는 경우에도 독성 문제가 있습니다.

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따라서 과학자들은 고온처리나 화학 약품 없이 물만으로 녹일 수 있는 용해성 PCB를 개발하고 있습니다. 어차피 전자 부품은 물이 들어가면 심한 손상을 입을 수 있기 때문에 물에 녹는다는 것이 큰 단점은 되지 않습니다. 그보다는 독성이 있는 화학 약품 없이도 안전하게 부품을 회수할 수 있다는 장점이 더 크게 부각될 수밖에 없습니다.

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이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/223432026626

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메릴랜드 대학, 조지아 공대, 노트르담 대학 (University of Maryland, Georgia Tech, and the University of Notre Dame)의 과학자들은 물에 용해되는 PCB인 DissolvPCB를 개발했습니다. 기존에 개발되었던 용해성 PCB와 가장 큰 차이점은 매우 쉽게 3D 프린터로 보드를 제작할 수 있다는 점입니다.

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이 3D 프린팅 보드는 polyvinyl alcohol (PVA)소재로 보드를 출력한 후 여기에 갈륨 인듐 공융 (eutectic gallium-indium (EGaIn)) 액체 금속을 출력해 굳히는 방식으로 제작됩니다. 그리고 섭씨 22도의 물에 그냥 두면 36시간 후, 섭씨 90도에서 물을 저어줄 경우 1시간 후 PVA와 EGaln 소재를 99.4%와 98.6% 회수해 다시 3D 프린팅 잉크로 사용할 수 있습니다. 따라서 영구적으로 사용하지 않고 한 번 만들고 버리는 연구 개발용 보드 제작에 최적화된 방식이라고 할 수 있습니다.

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DissolvePCB의 또 다른 장점은 프리 CAD 플러그인을 제공해서 개발자가 하나씩 수작업으로 PVA 보드에 맞게 디자인을 바꾸지 않고 간편하게 보드를 디자인할 수 있다는 것입니다. 성능 면에서는 5A의 전류를 감당할 수 있어 USB 규격의 전력을 충분히 처리할 수 있습니다. 또 10MHz 이상의 주파수에서도 작동이 가능합니다.

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물론 우리가 흔히 사용하는 스마트폰이나 PC의 메인보드를 재활용 가능한 소재로 만들기 위해서는 아직도 가야할 길이 먼 게 사실입니다. 하지만 결국은 가야할 길이라고 생각합니다.

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참고

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https://www.tomshardware.com/3d-printing/3d-printed-pcb-made-with-pva-and-liquid-metal-is-fully-recyclable-dissolves-and-separates-when-immersed-in-water-allowing-for-later-re-use

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https://arxiv.org/abs/2507.22193

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