R&D Story

유리 3D프린터 개발 배경

1. 유리 3D프린터는

  • 일반적인 세라믹 3D 프린팅은 디지털 디자인 데이터를 이용, 세라믹 소재를 적층하여 성형체를 제조하고, 열처리를 거쳐 3차원 세라믹 부품을 만드는 공정인 반면, 유리 3D 프린팅은 성형체 제조, 탈지, 소결 등의 단계를 거치지 않고, 직접 디지털 디자인 데이터가 3차원 세라믹 부품으로 출력될 수 있는 공정이다.

  • 현존하는 다양한 3D프린팅 기술중 유리 용융증착형(FDM) 방식은 재료압출식에 해당하며, 소재의 성능 개선을 요구받는 기존 금속 및 고분자를 대체할 수 있는 분야에 유용하다. 특히, 치기공물, 임플란트, 정형용품, 반도체 등 인체 경조직 대체 및 재생을 목적으로 하는 개인맞춤형 의료용 세라믹 3D 프린팅 소재 및 기술에 잠재력이 크다.

  • 유리 3D 프린팅 기술을 바탕으로 복잡형상 세라믹 구조체 제작이 가능하므로 전통 및 첨단 세라믹 산업의 혁명적인 고도화가 가능하다.

2. 개발이유 및 필요성(시급성)

  • 기존의 핵심 세라믹 부품의 생산 공정은 대량 단일품종 시스템이 대부분으로 생산단가에는 유리하나 설계 및 디자인에 제약을 가져와, 미래 핵심산업에 대응하기 위하여 효율을 극대화시킬 수 있는 복잡형, 맞춤형 세라믹 제품에는 매우 취약하다.

  • 세라믹소재의 활용이 기대되는 핵심 산업 중에 특히 인공치아 등 생체 소재 분야는 가까운 미래에 가장 부가가치가 높아질 것이라 예상되는 시급성을 가진 분야이며, 이에 대응하는 효율이 극대화된 부품을 제조하기 위해서는 복잡화, 기능 맞춤화에 특화된 유리 3D 프린팅 공정을 적용하는 것이 절대적으로 필요하다.

  • 3D 프린터 기술의 핵심 원천특허들이 잇따라 만료되면서 장비 가격 하락 및 제품 활성화 기대. 미국, 독일 등 주요 장비 제조기업 이외에도 후발 주자들의 연구개발과 특허 기술 확보 움직임이 활발하다. 때문에 뮤토랩스는

3. 기술 차별성(특별한 이유)

  • 인공치관 및 3D 프린터 공정을 함께 고려한 유리 조성 개발, 연속적인 소재 공급을 위한 유리 필라멘트 제조기술 개발, 유리 필라멘트 용융이 가능한  1000℃급 프린터 헤드 개발, 고온 헤드부에서 방출되는 고열을 고려한 프린터 프레임 및 구동부 설계 및 제작이 핵심 기술이며, 이전에는 시도된 적이 없는 기술이다.
  • glass 3D 프린팅 기술은 재료압출방식(FDM)에 기반을 두지만, 압출되는 소재가 용융 유리이며, 이를 위해 1000℃ 이상의 온도 유지가 가능한 프린터 노즐 제조가 필요하다는 것에서 기존 방식과 차별성이 존재한다.
  • 이러한 3D 프린팅 기술을 통해 일반적인 인공치관 제작공정인 리튬 디실리케이트 열가압공정의 단점을 극복할 수 있어 공정의 혁신성에 있어 차별성이 존재한다.(치아시장일 경우)

4. Microfluidic Chip(Lab on a chip) 이란?

 바이오칩(Biochip)이란?

  • 바이오칩은 DNA, 단백질, 항체 등의 생체물질을 유리, 실리콘, 고분자 등의 작은 기판 위에 집적화한 초소형칩으로 생물학적 정보를 얻거나 생화학 반응 속도를 높이는 생체정보 감지소자
  • 제조 기술에 따라 ① 마이크로어레이(Microarray)와 ② 마이크로플루이딕스(Microfluidics)로
    나눌 수 있음
  • 마이크로어레이는 DNA나 단백질 등을 일정 간격으로 배열하여 붙이고, 분석 대상 물질을 처리하여 그 결합 양상을 분석할 수 있는 바이오칩을 말하며, DNA칩, 단백질칩 등이 있음

마이크로플루이딕스칩(랩온어칩)이란?

  • 마이크로플루이딕스칩은 ‘Lab-on-a-Chip’ 이라 불리기도 하는데, 생화학 실험실의 각종 구성요소를 미세화(scale down)하여 하나의 칩에 구현함으로써기존에 실험실에서 다양한 장비를 이용하여 전문가만이 수행할 수 있었던 분석이나 실험을 하나의 소형화된 칩에서 자동으로 수행될 수 있도록 하는 장비

마이크로플루이딕스(랩온어칩)의 장점은?

  • 고가의 장비와 숙련된 전문가를 갖춘 대형기관에서만 가능하던 실험이 랩온어칩을 활용하면 미량의 시료를 사용하여 수 ㎠ 정도(길이 1-10cm, 두께 0.5-5mm)의 칩 위에서 일련의 과정을 모두 일어나게 하기 때문에 분석 비용과 검사 시간이 절감되고 전자동 분석을 통하여 실험의 정확성과 효율이 향상 가능하며, 현장 진단에서 직접 사용할 수 있다는 점에서 그 파급효과가 매우 큼신약개발시, 랩온어칩 기반 플랫폼의 위치가 점점 중요해질 것

5. 기술동향

유리 3D프린팅 기술과의 접목

  • 랩온어칩은 실리콘고무(PDMS; Polydimethylsilane), 실리콘, 아크릴, 유리 소재로 제작됨
  • 유리칩은 생체 샘플과 반응하지 않는다는 안정성이 높은 소재로 활용도가 높은 소재이나 제작시 2차원적 관(pipe)만 제작가능하다는 한계로 제한적으로만 활용됨
      – 유리소재 장점 : 대부분의 생체조직에 가능, 투명성, 압력 저항성
  • 유리3D프린팅 기술과 접목시킬 경우 사용자가 원하는 대로 3차원적 설계 및 제작이 가능
  • 실리콘 소재의 경우 클린룸 환경에서만 제조가 가능하여 높은 제작단가 나타냈으나 유리 3D프린팅 도입시 클린룸 조성이 필요없어짐으로 혁신적인 제작단가 절감이 가능함

시험성적서

경기과학기술대학교 시험성적서

한국산업기술시험원 시험성적서

한국산업기술시험원 시험성적서

한국산업기술시험원 시험성적서

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