일본산업뉴스요약

3D조형 수지제품 표면을 매끄럽게
와세다대, 노즐을 통해 용제(溶劑) 분사, 강도 향상

와세다대학의 우메즈(梅津) 교수와 대학원생인 다카기시(高岸) 씨 연구팀은, 3D(3차원) 프린터로 만든 수지제품의 표면이 매끄럽지 못한 점을 개선하여, 평평하고 매끄럽게 만드는 기술을 개발하였다. 제품의 모양에 따라 노즐을 움직여, 노즐 끝에서 소량의 용제를 분출하여 표면을 녹인다. 모양이 매끄러워 지고 강도도 세진다. 제품의 시작(試作)이나 주문품 가공에 응용할 수 있을 것으로 전망하고 있다.

개발한 장치는 ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene)수지를 가열하여 필라멘트 상태로 사출(射出)하여, 소용돌이를 그리듯이 목적한 모양이 되도록 적층(積層)하는 범용 3D프린터에 사용한다. 이 타입은 저비용으로 자유로운 입체 형태를 만들 수 있다는 이점이 있다. 그러나 필라멘트와 필라멘트를 서로 연결하는 부분이 홈으로 되어 있어 외관상 보기 좋지 않았고, 강도도 약하다는 문제가 있었다.

기존의 3D프린터에 유기 용제를 분출하는 노즐을 갖췄다. 제품 받침대와 노즐을 붙인 로봇 팔을 프로그램으로 제어하여, 복잡한 형태를 한 제품의 표면에 따라 노즐의 끝을 이동시킨다.

노즐의 끝에는 부드러운 펠트(Felt) 칩을 부착하여, 안에서 용제인 아세톤이 스며 나오도록 하였다. 아세톤이 표면의 ABS수지를 녹임으로써, 표면을 매끄럽게 가공할 수 있다.

아세톤은 ABS수지의 3개 성분 중 유기물인 Acrylonitrile(A)와 Styrene(S)를 녹인다. 합성 고무 원료인 Butadiene의 골격을 유기물이 코팅하는 형태로, 단단하면서 광택이 있는 완성품으로 만든다.

노즐을 제품 표면에서 8회 왕복시킨 결과, 깊이 약 80㎛(마이크로는 100만 분의 1)였던 홈이 약 4분의 1인 20㎛까지 줄어서 표면 감촉도 평평해 졌다.

표면을 줄칼로 연마하는 기존의 방법은 재료의 일부를 낭비하게 된다. 이번에 개발한 방법은 부스러기가 발생하지 않아 재료를 유효하게 이용할 수 있다. 또한 미세한 홈이 유기물로 채워지기 때문에 제품의 내구성도 향상한다. 두께 4㎜의 얇은 판을 3D프린터로 제작하여, 이번에 개발한 기술로 표면을 평평하고 매끈하게 만들어 보았다. 그 결과 가공하지 않은 판보다 강도가 2배 높아진다는 사실을 확인할 수 있었다.

3D프린터는 저비용으로 복잡한 모양의 물체를 만들 수 있으며, 상품이나 공예품 시작(試作), 모형이나 완구 등의 주문 제작의 소규모 제조 등에 이용되고 있다. 연구 그룹은 프린터 제조업체와 연계하여 개발을 추진, 3D프린터의 새로운 기능을 실용화한다는 계획이다.

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