미국 캘리포니아주 실리콘 밸리(Silicon Valley)에 있는 카본3D(Carbon3D)사는 지난 25년간 3D 프린팅 기술이라고 일컬어온 적층형 방식을 고사하고, 액체 배지에서 연속적으로 물체를 만드는 새로운 기술을 제시하였다. 2015년 3월 20일자 사이언스(Science)지 표지에 선정된 본 기술은 기존의 방식보다 25~100배 빠른 속도로 즉시 이용 가능한 제품을 생산할 수 있으며, 기존 기술로 구현하기 불가능하였던 형상을 만들 수 있게 함으로써 건강, 의학 분야뿐만 아니라 자동차, 항공과 같은 주요 산업에 혁명을 불러올 것으로 기대된다.
노스캐롤라이나 대학교, 채플-힐 캠퍼스(UNC-Chapel Hill) 화학과 및 노스캐롤라이나 주립대학교 (N.C. State) 화학공학과 교수인 요셉 M. 데시몬(Joseph M. DeSimone)은 현재 카본3D사의 최고경영자(CEO)이다. 획기적인 본 기술의 공동 개발자는 카본3D사의 최고기술경영자(chief technology officer, CTO)를 역임하고 있는 알랙스 에르모쉬킨(Alex Ermoshkin)과 UNC 화학과 교수인 에드워드 T. 사물키(Edward T. Samulski)이다. 현재 안식년을 맞이한 데시몬 교수는 UNC와 NCSU의 대학원생들이 본 기술을 이용하여 재료과학 및 약물전달 분야에 대한 연구를 수행할 수 있도록 새로운 기회를 제공함과 동시에, 본 기술을 상용화하기 위하여 연구에 매진하고 있다.
CLIP(Continuous Liquid Interface Production)라고 불리는 “연속적인 액체 계면 생산방식”의 본 기술은 지난 몇 십 년간 알려져 온 3D 프린팅 방식인 적층형 기법 대신에, 빛(자외선)과 산소를 조절하여 액체 배지 속에서 직접 물체를 융합하는 광화학 방식을 이용한다. 새로운 3D 프린팅 방식이 역사상 최초로 도입되었다. 본 기술의 작동 방식은 액체 배지 속에 산소가 투과되는 윈도우를 설치하고, 상기 윈도우를 통해 조사되는 빛을 이용하는 것이다. 즉, 산소는 액체가 응고되지 않도록 하는 역할을 하고 자외선은 액체 배지를 경화시키는 역할을 한다. 빛과 산소를 동시에 조절하여 액체 상태의 수지를 고체로 직접 경화시킴으로써 상업적으로 사용 가능할 정도의 제품을 생산하게 되는데, 생산된 제품의 오차 범위는 종이 두께의 1/4 수준인 20 마이크로미터(10-6 m) 내외의 정밀도를 가진다.
“3D 프린팅 기술에 대한 화학적, 물리적 절차를 뒤로 하고, 모든 관점을 다시 생각함으로써, 우리는 새로운 기술을 개발할 수 있었다. 액체에서 곧바로 제품을 생산할 수 있는 본 기술은 기존의 “성장형”이라는 전통적인 방식에 비해 엄청나게 빠르게 제품을 생산할 수 있다”고 본 기술에 대해 2015년 3월 16일 밴쿠버(Vancouver)에서 열린 테드(TED: Technology, Entertainment, Design) 토크, 오프닝 세션(opening session)에서 데시몬 교수는 말했다.
UNC와 카본3D사 사이의 연구협정을 통해, 연구팀은 개발한 기술에 적합한 새로운 물질을 찾는 동시에 보다 진보적인 기술적 도약을 현재 추구하고 있다. CLIP 기법은 탄성중합체, 실리콘, 나일론계 물질, 세라믹 및 생분해성 물질을 포함하여 획기적인 특성을 가지는 3D 구조물 만드는데 사용하는 광범위한 물질들에 모두 적용 가능한 기술이다. 뿐만 아니라, 재료 과학 분야에서 추가적으로 연구를 해야 할 가치가 있는 획기적인 물질을 합성하는데도 본 기술이 일조할 것으로 기대한다.
데시몬 교수 연구실의 대학원생이자 본 논문의 공동저자인 리마 자누스지에위츠(Rima Janusziewicz)와 애쉴리 R. 존슨(Ashley R. Johnson)은 약물전달 및 다른 분야에 획기적으로 응용하기 위해 연구를 수행 중이다. “새로운 물질을 이용하는 것에 더하여, 우리는 CLIP 기법을 이용하여 기존의 기술로는 결코 성취할 수 없었던 일을 가능하게 할 것으로 기대한다. 예를 들어, 특정 환자에게 꼭 맞는 맞춤형 심장 스텐트와 같은 특별한 형상을 가지는 물체를 튼튼하게 만들 수 있다. 이제 우리는 CLIP 기법을 이용하여 3D 폴리머 물체를 만드는데 몇 시간, 몇 일이 아닌 단 몇 분만에 제작할 수 있게 되었다. 추가적인 기술 개발을 이루면, 향후 몇 년 내로 개인맞춤형 관상동맥 스텐트, 치아 임플란트, 의족, 의안, 의치 등의 인공기관 등을 의료기관의 필요에 따라 3D 프린트로 제작하는 일도 불가능한 일은 아니라고 생각한다”고 데시몬 교수는 말했다.
2015년 UN(United Nation)은 세계 빛의 해(International Year of Light and Light-Based Technologies)를 지정했으며, CLIP 기법은 이와 동시에 선보인 기술로 빛과 관련된 중요한 과학적 연구성과로 그 의미가 더한다.(KISTI 미리안 「글로벌동향브리핑」)

▲ 그림설명: 새로운 3-D 기술은 빛(자외선)과 산소를 융합하여 매우 빠르고 정확한 3-D 프린팅을 가능하게 한다.     © 특허뉴스

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