화학연 연구진이 내부 그물 구조가 느슨한 황 플라스틱 소재 기반 4D 프린팅 기술을 개발했다. 화학연 제공국내 연구진이 정유공장에서 버려지는 황을 활용해 스스로 움직이고 재활용까지 가능한 순환형 4D 프린팅 기술 개발에 성공했다.
한국화학연구원 김동균 박사와 한양대 위정재 교수, 세종대 김용석 교수 공동연구팀은 황 고분자로 온도·빛·자기장에 반응하는 4D 프린팅 기술을 세계 최초로 개발했다고 4일 밝혔다.
정유공정에서는 다량의 '황 부산물'이 발생하지만 막대한 양의 황을 단순한 폐기물이 아닌 새로운 자원으로 활용할 수 있는 신기술 개발이 절실한 상황이다.
이런 문제의 해결책으로 주목받는 것이 '황 플라스틱'이다. 이 소재는 버려지는 황 부산물을 고부가가치 자원으로 재활용할 수 있는 대표적인 자원순환 소재로 주목받고 있다.
하지만 황 플라스틱은 복잡한 모양을 만드는 3D 프린팅 기술에 적용하기가 매우 어려웠다. 소재 내부가 너무 촘촘하게 그물처럼 얽혀 있는 구조 탓에, 유동성이 낮아 노즐을 통해 정교하게 뽑아낼 수 없다.
연구팀은 내부 그물 구조를 느슨하게 설계해 복잡한 모양도 손쉽게 프린팅할 수 있는 새로운 황 플라스틱을 개발했다.
특히, 황 플라스틱의 황 함량과 그물 구조를 정교하게 조절해 온도나 빛 같은 자극에 모양이 변하는 '형상기억'이 가능한 '4D 프린팅' 기술을 개발했다.
또 특수 레이저를 8초간 비추면, 에너지가 소재 내부의 결합을 순간적으로 끊었다가 다시 이어주는 '용접' 역할을 한다. 이를 통해 접착제 없이도 조각들을 단단하게 붙일 수 있으며, 마치 레고 블록을 조립하듯 정교하고 복잡한 4D 구조물을 출력할 수 있다.
연구팀은 또 황 플라스틱에 철가루를 20% 혼합해 별도의 동력 없이도 움직이는 1cm 이하 크기의 '소프트 로봇'도 개발했다.
이번 기술의 핵심은 '순환형 제조'의 실현이다. 제작된 4D 구조물은 사용 후 다시 녹여 프린팅 원료로 100% 재사용할 수 있어 완벽한 자원 순환이 가능하다.
화학연 김동균 박사는 "이번 연구는 산업 부산물인 황을 첨단 로봇 재료로 업사이클링한 최초의 사례로, 스스로 움직이고 재활용까지 가능한 스마트 소재는 미래 소프트 로봇 및 자동화 산업의 핵심 동력이 될 것"이라고 말했다.