재료연구소·한동대, 금속-반도체 융합 적층 제조기술 개발

유지훈 박사-정임두 교수 공동 연구팀 결실

세계 최초로 금속 부품의 초연결 시대 열어

[창원=뉴시스] 재료연구소 유지훈(왼쪽) 3D프린팅소재연구센터장과 한동대학교 정임두 기계제어공학부 교수.(사진=재료연구소 제공) [email protected]

[창원=뉴시스] 홍정명 기자 = 경남 창원 재료연구소(소장 이정환)는 분말세라믹연구본부 3D프린팅소재연구센터장 유지훈 박사 연구팀이 한동대학교 기계제어공학부 정임두 교수 연구팀과 함께 SLM(선택적 레이저 소결) 기반 3D 프린팅 기술로 금속과 반도체가 융합된 지능형 금속 부품 제조에 성공했다고 29일 밝혔다.

공동 연구팀이 개발한 '지능형 금속 부품 제조 기술'은 고온의 금속 제조 공정 중 마이크로프로세서 등의 반도체 칩을 3D 형상 금속 부품 내부의 원하는 위치에 삽입해 제조할 수 있는 기술로, 재료연구소는 세계 최초라고 강조했다.

재료연구소에 따르면, 기존의 금속 부품 제조 공정인 주조와 같은 공정은 금속이 녹을 정도의 고온 공정으로, 반도체와 같은 ICT(Information and Communications Technologies, 정보통신기술) 부품을 공정 중간에 적용하는 것은 거의 불가능했다.

마이크로·나노 분말 형태로 비교적 저온에서 소결을 통해 금속 부품을 제조하는 '분말야금' 공정 또한, 장시간의 부품 소결로 인해 반도체가 모두 열에 의해 파손되거나 기능을 상실하는 등 근본적인 문제를 안고 있었다.

[창원=뉴시스] 경남 창원 재료연구소 분말세라믹연구본부 3D프린팅소재연구센터장 유지훈 박사 연구팀과 한동대학교 기계제어공학부 정임두 교수 연구팀이 공동으로 개발한 '금속-반도체 융합 적층 제조기술' 원리.(사진=재료연구소 제공) 2020.06.29. [email protected]

그러나 재료연구소 공동 연구팀은 고출력 레이저를 통한 금속 3D프린팅 공정 시 반도체 부품 삽입 위치에 열보호 형성층을 통해 레이저의 직접적인 조형을 회피하는 방법으로, 스테인리스, 티타늄, 초내열 금속 등 현재 많이 쓰이고 있는 대부분의 금속 소재 부품 내부의 일부가 IC칩으로 구성되게 하는데 성공했다.

기존의 금속 부품 내부 상태 관측을 위한 기술은 대부분 광섬유 형태의 온도 또는 압력센서 적용에만 국한되어 왔다.

하지만, 이번에 개발된 금속-반도체 융합기술은 현존하는 다양한 센서, 마이크로프로세서, 블루투스·와이파이 모듈 등의 ICT 또는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷기술) 기술과 금속 부품이 융합할 수 있도록 하는 기술을 세계 최초로 구사한 것이다.

[창원=뉴시스] 진동·온도 센싱 및 블루투스 칩을 활용한 금속 부품 실시간 상태 관측.(사진=재료연구소 제공) 2020.06.29.  [email protected]

이 기술을 통해 스마트 공장과 같이 대부분 금속으로 이뤄진 장치를 물리적 분해나, 접촉, 확인 없이 금속 상태 데이터를 통해 원거리에서도 정밀 분석 또는 예측이 가능해져, 조선, 자동차, 국방 산업 등 금속으로 이뤄진 기존 기계시스템의 초연결화 및 지능화가 가능해질 것으로 기대된다.

이번 연구 성과는 재료연구소의 주요사업 지원을 받아 수행됐으며, 최근 제조 부문의 JCR(Journal Citation Report) 랭킹 세계 최고 학술지인 애디티브 매뉴팩쳐링(Additive Manufacturing) 지에 게재됐다.


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