3D 프린팅의 센서 및 전자부품응용
작성자 : nhk2050 분류 : 연구개발 | IT 작성일 : 2018.02.23 10:59:16 조회 : 837 키워드 : 4차산업혁명,3D프린팅,센서응용,전바부품응용
(질문배경)
3D 프린팅 기술은 AM(Additive Manufacturing Technology)을 기반으로 한층 한층 재료를 적층하여 구조물을 제작하는 방식이다. 3D 프린팅 기술은 다양한 산업 분야에서 쟁점으로 대두되고 있으며, IRS Global이나 Wohlers Associates와 같은 회사들의 보고서에 따르면 이미 200여 개에 달하는 3D 프린터 모델들이 출시·판매되고 있다. 3D 프린팅 기술은 앞으로 10년 이내 100억 달러 이상 규모의 시장을 형성할 것으로 예측하고 있다. 이러한 3D 프린팅 기술은 메크로 스케일의 제품뿐 아니라 나노/마이크로 스케일에서도 활용되고 있으며, 그 실례를 살펴보자.
(3D 프린팅 유연 촉각센서 및 적용 장치 )
(3D 프린팅의 센서응용)
최근 바이오기술 중 중요한 영역으로 각광 받고 있는 분야로 랩온어칩을 들 수 있다. 랩온어칩은 말 그대로 생물학, 화학 실험실의 구성 요소를 미세화하여 하나의 칩 형태로 구현하는 것이다. 랩온어칩을 사용하면 미량의 생체 시료 및 시약을 사용함으로써 분석의 효율성 및 정확성을 증대할 수 있으며, 또한 하나의 단일 세포에 생물학적 화학적 반응을 유발하여 그 결과를 검출할 수 있도록 하여 나노 바이오 기술의 발전에 중요한 역할을 할 도구이다. 그리고 랩온어칩은 마이크로 스케일의 구조물이기 때문에 3D 프린팅 기술의 하나인 SLA를 통하여 제작되었다. 최근 로봇 기술의 발달로 여러 분야에 걸쳐 로봇기술들이 적용되고 있다. 많은 로봇기술들이 인간과 같은 방식으로 작동하기 위해서는 외부자극, 온도, 시각데이터, 후각 등의 여러 가지 외부 자극을 수용할 수 있는 장치들이 필요하다. 그중 사람의 피부와 같은 작용을 하기 위해서는 로봇의 손 부분에 외부자극을 수용할 수 있는 센서장치들이 필요하다. 로봇용 유연 촉각 센서는 사람의 피부와 유사한 형태로 제작하여야 한다. 로봇의 손에 장착하기 위해서는 신축성이 포함된 촉각센서가 필요로 되고 있다. 이러한 신축성이 포함된 촉각 센서를 개발하기 위해 먼저 센서 부분을 제작하는 시스템의 개발과 외부 자극을 효과적으로 받아들이기 위한 장치가 필요로 하다. 유연 촉각 센서 제작 시스템 역시 3D프린팅 기술을 활용하여 센서를 제작하였다. 센서의 소자는 선폭이 500~700마이크로 미터로 제작 되었다.
(3D 프린팅의 전자부품응용)
신속하고 저렴하게 3D 프린트 전기회로에 대한 제조방법이 개발되었다. 이 기술은 딱딱하거나 유연한 재료에 임의의 모양의 도체를 인쇄하는 기술이다. 나노 입자의 잉크를 잉크젯 기술로 프린트하여 화학적 금속입자를 분사하고, 열로 인해 시간이 적게 걸리도록 실버나노 입자 잉크를 사용하여 프린팅 하는 기술이다. 이 기술로 전자부품에 응용이 가능하고, 학교에서 저 비용으로도 학생들에게 기본 전자의 원리를 학습할 수 있다. 그리고 이러한 회로 인쇄 기술을 이용하여 계산기, 온도제어기, 배터리 충전기 등의 전자장치들을 3D 프린트 기술로 제작할 수 있다. 최근 자동차, 전자제품 등의 제조 시장은 신제품이 빠르게 개발되고 출시를 위하여 시제품 제작 시 3D 프린팅 기술이 많이 사용되고 있다. 적은 비용으로 시제품 제작이 가능해지면서 수요나 요구사항에 신속하게 대응하면서 제품 생산이 가능하다. 3D 프린트 기술의 다양한 방식 중에서 대부분은 단일 재료를 적층하여 형상을 조형하는 방식이다. 이와 달리 3D Molded Interconnect Devices(3D- MIDs) 기술은 사출 성형으로 제작한 플라스틱 부품의 표면에
전도성 회로 패턴을 포함시킬 수 있다. 이 기술을 적용하면 기판과 기계 및 전기 부품을 통합시킬 수 있으므로 기존 부품 생산 공정은 사출성형 후 기판 조립 및 배선을 연결함으로써 시간, 비용, 인력이 많이 요구되었지만 이 기술을 이용하게 되면 이러한 단점을 보완할 수가 있다. 이러한 단점을 보안할 경우 조립의 공정수가 감소될 뿐 아니라 부품의 신뢰성 또한 향상될 것으로 예상된다.
( 3D 프린팅 크루즈 컨트롤 스위치)
Tip
3D printing 기술은 기존의 산업적 응용을 넘어서 현재 제조업의 혁명을 가져올 차세대 기술인 3D 프린팅의 센서 및 전자부품응용을 알아 두자.
<참고자료>☞ 본문 답변과 관련된 사이트, 문헌자료
www.3dpkorea.co.kr/wp-content/uploads/2015/11/ksme-3dprinting.pdf
<전문용어>
3D printing 기술, 센서, 전자부품응용