[고든 정의 TECH+] 3D 프린터로 영구 자석 출력 (영상)

3D 프린터 기술은 초창기 플라스틱 소재 등 비교적 출력이 쉬운 소재 중심으로 발전했으나 현재는 금속, 세포(바이오)는 물론 더 다양한 소재를 3차원적으로 출력하는 기술로 발전하고 있습니다. 그에 따라 3D 프린터 기술의 응용범위 역시 커지고 있습니다.

최근 미국 에너지부 산하의 오크 리지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory)의 과학자들은 네오디뮴 철붕소(NdFeB) 소재를 3D 프린터로 출력했다고 발표했습니다.

오크 리지 국립연구소의 BAAM(Big Area Additive Manufacturing) 장치를 이용해서 65% NdFeB 분말과 35% 폴리아마이드 소재를 이용해 적층 공법으로 사진에 보이는 자석을 출력한 것이죠. 제조 직후의 자성 소재는 바로 자기장을 띄지 않기 때문에 이런 방식으로도 제조할 수 있습니다.

3D 프린터로 출력한 영구 자석의 가장 큰 장점은 원하는 모양과 크기로 출력할 수 있다는 점입니다. 이미 네오디뮴 소재의 영구 자석은 수많은 전자 기기에 사용되고 있지만, 복잡한 3차원적인 모양을 가진 부품을 빠르게 제조하는 일은 쉽지 않았습니다. 3D 프린터를 이용하면 크기와 모양에 구애받지 않고 다양한 형태의 자석을 제조할 수 있게 될 것입니다.

두 번째 장점은 네오디뮴 같은 귀한 원소를 절약할 수 있다는 것입니다. 우선 큰 덩어리를 제조한 후 여기서 필요 없는 부분만 제거하는 방식을 사용하지 않기 때문에 중간에 소실되거나 낭비되는 소재 없이 제조할 수 있습니다.

연구팀은 이를 통해서 작고 강한 자석이 필요한 여러 분야에서 제조상의 혁신을 끌어낼 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

하지만 상용화를 위해서 추가 연구가 필요합니다. 출력한 3D 프린터 자석은 자성을 띄게 하는 착자(Magnetization) 과정을 거쳐 자석이 됩니다. 그런데 현재 기술로는 등방성 자석(isotropic magnet·모든 방향으로 자성을 가진 자석)밖에는 만들 수 없습니다. 특정 방향으로 강한 자성을 지닌 이방성 자석(anisotropic magnet)은 자기적 특성이 우월하지만, 지금 기술로는 3D 프린터 출력이 어려운 것이죠. 앞으로 연구 목표는 강한 자성을 지닌 이방성 자석을 3D 프린터로 출력하는 것입니다.

이와 같은 시도가 성공할 경우 앞으로 3D 프린터의 응용범위는 더 커지게 될 것으로 보입니다. 연구팀은 이 기술의 상용화를 위해서 노력하고 있습니다. 그 결과가 주목됩니다.



고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com