Fig. 1. 3D 프린팅공정의일반적인 Process Flow 3D 프린팅기술은기본적으로 3 차원디지털모델을기반 으로한다. 3 차원디지털모델은 CAD 를통해생성되기 도하며, 디지털스캐너를통해획득되기도한다. Fig. 1 은 3D 프린팅공정의일반적인 Process Flow

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가희 순
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1 2016 년 6 대세라믹기술상콘테스트 글 _ 윤범진전자부품연구원 1. 서론비금속무기재료를통칭하는세라믹소재는경질성, 내마모성, 내식성, 내열성이뛰어난장점을가지고있으나, 고유의단점인취성과결부되어긴공정시간및높은가공비용을필요로한다. 세라믹제품공정에서가공비용은심한경우세라믹제품제조에필요한전체비용의 80% 이상을차지하기도하여복잡형상세라믹제품의산업적제조를현실적으로불가능하게하고, 세라믹소재의적용분야를한정시키는결정적요인으로작용해왔다. 산업화수준의기술개발및보급이가속화되고있는 3D 프린팅 (ASTM 용어로는적층가공 (Additive manufacturing, AM)) 기술은고분자와금속재료용으로는많은발전이되어왔으나, 세라믹 3D 프린팅은상대적으로발전이더디다. 높은녹는점, 탈지및소결과정의필요성등이세라믹 3D 프린팅기술발전을더디게해왔던주된요인이나, 최근이를극복하려는시도가시작되고있다. 3D 프린팅기술자체는통상 1 ~ 5,000 개의개수를갖는제품제작에의미있는기술로알려져있으나, 세라믹 3D 프린팅기술은이러한 규모 적제약과는별도의경제적, 기능적의미를갖는다. 우주항공, 자동차, 철도, 선박해양, 바이오구조물등은세라믹부품및제품사용시획기적인성능향상혹은기능성부여가기대되지만세라믹제품생산성제약으로금속, 고분자, 복합물등의재료를사용하는경우가많은고부가가치산업이다. 예를들어, 자동차엔진을세라믹으로제작할경우, 작동온도 및압축비를높이고냉각기를축소혹은제거할수있어, 현행알루미늄합금엔진대비 50% 이상의효율향상및환경오염물질 ( 미세먼지, 질소산화물, 이산화탄소 ) 배출을 1/5 까지낮출수있다 1). 하지만, 기존의세라믹제품생산기술로는높은공정비용과낮은생산성으로인해세라믹재료적용제약이심하다. 세라믹 3D 프린팅기술을통해복잡한형상의세라믹제품제조를가능하게하고, 공정비용절감을이룬다면, 앞서서술한분야에서금속재료들을세라믹재료로대체할수있으며, 획기적인성능향상, 새로운기능부여및추가적인부가가치창출이가능하다. 본고에서는, 이러한세라믹 3D 프린팅기술에대해간략히요약하고, 아직은시작단계인세라믹 3D 프린팅기술의개발동향에대해소개하고자한다. 2. 본론 2.1 3D 프린팅기술분류 - 세라믹소재의관점 3D 프린팅, AM에대한개념정립은 2009년 ASTM이기존의 rapid prototyping 개념을보완확장하여 additive manufacturing으로정립하였으며, 가공을통해원소재에서제거하는방식 (Subtractive Manufacturing) 과는대조적으로, 3차원모델데이터로부터제품을한층한층 (Layer-by-layer) 쌓아가는방식으로제조하는공정기술 로정의된다. 3차원모델에서각층의요소로나누는미분과정은 3D 프린팅방식에따라차이가있으나, 모든 78 세라미스트

으로한다. 3 차원디지털모델은 CAD 를통해생성되기 도하며, 디지털스캐너를통해획득되기도한다. Fig.

기술분류를할때는, 다음세 가지방식에의해분류한다 : 1 재료의공급방식, 2 재료 Table 1.

(Photo polymerization, PP) 광경화소재혹은광경화소재가포함된복합물에 UV

(Binder Jetting, BJ) 분말형태의소재위에액체형태의접착제를토출시켜,

MJ) 용액형태의소재자체를제팅으로토출시키고, 자외선등을이용하여고형화시키는방식 고에너지직접조사방식

전자빔등고에너지원으로원소재를녹여부착시키는방식 분말적층용융방식 (Powder Bed Fusion,

2 Fig. 1. 3D 프린팅공정의일반적인 Process Flow 3D 프린팅기술은기본적으로 3 차원디지털모델을기반 으로한다. 3 차원디지털모델은 CAD 를통해생성되기 도하며, 디지털스캐너를통해획득되기도한다. Fig. 1 은 3D 프린팅공정의일반적인 Process Flow 를 나타내며, 출력방식 ( 장비 ) 기술분류를할때는, 다음세 가지방식에의해분류한다 : 1 재료의공급방식, 2 재료 Table 1. ASTM F a 및 ISO TC261 의 3D 프린팅방식분류 명칭 원리 광중합방식 (Photo polymerization, PP) 광경화소재혹은광경화소재가포함된복합물에 UV 혹은가시광선영역대의빛을조사하여, 선택적으로고형화시키는방식 재료압출방식 (Material Extrusion, ME) 고온가열혹은에너지를가하여흐름성이확보된재료를, 높은압력을이용하여연속적으로밀어내면서원하는 3 차원위치에도포하여구조물을형성 접착제분사방식 (Binder Jetting, BJ) 분말형태의소재위에액체형태의접착제를토출시켜, 분말끼리의결합을유도, 3 차원구조물을형성시키는방식 재료분사방식 (Material Jetting, MJ) 용액형태의소재자체를제팅으로토출시키고, 자외선등을이용하여고형화시키는방식 고에너지직접조사방식 (Direct Energy Deposition, DED) 레이저, 전자빔등고에너지원으로원소재를녹여부착시키는방식 분말적층용융방식 (Powder Bed Fusion, PBF) 분말형태의소재위에, 레이저나전자빔등을주사하여선택적으로용융및경화를일으켜 3 차원구조물을형성하는방식 쉬트적층방식 (Sheet Lamination, SL) 얇은필름형태의재료를열, 접착제등으로붙여가며 (laminating) 적층하는과정의반복으로 3 차원구조물을형성하는방식 제 19 권제 3 호, 2016 년 9 월 79

윤범진 의결합방식, 3 공급하는에너지의종류및세기. 세가지기준을바탕으로 ASTM F2792-12a에서는 7가지방식을정의하였으며, 이는 ISO TC261에서동일하게채택하였다.

3 윤범진 의결합방식, 3 공급하는에너지의종류및세기. 세가지기준을바탕으로 ASTM F a에서는 7가지방식을정의하였으며, 이는 ISO TC261에서동일하게채택하였다. 7가지방식은각각광중합방식 (Photo polymerization, PP), 재료압출방식 (Material Extrusion, ME), 접착제분사방식 (Binder Jetting, BJ), 재료분사방식 (Material Jetting, MJ), 고에너지직접조사방식 (Direct Energy Deposition, DED), 분말적층용융방식 (Powder Bed Fusion, PBF), 쉬트적층방식 (Sheet Lamination, SL) 이며, 각각의방식에대해서 Table 1 에요약한다. - 광중합방식 (PP) 광경화소재혹은광경화소재가포함된복합물에 UV 혹은가시광선영역의빛을선택적으로조사하여, 3차원형상을제조하는방식이다. 1986년 Hull에의해최초로개발되었고, 세라믹을사용한결과는 1996년 Griffith에의해보고되었다 2). 조사되는형태는 coherency가확보된레이저조사형태를취하는경우와일반광원에디지털 포토마스크가적용된형태의 DLP 형태로구성될수도있다. 정확한공식용어는아니지만, 레이저를사용하는경우를 SLA (Stereo Lithography) 방식으로, DLP를사용하는경우를 DLP 방식으로세분화하여부르기도한다. Fig. 2는 SLA 방식과 DLP 방식의장비구성에대해설명하고있다. SLA 방식은공작기계제어때부터사용되고있는 G-code 기반의제어방식이사용되며, 전형적인 0차원점에서시작하여, 3차원이완성되는형태를가지게된다. DLP방식은 3차원모델을각층단위로미분한데이터를면단위로조사하여경화시킨다. 세라믹재료에적용되는경우, 광경화수지와세라믹의혼합물에광중합을유도하는방식으로진행되며, 2016년현재최대 50% 의세라믹입자를섞어출력이가능하다. 세라믹입자의함유량은입도, 분산도, 분산제등에따라조절된다. Fig. 2는광중합방식 3D 프린터의기구구성이다. - 재료압출방식 (ME) 고온혹은에너지를가하는등의방식을통해, 또는에너지를가하지않더라도흐름성이확보된재료를, 높은 Fig. 2. 광중합방식 (PP) 3D 프린터, ( 상 ) SLA 방식, ( 하 ) DLP 방식 80 세라미스트

3는 FDM 방식의 3D 프린터를설명하고있다. 세라믹재료에적용하기 위해서는열가소성수지에세라믹분말을혼합한필라멘트를이용하여야하며, 세라믹충진률을높이는데에한계가존재한다.

4 Fig. 3. 재료압출방식 (ME) 중, FDM 3D 프린터, 세라믹페이스트를사용하는경우, 필라멘트와압출기가페이스트및페이스트 feeder 로대체됨. 압력을이용하여연속적으로밀어내면서원하는위치에도포, 3차원구조물을형성하는방식이다. 보급형으로 30만원 ~ 300 만원사이의가격으로시장에공급되고있는 FDM (Fused direct deposition) 방식이재료압출방식에속하며, 이경우필라멘트에고온을가하여용융상태로만들어노즐을통해공급한다. Fig. 3는 FDM 방식의 3D 프린터를설명하고있다. 세라믹재료에적용하기 위해서는열가소성수지에세라믹분말을혼합한필라멘트를이용하여야하며, 세라믹충진률을높이는데에한계가존재한다. Filament를이용하지않고, 세라믹페이스트나 preceramic 페이스트를이용하는경우, 세라믹충진률을높일수있다. Fig. 3을기준으로, filament 재료와압출기부분이페이스트공급을위한 unit으로대체된다. 노즐을통해공급되는페이스트재료의점도, 유동 Fig. 4. 접착제분사방식 (BJ) 3D 프린터 제 19 권제 3 호, 2016 년 9 월 81

윤범진 Fig. 5. 재료분사방식 (MJ) 3D 프린터 성이최종출력물에많은영향을미치게된다. 이는반대로, 재료의특성조절을통해, 3D 프린팅조형물의물성제어할수있는범위가넓음을의미하기도한다. 재료압출방식의경우, 노즐에의해형성되는각각의 1차원선사이에공극이존재할수밖에없으며, 이에따라생활세라믹, 다공성세라믹구조체마이크로배터리등에적용이예상된다.

5 윤범진 Fig. 5. 재료분사방식 (MJ) 3D 프린터 성이최종출력물에많은영향을미치게된다. 이는반대로, 재료의특성조절을통해, 3D 프린팅조형물의물성제어할수있는범위가넓음을의미하기도한다. 재료압출방식의경우, 노즐에의해형성되는각각의 1차원선사이에공극이존재할수밖에없으며, 이에따라생활세라믹, 다공성세라믹구조체마이크로배터리등에적용이예상된다. 는상품명으로더잘알려져있다 4). 아직세라믹재료를접목시킨사례는보고되고있지않았다. 세라믹을포함할경우, 점도가높은편에속하는광경화수지와세라믹입자가혼합된페이스트를노즐에 jetting 시키는형태로공정이진행되어야하므로, 입자의입도선택및공정제어가상당히어려울것으로예상된다. Fig. 5는재료분사방식의 3D 프린터구성을설명하고있다. - 접착제분사방식 (BJ) 분말형태의소재위에액체형태의접착제를토출시켜, 분말사이의결합을유도, 3차원구조물을형성시키는방식이다. MIT의 E. Sachs가알루미나분말에콜로이달실리카바인더를혼합한접찹제를분사하여 3차원형상을구현하였으며, 상대적으로낮은비용에큰구조물을제작할수있는장점을갖는다 3). 또한, 현존하는 3D 프린터방식중가장저렴한비용에 Color 구현이가능한데, 이는분사하는접착제의색으로조절가능하다. 치밀체제작보다는, 사형금형몰드, 도자기, 의료기기등의다공체제작에상대적으로용이하다. Fig. 4는접착제분사방식 3D 프린터의구성에대해설명하고있다. - 재료분사방식 (MJ) 용액형태의소재자체를 Jetting 토출시키고, 자외선등을이용하여고형화시키는방식으로, POLYJET 이라 - 고에너지직접조사방식 (DED) 분말형태로공급되는재료를레이저, 전자빔등고에너지원으로원소재를녹여부착시키는방식이다. 금속소재에적용되는경우가많으며, 세라믹에는전자빔을적용한사례가일부보고되고있다. Fig. 6는고에너지직접조사방식 3D 프린터의구성에대해설명하고있다. - 분말적층용융방식 (PBF) 분말을담은분말베드에레이저, 전자빔등고에너지소스를선택적으로조사하여분말재료의선택적용융- 고화현상의반복으로 3차원형상을제작한다. Al 2 O 3, SiC, SiO 2 에적용한사례들이보고되고있다. 출력속도의문제때문에, 충분한용융을발생시키기힘든원천적단점이있어, 분말간결합력강화가기술적숙제로남아있으며, 초고온소결등후처리를통해출력물의강도를향상시키는연구들도많이진행되고있다. Fig. 7은분말 82 세라미스트

6 Fig. 6. 고에너지직접조사방식 (DED) 3D 프린터 Fig. 7. 분말적층용융방식 (PBF) 3D 프린터 Fig. 8. 쉬트적층방식 (SL) 3D 프린터 제 19 권제 3 호, 2016 년 9 월 83

7 윤범진 Table 2. 세라믹소재의 3D 프린팅기술에요구되는특성 특성요구연관산업 경도 / 내구성 열저항 오래지속하는결정구조스크래치에견디는표면 극단적인열및빠른열변화에견디는특성 우주항공 / 수송기기 / 디자인 / 덴탈 / 피규어 micro-processing/ 전자 / 우주항공 / 수송기기 / 센서 / 절연 마감전문적이고반짝이는고품질의마감쥬얼리. 디자인, 치아, 프로토타입 화학적안정성, 생물학적불활성 피부접촉및식립후에알러지반응및독성이없는특성 쥬얼리 / 의료기기 / 덴탈 / 센서 적층용융방식 3D 프린터에대해설명하고있으며, 전자빔을이용하는경우에는레이저광원, 광학렌즈, 스캔미러가전자빔에적합한장비로대체되며진공분위기가필요하다. - 쉬트적층방식 (SL) 쉬트나필름형태의재료를한장씩적층하고, 레이저커터로각층을재단하여 3차원형상을완성한다. 세라믹에적용하는경우, 테이프캐스팅으로제조된세라믹혹은 preceramic 필름을적층및조형한다. 각시트혹은필름층사이의접착력에의해조형물이 sheer stress에약한문제가기술적으로해결되어야한다. Al 2 O 3, ZrO 2, SiC, Si 3 N 4, HA, TiC 등다양한세라믹재료의적용사례가보고되고있다. Fig. 8은쉬트적층방식 3D 프린터의구성을설명하고있다 세라믹 3D 프린팅기술의응용세라믹소재를이용한 3D 프린팅과고분자혹은금속을이용한 3차원성형체제조의가장큰차이점은대부분의경우 3차원조형후탈지, 소결, 치밀화를포함한후공정을반드시필요로한다는점이다. 3D 프린팅기술의장점을최대한살리기위해서는원료분말선택에서부터소결조건까지전공정에서열처리에의한 3차원구조체의부피수축및변형을제어할수있어야한다. 세라믹소재의난성형성을극복할수있는해법으로 3D 프린팅기술이부각되기시작하면서, 구조세라믹, 전자세라믹, 에너지세라믹, 환경세라믹, 바이오세라믹등세라믹전분야에대해적용이연구되고있다. Table 3은세라믹소재의 3D 프린팅기술적용의예를, 각 3D 프린팅방법별로분류하여정리하고있으며, Table 4는현재세라믹 3D 프린팅기술을이용하여실제제품을생산하기시작한제조사를요약하고있다. Table 3. 세라믹소재의 3D 프린팅기술적용예 3D 프린팅방법 BJ PBF PP ME 원료형태세라믹분말 + 바인더세라믹분말베드세라믹분말 + 광경화수지 구조세라믹 기능세라믹 ( 전자, 에너지, 환경 ) 바이오세라믹 ZrO 2, Al 2 O 3, Ti 3 SiC 2, Si 3 N 4, TiC-TiO 2, SiC BaTiO 3, PZT, TiO 2, LSMO/YBCO HA, TCP, TTCP, MgP, Bioglass, ZrO 2 ZrO 2, Al 2 O 3, Al 2 O 3 -SiO 2, TiC-Al 2 O 3, SiC PZT, BaTiO 3 HA-Mullite, HA-wollastonite, Peek-HA, HA- PA, BCP Al 2 O 3, Al 2 O 3 -ZrO 2, Al 2 O 3 -SiO 2, SiO 2, TiO 2, SiC, Al 2 O 3 /SiO 2 /Mullite/ ZrSiO 4 PZT, Fe 2 O 3 /Fe(C 2 O 4 ), 2H 2 OBi(V x Nb 1-x )O 4, SiCN HA, HA-Al 2 O 3, TCP 세라믹분말 + 열가소성수지, 세라믹페이스트 ZrB 2, Al 2 O 3, Mullite, SiC, ZrO 2, WC-ZrO 2, ZrC, Al 2 O 3 -ZrO 2 BaTiO 3, PZT, PMN, LeFePO 4, Li 4 Ti 5 O 12, BaZrO 3, SrTiO 3, BaMn 2 Al 10 O 19, ITO, ZnO, La(Mg 0.5 To 0.5 )O 3, Zn 0.8 Sn 0.2 TiO 4 Al 2 O 3, HA, TCP, Porcelain, Bioglasses, HA-TCP 84 세라미스트

Table 4. 세라믹 3D 프린팅상용화제조사회사방법 3D Ceram (FRA) PP Prodways (FRA) PP 3D Print smith (US) BJ, PP CAM-LEM (US) SL Ceralink Inc.

Formatec (NED) PP, BJ ExOne (USA) BJ, PBF Argillasys (UK) BJ Unfold (BEL) ME 영국의 Argilasys 4) 와, 벨기에의 Unfold 5) 사는각각 BJ 방식과 ME 방식을이용한생활도자기주문판매및프린터판매사업을하고있다.

인산칼슘계생체세라믹을, CT데이터및보정된모델데이터로출력하여환자에게이식할경우, 시술자독립성이증가하고회복속도및회복률이상승하는효과를기대할수있다. 일본의 NEXT 21은 BJ법, 프랑스의 Prodways는 PP 방식을이용하여 3D 프린팅으로제조된개인맞춤형골이식재및인공뼈를생산중이다 6).

8 Table 4. 세라믹 3D 프린팅상용화제조사회사방법 3D Ceram (FRA) PP Prodways (FRA) PP 3D Print smith (US) BJ, PP CAM-LEM (US) SL Ceralink Inc. (US) BJ Materials Solutions (UK) PBF Robocasting Enterprises (US) ME Shapeways (US) BJ Viridis 3D (US) BJ Lithoz (AUS) PP NEXT21 (JPN) BJ NEXT Dent (NED) PP Phenix (FRA) PBF Envisiontec (GER, US) PP Formatec (NED) PP, BJ ExOne (USA) BJ, PBF Argillasys (UK) BJ Unfold (BEL) ME 영국의 Argilasys 4) 와, 벨기에의 Unfold 5) 사는각각 BJ 방식과 ME 방식을이용한생활도자기주문판매및프린터판매사업을하고있다. 초기 3D 프린팅기술을일반인대상으로설명할때가장많이언급되었던 DIY의가능성을, 세라믹분야에서구현한비즈니스사례로볼수있다. 또한, 전통적인방식으로는구현해낼수없었던 3 차원의복잡한형상을만들어, 표현의한계를확장시켜주는기술로각광받고있다. 개인맞춤형생산이필수적인의료 / 덴탈 / 바이오분야는세라믹 3D 프린팅연구개발이가장활발히진행되는분야이다. 인산칼슘계생체세라믹을, CT데이터및보정된모델데이터로출력하여환자에게이식할경우, 시술자독립성이증가하고회복속도및회복률이상승하는효과를기대할수있다. 일본의 NEXT 21은 BJ법, 프랑스의 Prodways는 PP 방식을이용하여 3D 프린팅으로제조된개인맞춤형골이식재및인공뼈를생산중이다 6). 알루미나지르코니아등의다양한구조세라믹재료및인산칼슘, 인산마그네슘등을이용한의료 / 덴탈 / 바이오분야 Fig. 9. 영국 Argilasys 사 4) ( 좌 ) 와벨기에 Unfold ( 우 ) 5) 사에서판매중인 3D 프린칭으로제작된생활도자기 Fig. 10. 일본 NEXT 21 과 ( 좌 ), 프랑스 Proaways 6) ( 우 ) 사에서판매중인 3D 프린칭으로제작된인체이식용바이오세라믹임플란트 세라믹 3D 프린팅은가장활발히연구개발이진행되고 있는분야중하나이다. 내열성, 내마모성이중요시되는기계부품용세라믹 3D 프린팅기술도활발히연구개발이진행되고있다. 오 스트리아의 Lithoz 사는 PP 방식으로굴곡강도 600 MPa 급지르코니아세라믹구조체를생산할수있는, 3D 프린 터와세라믹소재를판매하고있다 7). 미국 ExOne 사는 최종제품이세라믹인제품뿐만아니라, 금속용세라믹 사형금형제작이가능한 3D 프린터및원료를판매하고 있다 8). 사형금형제작용 3D 프린터는일본 CMET 및우 리나라센트롤사에서도상업용판매를진행하고있다. 중국을중심으로, 3D 프린터를건물시공에적용하는 사례가다수보고되고있다. 현재사용되는건축용 3D 프 린터는 ME 방식을따르고있으며, 기본적으로세라믹페 Fig. 11. 오스트리아 Lithoz 7) ( 좌 ) 에서제작한지르코니아세라믹부품, ExOne 8) ( 우 ) 에서제작한세라믹부품 제 19 권제 3 호, 2016 년 9 월 85

9 CERAMIST 윤범진 Fig. 12. 중국 Winsun사9)의 3D 프린팅 건축 조감도, 건설 과정 및 완성된 주택 이스트를 연속적으로 적층/양생 하여 건축 구조물을 만 회를 제공한다. 이는 소량/맞춤형 생산에 큰 의의를 두 드는 형태를 취하고 있다. 3D 프린팅 기구부는 건축 현장 고 있는 다른 재료의 3D 프린팅과는 구별되는 세라믹 에 맞게 설치되고, 몰탈 혼합 세라믹 원료를 설계에 따라 3D 프린팅 기술만의 독특한 부분이다. 아직은 초기 단계 쌓아 올리는 과정을 통해 건축물 출력이 이루어 진다. 실 에 머물러 있어, 많은 세라믹 관련 연구자들이 집중할 경 제로 중국 Winsun사는 이집트에 2만채의 주택을 3D 프 우 선행연구자들이 해결하지 못하고 있는 기술적 한계를 린터로 건설하는 계약을 체결하여 사업을 진행중이다. 극복, 새로운 부가가치 창출이 예상되는 기회의 땅 이기 9) 도 하다. 3. 결론 의료용 세라믹, 건축용 세라믹 쪽에서 일부 상용화 사 례가 나오고 있기는 하지만, 기초적인 수준인 관계로 기 최근 가장 많은 관심을 받고 있는 기술이 3D 프린팅 기 술개발 여지는 무궁 무진하다. 예를 들어 의료용 세라믹 술이지만, 세라믹 3D 프린팅은 다른 재료 대비 발전이 의 경우 단순 구조체 수준에 머물러 있는 현 기술상황에 더디어 왔던 것이 사실이다. 하지만, 3D 프린팅 기술은 서, 약물이나 세포가 결합된 기능성 부여는 걸음마 단계 세라믹 재료의 난성형성을 해결하여 세라믹 재료의 적용 이며, 건출물의 경우도 3D 프린팅용으로 특화된 고강도 범위 확대 및 기존 제품의 획기적인 성능향상에 좋은 기 몰탈 및 시멘트 개발까지는 아직 갈 길이 멀다. 또한, 에 86 세라미스트

10 Table 5. 미래부 - 산업부합동 3D 프린팅전략기술로드맵, 세라믹재료핵심기술 10) 구분 연도별주요목표 ( 성과 ) 건설, 식기, 예술품 기반기술확보상업화기술확보선도기술확보 기술적한계점분석 해결응용산업기술분야확보 3D 프린팅소재산업의수익체증 Anchor 소재, Catch-up 전략 Niche 소재, Leading-up 전략 Hybrid (Smart) 소재, Quantum Jump 원천 표준소재 DB 구축 ( 개별후처리공정조건포함 ) 산화물계 /Silicate 계 / 탄화물계 / 질화물계 글로벌표준화기술확보 생체복합소재 / 환경소재 /Silicate 류 글로벌혁신 / 선도기술개발신산업생태계활성화 에너지소재 / 전기 - 전자소재 일정구조세라믹소재환경 / 바이오세라믹소재기능성능동형세라믹소재 환자맞춤형바이오부품 에너지부품, 소자 전기 / 전자부품, 소자 세라믹필터 수송, 국방, 기계, 금형 교육, 문화재복원, 홍보 고성형성, 내열성, 고강도소재 (ZrO 2, Al 2 O 3, SiO 2 계범용산화물 ) 생체활성 불활성, 생체친화성소재 (ZrO 2, Al 2 O 3 계범용산화물 ) 고정밀, 경사기능형소재 (ZrO 2, CeO 2 계범용산화물 ) 친환경, 생활밀착형, 투명성소재 [TiO 2, SnO 2, SiO 2 계 (Glass 포함 ) 산화물 ] 개인기호맞춤형시장수요증가대응세라믹 3D 프린팅소재기술 고강도, 고정밀, 심미성소재 (calcium phosphates, bioglasses, porcelain, ZrO 2, Al 2 O 3 복합체 ) 건강 헬스케어시장확대에대응하는세라믹 3D 프린팅소재기술 이종복합, 다성분계소재 (MnOx,CoOx, ZnO, Chalcogenide 계화합물 ) 용도맞춤형고기능성소재 ( 금속, 고분자등과의복합소재 ) 복합화, 고기능화, 고집적, 고정밀, 고속화, 저온반응성 ( 후처리불필요형 ) 이식부위맞춤형기능성생체소재 (calcium phosphates, bioglasses, porcelain, ZrO 2, Al 2 O 3, 외다성분복합체 ) 복합화, 고기능화, 고집적, 고정밀, 고속화, 저온반응성 ( 후처리불필요형 ) 고집적화, 저온반응형, 복합기능소재 (perovskite, fluorite, rocksalt, spinel 계화합물 ) 에너지시장증가에따른효율향상및신개념에너지기기에대응하는세라믹 3D 프린팅소재기술 벌크형 3 차원성형기술소재 (Al 2 O 3, CeO 2,SiO 2 계범용산화물 ) 경사기능성, 내열, 내식성소재 (Al 2 O 3,Silicate계산화물 ) 고강도, 고정밀, 고성능, 경량소재 (SiO 2 계산화물,Si3N4 계질화물,SiC 계탄화물 ) 고정밀, 고성형성, 심미성소재 (ZrO 2, Al 2 O 3, SiO 2 계범용산화물 ) 고기능성미세성형기술소재 (Fe 2 O 3, MnOx, SnO2, ZnO 계산화물 ) 전기전자부품시장확대를위한세라믹 3D 프린팅소재기술 자가수복형친환경소재 [CeO 2 류, TiO 2 류, CaO 류, 여러 Silicate 류 (mullite, cordierite, zeolite 등 )] 환경및삶의질개선용시장확대를선도하는세라믹 3D 프린팅소재기술 자가수복, 이종복합, 투명성소재 (TiO 2, SnO 2 등산화물,TiC, AlN 등탄 / 질화물 ) 극한환경응용시장의확대를위한세라믹 3D 프린팅소재기술 친환경소재 [CeO 2 류, TiO 2 류, CaO 류, 여러 Silicate 류 (mullite, cordierite, zeolite 등 )] 교육및문화수요의증가에대응하는세라믹 3D 프린팅소재기술 부소결 복합화, 고기능화, 고집적, 고정밀, 고속화, 저온반응성 ( 후처리불필요형 ) 하이브리드일체형세라믹소재 (PZT, BST, BTO, STO, ITO 계를포함한복합체 ) 복합화, 고기능화, 고집적, 고정밀, 고속화, 저온반응성 ( 후처리불필요형 ) 상온반응형, 자가정화, 수복형기능소재 (perovskite, fluorite, rocksalt, spinel 계화합물 ) 복합화, 고기능화, 고집적, 고정밀, 고속화, 저온반응성 ( 후처리불필요형 ) 환경인식형고신뢰성, 고기능소재 (TiO 2, SnO 2 등산화물, WC, BC, BN 등탄 / 질화물 ) 복합화, 고기능화, 고집적, 고정밀, 고속화, 저온반응성 ( 후처리불필요형 ) 용도맞춤형기능성소재 ( 금속 / 세라믹, 폴리머 / 세라믹등의복합체 ) 복합화, 고기능화, 고집적, 고정밀, 고속화, 저온반응성 ( 후처리불필요형 ) 제 19 권제 3 호, 2016 년 9 월 87

윤범진 너지용세라믹, 전자부품용세라믹의개발단계는실험실수준을벗어나지못한단계이며, 내열성이중요한내연기관및우주항공용세라믹 3D 프린팅은개념과가능성만제시된단계라할수있다. 정부에서는 10년을내다보고미래부-산업부합동사업으로 3D 프린팅전략기술로드맵을지난 2014년말에발표하고, 로드맵에기반한 R&D 지원을시행중이다.

11 윤범진 너지용세라믹, 전자부품용세라믹의개발단계는실험실수준을벗어나지못한단계이며, 내열성이중요한내연기관및우주항공용세라믹 3D 프린팅은개념과가능성만제시된단계라할수있다. 정부에서는 10년을내다보고미래부-산업부합동사업으로 3D 프린팅전략기술로드맵을지난 2014년말에발표하고, 로드맵에기반한 R&D 지원을시행중이다. 이중, 세라믹소재에관한로드맵요약표를첨부하면서 (Table 5), 을마무리하려한다. 감사의글 M. L. Griffith et al, 1996, Journal of American Ceramic Society, 79, Three dimensional printing: rapid tooling and prototypes directly from CAD representation, E. Sachs et. al. 1990, CIRP Annals-Manufacturing Technology, 39, 미래창조과학부 산업통상자원부합동 3D 프린팅전략기술로드맵보고서 2014 본고에사용된 3D 프린팅기구설명그림 (Table 1 및 Fig. 2 ~ Fig. 8) 은헵시바 ( com) 의김성복부장님께서 drawing, 세라미스트게재를 위한원고작성에사용할수있도록허락해주셨습니다. 참고문헌 1. 세라믹엔진재료, 이형직, 이홍림, 반도출판사 2. Freeform fabricattion of ceramics via stereolithography, 윤범진 2001 한양대학교화학공학, 공업화학학사 2003 포항공과대학교화학공학석사 2013 Georgia Tech 재료공학박사 2013 ~ 전자부품연구원선임연구원 88 세라미스트

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KEIT PD(15-8)-8.26.indd / KEIT PD / SUMMARY 4 3D First mover 3D 3D ( 13) 3D, 3D 34, 3D, 3D, 3D,,, KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT AUGUST 2015 VOL 15-8 1. 3D? (Ceramics),.,, 4 70.,,,,,,,.,.?.. ( ) ( 1)., (), 3.,.,,., ( 80%).