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May 19, 2023

ESA와 Zortrax, 공간을 위한 4D 프린팅 수행

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장벽을 허물고 미래를 재정의하는 폴란드의 3D 프린터 제조업체인 Zortrax는 우주 탐사 발전을 위해 유럽 우주국(ESA)과 1년간의 프로젝트를 진행한 후 4D 프린팅 기술 개발에 앞장섰습니다.

Zortrax의 R&D 팀은 Zortrax의 M300 Dual 3D 프린터와 독점 3D 프린팅 소프트웨어인 Z-SUITE의 맞춤형 버전을 활용하여 복잡한 3D 구조를 만들었습니다. 이러한 최첨단 디자인은 각각 반응형 액추에이터 및 히터 역할을 하는 형상 기억 폴리머 및 전기 전도성 재료를 사용하여 구성되었습니다.

이러한 재료의 협력을 통해 굽힘, 비틀림 및 전개의 세 가지 유형의 움직임을 보여줄 수 있는 기술 시연자가 탄생했습니다. 놀랍게도 각 동작은 버튼을 눌러 활성화할 수 있습니다. 이 야심찬 프로젝트가 성공적으로 마무리됨에 따라 Zortrax는 이제 이 기술의 개발을 촉진하고 전기적으로 활성화되는 4D 프린팅을 우주 임무 영역으로 가져올 준비가 된 상당한 자금 잠재력을 갖춘 고급 프로젝트의 문턱에 서게 되었습니다.

고급 재료와 함께 이중 압출 3D 프린팅 기술을 사용하면 이 공정에서 신뢰할 수 있고 가벼운 메커니즘을 구축할 수 있습니다. 또한 이러한 메커니즘은 별도의 액추에이터, 엔진 또는 제어 회로와 독립적으로 작동하여 항공, 에너지 생산 및 방위를 포함한 다른 첨단 기술 분야에서 중요한 진전을 이루었습니다.

4D 프린팅의 세계를 탐구하면 흥미로운 4차원인 시간을 발견할 수 있습니다. 시간이 추가 변수로 추가되면 인쇄된 물체는 가열되면 종이접기 구조가 펼쳐지는 것처럼 온도, 습기 또는 전류와 같은 다양한 자극에 반응하여 형상 및 기타 특성을 조정할 수 있습니다.

이 개념은 MIT(매사추세츠 공과대학)의 자체 조립 연구소 공동 책임자인 Skylar Tibbits가 다양한 기술 컨퍼런스에서 이 개념을 논의하고 홍보하기 시작한 2013년경에 주목을 받기 시작했습니다. 결과적으로 Tibbits는 종종 "4D 프린팅"이라는 용어를 만든 것으로 알려져 있습니다.

Zortrax의 R&D 책임자인 Michał Siemaszko에 따르면, "4D 프린팅은 이론적으로 엔지니어와 임무 설계자가 안테나, 붐 또는 다양한 구조물과 같은 배치 가능한 구조물의 무게를 줄일 수 있기 때문에 우주 산업에서 많은 관심을 불러일으켰습니다. 전통적으로 만들어진 이러한 구조물의 무게는 항상 구조물 자체와 그것을 전개하는 메커니즘의 합입니다. 그러나 전개 메커니즘을 완전히 제거할 수 있다면 훨씬 더 가볍고 작게 만들 수 있을 것입니다."

4D 프린팅 기술로 제작된 전기적으로 활성화되는 전개 시연기입니다. 이미지 제공: Zortrax.

4D 프린팅의 약속은 부인할 수 없지만 장애물이 없지는 않습니다. 예를 들어, 기술은 특정 자극에 반응하여 시간이 지남에 따라 모양이나 특성을 안정적으로 변형할 수 있는 적합한 "스마트" 재료를 요구합니다. 더욱이, 특히 혹독한 우주 조건에서 이러한 변화를 촉발하기 위해 환경을 제어하는 ​​것은 독특한 과제를 제시합니다. 그럼에도 불구하고 ESA 자금 지원 덕분에 Zortrax는 이러한 문제를 해결하기 위한 개념을 연구했습니다.

"4D 프린팅 메커니즘 활성화를 위해 가장 일반적으로 사용되는 자극은 온도입니다. 우주 응용 분야를 살펴보면 온도 변화의 진폭이 매우 클 수 있으며 모양 변경 활성화를 위한 트리거로 사용할 수 있다고 해도 따라서 우주 시스템에서는 전기 입력을 제어하는 ​​것이 더 쉽습니다."라고 ESA의 재료 물리학 및 화학 엔지니어인 Ugo Lafont는 말합니다. "이 프로젝트의 기본 아이디어는 열에 의해 유도된 형태 변경 기능을 활용하면서 전류에 의해 생성된 열을 통해 보다 제어된 활성화를 사용하는 것이었습니다. 이러한 개념은 복잡한 시스템의 부품 수를 줄이는 동시에 성능을 유지할 수 있는 잠재력으로 인해 평가 중입니다. 제어된 온디맨드 이동 및 작동을 제공하는 기능입니다."