김석 부교수

기존 금속 3D 프린팅은 지지대나 포지셔너 없이 3차원 공간에서 연속적으로 구조물을 형성하는 데 한계가 있었습니다. 이를 해결하기 위해 용융 금속의 부피와 응고 시간을 정밀하게 제어하는 '금속 3D 프린팅 펜' 공정 기술을 개발했으며, 이를 통해 층간 경계면 없는 연속 적층을 구현했습니다. 아크 플라즈마를 기반으로 한 금속 연속 적층 제조방법에 대한 특허를 보유하고 있으며, 해당 기술은 TRL 5-6 수준까지 개발되어 있습니다. 방산 부품 적층제조, 소형원전 부품 적층제조, 우주항공 부품 적층제조 등 정밀도와 신뢰성이 요구되는 분야에 적용되고 있으며, 자동차 단조 금형을 와이어 아크 방향성 에너지 적층(wire arc DED) 방식으로 재제조하는 데에도 활용되고 있습니다. 지지대 없이 3차원 공간 상에서 연속적인 금속 구조물을 형성할 수 있다는 점에서 기존 분말 기반 적층제조 공정과 차별화되는 강점을 지니고 있습니다. 관련 연구 성과인 'High-Throughput Metal 3D Printing Pen Enabled by a Continuous Molten Droplet Transfer' 논문은 Advanced Science 표지논문으로 선정되었습니다(2023.02).

일반적인 액체 저항 표면은 특정 액체 종류에 국한되어 오일을 포함한 다양한 액체에 대한 반발 특성을 동시에 확보하기 어렵다는 한계가 있었습니다. 이를 극복하기 위해 DLP 3D 프린팅을 이용해 이중재진입(Doubly Reentrant) 마이크로/나노 구조를 제작하는 기술을 개발했으며, 이를 통해 모든 종류의 액체를 밀어내는 초발수유성(Omniphobic) 표면을 구현했습니다. 초발수 또는 초발유 패턴에 대한 특허와 대면적 패턴 제작용 몰드 특허를 보유하고 있으며, 현재 TRL 4-5 수준으로 개발되어 있습니다. 이 기술은 액적 기반 마이크로 반응기, 오염 방지 표면처리, 감염성 질병 확산방지 미세구조 필름, 광대역 적외선 스텔스 다기능 표면 등에 적용되고 있습니다. 적외선 스텔스 구조 제조를 위한 패턴 설계 기술은 씨이앤나노에 기술이전되었으며(2020.11), 저점착 이형 필름 제조 방법 및 이를 적용한 3D 프린팅 시스템 기술은 (주)캐리마에 기술이전되었습니다(2023.12). 관련 논문은 ACS Applied Materials & Interfaces 표지논문으로 선정되었습니다(2021.07).

미세 패턴을 정렬하고 대면적으로 스티칭하는 과정에서 발생하는 정밀도 저하와 저농도 표적물질 검출 시의 낮은 감도 문제를 해결하기 위한 연구를 수행하고 있습니다. '커피링 효과'와 '에어포켓 효과'를 활용해 마이크로캐비티 내 입자 포집 효율을 극대화했으며, 푸리에 분석 기반 무정렬마크 패턴 스티칭 기술을 개발했습니다. 패턴 정렬 오차 측정 방법에 대한 특허를 보유하고 있으며, 해당 기술은 TRL 4-5 수준으로 개발되어 있습니다. 이 기술은 MEMS, 바이오센서, 질병 신속 진단 플랫폼, 매연저감장치용 3D 격자구조 촉매담체 등에 적용되고 있습니다. 매연저감장치용 3D 격자구조 기술은 에너젠(주)에 기술이전되었습니다(2023.01). 이러한 나노/마이크로 제조 및 디지털 리소그래피 기술 연구 성과를 바탕으로 2024년 '대한민국 올해의 10대 기계기술'에 선정되었습니다.