새로운 금속 젤은 3D 프린팅에 4차원을 추가합니다.

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노스캐롤라이나 주립대학교 연구진이 상업용 3D 프린터에 사용할 수 있는 새로운 전기 전도성 금속 젤을 개발했습니다. 이 새로운 인쇄 재료는 전기를 전도할 뿐만 아니라 건조되면서 열에도 반응하므로 4차원인 시간으로 인쇄할 수 있습니다. 3D 및 4D 프린팅에서 이 전도성 젤의 사용을 자세히 설명하는 논문이 Matter 저널에 게재되었습니다.

3D 프린팅은 완전히 새로운 가능성의 세계를 열었습니다. 디자이너는 제품의 프로토타입을 생성하고 테스트하고, 예술가는 맞춤형 금형을 만들고, 교육자는 청중을 위한 모델과 디오라마를 제작하는 것이 그 어느 때보다 쉬워졌습니다.

그러나 적어도 가정용으로 사용할 수 있는 간단한 기계를 사용한 3D 프린팅은 대부분 플라스틱으로 제한되었습니다. 금속은 3D 프린팅이 가능하지만 그 과정은 훨씬 더 복잡합니다. 이제 연구원들은 실온에서 기존 인쇄 노즐과 호환되는 새로운 금속 젤을 개발했습니다.

"3D 프린팅은 제조에 혁명을 일으켰습니다. 그러나 우리는 한 단계로 실온에서 3D 금속 물체를 프린팅할 수 있는 이전 기술을 인식하지 못했습니다."라고 해당 논문의 공동 교신 저자이자 Camille과 Henry Dreyfus인 Michael Dickey는 말합니다. 노스캐롤라이나 주립대학교 화학 및 생체분자공학 교수. "이것은 광범위한 전자 부품 및 장치를 제조할 수 있는 문을 열어줍니다."

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젤 생성은 물에 부유하는 미크론 규모의 구리 입자 용액으로 시작됩니다. 소량의 액체 금속 인듐-갈륨 합금을 첨가하고 완전히 혼합한 후, 액체 금속과 구리 입자는 수용액 내에서 금속 젤 "네트워크"를 형성하는 방식으로 서로 달라붙기 시작합니다.

Dickey는 “이 젤 같은 일관성은 재료 전체에 걸쳐 구리 입자가 상당히 균일하게 분포되어 있다는 것을 의미하기 때문에 중요합니다.”라고 말했습니다. “이것은 두 가지 일을 합니다. 첫째, 입자의 네트워크가 연결되어 전기적 경로를 형성한다는 의미입니다. 둘째, 구리 입자가 용액 밖으로 침전되어 프린터를 막히지 않는다는 의미입니다.”

현탁액에 있는 금속 입자 디자인으로 인해 새로운 젤은 더 새로운 구조를 인쇄하는 데 활용할 수 있는 몇 가지 흥미로운 특성도 가지고 있습니다.

연구원들이 새로운 논문에서 보고한 바와 같이, 젤로 인쇄된 물체가 건조되는 동안 열을 가하면 재료 내부에 상당한 양의 응력이 발생합니다. 이러한 가속된 수분 증발로 인한 응력은 시간이 지남에 따라 추가적인 형태 변화를 일으킬 수 있을 만큼 충분히 커서 인쇄 과정에서 시간을 4차원으로 효과적으로 도입합니다.

"궁극적으로 이러한 종류의 4차원 인쇄(전통적인 3차원과 시간 추가)는 원하는 차원의 구조를 만드는 데 사용할 수 있는 또 하나의 도구입니다."라고 Dickey는 말합니다. "그러나 우리가 이 물질에서 가장 흥미로운 점은 전도성입니다."

“인쇄된 물체의 97.5%가 금속이기 때문에 전도성이 높습니다. 분명히 기존 구리선만큼 전도성은 아니지만 실온에서 구리선을 3D 프린팅하는 것은 불가능합니다. 그리고 우리가 개발한 것은 인쇄할 수 있는 그 어떤 것보다 훨씬 전도성이 뛰어납니다. 우리는 이곳의 응용 프로그램에 대해 매우 기대하고 있습니다.”

이를 입증하기 위해 연구원들은 금속 젤을 사용하여 "전도성 거미"를 인쇄했습니다. 연구진은 평평한 표면에 인쇄된 거미가 가열로 건조되면서 천천히 들어올려지고 스스로 조립되기 시작하는 것을 보았습니다. 결과 구조는 전도성을 유지하여 6V 배터리에 연결하면 두 개의 LED "눈"을 켤 수 있습니다.