[인더스트리뉴스 김관모 기자] 재료연구소(KIMS, 소장 이정환) 분말세라믹연구본부 3D프린팅소재연구센터 유지훈 박사(센터장) 연구팀과 한동대학교(총장 장순흥) 기계제어공학부 정임두 교수 연구팀이 선택적 레이저 소결(Selective Laser Melting, 이하 SLM) 기반의 3D 프린팅 기술을 활용해 금속과 반도체가 융합된 지능형 금속 부품을 세계 최초로 제조하는 데 성공했다.

금속-반도체 융합 적층제조기술 원리 [사진=재료연구소]

공동연구팀이 개발한 지능형 금속 부품 제조 기술은 고온의 금속 제조 공정 중 마이크로프로세서 등의 반도체 칩을 3D 형상의 금속 부품 내부의 원하는 위치에 삽입해 제조할 수 있도록 하는 기술이다.

재료연구소에 따르면, 기존의 금속 부품 제조 공정인 ‘주조’와 같은 공정은 금속이 녹을 정도의 고온 공정으로 반도체와 같은 ICT 부품을 공정 중간에 적용하는 건 거의 불가능했다. 특히 마이크로/나노 분말 형태로 비교적 저온에서 소결을 통해 금속 부품을 제조하는 ‘분말야금’ 공정 또한 장시간의 부품 소결로 인해 반도체가 모두 열에 의해 파손되거나 기능을 상실하는 등 근본적인 문제를 안고 있었다.

이에 공동연구팀은 고출력 레이저를 통한 금속 3D프린팅 공정 시 반도체 부품의 삽입 위치에 열보호 형성층을 통해 레이저의 직접적인 조형을 회피하는 방법을 사용했다. 구체적으로 스테인리스, 티타늄, 초내열 금속 등 현재 많이 쓰이고 있는 대부분의 금속 소재 부품 내부의 일부가 IC칩으로 구성되도록 하는 데에 성공한 것이다.

공동연구팀은 “기존의 금속 부품 내부 상태 관측을 위한 기술은 대부분 광섬유 형태의 온도 또는 압력센서 적용에만 국한되어 왔다. 하지만 이번 금속-반도체 융합기술은 현존하는 다양한 센서, 마이크로프로세서, 블루투스/와이파이 모듈 등의 ICT 또는 IoT 기술과 금속 부품이 융합할 수 있도록 하는 기술을 세계 최초로 구사했다”고 설명했다.

반도체 삽입 공정의 미세조직 제어 및 기계적 특성 최적화 기술 [자료=재료연구소]

이 기술을 통해 스마트 공장과 같이 대부분 금속으로 이루어진 장치를 물리적인 분해나, 접촉, 확인 없이 금속 상태 데이터를 통해 원거리에서도 정밀히 분석 또는 예측이 가능해, 조선, 자동차, 국방 산업 등 금속으로 이루어진 기존 기계 시스템의 초연결화 및 지능화에 그 파급 효과가 더욱 클 것으로 기대된다.

한편, 해당 연구성과는 재료연구소의 주요사업 지원을 받아 수행됐으며, 최근 제조 부문의 JCR 랭킹 세계 최고 학술지인 애디티브 매뉴팩처링지(Additive Manufacturing)에 게재됐다.

[김관모 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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