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재료연-한동대 연구팀, ‘금속-반도체 융합 적층제조 기술’ 개발

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cnbnews 손민지기자 |  2020.06.29 14:55:47

금속-반도체 융합 적층제조기술 원리 (사진=재료연구소 제공)

재료연구소(KIMS) 분말세라믹연구본부 3D프린팅소재연구센터 유지훈 박사 연구팀은 한동대학교 기계제어공학부 정임두 교수 연구팀과 금속과 반도체가 융합된 지능형 금속 부품을 SLM기반 3D 프린팅 기술을 통해 세계 최초로 제조에 성공했다.

개발된 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.

기존의 금속 부품 제조 공정인 ‘주조’와 같은 공정은 금속이 녹을 정도의 고온 공정으로, 반도체와 같은 ICT 부품을 공정 중간에 적용하는 건 거의 불가능했다.

마이크로/나노 분말 형태로 비교적 저온에서 소결을 통해 금속 부품을 제조하는 ‘분말야금’ 공정 또한 장시간의 부품 소결로 인해 반도체가 모두 열에 의해 파손되거나 기능 상실 등 근본적인 문제를 안고 있었다.

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

기존의 금속 부품 내부 상태 관측을 위한 기술은 대부분 광섬유 형태의 온도 또는 압력센서 적용에만 국한됐다. 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 구사한 것이다.

해당 기술을 통해 스마트 공장과 같이 대부분 금속으로 이루어진 장치를 물리적인 분해·접촉·확인 없이 금속 상태 데이터를 통해 원거리에서도 정밀히 분석, 예측이 가능하다. 조선, 자동차, 국방 산업 등 금속으로 이뤄진 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 매뉴팩쳐링 지(Additive Manufacturing)에 게재됐다.


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