(제공: MIT Self-Assembly Lab)

MIT 연구원들은 액체 금속 프린팅(LMP)이라고 불리는 적층 제조(한 번에 한 층씩 제작하는 "3D 프린팅"이 프로세스의 일부) 기술을 개발했다. 액체 알루미늄을 사용하면 테이블 다리, 의자 프레임과 같은 대규모 부품을 단 몇 분 만에 빠르게 프린팅할 수 있다.

이 방법은 미리 정의된 경로를 따라 용융된 알루미늄을 작은 유리 구슬 층에 침전시키고 노즐을 통해 고속으로 침전시킨다. 대규모 부품은 단 몇 초 만에 프린팅할 수 있다(용해된 알루미늄은 몇 분 만에 냉각된다).

알루미늄은 빠르게 3D 구조로 경화된다. 연구원들은 LMP가 유사한 금속 적층 제조 공정보다 최소 10배 빠르며 금속을 가열하고 녹이는 절차가 다른 방법보다 더 효율적이라고 말한다. 또한 느린 적층 기술을 사용하여 일반적으로 제작되는 부품보다 더 큰 부품을 저렴한 비용으로 프린팅할 수도 있다.

낮은 해상도(대형 구조물에 가장 적합)

그러나 이 기술은 속도와 규모를 위해 해상도(프린터가 배치할 수 있는 인치당 도트 수)를 희생한다. 그러나 이 기술은 일반적으로 대형 구조물의 구성 요소에 극히 미세한 세부 사항이 필요하지 않은 건축, 건설 및 산업 디자인의 일부 응용 분야에 적합하다. 또한 재활용 금속이나 고철을 이용한 신속한 프로토타이핑에도 효과적으로 활용될 수 있다.

최근 연구에서 연구원들은 인쇄 후 가공을 견딜 수 있을 만큼 튼튼한 테이블과 의자용 알루미늄 프레임과 부품을 인쇄하여 절차를 시연했다. 그들은 LMP로 만든 구성 요소가 고해상도 공정 및 추가 재료와 결합되어 기능성 가구를 만드는 방법을 보여주었다.

“그러나 테이블, 의자, 건물 등 우리 주변에 있는 대부분의 건축 세계에는 극도로 높은 해상도가 필요하지 않다. 속도와 규모, 반복성과 에너지 소비는 모두 중요한 지표이다.”라고 LMP를 소개하는 논문의 수석 저자이자 건축학과 부교수이자 Self-Assembly Lab의 공동 책임자인 스카일러 티빗(Skylar Tibbits)은 말한다.

상당한 속도 향상 및 냉각

팀은 건축에 흔히 사용되는 알루미늄이 저렴하고 효율적으로 재활용될 수 있기 때문에 알루미늄을 선택했다. 빵 덩어리 크기의 알루미늄 조각이 전기로에 쌓이고, 전기로 내부의 금속 코일이 금속을 섭씨 700도까지 가열한다.

알루미늄은 흑연 도가니에서 고온으로 유지되고, 용융된 재료는 미리 설정된 경로를 따라 세라믹 노즐을 통해 인쇄 베드로 중력 공급된다. 그들은 녹일 수 있는 알루미늄의 양이 많을수록 프린터의 속도가 빨라진다는 것을 발견했다.

이 공정에서는 작은(100미크론) 유리 구슬을 사용하여 금속을 빠르게 냉각시킨다. 그들은 LMP를 사용하여 밀링 및 보링과 같은 가공 공정을 견딜 수 있을 만큼 내구성이 뛰어난 다양한 두께의 알루미늄 프레임을 신속하게 생산했다.