KAIST 연구진이 충격에 취약했던 광경화 3D 프린팅의 한계를 개선한 신기술을 개발했다. KAIST는 기계공학과 김미소 교수 연구팀이 디지털 광 조형(DLP) 기반 3D 프린팅의 내구성 문제를 보완할 수 있는 소재·설계 통합 기술을 구현했다고 29일 밝혔다. 이번 성과는 맞춤형 의료 보형물과 정밀 기계 부품 제작 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 제시됐다.

디지털 광 조형(Digital Light Processing, DLP) 방식은 액체 레진을 빛으로 경화해 미세 구조물을 제작하는 기술로, 치과 보철물과 정밀 기계 부품 생산에 활용돼 왔다. 다만 충격과 반복 하중에 취약해 적용 범위가 제한적이라는 지적이 이어졌다.

연구팀은 충격과 진동 흡수 성능을 높인 신규 레진 소재와 머신러닝 기반 구조 설계 기술을 결합해 이를 개선했다. 동적 결합을 도입한 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA)를 개발하고, 빛의 세기 조절만으로 부위별 강도를 달리 구현하는 ‘회색조 DLP’ 기술을 적용했다. 인체에서 뼈와 연골이 서로 다른 강도로 조화를 이루는 원리를 구조 설계에 반영한 방식이다.

머신러닝 알고리즘은 구조 형태와 하중 조건을 분석해 최적의 강도 분포를 제안한다. 소재 특성과 설계를 동시에 고려함으로써 단일 소재·공정만으로도 다중 재료 프린팅과 유사한 물성을 구현할 수 있게 됐다. 이에 따라 복잡한 장비나 고가 재료를 추가로 운용하지 않고도 내구성을 확보할 수 있어 생산 비용과 개발 기간 단축 효과가 기대된다.

김미소 교수는 “이번 기술은 소재 물성과 구조 설계의 자유도를 동시에 확장한 성과”라며 “환자 맞춤형 보형물은 더욱 편안하고 내구성 있게, 정밀 기계 부품은 한층 견고하게 제작할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 이어 “단일 공정으로 경제성까지 확보한 점에서 산업 전반에 미칠 파급력이 클 것”이라고 말했다.

이번 연구에는 박사과정 남지수 학생이 제1저자로 참여했고, 성균관대 복신 첸(Boxin Chen) 학생이 공동 연구에 참여했다. 연구 결과는 재료과학 분야 학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials, IF 26.8)’에 7월 온라인 게재됐으며, 권두 도판(Frontispiece)으로도 선정됐다.

김 교수는 해당 성과를 바탕으로 2025년 7월 국제 학술 출판사 와일리(Wiley)로부터 ‘라이징 스타 어워드(Rising Star Award)’와 ‘여성 재료과학상(Women in Materials Science Award)’을 동시에 수상했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 지원을 받아 한국연구재단 BRIDGE 융합연구개발사업, 중견연구자지원사업, 차세대 반도체 대응 미세기판 기술개발사업의 일환으로 수행됐다.