	보 도 자 료
2016년 7월 8일(금)부터 보도하여 주시기 바랍니다.
* 관련문의 한국생산기술연구원 사업총괄실 김영도 실장(041-589-8561/ / kydosun@kitech.re.kr) 한국생산기술연구원 사업총괄실 정재혁 행정원 (041-589-8215/ dunedinjh@kitech.re.kr) 한국생산기술연구원 대외협력실 강호석 팀장 (041-5898-035 / / kang8534@kitech.re.kr) 한국생산기술연구원 대외협력실 강희연 행정원 (041-589-8034/ / stayoung@kitech.re.kr)

한국생산기술연구원, '2016 국가연구개발 우수성과’

기술이전·사업화·창업 우수기관 2년 연속 선정

- 국가R&D사업 수행을 통해 창출한 기술이전·사업화·창업 우수사례로 인정 받아

- 소속연구원의 연구 성과 4건도‘국가연구개발 우수성과 100선’에 이름 올려

□ 한국생산기술연구원(원장 이영수, 이하 생기원)이 미래창조과학부가 주관한「2016 국가연구개발 우수성과」에서 ‘기술이전·사업화·창업 우수기관’으로 2년 연속(2015년, 2016년) 선정됐다.

◦ 기술이전·사업화 우수기관은 매년 정부출연연구기관 및 대학 산학협력단 등 국가R&D사업에 참여한 기관을 대상으로 기술이전 및 사업화 주요 성과, 기대 효과, 전망 등을 평가해 선정한다.

□ 이번 우수기관 선정에는 이만식 수석연구원팀(울산지역본부 친환경생산3R그룹)이 개발한 ‘친환경 무기바인더를 이용한 알루미늄 중자 제조 원천기술’를 민간기업에 이전한 성과가 주효했다.

◦ 해당기술은 고온다습한 기후에 적합한 세계최초 기술이다. 이를 통해 세계적으로 적용할 수 있는 뿌리분야 원천기술을 확보하는 한편 무기바인더 및 중자 제조 기술 국산화로 연간 2,480억 원의 수입대체 효과가 기대된다.

◦ 이는 자동차부품 제조전문 기업인 ㈜디알액시온(회장 이효건)*과 공동 개발을 통해 이룬 성과로 지난해 7월 생기원 울산지역본부에서 MOU를 체결하고 기술이전한 바 있으며 후속 연구도 진행 중이다.

* ㈜디알액시온 : 1979년 창업한 알루미늄 주조 및 가공기술을 보유한 자동차용 파워트레인 부품 제조회사. 국내 5기, 중국과 인도에 각각 1기 공장을 운영하고 있다.

□ 아울러 지난해 수행한 연구개발과제 5만 3천여 개를 대상으로 한 ‘국가 연구개발 우수성과 100선’에도 생기원 소속연구원의 연구성과 4건이 선정됐다. 선정된 연구성과는 ▲친환경 무기바인더를 이용한 알루미늄 중자 제조 원천기술(책임연구원 울산지역본부 친환경생산3R그룹 이만식) ▲슈퍼카 및 항공기용 ECO-Mg 소재·부품 개발(책임연구원 뿌리산업기술연구소 신기능소재그룹 김세광) ▲질소산화물 제거 대기정화 촉매 제조기술(책임연구원 울산지역본부 친환경3R그룹 김홍대) ▲3D프린팅 바이오 임플란트 기술 개발(책임연구원 강원지역본부 적층성형가공그룹 이병수) 등이다.

◦ 김세광 수석연구원팀의 ‘슈퍼카 및 항공기용 ECO-Mg 소재·부품 개발’은 금속과 비금속의 결합이라는 차별화된 연구패러다임을 통해 합금 개발에 성공한 사례다. 세계최초 순수 국내기술로 전 세계 지식재산권을 획득했다.

◦ 김홍대 선임연구원팀의 ‘질소산화물 제거 대기정화 촉매 제조기술’은 나노복합체 합성을 통해 최근 대기환경규제 강화에 따라 늘고 있는 대기정화 촉매수요에 맞춰 개발된 실용화 기술이다.

◦ 이병수 선임연구원팀의 ‘3D프린팅 바이오 임플란트 기술 개발’은 순수티타늄 소재의 고도가공기술(3D 프린팅)을 통해 인체삽입용 무독성 고강도 의료기기 개발에 성공한 연구 성과다.

□ 이영수 생기원 원장은 “국가 뿌리산업 성장에 필수적인 원천기술의 국산화와 해외시장 진출 가능성 등이 높은 평가를 받은 것으로 본다”며 “앞으로도 혁신적인 연구개발 활동을 통해 산업현장의 수요에 부응하려는 노력을 지속할 것”이라고 밝혔다.

<사진캡션>

7일 경기도 과천시 국립과천과학관 상상홀에서 열린 ‘2016 국가연구개발 우수성과 장관표창 및 인증서 수여식’에서 한국생산기술원 박사 4명이 국가연구개발 우수성과 100선 수상 후 기념촬영을 하고 있다.

※ 붙임: 이만식, 김세광, 김홍대, 이병수 박사팀 사례집 자료1

참고		이만식 박사 ‘친환경 무기바인더를 이용한 알루미늄 중자 제조 원천기술 개발’ 사례집

기계소재

이 만 식

한국생산기술연구원

울산지역본부

친환경생산3R그룹 그룹장

친환경 무기바인더를 이용한 알루미늄 중자 제조 원천기술 개발

“친환경 고품질을 향한 최고 기술”

연구배경 및 필요성 국내 최초 친환경 무기바인더 기술 개발

무기바인더는 재료비가 낮고 유해가스를 발생시키지 않으면서 재생이 가능하다는 장점 때문에 세계적으로 사용이 확대되는 추세이다. 그러나 기술적 한계로 전량 유럽의 선진업체에서 독점 생산하고 있으며, 국내 도입 시 높은 기술이전 비용과 재료비 상승이 문제가 제기되어 왔다. 또한 강도와 내습성이 유기바인더에 비해 상대적으로 낮아 동북아시아 지역과 같은 고온다습한 해양성 기후에 적합하지 않다는 지적을 받아왔다. 주조산업 현장에서는 2010년 초부터 유럽의 선진업체 바인더를 이용하여 제품개발을 진행하였으나 흡습에 의한 강도 문제로 개발을 포기해야 했다. 따라서 국내 기후에 맞는 무기바인더 개발이 시급한 과제로 떠올랐다.

기술의 내용 및 성과의 차별성․우수성  친환경 기술로 뿌리기술 경쟁력 확보

국내에서 새롭게 개발된 친환경 무기바인더는 절대습도 약 30g/㎥ 환경에서도 초기강도를 유지해 현존하는 세계 최고기술 대비 흡습강도를 500% 이상 개선했으며, 모래의 재생이 용이한 원료물질을 선택하여 폐사와 같은 산업폐기물이 근원적으로 발생되지 않도록 설계되었다. 더불어 무기바인더 구성을 액상 1종으로 단순화 하여 보관의 안정성과 사용자(공정) 편의를 높였으며, 공정관리와 불량률 개선에도 효과적이다. 무엇보다 본 기술은 무기바인더 뿐만 아니라 무기바인더를 이용한 중자 제조 기술을 동시에 개발한 세계 최초 기술이며 무기바인더 전용주조기 및 금형 국산화 기술을 동시 개발하여 향후 전 세계에 확산 보급이 가능한 뿌리분야의 원천기술을 확보하였다.

본 기술의 개발은 기술적 한계와 기후 제약 때문에 사용이 제한됐던 무기바인더의 국내 보급이 가능해졌다는 것에 의미가 크며 국가 뿌리산업 성장에 필수적인 원천기술의 국산화뿐 아니라 점차 커지고 있는 해외시장 진출에도 청신호가 될 것이다.

개발 된 기술은 수탁기업과 기술이전 계약을 체결하였으며, 해외원천특허 확보에 박차를 가하고 있다. 또한 신기술(NET)인증을 획득하였으며 2015 출연(연) 우수성과 10선에 선정되었다.

배민아 연구원

김명환 박사

과학기술적 파급효과 국제 표준화를 통해 세계적 기술

개발 된 친환경 무기바인더 및 이를 이용한 중자제조 기술은 기업과 정출연의 공동 연구에 의한 성과로 글로벌 무대에 선보일 수 있는 뿌리기술로써 화학, 금속, 기계, 주조 분야 등 여러 분야의 기술이 융합 된 결과물이다. 현재는 자동차 산업에 한정하여 적용하고 있으나 조선, 우주항공, 로봇 등 국가핵심기반산업에 확대 적용이 가능하다.

수많은 뿌리산업이 해외 기술을 근간으로 하고 있다는 것을 비추어 볼 때, 세계 최초로 개발 된 무기바인더 및 중자제조 기술은 뿌리기술 국산화에 성공했다는 것은 큰 의미가 있다. 이는 세계적인 리드로써 기술의 세계 표준화 확보가 가능하다는 것을 보여준다.

경제사회적 파급효과 연간 2,480억원의 수입대체 효과

미래창조과학부 기술가치평가에 따르면 올해 세계 알루미늄 무기바인더의 잠재적 시장규모는 1조 3,000억원 규모이며, 향후 지속적인 성장세를 보일 것으로 예측하고 있다. 이에 근거하여 무기바인더 및 중자 제조 기술 국산화로 연간 2,480억원의 수입 대체 효과가 기대된다.

기존에 사용 중인 유기바인더와 개발 된 친환경 무기바인더를 사용하여 중자를 제조 발생되는 TOC(Total Organic carbon)량을 비교 분석하였을 때, 무기바인더로 중자를 제조할 시 TOC의 발생량은 유기바인더 대비 90%이상 감소하는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 유기바인더 사용에 의한 VOCs 배출에 따른 사회적 비용은 년간 약 645억원으로 VOCs 감소에 따른 사회적 비용 절감의 효과도 함께 누릴 수 있다.

<용어해설>

․ 무기 바인더 : 무기물로 구성된 점결제

참고		김세광 박사 ‘슈퍼카 및 항공기용 ECO-Mg 소재·부품 개발’ 사례집

기계소재

김 세 광

한국생산기술연구원

수석연구원

슈퍼카 및 항공기용 ECO-Mg 소재·부품 개발

“더욱 가볍고 안전한 경량소재기술”

연구배경 및 필요성 Mg 경량금속소재는 시대의 화두인 환경과 에너지의 핵심

지구온난화와 자원고갈로 최대 격변기 직면해 있는 현재, 온실가스 감축 등 국제규제가 현실화됨에 따라 세계는 수송기기의 경량화 기술에 주목을 하고 있다. 글로벌 전 산업 분야 중 수송 부문의 온실가스 배출량은 25%로 각국은 온실가스 배출억제를 위한 방책으로 경량소재개발에 주력해왔다. 이 중에서도 비중 1.74g/cm3, 상용구조용 금속 중에 초경량 그리고 가장 높은 비강도를 갖는 Mg이  가장 큰 주목을 받고 있다. 반면에 Mg은 강한 산소친화력을 가진 금속으로 대기중 산소와 만나 쉽게 산화되고 고온에서는 발화를 일으키고 폭발로까지 이어질 수 있기에 극복해야할 큰 장애물 또한 존재한다.

기술의 내용 및 성과의 차별성․우수성 단순히 발화·폭발만 해결한 기존의 난연 Mg과 차별된 ECO-Mg

Mg의 산화 및 발화를 억제하기 위해 용해공정 시에는 ‘육불화황 (SF6)’ 이라는 보호가스를 사용해야하는데, 이는 이산화탄소의 2만배 이상에 달하는 지구온난화지수를 갖는 슈퍼온실가스로 그것의 사용이 규제되고 있다. 보호가스를 사용하지 않고 이러한 산화 및 발화를 억제하기 위해서 Ca을 첨가하는 것이 하나의 일반적인 방법이나 한편으로는 용탕의 유동성과 주조성을 현저히 떨어뜨리는 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 금속 Ca이 아닌 산화물 형태의 산화칼슘 (CaO) 을 첨가하였을 경우에 Ca의 경우와 동일하게 Mg의 산화 및 발화저항성이 크게 향상되었을 뿐만 아니라 용탕의 유동성 또한 크게 개선되었음을 확인함으로써 ECO-Mg을 개발하였고, 본 과제를 통해 기존의 금속 Ca이 첨가된 Mg보다 우수함을 증명하였다. 먼저, 용해 및 주조공정에 있어서 보호가스의 사용없이 일반적인 공정으로 작업이 가능함을 확인하였고, 산화저항성 향상을 통해 산화에 따른 용탕표면의 산화물 생성 및 내부로의 혼입을 억제함으로써 고품질의 주조품 제조가 가능하였다. 뿐만 아니라 우수한 주조성 때문에 복잡하고 박육제품의 제조가 가능함을 확인하였다. 상기와 같은 제조공정 상의 이점 외에도 상용 Mg 합금에 비해 80~90% 정도가 개선된 열전도도를 나타내어 기능재료로서의 적용 또한 기대할 수 있다. 한편, Mg은 제조공정에서뿐만 아니라 부품으로서의 적용 시에도 안전성이 확보가 되어야한다. 현재 자동차 외에도 철도, 항공기에 있어서도 경량화를 위해 Mg 합금소재 사용이 검토되고 있는데, 화재 시의 Mg 합금 부품의 발화에 의한 폭발의 위험성이 하나의 크나큰 장애물이 되고 있다. 특히, 항공기 부품으로 적용하기 위해서는 미항공연방청 (FAA)에서 시행하는 발화테스트에 합격하여 인증을 받아야한다. ECO-Mg은 Boeing의 협조로 FAA로부터 항공기 부품 안정성 평가 및 검증을 받았고, 항공기 시트재로의 적용을 위한 연구 또한 성공한 상황이다. 그리고 환경성 평가를 통해서 ECO-Mg의 항공기 및 기차 수송기기로의 적용 시 약 30%의 CO2 감축 및 에너지 저감이 가능함을 확인하였다. 위와 같이, ECO-Mg은 전세계 최초의 SHE (Safety-Health-Environment; 안전성-인체유해성-환경성) 달성이 가능한 친환경 소재공정기술이라고 할 수 있다.

과학기술적 파급효과 순수국내기술로 세계최초 및 전세계 지식재산권 획득

ECO-Mg은 기존의 금속 (Mg) + 금속 (Ca) 의 혼합에 의한 합금이 아닌 금속 (Mg) 과 비금속 (CaO) 의 혼합에 의한 합금형태로 금속공학적 상식을 뒤집은 기술로서 설명될 수 있다. 비금속의 CaO가 금속 Mg 용탕에 첨가되어 합금화 중에 환원되어 Mg와 결합하여 Mg2Ca 금속간화합물을 형성하거나 Al을 포함하는 Mg-Al 합금 용탕의 경우에는 Al과 결합하여 Al2Ca를 생성시키는 것이 ECO-Mg의 핵심기구라고 할 수 있다. 이 기술은 모든 상용 Mg 합금에 적용 및 대체할 수 있으며, 상기의 금속간화합물을 이용한 새로운 합금의 설계 및 개발 또한 가능하다. 그리고 Mg을 첨가원소로 하는 모든 합금에 적용이 가능하여, 파급효과는 실로 크다고 할 수 있다.

경제사회적 파급효과 글로벌 경량금속 부품소재 시장 선도 및 신규시장 창출

열전도도 등 다방면에서 개선된 특성을 지닌 ECO-Mg은 그동안 한계적이었던 Mg 시장을 더욱 확대해나갈 수 있을 것으로 기대된다. 또한, Mg은 그 자체로서의 제품생산보다 Al의 첨가원소로서 더 많이 사용되는데, Al합금의 첨가원소에 있어서도 ECO-Mg 적용은 긍정적인 효과를 발휘한다. 따라서, Mg 합금 뿐만 아니라 넓은 Al 합금 시장에 이르기까지 전세계 경량소재시장을 선도할 수 있을 것으로 기대된다. 현재 LG전자, 삼성전자 Smart Phone 및 Porsche 부품 개발에 따른 ECO-Mg 소재 매출액 약 30억원을, 파생소재인 ECO-Al의 경우 LG전자 G5 소재 매출액으로 약 500억원을 달성한 바 있다. 지속적으로 글로벌 기업들과의 기술이전 및 협업을 해나가고 있으며, 2025년에는 ECO-Mg 및 ECO-Al 매출액 20조원을 전망하고 있다.

<용어해설>

․  ECO-Al: ECO-Mg에 의한 파생소재이며, 마찬가지로 본 연구진이 개발한 소재기술로 Al에 Mg 첨가를 위해 ECO-Mg이 사용된 모든 Al 합금을 일컫는다.

참고		김홍대 박사 ‘질소산화물 제거 대기정화 촉매 제조기술’ 사례집

기계소재

김 홍 대

한국생산기술연구원

울산지역본부 선임연구원

질소산화물 제거 대기정화 촉매 제조기술

“맑은 공기 속 자유로운 세상”

연구배경 및 필요성 대기정화 · 맑은 공기를 위한 탈질 촉매의 필요성

최근 산업과 기술 발전에 따라, 발전소, 자동차, 선박등에서 배출되는 질소산화물은 지속적으로 증가하고 있다. 때문에 대기환경과 삶의 질을 계속해서 악화되어지고 있으며, 이에 따라 세계 각국에서는 대기환경규제를 점차 강화하고 있다. 고정원(육상)의 발전소, 소각로, 플랜트 등을 중심으로 대기정화용 촉매가 확대되어 적용되며, 최근 이동원의 규제강화로 자동차와 선박 시장이 확대됨에 따라 대기정화용 탈질 촉매의 수요는 폭발적으로 증가하고 있는 추세이다. 하지만 탈질시스템의 핵심부품인 촉매는 장기간의 경험과 고도의 기술력이 필요하며 해외대비 기술력이 미비한 실정이다.

기술의 내용 및 성과의 차별성․우수성  나노복합체 첨가를 통한 탈질 촉매의 시너지 효과

국내 및 해외의 다양한 연구와 기술 개발을 통해 탈질 촉매의 효율은 자연스럽게 향상되었으나, 기존 탈질 촉매의 성분 구조 및 함량에 대한 한계성을 극복하기에는 부족한 점이 많은 실정이다. 즉, 탈질 촉매의 주성분인 바나듐, 텅스텐 등의 희소금속의 저감은 탈질효율의 저하와 직접적으로 연결되어지므로, 이러한 배합비 조절 문제 해결에는 기술력의 한계로 작용했다. 이에, 본 연구에서는 폭발법으로 합성한 저품위 대량생산 그래핀의 넓은 비표면적을 활용하여 탈질촉매의 주성분인 바나듐(주촉매), 텅스텐(조촉매)를 그래핀 위 나노 분산시켜 담지 하였다. 담지된 나노복합체를 기존 탈질촉매와 배합하여 고기능성 탈질촉매를 제조하였으며, 제조된 탈질촉매는 기존 촉매 성분 대비 반 이상 저감하였음에도 불구하고 동시에 높은 활성을 나타내었다. 또한 기존 마이크로 사이즈였던 주성분들을 나노사이즈로 줄이고, 분산도 역시 기존 대비 향상시킴에 따라 비표면적을 증가시키고자 하였으며,  이를 통해 기존의 배합뿐만 아니라 제조단가의 문제까지 해결이 가능케 된 것이다. “나노복합체 합성과 이의 첨가를 통한 대기정화 탈질 촉매 제조기술” 연구를 통하여 탈질 촉매의 개발에 대한 새로운 방향을 제안하였고, 나아가 이의 장기적 검증과 꾸준한 연구, 기술 개발, 응용을 통해 탈질 촉매 연구 영역 확장에 기대 되어지며, 법규제 강화와 함께 급격히 증가하는 탈질 촉매의 시장 대응과 더불어 고기능성 탈질 촉매의 고부가가치화가 가능케 되어 맑은 공기 속 들숨과 날숨이 자유로운 세상이 기대 되어진다.

과학기술적 파급효과  탈질 촉매 제조 혁명의 시작

국제적으로 대기환경에 대한 인식 및 규제가 강화되기 시작하면서 우리나라의 주력산업인 자동차, 선박 등의 분야에서 강조되고 있는 것이 질소산화물의 제거 기술 및 시스템 개발이다. 따라서 본 연구의 개발은 탈질 촉매에서 기존의 촉매 함량을 낮춤에도 불구하고 높은 활성을 나타낼 뿐만 아니라 이의 적용을 통해 자동차, 선박, 발전소 등 산업분야로의 파급이 가능할 것으로 보인다. 즉, 나노복합체를 첨가한 탈질 촉매기술은 앞으로 촉매 개발에 있어 핵심 요소기술로 향후 다양한 적용처에 적용이 가능하다.

경제사회적 파급효과  탈질 촉매 기술의 고도화를 위한 도약

나노복합체 첨가 탈질 촉매 제조 기술의 적용을 통하여 유가금속의 원료수급 및 촉매 제조단가 문제 해결이 가능하며, 국내에서도 자체적으로 원료의 수급과 고부가가치가 가능해 질 것이다.

탈질 촉매 제조업 강국 유럽각국, 일본 등의 기업은 향후 강화되는 질소산화물 배출 규제에 대응하여 신규 시장인 친환경 선박 건조를 위한 원천 기술을 개발하고 이를 보호하기 위한 근거를 만들고 있지만, 이러한 트렌드에 우리나라는 아직까지 기술 개발에 뒤쳐져 있는 것이 현실이다. 따라서 본 기술은 선박 등 다양한 분야에서의 적용을 통해 고기능성 탈질 촉매 기술의 고도화를 위한 시발점이 될 것으로 판단된다.

<용어해설>

․ 탈질 촉매 : 질소산화물 제거 촉매

․ 질소산화물 : 질소와 산소로 이루어진 여러 가지 화합물의 총칭

․ 촉매 : 화학반응에 참여하여 반응속도를 변화시키지만 그 자신은 반응 전후에 남는 물질

참고		이병수 박사 ‘3D 프린팅 바이오 임플란트 제조 기술 개발’ 사례집

융합기술

이  병  수

한국생산기술연구원

적층성형가공그룹 선임연구원

3D 프린팅 바이오 임플란트 제조 기술  개발

“개인맞춤형 의료부품 제조 시대의 개막”

연구배경 및 필요성 환자맞춤형 무독성 의료부품의 3D 프린팅 공정 설계

인간 삶의 질 향상 및 초 고령화 시대로의 진입에 따른 환자맞춤형 인공관절부품(고관절, 슬관절, 견관절, 족관절등)에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있는 추세이다. 특히, 환자맞춤형 의료기기 부품은 수술시간을 비약적으로 단축함으로 인해 각종 부작용 문제를 해소하고 회복기간을 단축시키기 때문에 전 세계적으로 맞춤형 의료부품 시장이 활성화 되고 있다. 그러나 대부분 의료부품은 수입해오고 있으며 수입한 의료 부품내 포함된 독성원소의 사용으로 인해 의료적 사용이 민감한 문제를 가지고 있다. 따라서 독성원소를 완전히 배제하면서 기존부품과 동등한 성능 및 사용수명을 갖는 무독성 의료부품 제조 기술의 확보가 중요한 시점이다.

기술의 내용 및 성과의 차별성․우수성  무독성 소재의 3D 바이오 프린팅 공정기술

대부분의 수입되는 의료기기 부품은 티타늄 합금(Ti-6%Al-4%V)소재를 사용하기 때문에 인체내 독성 문제 및 알츠하이머 질병을 유발시키는 문제를 가지고 있다. 따라서 독성원소를 포함하지 않은 순수 티타늄 소재(순도 99.7%이상)를 이용하여 3D 프린팅 공정 설계 및 후가공 공정 연구를 통해 티타늄 합금과 유사한 성능(강도, 수명)을 갖는 3D 프린팅 바이오 임플란트 제조 기술을 개발해냈다. 순수 티타늄 소재내 함유된 불순물량은 0.3% 이하이며 대부분 가스원소들이기 때문 티타늄이 갖는 독성 문제를 근본적으로 차단할 수 있으며 3D 프린팅 공정 설계를 통해 순수 티타늄 소재의 성능을 2배 이상 (400 MPa → 810 MPa) 향상 시키는 기술을 확보하였다. 800 MPa급 고강도 순수 티타늄 소재 제조 기술은 수많은 연구가 시도되어 왔으나 의료부품 제조를 위한 형상학적 설계를 갖는 부품의 제조에는 매우 제한적이다. 반면에 3D 프린팅 기술은 형상학적 제한이 없으며 100 μm 의 정밀한 부품 설계 및 제조가 가능하다. 더욱이 순수 티타늄 소재의 표면조도 개선을 3μm 이하로 표면조도를 갖는 우수한 표면 품질을 갖는 후가공 공정 기술을 확보하였다. 3D 프린팅 공정 설계 및 후가공 공정 기술과 관련하여 총 9 건의 특허를 출원하였다. 이러한 의료-공학적 접근 방법을 이용하여 실제 65세 환자의 인공두개골성형부품 제작을 시도하였다. 환자의 두개골 CT 데이터를 기반으로 3차원 인공두개골 성형 부품을 설계하고 3D 바이오 프린팅 기술 및 후가공 기술을 이용하여 무독성 고강도 인공두개골 성형 부품 제작하여 실제 환자의 두개골 이식에 성공(‘16년 4월)하였다. 특히 환자의 두개골의 일부가 함몰되어 있어 함몰 부위를 준공형상으로 설계하고 인공두개골 이식 후 발생할 수 있는 뇌압상승을 억제하기 위해 인공두개골과 함몰 부위간격을 7 ~ 10 mm 의 여유 공간을 설정하여 인공두개골을 제작하였다. 이와 관련하여 특허 1건을 출원하였다. 이러한 무독성 순수 티타늄소재의 의료적 상용화 및 관련 연구개발도 전 세계적으로도 시도된 사례가 없다.

과학기술적 파급효과 차세대 제조 혁신 기술의 시작

스마트 공정 및 3D 프린팅 공정등 차세대 제조 혁신제조 산업 발전으로 인해 기존 제조업(IT부품, 반도체 및 자동차) 분야를 넘어 고부가가치 제조업(의료기기 부품, 항공우주 부품) 분야에 이르기까지 산업 전 분야에 걸쳐서 실용화가 진행되고 있다. 특히 3D 프린팅 기술은 복잡한 냉각 유로를 갖는 산업용 금형 부품 제조에 적용이 가능하며 다양한 산업적 실용화 기술 개발이 가능하다. 기존의 제조 기술에서 탈피한 3D 프린팅 기술은 미래 지향적 기술로서 창조경제의 이념과도 일치한다.

경제사회적 파급효과 행복한 삶의 질 향상 추구

의료기기 부품 시장에서 맞춤형 의료기기 부품이 차지하는 비율은 매년 15 % 이상 증가하고 있으며 국내의 경우 연간 50억 이상의 맞춤형 의료기기 부품 시장이 형성되고 있다. 그러나 대부분 해외에서 수입해오고 있으며 독성문제 및 사용수명 문제를 외면하고 있다. 반면 3D 바이오 프린팅 기술을 활용해 관절 부품 시장의 흐름을 Ready-made방식 에서 Custom-made방식으로 변화시킬 수 있으며 이를 통해 초 고령화 사회의 인간 삶의 질을 개선시킬 수 있다. 더욱이 인간 삶의 질 향상 추구에 따른 개인 건강 기록(PHR: Personal Health Records)을 활용한 맞춤형 건강관리 시스템이 구축되고 있다. 따라서 3D 바이오 프린팅 기술은 보다 행복한 삶을 추구하는 미래지향적 혁신제조 기술이며 창조 경제 구현과도 일치한다. 3D 프린팅 기술의 응용범위는 의료기기 부품뿐만 아니라 항공/우주 부품에 적용 가능하며 고부가가치 부품에 대한 활용성이 높다.

그림1

그림2

그림3

<용어해설>

․ 금속 3D 프린팅 : 금속 분말을 이용하여 레이저 또는 전자 빔을 이용하여 특정위치의 금속 분말을 용융/응고하여 재료를 쌓아 올려 부품을 제작하는 기술을 의미하며 재료를 적층 제조하는 방식이기 때문에 적증제조(AM: Additive Manufacturing)기술이라고 함.