동아사이언스

박정연 기자

2024. 3. 20.

나무도 3D 프린터로 '인쇄'한다

과학자들이 3D 프린터로 목재를 구현하는 기술을 개발했다. 나무를 베지 않고도 목재를 얻을 수 있으며 가공 과정에서 발생하는 환경오염을 방지할 수 있다. 자연에 흔히 존재하면서 산업계에서 가치가 낮은 고분자를 사용해 경제성까지 챙겼다.

20일 미국 라이스대에 따르면 무하마드 라만 나노공학과 교수 연구팀은 나무의 기본 구성 요소인 고분자 리그닌으로 만들어진 3D 프린트용 잉크를 개발하는 데 성공했다. 연구 결과를 담은 논문은 지난달 15일(현지시간) 국제학술지 '사이언스 어드밴시스'에 게재됐다.

연구를 이끈 라만 교수는 "천연 성분으로 직접 목재 구조물을 만드는 기술은 보다 친환경적인 미래를 위한 발판을 마련해준다"며 "지속 가능한 3D 프린팅 목재 건설의 새로운 시대를 예고했다"고 자평했다.

연구팀은 나노 수준에서 목재를 구현하기 위해 나무의 주요 구성성분인 리그닌에 주목했다. 리그닌은 식물의 세포벽을 구성하는 고분자다. 풀과 나무를 구분하는 기준이 되는 등 나무의 질감을 구성하는 데 중요한 요소다. 

리그닌이 목재를 구현하는 소재로 주목받은 또 다른 이유는 경제성이다. 리그닌은 생물의 몸 안에서 합성돼 생기는 고분자 화합물들 중에서도 쉽게 얻을 수 있다. 이 때문에 산업계에서의 가치도 낮다. 비용 측면에서 경제성이 있는 것이다.

연구팀은 리그닌을 기반으로 3D 프린터에 사용할 수 있는 잉크를 만들었다. 리그닌과 또 다른 세포벽의 주요 구성성분인 셀룰로오스와 나노 결정을 알맞은 비율로 섞어 잉크로 사용할 수 있는 최적의 구성을 맞췄다. 

이렇게 만들어진 잉크는 3D 프린터에서 천연 목재를 매우 유사하게 구현해냈다. 질감뿐만 아니라 향과 강도에서도 목재와 큰 차이가 없었다. 압력에 버티는 힘은 오히려 강했다. 압축과 굽힘에 버티는 정도를 확인한 실험에서 목재보다 높은 강도를 보였다.

연구팀은 "수천 년 동안 건물과 가구에서 기초적인 재료가 된 목재는 제조 과정에서 발생하는 폐기물로 생산 비용이 증가한다는 문제가 있었다"며 "이번에 3D프린트로 구현한 목재는 시각적, 촉각적, 후각적 모든 측면에서 목재와 유사하면서도 낭비없이 원하는 구조물을 만들 수 있다"고 말했다.