"세계 최초", 3D 프린터로 만든 고온 동작 가능 전기모터

http://drivesncontrols.com/news/fullstory.php/aid/5712/_91World_92s_first_92_3D-printed_motor_can_run_at_high_temperatures.html

독일 연구원들은 전기모터 일부가 아닌 전체를 완전히 3D 프린터로 만드는 데 최초로 성공했다고 발표했다.
독일 켐니츠 공과대학교의 연구원들은 지난달 열린 2018 독일 하노버 산업 박람회에서 해당 기계를 선보였다.

3D 프린팅 제작 공정을 통해 기존의 모터보다 훨씬 높은 온도에서도 동작하는 모터를 만듦으로써 새로운 응용 분야가 열리게 되었다.
교수이자 박사인 랄프 베르너, 조한나 루돌프, 파비안 로렌츠 연구진들은 작년에 300°C 이상의 온도에서도 견딜 수 있는 구리 코일을 3D 프린팅 제작 공정으로 만들어냈다.

그 이후로 연구진들은 동선 케이블(철 또는 철 합금 부품에 감아서 자기장을 생성함) 및 세라믹 절연체 (동선 케이블을 절연 처리하고 철 또는 철합금 성분의 부품에 직접 안 닿게 함)를 비롯한 모터의 다른 주요 부품을 3D 프린팅 제작 공정으로 만드는 데 성공했다.

각 모터 부품은 철, 구리 또는 세라믹 등의 소재 분말을 특수 접착제와 섞은 점성(끈적끈적한 성질) 페이스트(혼합물 반죽)를 만들고 압출 성형(압력을 가하여 분사하여 뽑아내 만드는 것)하여 만든다.
즉, 점성이 있는 페이스트를 한 층씩 제작하면서 층층이 쌓아 올리고 한꺼번에 소결(분말 입자들이 열적 활성화 과정을 거쳐 하나의 덩어리로 되는 과정)해서 부품이 만들어지는 것이다.

"기존의 폴리머(보통 고분자 물질) 기반 절연체를 대체하는 세라믹 절연체는 훨씬 더 높은 온도를 견딜 수 있습니다.
기존 절연체의 최대 허용 권선 온도(모터 사용 가능 온도)인 220°C를 훨씬 초과하는 온도에서도 문제없습니다.
따라서 모터를 사용하는 전기 기계류의 작동 온도 범위는 700°C 온도까지만 자기장이 유지되는 특성을 지닌 철 성분 부품에 의해 제한됩니다."
라고 베르너는 발표했다.


3D 프린팅 제작 과정을 지켜보는 조한나 루돌프. 왼쪽에는 3D 프린팅으로 만든 회전자(모터에서 회전하는 부분)가 있고 오른쪽에는 고정자(모터에서 고정되는 부분)가 있다.

고온에서 작동하는 것뿐만 아니라 세라믹 절연체는 열을 더 잘 전도하므로 동선 케이블에서 발생하는 열 손상을 신속하게 줄인다. 이것은 연구자들이 전기 기계의 출력밀도를 높이는 또 다른 목표를 달성하는 데 도움이 된다. 3D 프린팅으로 만든 구리 부품은 전기 전도성이 낮지만, 특정 활용 분야에서는 권선 온도를 크게 줄여 효율을 높일 수 있다.

루돌프는 3D 인쇄로 만든 이 모터가 매우 혁신적이며 자신들이 꿈꾸던 기술이 실현 가능한 것임을 보여주는 증거라고 언급했다.
루돌프 이 기술을 발전시키고 상용화하기 위해서 로렌츠와 함께 스핀오프 창업(사내벤처 출발→별도 회사로 독립)을 준비하고 있다.

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전기모터마저도 3D 프린터로 만들었다는 것은 이제 웬만한 부품은 3D 프린터로 만들 수 있는 시대가 왔다는 것이다.
이것이 바로 진정한 4차산업혁명이라고 볼 수 있다.
기존의 방식을 넘어서 새로운 방식의 제조업이 탄생하는 것이다.