기계와 소재, 세상을 변화시키는 통섭(通涉)의 힘
3D Printing 소재 연구로 원천기술 확보에 주력할 터
서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과 류민영 학과장 

기계공학은 제조업부터 우주항공에 이르기까지 현대 산업의 모든 분야에서 매우 중요한 위치를 차지하고 있는 핵심기술 분야이다. 특히 최근 각 산업 분야 간의 연계와 교류가 활발해지고, 이에 따른 융·복합이 이뤄지면서 기계공학 또한 미래 산업발전을 이끌기 위한 융합학문으로의 도약을 준비하고 있다.

학제 간 융합연구로 기계공학의 새 장을 열다
서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과는 기계설계학과, 자동화공학과, 제품설계금형공학과가 융합된 학과로서 국내 기계공학분야의 융합교육 및 연구를 선도하고 있다. 학과장을 역임하고 있는 류민영 교수는 “우리가 사용하고 있는 모든 물건에는 금형 설계와 이를 이용한 공정이 필요합니다. 그리고 이러한 기술들을 아우르고 있는 것이 바로 기계공학입니다. 특히 최근에는 나노기술, IT기술, 바이오기술을 구현하는 핵심기술로 부각되면서 수요가 폭발적으로 증가하고 있습니다”라고 밝혔다. 기계시스템디자인공학과를 이끌고 있는 류민영 교수는 기계와 고분자공학을 모두 전공한 독특한 이력의 소유자다. 석사까지 기계공학을 공부했던 류 교수는 박사과정부터 고분자공학 연구에 매진하며 두 분야의 전문지식을 활용, 폭 넓은 연구 활동을 펼쳐왔다. 특히 지난 6월부터는 국내 최초로 3D printing용 소재 개발을 정부과제로 수행하며, 원천기술 개발에 매진하고 있다.
류 교수가 고분자공학을 접하게 된 건 석사를 마치고 병역특례로 LG전자에서 연구원으로 일하던 때였다고 한다. 우연한 기회에 기존의 금속 부품을 대체하기 위한 플라스틱 사출성형 프로젝트에 투입되었던 그는 당시의 경험을 토대로 기계와 고분자공학 융합연구의 필요성에 주목하게 된다.

이후 류 교수는 고분자공학 분야 세계 최고의 학자인 James L. White가 교수로 재직하고 있는 오하이오주 주립대학 중 하나인 애크런대학교(The University of Akron)에서 박사과정을 수행하게 된다. 류 교수는 “애크런대학교의 일반학과는 다른 학교들에 비해 그렇게 명성이 높은 학교는 아니지만 고분자분야에서만큼은 세계적으로 독보적인 위치를 차지하고 있는 곳이었습니다. 고분자 관련 박사과정만 300명이 넘는 규모와 화학관련 교과목을 공부하지 않은 타 분야 전공자로서 처음에는 따라가기가 쉽지만은 않았습니다”라고 전했다. 화학공학과, 고분자공학과, 화학과 출신이 대부분이었던 상황에서 류 교수는 자신의 목표를 이루기 위해 다른 이들의 몇 배가 넘는 노력을 했다고 한다. 그렇게 기계공학과 고분자공학을 모두 아우르게 된 류 교수는 이를 자신만의 융합연구로 발전시켜나가고 있다. 그는 “지금까지의 일반적인 인식은 학사·석사·박사를 통틀어 한 가지 전공분야에 집중하는 것을 중시해왔습니다. 그러나 최근의 추세는 점차 융합으로 나아가고 있습니다. 다양한 분야에의 전문지식을 갖추고 이를 활용하거나 응용해나가는 것이 더 효과적이며 획기적인 결과물을 만들어내고 있다”고 설명했다. 

차세대 산업 혁신 이끌 원천기술 개발
류민영 교수의 이러한 생각은 후대 연구자 양성을 위한 융합교육으로 이어지고 있다. 그리고 그 일환으로 출발한 것이 디자인과 기술의 융합교육이다. 그는 “디자인과 금형은 함께 가야합니다. 디자이너들에게 금형적인 지식이 전혀 없고, 금형기술자에게 디자인에 대한 지식이 없다면 서로가 원하는 것을 100% 구현하기란 불가능에 가깝다”며 특히 새로운 디자인과 제품을 구현하기 위해선 소재 개발, 즉 ‘원천기술’ 연구가 무엇보다 중요하다고 강조했다. 그는 “하나의 기계 안에는 수십 가지가 넘는 플라스틱 소재가 들어간다. 소재를 바꾸는 것만으로도 비용 절감이나 안정성 확보, 기능 향상 등의 결과를 만들어 낼 수 있다”고 설명했다. 이러한 원천기술의 개발은 곧 국가경쟁력 향상에도 이어진다. 일례로 최근 각광받는 디스플레이 시장에서 그 부품이 되는 편광필름이나 감광재료 등의 제품은 대부분 일본에서 제작한 것으로, 일본은 이를 통해 막대한 로열티를 벌어들이고 있는 상황이다.

이에 류 교수가 최근 주력하고 있는 것이 3D printing 소재 연구이다. 획기적인 제조공법의 3D printing은 다양한 형태의 제품 생산이 가능하고, 비용 효율성 또한 높아 차세대 제조업 혁명의 대표 주자로도 거론되고 있다. 류 교수는 “3D printing은 개인 맞춤형 제품 제작이나, 소량 생산에 상당한 효율을 자랑합니다. 하지만 제품의 강도가 낮고, 다양한 물성이 없다는 단점 때문에 산업 전반에 활용되기까지는 아직 시간이 필요합니다”라고 밝혔다. 류 교수는 이를 보완하기 위해 물성이 높은 재료, 친환경적인 소재를 개발하고 있다. 향후 높은 성장이 예상되는 3D printing 시장에서의 원천기술 확보는 우리나라를 세계 초일류의 경제 강국으로 도약시킬 열쇠가 되리라는 판단이다.

고분자가공과 타이어성형의 연구를 통해 과학기술 우수논문상을 두 차례 수상한 바 있는 류민영 교수는 기계와 소재 영역 융합에 이어 향후 디자인 영역까지 융합연구의 폭을 넓혀보고 싶다고 말했다. 최근 모든 분야에 걸쳐 중요성을 높여가고 있는 디자인 영역에의 공부와 연구를 통해 벽 너머의 또 다른 세상을 탐색하고 싶다는 생각이다. 류 교수는 “자신의 목표를 이룬 사람과 그렇지 못한 사람의 차이는 백지장 한 장에 불과합니다. 하지만 그 백지장이 어떤 이에게는 평생 넘질 못할 거대한 벽이 될 수도 있다”며 “변화와 실패를 두려워하지 않고 끊임없이 도전하는 것, 계획만 세우며 시간을 보내기 보단 바로 실행하는 자세가 더 중요하다”고 강조했다. 

The power of changing machines, materials and the world
Securing original technologies with 3D printing material research
Minyoung Lyu, Dean of the Department of Mechanical System and Design Engineering at Seoul National University of Science and Technology

Opening a new chapter for mechanical engineering with fusion cooperative research
The Seoul National University of Science and Technology’s Mechanical System and Design Engineering Department combined three departments: mechanical design, automobile engineering and product design mold engineering. Dean of the department Lyu said “Everything we use in our lives is made through mold design and its process. And the design and the process require mechanical engineering which is the core technology to realize various other technologies used in nano, bio and IT. For this reason, the demand for mechanical engineering is increasing recently.”Prof. Lyu majored in machinery for his master’s degree and high polymer engineering for a PhD. Since last June, Prof. Lyu is working on developing 3D printing materials and original technologies as part of a government project. Prof. Lyu came to know about high polymer engineering when he was working for LG Electronics as a researcher. He was involved in a plastic injection molding project and realized the need for researches on machinery and high polymer engineering. Prof. Lyu then studied at The University of Akron (US),where the best polymer-specialized authority in the world Prof. James L. White was teaching, and obtained a PhD. Lyu said “The university is not that famous in name but is the best and unique in the world when it comes to high polymer field with about 300 students studying for a PhD in the field at the university. And I had to give much more effort as I did not have degree in related subjects such as chemistry, high polymer engineering or chemical engineering.”However, Prof. Lyu is creating a unique fusion field by combining machinery and high polymer engineering. He said “People preferred to focus on a single subject from degree to PhD in the past, but it has become a trend to study various fields to pioneer a wider and more effective field.”

Development of original technology that can lead next generation industry
Thus born was the Department of Mechanical System and Design Engineering. Prof. Lyu said “Design and mold should go together. This means that designers need to have knowledge in molding and vice versa in order to realize each other’s goal by 100%. In addition, researches on original technologies are very important for developing new materials. One machine contains a lot of plastic materials and this means that changing a material can significantly reduce the cost or secure a safety or improve the performance.”

Original technology development can also contribute to raising national competitiveness. Polaroid films and sensitized materials used for display, for example, are mostly produced in Japan and we have to pay a considerable amount of royalty. For this reason, Prof. Lyu is working hard on 3D printing materials. It can produce various types of products and has high cost-effectiveness and is regarded as a next generation leader in the manufacturing industry. Prof. Lyu said “3D printing is highly efficient for customized products or small quantity products. But due to the lack of intensity and limited property value, it needs time to be fully applied to various industries.”To improve this problem, Lyu is developing eco-friendly materials with high property value and this can raise Korea’s global status in the field. He won excellent science technology thesis awards twice for his high polymer process and tire shaping researches. Lyu said “There is a slight difference between those who achieved their goals and those not: the former put their ideas and plans into action while the latter did not. With this in mind, I will do my best to contribute to the development of the field in Korea.”