적층 제조
3D 프린팅 패널을 이용한 수동 6G 통신 향상
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재료 과학은 재료를 미시적, 종종 원자 수준에서 이해하여 개선하는 분야입니다. 가장 일반적인 목표는 강철, 유리, 세라믹 등 고전적인 형태보다 재료를 더 강하게 만드는 것입니다.
메타물질은 재료의 구조를 변경하여 기본 재료의 특성과 다른 특성을 부여함으로써 한 단계 더 나아갑니다. 이는 일반적으로 정확한 형태, 기하학, 크기, 방향 등의 반복 패턴을 생성함으로써 달성됩니다.
이러한 메타물질은 데이터를 인코딩하기 위해, 확장 가능한 양자 광원, DNA를 이용한 자체 조립 구조를 만들 수 있으며, 심지어 3D 레이저 프린팅된 형태도 가능합니다.
대부분의 수동 메타표면은 하나의 편광, 주파수 대역 또는 입사 각도에 대해서만 잘 작동하여 실용성을 제한합니다.
메타크리스털이라는 새로운 설계가 3D 프린팅 형태로 제작되어 핀란드 알토 대학교와 미국 스탠포드 대학교 연구원들에 의해 제안되었으며, 이는 “여러 입사 파동에 대해 동시에 그리고 독립적으로 고도로 복잡한 다중화 응답을 가능하게 합니다”.
It was published in Nature Communications1, under the title “Metacrystals: inversely-designed 3D-printed intelligent panels for 6G communication“. This discovery could have important applications in 6G telecom and other wireless systems, at a low cost.
6G 통신을 위한 메타크리스털
6G 기술에서의 적용
6G 통신은 밀리미터(mm) 파와 서브 THz 대역과 같은 주파수를 사용함으로써 더 높은 데이터 전송률, 향상된 에너지 효율성, 낮은 지연 시간을 약속합니다. 이러한 무선 주파수는 데이터 전송에 큰 잠재력을 가지고 있지만, 대기 감쇠, 자유 공간 경로 손실, 장애물에 부딪혔을 때 더 강한 산란 효과와 같은 자체적인 도전 과제를 안고 있습니다.
This forces engineers to rely on directional beams for communication instead of traditional multipath propagation.
출처: ResearchGate
고유한 반사 또는 굴절 특성 덕분에 메타표면은 벽, 천장, 심지어 창문에 전략적으로 배치되어 실내외 신호 커버리지를 크게 향상시킬 수 있습니다.
특히 수동 설계는 전원 공급이 필요 없고 저비용으로 제조할 수 있어 매력적입니다. 이는 현재까지 프로그래머블 메타표면이 널리 채택되기에는 비용이 너무 높고 물리적 부피가 크기(약 1제곱미터) 때문입니다.
“전통적인 설계 접근 방식은 지정된 기능을 커버하기 위해 세 개의 별도 지능형 표면이 필요하지만, 제안된 메타크리스털은 이를 모두 대체하여 배치 면적을 절감하고 재료 사용을 최소화하며 잠재적인 간섭 문제를 방지합니다.”
이상적으로는 완벽한 메타물질이 신호 편광, 다중 주파수 대역, 다양한 입사 각도에 걸쳐 효과적으로 작동하고 심지어 동시에 모두 작동할 수 있는 지능형 표면이 될 것입니다.
메타크리스털이란 무엇인가?
이 연구에서 제안된 재료인 메타크리스털은 “전부 유전체 이진 복합재”입니다.
본질적으로 이는 수동 메타크리스털이 신호를 수신하고 최소한의 손실이나 에너지 소비로 다른 방향으로 재방출할 수 있음을 의미하며, 특히 도시 환경에서 방해받을 수 있는 6G와 같은 통신 신호에 이상적인 중계 역할을 합니다.
“수동적이며 제작 친화적인 메타크리스털의 특성은 저비용, 저전력, 높은 방향 제어가 우선시되는 정적 인프라 통합에 매력적인 후보가 됩니다.”
이 용어 자체는 광자 결정(다중 회절 차수를 지원)과 메타물질(깊게 서브파장 구조 블록을 가짐) 모두와의 재료 유사성에서 유래되었습니다.
메타크리스털 제작
연구원들은 실제 예시와 제조 방법을 테스트하기 위해 개념이 실현 가능함을 증명하기 위해 세 개의 시연기를 만들었습니다.
설계 자체는 인접 기반 토폴로지 최적화를 이용한 역설계 방법과 같이 메타물질 생산에 이미 사용되는 복잡한 기술들을 많이 활용했습니다.
첫 번째와 두 번째 시연기에서는 “그레이스케일 유전율 분포”를 사용했으며, 이는 결정 표면 전체에 걸쳐 특성이 서서히 변하도록 했습니다.
세 번째 시연기는 3D 프린팅을 이용해 제작되었습니다. 연구원들은 구조적 완전성을 보장하고 기존 3D 프린팅 기술로 구현할 수 있도록 얇은 지지층을 추가했습니다.
메타크리스털은 다양한 주파수에 맞게 설계될 수 있지만, 연구원들은 통신에 유용한 100 GHz 영역에 초점을 맞추었습니다: 100 GHz, 99 GHz, 102.53 GHz.
“시연된 단일 노즐, 저비용 FDM 제작 경로는 약 100 GHz까지 직접 적용 가능하며, 이는 이미 가장 널리 논의되는 단기 6G 관련 스펙트럼 범위인 24–71 GHz의 mm-파 대역을 포함합니다.”
다중 신호를 위한 다층 메타크리스털
여기서 사용된 메타크리스털의 근본적인 장점은 좁은 방향으로 재방출하는 것뿐만 아니라 동시에 다중 신호를 처리할 수 있어, 특정 재방출기가 안테나로서 훨씬 더 유용해진다는 점입니다.
개념을 테스트하기 위해 0°, 20°, 45° 각도를 선택했습니다. 그러나 다른 각도나 더 많은 각도도 가능했을 것입니다.
“동시 기능의 수는 근본적으로 제한되지 않습니다. 더 많은 기능은 일반적으로 더 두꺼운 메타크리스털을 필요로 합니다. 따라서 이 예시는 서로 다른 송신기의 입사 각도를 독립적으로 선택할 수 있음을 보여줍니다.”
3D 프린팅 안테나
세 번째 프로토타입에 3D 프린팅을 사용함으로써 연구원들은 결과 메타크리스털이 다수의 실용적인 상황에서 필수적인 특성인 편광에 민감하지 않은 응답을 갖도록 목표했습니다.
제조를 간소화하기 위해 제작 과정에서 폴리아크릴산(은색 UltiMaker PLA)이라는 단일 재료만 사용했으며, 이를 공기 간격(공기의 유전율이 다르기 때문)과 공간적으로 교차시켰습니다.
다른 상용 프린터 필라멘트 재료도 사용할 수 있습니다. 예를 들어, “Zetamix ε”(라디오 주파수(RF) 및 마이크로파 응용을 위해 Nanoe가 설계한 3D 프린팅 필라멘트)와 같은 필라멘트는 좋은 유전율을 가지고 있습니다.
이러한 방법은 전통적인 안테나 및 기타 메타물질보다 훨씬 저렴한 저손실·저비용 메타크리스털 제작 옵션을 열어줍니다.
통신 테스트
메타크리스털 안테나의 실제 성능을 테스트하기 위해 연구원들은 전용 측정실(에코가 없는)을 사용했습니다. 성능은 비시선(NLOS) 시나리오에서 테스트되었습니다.
실제 환경에 더 가깝게 유지하기 위해 무향실 내 여러 지지대를 흡수체 없이 남겨 두어 추가적인 산란원을 도입했습니다.
메타크리스털 안테나의 존재는 결과 신호 강도를 크게 증가시킵니다.
큰 잠재력
주로 6G와 특정 주파수에 대해 테스트되었지만, 이 연구에서 설명된 방법은 훨씬 더 다재다능할 수 있습니다.
예를 들어, 메타크리스털을 서브 THz 및 THz 주파수로 확장하려면 주로 더 높은 해상도의 제조가 필요하며, 여기서 사용된 저비용 FDM 경로와는 다른 비용/생산성 트레이드오프가 존재합니다.
이러한 높은 정밀도는 2광자 중합 마이크로제조까지 확장될 수 있으며, 여기서는 약 100 nm 수준까지 특징 크기 제어가 가능합니다.
이 접근법은 기존 3D 프린팅 제조와 완전히 호환되어 확장 가능하고 비용 효율적이며 대량 생산에 적합합니다.
예를 들어, 연구원들은 연구에 사용된 프로토타입과 유사한 표면적을 가진 메타크리스털의 제작 비용(소모품)이 단 $15에 불과하다고 추정합니다.
실제 설치에서는 메타크리스털 패널을 환경 내구성을 위해 캡슐화 층으로 포장하고, 정기적인 유지보수를 통해 장기 성능을 유지하도록 지원할 수 있습니다.
통신 3D 프린팅 재료에 투자하기
Nano Dimension
NNDM 가격 차트
이 연구는 3D 프린팅이 희귀한 복잡 부품이나 프로토타이핑을 넘어 더 많은 잠재적 응용 분야를 가지고 있음을 보여주는 여러 연구 중 하나에 불과합니다. 몰이 절대 만들 수 없는 고도로 복제 가능하고 정교한 구조를 만들어 플라스틱 필라멘트와 같은 저렴한 재료를 통신용 놀라운 재료로 전환할 수 있습니다. 그러나 저비용 학술 프로토타입과 상업적 대량 생산 사이의 격차를 메우는 일은 복잡한 장애물이며, 산업 시장 리더에 대한 집중을 강하게 이끌고 있습니다.
Nano Dimension은 3D 프린팅 전자 분야에 집중하면서 복잡한 공간 기하학을 다루는 적층 제조 전자(AME)를 선도적으로 개발했습니다. 이 입지는 2025년에 현금 전액 거래로 경쟁사인 Desktop Metal과 Markforged를 차례로 인수하면서 진화했습니다. 이를 통해 고정밀 금속을 포함한 많은 새로운 재료가 회사의 제품에 추가되었으며, 3D 프린팅 전자 시장을 통합하는 데 도움이 되었습니다.
이로 인해 SpaceX (SPCX ), Tesla (TSLA ), GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronics 등 고객 기반을 통합하여 규모의 경제를 창출했습니다.
마지막으로, 인수된 회사들은 주로 서로 다른 지역에서 활동했으며, Nano Dimension은 유럽, Desktop Metal은 미국에 있어 영업팀을 통합함으로써 시너지를 얻을 수 있었습니다.
출처: Nano Dimension [securities_stock_price_tag symbol="NNDM" exchange="NASDAQ"]
하지만 독점적인 나노입자 기술을 초저비용 대안과 경쟁하도록 확장하는 것은 막대한 재정 부담으로 입증되었습니다. 현재 회사는 다중 재료 플랫폼의 상업적 경제성을 입증하는 데 집중하고 있으며, 2025년 인수합병 통합에서 전 세계 시장 전반에 걸쳐 통합 기술 플랫폼을 확장하는 전반적인 전환을 모색하고 있습니다.
투자자들은 회사가 오랫동안 순이익을 유지하는 데 어려움을 겪어 왔으며, 이는 산업용 적층 제조 부문이 직면한 광범위한 거시경제적 도전과 운영상의 역풍을 반영한다는 점을 인식해야 합니다.
2026년 1분기에 Nano Dimension은 매출을 전년 대비 106% 증가시켜 2,970만 달러를 기록했으며, 조정 EBITDA에서 1,250만 달러 손실, 순손실 6,970만 달러를 기록했습니다. 현금 및 현금성 자산은 4억 4,160만 달러였습니다.
따라서 회사 주식의 미래는 첨단 구조 엔지니어링을 지속 가능한 상업적 수익으로 전환하고 급변하는 시장에서 기술 리더로서의 입지를 방어할 수 있는 능력에 크게 좌우될 것입니다.
최신 Nano Dimension (NNDM) 주식 뉴스 및 개발
참조 연구
1. Mohammad M. Asgari, et al. 메타크리스털: 역설계된 3D 프린팅 지능형 패널을 이용한 6G 통신. Nature Communications 17, 4912 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-73019-x
