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문제 정의
- , 2016; Lee & Kim, 2015; Song & Geum, 2016)가 있으나, 노년 여성의 낙상보호를 위한 제품에 3D 프린팅 기술을 적용한 연구는 전무하다. 따라서 본 연구에서는 3차원 프린터 기술을 적용한 낙상충격 보호패드 개발을 위해 선행연구(Park et al., 2017)에서 선정한 소재를 활용하여 충격보호용 패드의 요구특성에 적합한 패드 구조를 설계하였다. 스페이서 패브릭의 구조, 기둥의 두께, 배열방식에 따라 3D 모델링을 하였으며, 설계된 패드의 충격보호성능 및 유연성 평가를 진행하였다.
- 낙상보호패드는 의복에 삽입되는 것이므로 충격보호성능 외에도 착용감을 고려하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 압축특성 평가를 통해 패드가 부드럽게 잘 변형되는지를 확인하였다. 시험방법은 KS M ISO 20865(Korean Standards Association [KSA], 2008)를 준용하였다.
- 본 연구는 유연성이 좋은 TPU 소재를 사용하여 다양한 디자인의 입체메쉬 구조의 낙상충격 보호패드를 3D 프린터로 출력하고 입체메쉬를 이루는 구성 요소의 조합에 따라 충격보호성능을 비교하고 분석하였으며, 압축특성 평가와 관능평가를 실시하여 낙상보호복 개발에 유용한 정보를 제공하였다는데 그 의의가 있다. 실제 보호복에 적용될 패드의 형태는 인체의 곡면과 같이 곡면형이 적합하지만 본 연구에서는 입체메쉬의 세부적인 형태에 따라 보호성능을 평가하여 가장 적합한 디자인을 도출하는 것에 중점을 두었으므로 패드를 평편한 형태로 유지하였다.
- 스페이서 패브릭의 구조, 기둥의 두께, 배열방식에 따라 3D 모델링을 하였으며, 설계된 패드의 충격보호성능 및 유연성 평가를 진행하였다. 이를 통해 낙상충격 보호패드로서의 활용 가능성을 분석하고자한다.
- , 2014). 이에 본 연구에서는 현재 FDM 방식의 3D 프린터용으로 개발된 재료 중 선행연구(Park et al., 2017)를 바탕으로 가장 유연하면서도 충격보호성능이 뛰어난 NinjaTek사의 소재를 사용하여 실험을 진행하고자 한다.
제안 방법
- 20cm의 높이의 충격보호성능 시험에서 폼 소재보다 보호성능이 좋았던 5종의 기본 구조패드와 4종의 응용구조패드에 대하여 압축성능을 평가하였으며, 10.0mm두께의 시편이 4.0mm가 되었을 때의 압축강도값을 [Table 11]에 제시하였다. 결과값이 작을수록 패드가 부드럽게 잘 변형된다고 볼 수 있으며, 압축특성과 충격보호성능을 비교할 수 있도록 15cm, 20cm 높이에서 볼링공을 낙하시켰을 때 패드를 통과한 충격력 결과도 함께 제시하였다.
- 0mm가 되었을 때의 압축강도값을 [Table 11]에 제시하였다. 결과값이 작을수록 패드가 부드럽게 잘 변형된다고 볼 수 있으며, 압축특성과 충격보호성능을 비교할 수 있도록 15cm, 20cm 높이에서 볼링공을 낙하시켰을 때 패드를 통과한 충격력 결과도 함께 제시하였다.
- 기본 디자인을 응용하여 보호패드의 고밀도 구조와 다층구조를 설계하였다. 고밀도 구조는 I(2.
- 0mm를 추가하였다(Table 2). 반복되는 육각형의 단위구조를 형성하기 위해 표면층을 위, 아래로 배치하고 중간에 스페이서층을 결합시켰으며 각 개체 간의 연결을 위해 브릿지를 생성하였다(Fig. 2).
- 보호패드의 기본 디자인은 문헌자료(Du et al., 2017; Li et al., 2009; Liu et al., 2014; Sheikhzadeh et al., 2010; Wang & Hu, 2015)에서 분석하고 분류한 스페이서 패브릭의 형태를 바탕으로 표면층과 스페이서 필라멘트로 설계하였다.
- 본 연구에서는 보호력과 착용감이 좋은 보호패드를 설계하기 위하여 선행연구(Park et al., 2017)에서 설계한 입체육각메쉬형 패드 디자인을 기본으로 하되 패드를 이루는 구성 요소들을 변화시켜 총 20종의 패드를 디자인 하였으며, 이는 기본 디자인과 응용디자인으로 나눌 수 있다. 기본 디자인은 육각형, 다이아몬드형의 표면층과 I형, S형, V형, X형의 스페이서층을 조합한 디자인이며, 응용디자인은 기본 디자인을 변형한 것으로 단위면적 안에 배치되는 스페이서 필라멘트의 밀도를 증가시킨 고밀도 구조와 중간층이 추가된 다층구조이다.
- 본 연구에서는 선행연구(Park & Lee, 2017)에서 설계하고 분석한 절개형, 타공형, 조각형 낙상패드 중에서 활동성과 착용감이 좋은 것으로 평가된 조각형 패드 디자인과 완충성과 통기성이 우수한 스페이서 패브릭의 구조를 결합하여 보호패드를 설계하였다.
- 본 연구에서는 열가소성 필라멘트를 녹여 노즐에서 압출하여 적층하는 방식인 FFF(Fused Filament Fabrication) 방식의 3D 프린터를 사용하여 보호패드를 출력하였다. 3D 프린터는 선행연구(Park et al.
- 본 연구에서는 완충성이 좋은 스페이서 패브릭의 형태를 적용하여 기본 구조 16종과 응용구조 4종으로 낙상충격 보호패드를 설계하였다. 설계한 패드는 유연한 특성을 가진 NinjaFlex® 소재를 사용하여 FDM 방식의 3D 프린터로 출력하였으며, 출력된 패드에 대하여 충격보호성능, 압축특성 평가 및 관능평가를 실시하였다.
- 패드의 충격보호성능을 평가하기 위해 힘판 위에 패드를 놓고 20cm와 15cm 높이에서 6파운드의 볼링공을 낙하시켜서 지면방향으로 발생하는 힘의 크기를 측정하였다. 샘플당 10회씩 반복 측정하였으며, 센서와 힘판의 손상을 막기 위해 6.0mm 두께의 네오프렌 보호재를 깔고 실험을 진행하였다. 패드가 없을 때의 충격력은 장비의 한계로 측정이 불가하여 6cm, 9cm, 12cm의 높이에서 측정한 값을 토대로 추정치를 구하였다(Fig.
- 설계한 24종의 보호패드를 NinjaFlex® 필라멘트를 사용하여 Cubicon single에서 출력하였다.
- 설계한 패드는 유연한 특성을 가진 NinjaFlex® 소재를 사용하여 FDM 방식의 3D 프린터로 출력하였으며, 출력된 패드에 대하여 충격보호성능, 압축특성 평가 및 관능평가를 실시하였다.
- , 2017)에서 선정한 소재를 활용하여 충격보호용 패드의 요구특성에 적합한 패드 구조를 설계하였다. 스페이서 패브릭의 구조, 기둥의 두께, 배열방식에 따라 3D 모델링을 하였으며, 설계된 패드의 충격보호성능 및 유연성 평가를 진행하였다. 이를 통해 낙상충격 보호패드로서의 활용 가능성을 분석하고자한다.
- 스페이서 필라멘트는 I형, S형, V형, X형으로 디자인하였으며, 스페이서 필라멘트를 표면층의 접점에 해당하는 위치에 배치하여 스페이서층을 형성하였다(Table 1)−(Table 2). 스페이서층의 두께는 6.0mm이며, 필라멘트의 굵기(직경)에 따른 차이를 살펴보기 위해 기본적으로 I형, S형, V형, X형에 대하여 필라멘트 직경을 1.5mm로 설정하고, I형과 S형은 굵기를 증가시켜 2.0mm를 추가하였으나, V형과 X형은 2.0mm로 할 경우 패드의 밀도가 너무 높고 단단하게 되므로, 1.0mm를 추가하였다(Table 2). 반복되는 육각형의 단위구조를 형성하기 위해 표면층을 위, 아래로 배치하고 중간에 스페이서층을 결합시켰으며 각 개체 간의 연결을 위해 브릿지를 생성하였다(Fig.
- 본 연구는 유연성이 좋은 TPU 소재를 사용하여 다양한 디자인의 입체메쉬 구조의 낙상충격 보호패드를 3D 프린터로 출력하고 입체메쉬를 이루는 구성 요소의 조합에 따라 충격보호성능을 비교하고 분석하였으며, 압축특성 평가와 관능평가를 실시하여 낙상보호복 개발에 유용한 정보를 제공하였다는데 그 의의가 있다. 실제 보호복에 적용될 패드의 형태는 인체의 곡면과 같이 곡면형이 적합하지만 본 연구에서는 입체메쉬의 세부적인 형태에 따라 보호성능을 평가하여 가장 적합한 디자인을 도출하는 것에 중점을 두었으므로 패드를 평편한 형태로 유지하였다. 따라서 후속연구에서는 3D 인체스캔 데이터를 활용하여 인체곡면에 부합하는 곡면형 패드를 설계 및 제작하여 이를 적용한 낙상보호복을 완성하고 충격보호성능과 착용감 등에 대하여 평가하는 것이 필요하다고 생각된다.
- 1]에서 보는 바와 같이 육각형 입체단위가 벌집모양처럼 연결된 조각형 패드의 형태를 기본 골격으로 하고 각 단위의 내부구조는 스페이서 패브릭의 구조를 적용한 형태이다. 육각형 입체메쉬의 구성은 표면층과 스페이서층으로 구분되는데 표면층은 스페이서 패브릭의 형태를 따라 육각형과 다이아몬드형으로 하고, 스페이서층은 가장 기본적이고 단순한 모양인 I형으로 설계하였다.
- 의류학을 전공한 대학원생 이상으로 이루어진 10명의 전문가 집단을 대상으로 직접 실물패드를 만져보게 하여, 패드의 표면재질과 외관, 패드를 전체적으로 휘게 하였을 때 유연한 정도, 패드를 수직으로 압축했을 때 부드러운 정도, 손으로 들었을 때 느껴지는 무게감에 대하여 평가할 수 있도록 하였으며, 모든 문항에 대하여 5점 리커트 척도(1=매우 나쁘다, 5=매우 좋다)로 측정하였다.
- 시험방법은 KS M ISO 20865(Korean Standards Association [KSA], 2008)를 준용하였다. 직경 20cm의 원형 가압판이 5.0mm/min 속도로 0.5N의 초하중으로부터 10.0mm 두께의 시편을 5.0mm까지 압축하였다가 하중을 해제하면서 시편의 두께가 4.0mm로 압축되었을 때의 압축강도값(N)을 측정하였다.
- 0mm 두께의 직육면체의 커넥터로 서로 연결되도록 하였다. 커넥터로 인해 단위구조들이 1.0mm간격으로 치밀하게 연결되면서도, 커넥터의 변형에 따라 시트형태의 패드가 유연성을 가지도록 하였다. 패드의 특성평가를 위한 샘플패드는 19개의 단위구조가 연결되었으며, 그 형태는 [Fig.
- 0mm 두께의 네오프렌 보호재를 깔고 실험을 진행하였다. 패드가 없을 때의 충격력은 장비의 한계로 측정이 불가하여 6cm, 9cm, 12cm의 높이에서 측정한 값을 토대로 추정치를 구하였다(Fig. 6). 본 연구에서 설계한 패드의 충격보호성능을 선행연구(Park & Lee, 2017)에서 사용되었던 CR 폼 소재(10.
- 패드의 두께는 의복에 삽입되었을 때의 외관과 착용감을 고려하여 10.0mm로 하였으며, 육각형의 입체단위에서 한 변의 길이는 선행연구(Park & Lee, 2016)에서 보호성능, 제작 시 효율성 등을 고려하여 15.0mm로 결정하였다.
- 패드의 충격보호성능을 평가하기 위해 힘판 위에 패드를 놓고 20cm와 15cm 높이에서 6파운드의 볼링공을 낙하시켜서 지면방향으로 발생하는 힘의 크기를 측정하였다. 샘플당 10회씩 반복 측정하였으며, 센서와 힘판의 손상을 막기 위해 6.
대상 데이터
- 본 연구에서는 열가소성 필라멘트를 녹여 노즐에서 압출하여 적층하는 방식인 FFF(Fused Filament Fabrication) 방식의 3D 프린터를 사용하여 보호패드를 출력하였다. 3D 프린터는 선행연구(Park et al., 2017)에서 좋은 평가를 받았던 하이비전시스템사의 Cubicon single을 사용하였다. 프린터 노즐의 사이즈는 0.
- 패드는 표면층과 스페이서층으로 이루어진 육각형의 입체단위 구조가 서로 연결된 구조이다. 기본 구조 16종은 육각형과 다이아몬드형의 표면층에 각각 I1.5, S1.5, V1.5, X1.5, I2.0, S2.0, V1.0, X1.5의 스페이서층을 결합한 것이고, 응용구조는 I2.0에서 변형된 형태로 스페이서층의 굵기를 1.0mm로 줄이고 배열하는 밀도를 높인 고밀도 구조와 I2.0에서 중간에 표면층이 하나 더 삽입된 다층구조로 구성하였다.
- , 2017)에서 설계한 입체육각메쉬형 패드 디자인을 기본으로 하되 패드를 이루는 구성 요소들을 변화시켜 총 20종의 패드를 디자인 하였으며, 이는 기본 디자인과 응용디자인으로 나눌 수 있다. 기본 디자인은 육각형, 다이아몬드형의 표면층과 I형, S형, V형, X형의 스페이서층을 조합한 디자인이며, 응용디자인은 기본 디자인을 변형한 것으로 단위면적 안에 배치되는 스페이서 필라멘트의 밀도를 증가시킨 고밀도 구조와 중간층이 추가된 다층구조이다. 패드의 두께는 의복에 삽입되었을 때의 외관과 착용감을 고려하여 10.
- 스페이서 필라멘트는 I형, S형, V형, X형으로 디자인하였으며, 스페이서 필라멘트를 표면층의 접점에 해당하는 위치에 배치하여 스페이서층을 형성하였다(Table 1)−(Table 2).
- , 2010; Wang & Hu, 2015)에서 분석하고 분류한 스페이서 패브릭의 형태를 바탕으로 표면층과 스페이서 필라멘트로 설계하였다. 표면층의 형태는 육각형과 다이아몬드형 2종으로 디자인하였으며, 큰 육각형 안에 각각 작은 육각형과 마름모가 균일하게 배치되어 있는 형태로 각 표면층의 두께는 2.0mm이다(Fig. 2). 스페이서 필라멘트는 I형, S형, V형, X형으로 디자인하였으며, 스페이서 필라멘트를 표면층의 접점에 해당하는 위치에 배치하여 스페이서층을 형성하였다(Table 1)−(Table 2).
- , 2017)에서 좋은 평가를 받았던 하이비전시스템사의 Cubicon single을 사용하였다. 프린터 노즐의 사이즈는 0.4mm이고, 필라멘트의 직경은 1.75mm이며, ABS, PLA, TPU 필라멘트를 사용할 수 있다. 필라멘트는 유연성이 좋은 TPE(Thermoplastic Elastomer) 소재의 NinjaFlex®를 사용하였다.
- 필라멘트는 유연성이 좋은 TPE(Thermoplastic Elastomer) 소재의 NinjaFlex®를 사용하였다.
데이터처리
- 본 연구에서 설계한 패드의 충격보호성능을 선행연구(Park & Lee, 2017)에서 사용되었던 CR 폼 소재(10.0mm)와 비교하여 살펴보기 위해 각 샘플의 평균값을 비교하였으며, 보호패드의 구조에 따른 충격보호성능의 차이를 살펴보기 위해 SPSS 통계프로그램을 사용하여, 프리드만 검증과 윌곡슨 부호-서열 검증을 실시하였다.
이론/모형
- 따라서 본 연구에서는 압축특성 평가를 통해 패드가 부드럽게 잘 변형되는지를 확인하였다. 시험방법은 KS M ISO 20865(Korean Standards Association [KSA], 2008)를 준용하였다. 직경 20cm의 원형 가압판이 5.
성능/효과
- 5mm 굵기의 스페이서 필라멘트로 설계된 기본 디자인 패드에 대하여 윌콕슨 부호-서열 검증을 실시한 결과, 표면층의 구조에 따른 차이가 유의한 것으로 나타났다(Table 6). 15cm 높이와 20cm에서 동일하게 I형, S형은 육각형 구조가 더 좋은 것으로 나타났으며, V형, X형은 다이아몬드형 구조가 더 좋은 것으로 나타났다. 이는 I형, S형에서는 스페이서층의 빈 공간이 많아서 스페이서층의 밀도가 높은 육각형 구조가 더 좋은 결과를 보인 것으로 생각되며, V형, X형은 스페이서층이 조밀하므로 스페이서층의 밀도에 영향을 받기보다는 표면층의 밀도가 높은 다이아몬드형 구조가 더 좋은 결과를 나타낸 것으로 생각된다.
- 15cm와 20cm의 낙하높이에서 충격보호성능을 평가한 결과, 15cm에서 CR 폼 소재보다 좋았던 기본 구조는 DV1.5, DX1.5, DV1.0, DX1.0이었으며, 20cm에서는 HV 1.5가 추가적으로 좋은 성능을 보였다. 15cm에서는 1종을 제외한 모든 소재가 2,500N 이하의 값을 보였으며, 20cm에서는 10종의 소재가 3,000N 이하의 값을 보였다.
- 2.0mm과 1.0mm 굵기의 스페이서 필라멘트로 설계된 패드에 대해서도 다이아몬드형과 육각형의 차이를 살펴본 결과, 1.5mm 굵기에서와 동일하게 육각형 구조가 다이아몬드형 구조보다 보호력이 좋은 것으로 나타났다. 따라서 스페이서 필라멘트의 굵기에 관계없이 표면층에 대한 차이는 동일한 경향을 나타낸다고 볼 수 있다(Table 7)−(Table 8).
- 0에 비해 충격보호성능은 좋지만 압축특성 평가결과는 좋지 않은 것을 알 수 있다. 결과값의 수치를 살펴보면, 압축성능은 두 배 이상 차이가 나지만 충격보호성능은 적게는 12%, 많게는 21% 정도 차이가 나타났다.
- 15cm에서는 1종을 제외한 모든 소재가 2,500N 이하의 값을 보였으며, 20cm에서는 10종의 소재가 3,000N 이하의 값을 보였다. 기본 디자인에서 스페이서 필라멘트의 유형에 따라 충격보호성능에서 유의한 차이가 있었으며, V형, X형, S형, I형 순으로 좋은 것으로 나타났다. 다이아몬드형 구조와 육각형 구조 간의 충격보호성능의 차이를 살펴본 결과, I형, S형은 육각형이 더 좋은 것으로 나타났으며, V형, X형은 다이아몬드형이 더 좋은 것으로 나타났다.
- 낙하높이 15cm에서 기본 구조패드 16종과 선행연구(Park & Lee, 2017)에서 사용되었던 CR 폼 소재(10.0mm)에 대한 충격보호성능을 살펴보면 폼보다 좋은 소재는 4종으로 DV1.5, DX1.5, DV1.0, DX1.0 순으로 좋은 결과를 보였다.
- 9). 낙하높이 20cm에서도 비슷한 경향을 보였으나 HV1.5도 추가되어 5종의 패드가 폼보다 좋은 것으로 나타났으며, 발생된 충격력을 72~78% 정도 감소시킨 것을 확인할 수 있다. 15cm에서는 1종을 제외한 모든 소재가 2,500N 이하의 값을 보였으며, 20cm에서는 10종의 소재가 3,000N 이하의 값을 보였다(Fig.
- 기본 디자인에서 스페이서 필라멘트의 유형에 따라 충격보호성능에서 유의한 차이가 있었으며, V형, X형, S형, I형 순으로 좋은 것으로 나타났다. 다이아몬드형 구조와 육각형 구조 간의 충격보호성능의 차이를 살펴본 결과, I형, S형은 육각형이 더 좋은 것으로 나타났으며, V형, X형은 다이아몬드형이 더 좋은 것으로 나타났다. 응용디자인에서 구조에 따른 차이를 살펴보면 다층구조, I2.
- 이는 고밀도 구조에는 다이아몬드형의 스페이서 필라멘트가 육각형 구조에 비해 골고루 분포되어 있고, 표면층의 밀도가 높기 때문에 더 좋은 결과를 보인 것으로 여겨진다. 다층구조에서는 I2.0에서와 동일하게 스페이서층의 밀도가 높은 육각형이 좋은 것으로 나타났다(Table 10).
- 따라서 I형 2.0mm 구조에서 중간층이 하나 더 삽입될 경우 충격보호성능은 향상되는 것을 확인할 수 있었다(Table 9).
- 0이 패드의 표면재질, 유연성, 압축 시 부드러운 정도, 무게감 항목에서 가장 좋은 것으로 나타났다. 본 연구의 결과를 종합해보면, 스페이서 필라멘트 유형에서는 V형, V형의 표면층 구조에서는 다이아몬드형, 압축특성과 관능평가에서는 DV1.0이 좋은 것으로 확인되므로 DV1.0이 보호패드에 가장 적합한 구조라고 볼 수 있다.
- 5가 충격보호성능과 압축특성에서 모두 좋은 것으로 나타났다. 스페이서 필라멘트의 굵기가 1.0mm인 DV1.0과 DX1.0은 압축성능과 충격보호성능에서 큰 차이를 보이지 않으므로 비슷한 성능을 가진다고 가정할 수 있으며, 1.5mm 중에서 가장 좋았던 DV1.5를 DV1.0, DX1.0과 함께 고려할 때 DV1.5가 DV1.0, DX1.0에 비해 충격보호성능은 좋지만 압축특성 평가결과는 좋지 않은 것을 알 수 있다. 결과값의 수치를 살펴보면, 압축성능은 두 배 이상 차이가 나지만 충격보호성능은 적게는 12%, 많게는 21% 정도 차이가 나타났다.
- 스페이서층의 유형에 따른 충격보호성능의 차이를 보기 위해 1.5mm 굵기의 스페이서 필라멘트로 설계된 기본 디자인 패드에 대하여 프리드만 검증을 실시한 결과, 스페이서층의 구조에 따른 유의한 차이가 있었으며 15cm의 낙하높이에서 살펴본 보호력은 V형, X형, S형, I형 순으로 좋게 나타났다. 이는 V형, X형이 S형, I형에 비해 스페이서 필라멘트가 더 많이 삽입되어 있는 구조이므로 보호력이 더 좋게 나온 것으로 생각된다.
- 0과 다층구조에서는 스페이서층의 밀도가 높은 육각형이 좋은 것으로 나타났으나, 고밀도 구조에서는 다이아몬드형이 더 좋은 것으로 나타났다. 압축특성을 살펴보면 DV1.0, DX1.0, DV1.5, HV1.5, DX1.5 순으로 좋은 결과를 보였으며, 동일한 조건에서 X형 구조보다 V형 구조가 더 부드럽게 잘 변형되는 것으로 나타났다. 응용구조에서는 고밀도 구조가 다층구조에 비하여 부드럽게 변형되는 것으로 나타났다.
- 압축특성을 살펴보면 DV1.0, DX1.0, DV1.5, HV1.5, DX1.5 순으로 좋은 결과를 보였으며, 표면층 구조와 스페이서 필라멘트의 굵기가 동일한 조건일 때 X형보다 V형이 더 부드럽게 잘 변형되는 것으로 나타났다. 응용구조에서는 스페이서 필라멘트가 얇은 고밀도 구조가 다층구조에 비하여 부드럽게 변형되는 것으로 나타났다.
- 응용구조에서는 스페이서 필라멘트가 얇은 고밀도 구조가 다층구조에 비하여 부드럽게 변형되는 것으로 나타났다. 육각형 구조와 다이아몬드형 구조를 비교하면 고밀도 구조에서는 육각형이 다이아몬드형보다 유연한 것으로 나타났지만 다층구조에서는 육각형보다 다이아몬드형이 더 부드러운 것으로 나타났다.
- 응용구조는 가장 기본적인 형태인 I형 2.0mm 구조를 변형한 것으로, 구조(I2.0, 고밀도 구조, 다층구조)에 따른 충격보호성능의 차이를 살펴보기 위하여 프리드만 검증을 실시한 결과, 15cm와 20cm의 낙하높이에서 육각형과 다이아몬드형 모두 동일하게 다층구조가 가장 좋고, 다음으로는 I2.0이었으며, 고밀도 구조가 가장 나쁜 것으로 나타났다. 따라서 I형 2.
- 응용구조에서 육각형 구조와 다이아몬드형 구조의 차이를 살펴보면 I2.0에서는 스페이서층의 밀도가 높은 육각형 구조가 좋은 것으로 나타났으나, 고밀도 구조에서는 다이아몬드형이 더 좋은 것으로 나타났다. 이는 고밀도 구조에는 다이아몬드형의 스페이서 필라멘트가 육각형 구조에 비해 골고루 분포되어 있고, 표면층의 밀도가 높기 때문에 더 좋은 결과를 보인 것으로 여겨진다.
- 0, 고밀도 구조 순으로 좋은 결과를 보였다. 응용구조에서 육각형과 다이아몬드형의 차이를 살펴보면 I2.0과 다층구조에서는 스페이서층의 밀도가 높은 육각형이 좋은 것으로 나타났으나, 고밀도 구조에서는 다이아몬드형이 더 좋은 것으로 나타났다. 압축특성을 살펴보면 DV1.
- 5 순으로 좋은 결과를 보였으며, 표면층 구조와 스페이서 필라멘트의 굵기가 동일한 조건일 때 X형보다 V형이 더 부드럽게 잘 변형되는 것으로 나타났다. 응용구조에서는 스페이서 필라멘트가 얇은 고밀도 구조가 다층구조에 비하여 부드럽게 변형되는 것으로 나타났다. 육각형 구조와 다이아몬드형 구조를 비교하면 고밀도 구조에서는 육각형이 다이아몬드형보다 유연한 것으로 나타났지만 다층구조에서는 육각형보다 다이아몬드형이 더 부드러운 것으로 나타났다.
- 응용구조의 측정값을 살펴보면 압축특성 평가결과와 충격보호성능 결과가 반대의 순서로 좋은 것을 확인할 수 있었다. 고밀도 구조의 경우 기본 구조의 DV1.
- 충격보호성능과 압축성능에서 좋은 결과를 보였던 DV1.0, DX1.0, DV1.5에 대하여 관능평가를 실시한 결과, DV1.0이 패드의 표면재질 4.20점, 유연성 4.40점, 압축 시 부드러움 4.50점, 무게감 4.30점으로 모든 항목에서 가장 좋은 것으로 나타났다(Table 12). 따라서 DV1.
- 응용구조에서는 고밀도 구조가 다층구조에 비하여 부드럽게 변형되는 것으로 나타났다. 충격보호성능과 압축성능에서 함께 고려하였을 때 좋은 결과를 보였던 DV1.0, DX1.0, DV1.5에 대하여 관능평가를 실시한 결과, DV1.0이 패드의 표면재질, 유연성, 압축 시 부드러운 정도, 무게감 항목에서 가장 좋은 것으로 나타났다. 본 연구의 결과를 종합해보면, 스페이서 필라멘트 유형에서는 V형, V형의 표면층 구조에서는 다이아몬드형, 압축특성과 관능평가에서는 DV1.
- 충격보호패드로 사용되기에 가장 적합한 구조를 선정하기 위해 기본 구조에서 압축특성과 충격보호성능에 대한 측정값을 살펴본 결과, 스페이서 필라멘트의 굵기가 1.5mm인 DV1.5, DX1.5, HV1.5 중에서는 DV1.5가 충격보호성능과 압축특성에서 모두 좋은 것으로 나타났다. 스페이서 필라멘트의 굵기가 1.
- 표면층의 유형에 따른 차이를 보기 위해 1.5mm 굵기의 스페이서 필라멘트로 설계된 기본 디자인 패드에 대하여 윌콕슨 부호-서열 검증을 실시한 결과, 표면층의 구조에 따른 차이가 유의한 것으로 나타났다(Table 6). 15cm 높이와 20cm에서 동일하게 I형, S형은 육각형 구조가 더 좋은 것으로 나타났으며, V형, X형은 다이아몬드형 구조가 더 좋은 것으로 나타났다.
후속연구
- 실제 보호복에 적용될 패드의 형태는 인체의 곡면과 같이 곡면형이 적합하지만 본 연구에서는 입체메쉬의 세부적인 형태에 따라 보호성능을 평가하여 가장 적합한 디자인을 도출하는 것에 중점을 두었으므로 패드를 평편한 형태로 유지하였다. 따라서 후속연구에서는 3D 인체스캔 데이터를 활용하여 인체곡면에 부합하는 곡면형 패드를 설계 및 제작하여 이를 적용한 낙상보호복을 완성하고 충격보호성능과 착용감 등에 대하여 평가하는 것이 필요하다고 생각된다.
- , 2008). 충격보호복에 사용되는 패드 제작에 3D 프린팅 기술을 접목한다면 보다 더 인체의 형상을 반영한 패드 제작이 가능할 것으로 기대된다.
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