[논문]장신구 활용에 적합한 3D프린팅 방법론 비교 연구

장진희; 고승근

doi:10.15207/jkcs.2020.11.2.225

장신구 활용에 적합한 3D프린팅 방법론 비교 연구
Comparative Study on the 3D Printing Methodology suitable for Jewelry 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.11 no.2, 2020년, pp.225 - 230

장진희 (원광대학교 귀금속보석공예과) , 고승근 (원광대학교 귀금속보석공예과)

초록
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3D프린팅의 활용은 매우 혁신적이면서 유용한 기술이다. 하지만 장신구 분야에서는 3D프린팅 기술은 제작방법의 한 분야로서 한정적 으로 사용되는 기술이다. 이러한 3D프린팅의 한계를 극복하기 위해 3D프린팅 출력방식 중 가장 대중적이며 조형활동에 적합한 출력방식을 선정하고 출력시간, 조건을 한정하여 장신구에 적용 가능성을 알아보기 위해 비주조과정과 주조과정 각각의 방법을 통해 시제품까지 완성하고 이를 비교해 보았다. 그 결과, FDM출력 방식은 비용과 시간적인 측명에서 매우 긍정적인 장점이 있지만 표면에 적층구조가 지워지지 않으며 출력과정시 발생되는 필라멘트의 잔여물로 인해 선 조형을 표면시 완성도가 떨어지는 단점이 있었다. DLP출력방식은 표면처리가 고르며 완성도가 높은 반면, 비용과 시간적인 측면에서 효율성이 떨어지는 단점이 있었다. 하지만 두 출력방법 모두 장신구 활용 가능하며 향후 디자인에 맞는 다양한 출력방법연구가 이루어져 장신구에 3D 작품연구가 활발히 수행되기를 바란다.

Abstract ▼ AI-Helper

Using the 3D printing method in the product manufacturing is a very innovative and useful technology. However, in the field of jewelry, it is a limited technology used only in a field of manufacturing process. To overcome this limitations in the jewelry production process, most popular and easy 3D printing method was selected, and the printing time and condition was limited. In this study, to find out the 3D printing method applicability to jewelry work manufacturing, the prototypes through casting and non-casting methods were completed and compared. As a result, the FDM printing method has a very positive advantage in terms of cost and time, but there is a disadvantage that the layered structure is not erased on the surface and the completeness of the surface forming is poor due to the residue of the filament generated during the printing process. The DLP printing method has the advantage that the surface treatment is even and completion is high, while the cost and time are inefficient. However, both printing methods were found to be suitable for the use of jewelry manufacturing, and if the efficient printing method was selected for the design of the jewelry in the future, better work research could be conducted.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 연구자는 장신구 제작에 있어 주조과정에 한정되지 않고 장신구를 직접적으로 표현의 한 수단으로서 활용하기 위한 3D프린팅 방법론을 비교 연구하고자 한다. 더 나아가 주조과정을 생략하고 3D프린팅 이후 표현처리 과정만을 거쳐 장신구로 활용할 수 있는 가능성을 알아 보기 위한 목적이다.
둘째, 현재 우리나라에서 시행되고 있는 3D프린팅의 종류와 분류에 대해 알아보고 예술분야에서 활용되고 있는 3D프린팅 방법론에 대한 선행연구에 대해 조사한다.
하지만, 아직까지 장신구 제작에 있어 전반적인 제작 과정의 기계화가 아닌, 3D프린팅의 활용은 단순히 외형 제작에서의 한부부인 주조과정에만 머물고 있다[4,5]. 따라서 연구자는 장신구 제작에 있어 주조과정에 한정되지 않고 장신구를 직접적으로 표현의 한 수단으로서 활용하기 위한 3D프린팅 방법론을 비교 연구하고자 한다. 더 나아가 주조과정을 생략하고 3D프린팅 이후 표현처리 과정만을 거쳐 장신구로 활용할 수 있는 가능성을 알아 보기 위한 목적이다.
본 논문에서는 장신구에 적합한 3D프린팅 방법을 비교 연구하기 위해 출력방법으로 FMD와 DLP 출력 방식을 선정하였다.
조형 활동에서 3D프린터의 연구사례는 산업디자인, 공업디자인, 제품디자인 등 디자인 전반의 조형활동에 거쳐 매우 다양하지만, 본 논문에서는 장신구를 주요 주제로 다루고 있기 때문에 장신구와 같은 분류에 포함하는 신체 착용품에 대한 디자인 분야에서의 선행 연구사례를 중심으로 알아보았다. 김아름[10]은 3D프린팅을 활용하여 슈즈를 제작함으로서 기존의 수작업으로 이루어지던 작업공정을 3D모델링-프린팅-마무리 공정 등으로 축소 하여 조형연구를 진행하였다.

제안 방법

바이오플라 스틱 소재와 3D 프린팅 기법과의 표현 적합성을 고려하여 선택하고 내구성과 유연성이 우수한 PA, PLA, TPU, 복합소재 중 바이오플라스틱으로서 PLA를 사용하였으 며, 서로 부딪히는 충격을 줄이기 위해 부분적으로 부드러운 TPE 소재를 사용하였다. 3D 프린팅 디지털 데이터 작업은 Fusion360을 사용하였고 이미지를 형태화하는데 활용된 노즐은 0.4mm, 0.6mm, 0.8mm, 1.0mm 사이즈로 출력하였으며 주요 색채는 Red, Blue, Orange, Yellow, Pink, White, Black 등 총 7가지와 무채색인 Black과 White를 가장 여러 작품에 적용하여 핸드백디자인 제작 연구를 진행하였다.
이중 연구자는 가장 많은 조형활동에 사용되고 있는 출력방식인 FDM과 주얼리에 서 주로 사용중인 DLP 출력방식을 비교대상으로 선정하고. 3D프린팅을 실시하였다. 또한 3D프린팅 과정 후 직접 착색등의 실험을 위해 출력 색은 흰색의 불투명으로 한정하였으며, 금속으로 나타내기 위한 주조과정의 가능성을 알아보기 위해 주조 과정을 거쳐 시제품으로 완성하는 두 가지 방법을 실행하였다.
넷째, 제작된 출력물을 바탕으로 주조를 실시하여 금속으로 구현할 수 있는 가능성 및 3D출력 후 장신구로 직접사용가능성에 대해 알아보고 시제품을 바탕으로 장신구에 적합한 3D프린팅 방법에 대해 제안한다.
3D프린팅을 실시하였다. 또한 3D프린팅 과정 후 직접 착색등의 실험을 위해 출력 색은 흰색의 불투명으로 한정하였으며, 금속으로 나타내기 위한 주조과정의 가능성을 알아보기 위해 주조 과정을 거쳐 시제품으로 완성하는 두 가지 방법을 실행하였다.
본 연구의 범위는 장신구 제작에 있어 3D프린팅 후수작업으로 후처리가 가능한 출력방법과, 출력조건에 있어 장신구의 크기와 출력비용을 업계 최대 평균 규격으로 한정하고 조형 분야에서 출력은 대부분 외주로 진행 되고 있기때문에 비용적인 측면을 포함한다. 마지막으로 출력 색상은 다양한 컬러링이 가능한 반투명 흰색으로 한정한다.
셋째, 이론적 배경을 바탕으로 장신구 활용에 적합한 3D프린팅 방법론을 선정하고 이를 Rhino CAD를 활용 하여 시제품 장신구로 제작한 후 출력 결과 비교 한다.
조형 활동에 있어서 FDM 출력방식으로, 소재는 신소재로 개발된 플레서블 플라스틱을 사용하였는데 이는 일반적인 플라스틱보다 탄성력이 우수하며 부드러운 형태와 촉감을 지니고 있다. 의상 특유의 활동성을 위해 연구소재의 적층 탄성을 고려하여 1.5mm의 두께로 연구를 수행 하였고 최대크기 가로*세로*높이 28.5*15.3*15.5(cm)로 한정하고 색상은 어두운 카키, 카키, 다크 회색, 검정 등의 4가지 색을 지닌 의상디자인을 전개 제작하였다.
장신구 활용에 적합한 3D프린팅 방법을 알아보기 위해 시작된 본 연구는 현재 3D프린팅 후 주조과정을 거쳐 장신구로 제작되는 제작방법의 한계를 벗어나고 대중적 으로 사용중인 FDM 출력방식과 장신구 산업에서 주로 사용되고 있는 DLP 출력방식을 장신구로 활용가능성을 표현하기 위해 비주조용과 주조용으로 3D프린팅을 수행 하고 시제품을 완성하였다.
주조용의 경우 FDM 출력방식은 재료가 주조용 재료가 없어 필라민트 자체를 사용하였고 주조를 용이하게 하기 위해 사포를 사용하여 표면을 다듬고 락커를 분사하여 출력결과물이 잘 나올수 있도록 하였으며, DLP 출력 방식은 주조용 재료를 사용하여 출력하였다. Table 2
이러한 연구를 위해 연구방법 및 범위는 다음과 같다. 첫째, 3D프린팅의 개념과 정의 활용범위에 대한 이론적 배경을 알아본다.
최지연은[12] 바이오플라스틱 소재를 활용하여 플라스틱 핸드백을 디자인하고 3D 프린팅을 활용하여 독창적 디자인으로 표현하는 연구를 진행하였다. 바이오플라 스틱 소재와 3D 프린팅 기법과의 표현 적합성을 고려하여 선택하고 내구성과 유연성이 우수한 PA, PLA, TPU, 복합소재 중 바이오플라스틱으로서 PLA를 사용하였으 며, 서로 부딪히는 충격을 줄이기 위해 부분적으로 부드러운 TPE 소재를 사용하였다.

대상 데이터

최지연은[12] 바이오플라스틱 소재를 활용하여 플라스틱 핸드백을 디자인하고 3D 프린팅을 활용하여 독창적 디자인으로 표현하는 연구를 진행하였다. 바이오플라 스틱 소재와 3D 프린팅 기법과의 표현 적합성을 고려하여 선택하고 내구성과 유연성이 우수한 PA, PLA, TPU, 복합소재 중 바이오플라스틱으로서 PLA를 사용하였으 며, 서로 부딪히는 충격을 줄이기 위해 부분적으로 부드러운 TPE 소재를 사용하였다. 3D 프린팅 디지털 데이터 작업은 Fusion360을 사용하였고 이미지를 형태화하는데 활용된 노즐은 0.
출력크기는 비주조용은 예술 장신구 중 브로치로 가장 평균적으로 작품에 활용되고 가로10*세로10*높이12(cm)로 주조용은 은으로 완성되었을 때의 무게를 감안하여 85%, 66% 축소하여 출력하 였다. 색상은 비주조용은 컬러링을 위해 반투명의 백색으로 주조용은 왁스로 출력하였으며 비용은 높이 1mm당 1만원 이하로 한정하였다.
현재 국내 조형에서 활용되는 3D프린팅 방법은 크게 FDM, DLP, SLS방식이 있다. 이중 연구자는 가장 많은 조형활동에 사용되고 있는 출력방식인 FDM과 주얼리에 서 주로 사용중인 DLP 출력방식을 비교대상으로 선정하고. 3D프린팅을 실시하였다.

이론/모형

김아름[10]은 3D프린팅을 활용하여 슈즈를 제작함으로서 기존의 수작업으로 이루어지던 작업공정을 3D모델링-프린팅-마무리 공정 등으로 축소 하여 조형연구를 진행하였다. 프린팅 방법으로는 FDM, SLS, SLA등을 활용하였다. 비용 절감효과에서는 FDM 방식이 출력결과물에서는 SLS출력 방식이, 활용도에서는 SLA 출력방식이 우수하게 나타났다.

성능/효과

DLP 출력방식은 비주조용과 주조용 모두 표면이 매끄럽게 출력되었으며 높이에 상관없이 주조가 잘 되었으며 표면 염색도 잘 되었다.
광경화 적층 방식인 DLP 출력방법은 레진을 재료로 사용되었으며 고밀도 출력이 가능하여 적층 구조가 표면에 거의 보이지 않아 출력결과물이 매우 우수하였다. 하지만 레진 재료 자체가 매우 고가여서 출력비용이 FDM보다 상대적으로 고가이고 시간도 오래 걸리는 단점이 있다.
그 결과 첫째, 장신구에서 3D프린팅을 활용함에 있어 지금까지는 주조과정을 거쳐 금속으로 표현하는 제작과 정의 한 부분에 국한되었지만, 본 연구를 통해 주조과정을 거치지 않고 3D프린팅 후 장신구로 제작할 수 있는 가능함을 알 수 있었다.
기존의 조형활동에서의 3D 출력 조형작품들은 출력후 마무리 과정만을 거쳐 완성물 자체로 시제품이 되거나 주조과정으로만 사용되었다면 연구자는 FDM출력 방법을 통해 염색과 은침을 사용하고 은 브로치 뒷장식을 달아 금속과 융합된 장신구를 완성하였고 DLP 출력방식의 경우에는 장신구 주조에서 활용하던 DLP 출력방식만을 고수하는 것이 아닌 FDM 출력방식 또한 주조과정으로 활용될 수 있는 시제품을 완성하여 FDM 출력방식을 통해 향후 장신구 제작에 있어 비용적인 측면에서 절약될 수 있음을 알 수 있었다.
둘째, FDM 출력방식의 경우 적층 구조가 표면에 남아 있어 매끄러운 표면처리는 불가능했지만, 컬러링과 견고하며 가벼워 장신구로 활용될 수 있었고, 적층 표현 자체를 장신구 디자인으로 활용한다면 기존의 DLP 출력방식보다 저렴하면서 빠르게 제작이 가능함을 알 수 있다.
마지막으로 장신구 제작 및 디자인에 있어 3D프린팅 출력방법인 FDM 출력방식과 DLP출력 방식을 적절하게 사용할 경우 학문적으로 연구자의 시간과 비용을 축소할수 있으며, 실무적으로는 제작 방법의 다양성을 통해 다양한 재료의 연구로 고부가가치를 상승시킬 수 있다. 본 연구에서는 3D프린팅의 종류에서 대중적으로 사용하고 있는 출력방법만을 비교하였지만, 향후 좀 더 다양하고 폭넓은 출력방법과 재료의 활용 방법을 복합적으로 비교한 작품연구가 수행되기를 바란다.
프린팅 방법으로는 FDM, SLS, SLA등을 활용하였다. 비용 절감효과에서는 FDM 방식이 출력결과물에서는 SLS출력 방식이, 활용도에서는 SLA 출력방식이 우수하게 나타났다. 이소연[11]은 3D프린팅을 활용하여 자연주의 의상디자인에 접목하였다.
시제품을 제작한 결과 FDM출력 방식으로 완성된 시제품은 비주조용과 주조용 모두 표면이 고르지 못하고 표면처리를 하여도 적층구조가 표면에서 없어지지 않아 전체적인 완성도가 떨어졌으며 주조시 높이가 높은 경우 주조가 되지 않았아 단면으로만 제작할 수 있었다.

후속연구

마지막으로 장신구 제작 및 디자인에 있어 3D프린팅 출력방법인 FDM 출력방식과 DLP출력 방식을 적절하게 사용할 경우 학문적으로 연구자의 시간과 비용을 축소할수 있으며, 실무적으로는 제작 방법의 다양성을 통해 다양한 재료의 연구로 고부가가치를 상승시킬 수 있다. 본 연구에서는 3D프린팅의 종류에서 대중적으로 사용하고 있는 출력방법만을 비교하였지만, 향후 좀 더 다양하고 폭넓은 출력방법과 재료의 활용 방법을 복합적으로 비교한 작품연구가 수행되기를 바란다.
셋째, DLP 출력방법으로 장신구에 활용함에 있어 기존의 주조방식을 거치지 않아도 컬리링과 다양한 재료와의 혼합을 통해 장신구로 활용될 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	3D프린팅 기술은 무엇인가?	3D 프린터의 용어는 CAM으로 처음 공학에서 많이 사용되었으며 1990년 RP(쾌속조형기:Rapid Prototypring) 의 등장과 2010년 들어 RP가 대중적으로 사용 되고, 최근에는 4차 산업혁명 이후 3D프린터 라는 용어가 쓰이고 있다[6]. 3D프린팅 기술은 컴퓨터로 설계된 3D모델링 또는 3차원 스캐너를 통해 솔리드 상태의 모델 데이터를 기계적 적층을 통해 한층 한층 손으로 만질 수 있는 물리적 형상으로 빠르게 제조하는 기술로 정의할 수 있다[7]. 기존의 Proto Type 출력을 위해서는 주물이나 금형 등의 제작으로 인하여 고비용이 들었으나 1986년 발명된 3D 프린팅 기술은 신속하고 저렴한 가격의 제품 생산이 가능한 장점으로 주로 Proto Type 출력에 많이 이용되고 있다.
	장신구 제작에 있어 현재 3D 프린팅의 활용은 어떠한가?	특히 장신구 분야는 제품디자인을 넘어 고부가가치 산업으로 활용되기 위해 다양한 3D프린팅 방법을 활용하여 외형제작에 활용하려는 움직임이 활발히 진행되고 있다. 하지만, 아직까지 장신구 제작에 있어 전반적인 제작 과정의 기계화가 아닌, 3D프린팅의 활용은 단순히 외형 제작에서의 한부부인 주조과정에만 머물고 있다[4,5]. 따라서 연구자는 장신구 제작에 있어 주조과정에 한정되지 않고 장신구를 직접적으로 표현의 한 수단으로서 활용하기 위한 3D프린팅 방법론을 비교 연구하고자 한다.
	각각의 프린팅 방법의 장점은 무엇인가?	프린팅 방법으로는 FDM, SLS, SLA등을 활용하였다. 비용 절감효과에서는 FDM 방식이 출력결과물에서는 SLS출력 방식이, 활용도에서는 SLA 출력방식이 우수하게 나타났다. 이소연[11]은 3D프린팅을 활용하여 자연주의 의상디자인에 접목하였다.

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Y. H. Oh. (2018). Study of Developing Cell Image Jewelry by Using 3D Printer. Master dissertation. Kyonggi University, Seoul.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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