[논문]3D프린팅 조형설치물 경향분석에 관한 연구

김지민; 이태희

doi:10.5762/kais.2021.22.1.52

3D프린팅 조형설치물 경향분석에 관한 연구
A Study on the Analysis of the Trend of installations Using 3D Printing Technique 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.22 no.1, 2021년, pp.52 - 60

김지민 (순천향대학교 건축학과) , 이태희 (순천향대학교 건축학과)

초록
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본 논문은 발전하는 3D프린팅 기술의 추세에 맞추어 크기와 디자인의 한계를 벗어난 대형 조형 설치물 제작으로 3D프린팅을 이용한 사례를 분석함으로써 새로이 나타나는 경향을 도출하는 것에 목적을 두고 있다. 본 논문은 3D프린팅으로 제작한 조형설치물의 유형을 분류하고 2가지 경향으로 분석하였다. 첫째, 디자인 측면의 경향, 둘째, 출력방식 측면의 경향이다. 본 연구를 통해 도출된 3D프린팅 조형설치물이 나아가고 있는 경향은 다음과 같다. 첫째, 알고리즘을 통한 디자인 구현이 이루어지면서 복잡한 표현이 두드러지는 비정형 디자인으로 변혁이 나타나고 있다. 둘째, 로봇 공학과 3D프린팅의 적층 제조기술이 융합되어 기존의 패러다임을 전환하고 있다. 따라서 알고리즘 디자인 구현 방식과 Freeform 3D프린팅 기술의 상호작용으로 3D프린팅 조형설치물의 제작과 활용이 더욱 빠른 속도로 진행됨을 알 수 있었다. 본 연구는 전 세계 3D프린팅 조형설치물을 대상으로 연구를 진행하였으며, 앞으로 발전할 국내 3D프린팅 기술과 함께 3D프린팅 조형설치물 제작 연구의 기초적인 역할을 하였다. 추후 재료 및 결합 방식 등 다양한 측면에서 분석한 후속 연구가 필요함을 밝힌다.

Abstract ▼ AI-Helper

The aim of this study was to derive a new trend by analyzing installations using 3D printing that are out of the limits of size and design according to the trends of developing 3D printing technology. This paper classified the types of installations using 3D printing and analyzed them with two trends: the trend of design and the trend of output. The trends of installations using 3D printing derived from this study are as follows. First, as the implementation of design through an algorithm is accomplished, the transformation appears with the atypical design that is prominent in complex expression. Second, Robotics and FDM 3D Printing is fused, which is changing the existing paradigm. Therefore, the production and utilization of installations using 3D printing proceeded at a faster pace through the interaction between the algorithm design method and freeform 3D printing technology. This study was conducted on installations using 3D printing around the world and played a basic role in the research on the production of installations using 3D printing along with domestic 3D printing technology to be developed in the future. Follow-up studies in various aspects, such as materials and combination methods, will be needed.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. 3D Printing furniture design 'Setting the Bar'[2]
그림 Fig. 2. 3D Printing installation design 'Te Ahi Tupua'[3]
그림 Fig. 3. 3D Printing architectural design 'urban cabin'[4]
그림 Fig. 4. 3D Printing street furniture design 'Pots Plus'[5]
표 Table 1. Installation Case Study
표 Table 2. Classification of Installation Cases by Design Type
표 Table 3. Classification of Installation Cases by Output Type

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 3D프린팅 기술은 특히 최근 몇 년간 크기와 디자인의 한계를 벗어난 대형 조형설치물 제작으로 활발히 활용되고 있으며, 이에 3D프린팅 조형설치물의 유형을 분석하여 앞으로 등장하고 변화하는 디자인 측면, 출력방식 측면의 경향을 파악함이 필요하다. 따라서 최근 3D프린팅 조형설치물 사례를 분석함으로써 특징과 유형을 파악하고 이를 통해 새로이 나타나는 경향을 도출하는 것이 이 논문의 목적이다.
비정형 곡선으로 이루어진 이 조형 설치물은 정형 블록의 결합으로 비정형 형태를 구현하였다. 레고를 조립하는 방식과 유사한 결합 방식으로 쉽게 비정형의 형태를 표현하고자 하였다. 따라서 초기 비정형 디자인 설계는 이러한 반복 모듈의 결합이 가능한 방식으로 비정형 조형설치물을 디자인하였으며 모듈의 다양한 조합으로 비정형 표현에 새로운 접근을 시도하였다.

제안 방법

Maharashtra주의 성장과 번영을 기념하고자 제작된 이 조형물은 20개의 Fracktal 산업용 3D프린터로 제작되었으며, 8피트 높이의 출력물을 산업용 프린터가 출력 가능한 최대 크기로 분할하여 출력하였다. 61개의 각 출력물은 금속으로 이루어진 구조에 접합, 조립하여 대형 조형물의 형태를 이루었다.
샌프란시스코 베이에서 매년 50만 톤의 소금을 생산하며, SLS방식의 3D프린팅 기술을 통하여 새로운 구조물이 형성되었다. SLS방식의 3D프린팅 기술이 소금 결정을 응집시켜 견고한 쉘을 형성하도록 하였으며 빠른 속도로 단단한 패널을 제작하였다. 지역의 산물을 이용하였다는 점에서 프로젝트의 의의가 있으나 이를 활용하기 위해서는 3D프린팅 기술 중 SLS방식이 택해져야 했으며 적합한 3D프린팅 기술을 효과적으로 활용한 사례로도 의미가 있다.
조형설치물을 대상으로 한다. 그 중 3D프린팅 적용이 잘 나타났다고 판단되는 조형설치물을 선정하여 공통적 특징으로 분류하였다. 이에 3D프린팅 조형 설치물에서 보이는 경향적 요소들을 통하여 디자인 측면, 출력방식 측면으로 분류하였으며, 이를 통해 나타나는 조형 설치물의 특징과 디자인 측면의 경향, 출력방식 측면의 경향을 체계적으로 정리하였다.
com’에서 사례를 조사하였다. 그 중 조형설치물 제작의 주 방식이 3D프린팅 기술이 아닌 사례들을 제외하였으며, 위의 선정기준에 해당하는 12개의 3D프린팅 적용 조형 설치물 사례들을 분류하고 경향을 분석하였다.
이후 2019년에 제작된 ‘Deciduous’ 는 알고리즘 디자인으로 비정형 형태를 구현하였다. 널리 활용되고 있는 3D모델링 프로그램인 Rhinoceros에서 사용되는 그래픽 알고리즘 편집기인 Grasshopper 3D을 이용하여 명령어를 입력하고 연결하는 디자인 방식을 택하였다. 이는 컴퓨터 기술을 통한 자유로운 곡선 디자인이 가능하도록 하였으며 이전 방식과 다르게 알고리즘 설계는 화려하고 복잡한 비정형 디자인의 새로운 경향을 가져왔다.
두 기술의 상호작용으로 3D프린팅 조형설치물의 제작과 활용이 더욱 빠른 속도로 진행되고 있는 셈이다. 따라서 본 연구는 3D프린팅 조형설치물의 유형을 분류, 경향을 분석하였으며, 그 결과, 본 연구로부터 알 수 있는 결론은 다음과 같다.
로봇 팔이 융합된 3D프린팅 기술은 로봇 팔을 활용한 적층 제조 방식을 탄생시켰고 제한 없는 다각도의 출력이 가능하도록 하였다. 이는 자유로운 형태의 조형설치물이 3D프린팅 기술을 통하여 쉽게 구현이 가능하도록 하였다.
모듈 방식으로 각 블록을 쌓아가는 방식으로 조형 설치물의 굴곡을 표현하였으며 과거의 정형 디자인에서 벗어났다. 모듈로 비교적 자유로운 곡선의 조형을 구현하는 비정형 조형설치물 디자인의 초기 방식이다.
본 연구사례의 선정 기준은 첫째, 정기적으로 발행된 3D프린팅 간행물 내 높이 2m이상의 실내·외에 있는 조형 설치물을 중심으로 수집하였고, 둘째, 3D프린팅 관련 권위 있는 사이트에 소개된 조형설치물 사례를 추가하여 주관적 착오가 발생하지 않도록 하였다. 따라서 3D프린팅 업계의 최신 글로벌 기술 정보와 동향, 전문가 칼럼을 제공하는 정기 발행 간행물 ‘3D프린팅 코리아’ 와 3D프린팅 사이트 ‘All3DP.
4m 높이의 대형 조형설치물이다. 비정형 곡선으로 이루어진 이 조형 설치물은 정형 블록의 결합으로 비정형 형태를 구현하였다. 레고를 조립하는 방식과 유사한 결합 방식으로 쉽게 비정형의 형태를 표현하고자 하였다.
두바이에 위치한 건축 디자인 회사 MEAN에 의해 그물망 텐트 모양의 조형설치물이 계획되었다. 사막을 찾는 방문객들을 위해 설계된 휴식 및 사교의 공간의 패턴을 디지털 알고리즘으로 디자인하였다. 이조형 설치물은 테셀레이션 패널로 구성된 파라메트릭 디자인으로, 매개 변수를 활용한 디자인 방식이다.
산물이다. 시멘트를 압출하여 적층하는 산업용 3D프린터를 활용하여 출력이 가능한 크기까지 여러 개의 출력물로 출력한 뒤 접합하였다.
그 중 3D프린팅 적용이 잘 나타났다고 판단되는 조형설치물을 선정하여 공통적 특징으로 분류하였다. 이에 3D프린팅 조형 설치물에서 보이는 경향적 요소들을 통하여 디자인 측면, 출력방식 측면으로 분류하였으며, 이를 통해 나타나는 조형 설치물의 특징과 디자인 측면의 경향, 출력방식 측면의 경향을 체계적으로 정리하였다.

대상 데이터

기술의 산물이다. 36개의 구조물이 로봇 팔을 활용한 FDM방식으로 출력되었으며 설치 현장에서 조립되었다. 이는 6축으로 움직이는 KUKA 로봇 팔에 부착된 압출기를 통하여 복잡한 구조물을 인쇄한 가장 거대한 조형 설치물이다.
4500개의 타일형태의 출력물로 벽을 구성하였으며 반듯한 상자와 같이 디자인되었다. 이는 구조적으로 안정된 형태가 뒷받침되어 3D프린팅 재료 연구에 초점을 맞추어 진행된 사례이다.
Table 3에서 보는 바와 같이, ‘Daedalus Pavilion’ 은 폭 5m, 깊이 5m, 높이 4.5m의 대형 3D프린팅 조형 설치물로 로봇 팔을 가진 3D프린팅 기술로 제작되었다. KUKA 산업용 로봇을 사용하여 FDM 방식으로 적층 제조되었으며, 디지털 제조 방식을 통한 거대한 규모의 조형 설치물의 출력 속도와 정확성을 높였다.
착오가 발생하지 않도록 하였다. 따라서 3D프린팅 업계의 최신 글로벌 기술 정보와 동향, 전문가 칼럼을 제공하는 정기 발행 간행물 ‘3D프린팅 코리아’ 와 3D프린팅 사이트 ‘All3DP.com’, ‘Designboom.com’에서 사례를 조사하였다. 그 중 조형설치물 제작의 주 방식이 3D프린팅 기술이 아닌 사례들을 제외하였으며, 위의 선정기준에 해당하는 12개의 3D프린팅 적용 조형 설치물 사례들을 분류하고 경향을 분석하였다.
본 연구의 범위는 2013년부터 2020년까지의 3D프린팅 조형설치물을 대상으로 한다. 그 중 3D프린팅 적용이 잘 나타났다고 판단되는 조형설치물을 선정하여 공통적 특징으로 분류하였다.

성능/효과

5m의 대형 3D프린팅 조형 설치물로 로봇 팔을 가진 3D프린팅 기술로 제작되었다. KUKA 산업용 로봇을 사용하여 FDM 방식으로 적층 제조되었으며, 디지털 제조 방식을 통한 거대한 규모의 조형 설치물의 출력 속도와 정확성을 높였다.
발판을 마련하였다. 다양한 건축·건설 연구소, 기업 등이 위와 같은 조형설치물을 제작·연구하는데 이바지했음을 알 수 있었으며 건축 분야에 적용하기 용이한 대형 FDM 방식을 통해 예술 작품을 넘어 건축물 제작에도 활용될 수 있는 방향으로 나아가고 있었다.
둘째, 로봇 공학과 미래 기술인 3D프린팅의 적층 제조기술이 융합되어 기존의 패러다임을 전환하고 있다. 로봇 팔이 융합된 3D프린팅 기술은 로봇 팔을 활용한 적층 제조 방식을 탄생시켰고 제한 없는 다각도의 출력이 가능하도록 하였다.
있다. 디자인 및 설계 과정에서 알고리즘의 활용의 도래는 조형설치물의 심미성을 높이고 안정적인 구조를 지닐 수 있게 하였으며 3D프린팅 기술의 장점 또한 극대화하였다. 점차 다축 프린팅 방식으로 발전하고 있는 3D프린팅 기술과 함께 무한한 비정형 디자인을 가진 조형 설치물 설계가 가능할 것으로 전망한다.
있다. 따라서 제작 후 이동도 가능하나 분리하여 설치 장소에서 직접 조립할 수 있고, 설치 환경에 맞추어 형태를 자유로이 구현할 수 있다는 특징이 있어 활용이 가장 용이한 기술임을 알 수 있다.
이는 6축으로 움직이는 KUKA 로봇 팔에 부착된 압출기를 통하여 복잡한 구조물을 인쇄한 가장 거대한 조형 설치물이다. 새로운 출력 방식의 접근법을 제시하였으며, Freeform 3D프린팅의 개념과 지속 가능한 방향을보여줌으로서 가치가 있다. 이러한 로봇 공학과 3D프린팅 기술의 융합으로 3D프린팅 분야에서 혁신적 제조 공법을 탄생시켰고, 매우 넓은 작업 반경으로 인해 거대한 크기의 매우 복잡한 조형설치물도 일체형으로 간단한 제조가 가능한 기틀을 마련하였다.
셋째, 나아가 건축 분야에서도 비정형화된 건축물 구현의 발판을 마련하였다. 다양한 건축·건설 연구소, 기업 등이 위와 같은 조형설치물을 제작·연구하는데 이바지했음을 알 수 있었으며 건축 분야에 적용하기 용이한 대형 FDM 방식을 통해 예술 작품을 넘어 건축물 제작에도 활용될 수 있는 방향으로 나아가고 있었다.
새로운 출력 방식의 접근법을 제시하였으며, Freeform 3D프린팅의 개념과 지속 가능한 방향을보여줌으로서 가치가 있다. 이러한 로봇 공학과 3D프린팅 기술의 융합으로 3D프린팅 분야에서 혁신적 제조 공법을 탄생시켰고, 매우 넓은 작업 반경으로 인해 거대한 크기의 매우 복잡한 조형설치물도 일체형으로 간단한 제조가 가능한 기틀을 마련하였다.
첫째, 알고리즘을 통한 디자인 구현이 이루어지면서 복잡한 표현이 두드러지는 비정형 디자인으로 변혁이 나타나고 있다. 디자인 및 설계 과정에서 알고리즘의 활용의 도래는 조형설치물의 심미성을 높이고 안정적인 구조를 지닐 수 있게 하였으며 3D프린팅 기술의 장점 또한 극대화하였다.
출력방식 중 SLS방식은 파우더 형태의 재료 의사용과 관계가 있었으며 신재료 활용에 관한 실험 및 연구 프로젝트에 비적층방식 중 SLS방식이 주로 활용됨을 알 수 있다. 그러나 아직까지 SLS방식의 출력크기 한계로 모든 조형설치물은 분할 출력 후 조립되었으며 그러한 과정에서 다양한 결합방식이 고려되었다.

후속연구

앞으로 3D프린터의 보급과 확산이 더욱 가속화 되면 해외 사례뿐만 아니라 국내 사례도 다양하게 등장할 것으로 예상된다. 따라서 3D프린팅 조형설치물을 유형별로 분류하여 경향을 분석한 본 연구가 국내 3D프린팅 조형 설치물 제작 연구의 기초적 역할을 할 수 있기를 기대하며, 추후 관련 연구가 이어지기를 바라는 바이다.
Freeform 방식으로 발전하고 있는 3D프린팅 기술의 강점이 자신만의 철학과 특징을 자유로이 표현하고자 하는 욕구와 결부되어 다양한 형태의 조형설치물을 탄생하는데 영향을 미쳤다. 본연구에서 선택한 사례들은 비교적 3D프린팅 기술이 발달한 해외 사례 비중이 높았던 한계를 가진다. 앞으로 3D프린터의 보급과 확산이 더욱 가속화 되면 해외 사례뿐만 아니라 국내 사례도 다양하게 등장할 것으로 예상된다.
본연구에서 선택한 사례들은 비교적 3D프린팅 기술이 발달한 해외 사례 비중이 높았던 한계를 가진다. 앞으로 3D프린터의 보급과 확산이 더욱 가속화 되면 해외 사례뿐만 아니라 국내 사례도 다양하게 등장할 것으로 예상된다. 따라서 3D프린팅 조형설치물을 유형별로 분류하여 경향을 분석한 본 연구가 국내 3D프린팅 조형 설치물 제작 연구의 기초적 역할을 할 수 있기를 기대하며, 추후 관련 연구가 이어지기를 바라는 바이다.
디자인 및 설계 과정에서 알고리즘의 활용의 도래는 조형설치물의 심미성을 높이고 안정적인 구조를 지닐 수 있게 하였으며 3D프린팅 기술의 장점 또한 극대화하였다. 점차 다축 프린팅 방식으로 발전하고 있는 3D프린팅 기술과 함께 무한한 비정형 디자인을 가진 조형 설치물 설계가 가능할 것으로 전망한다.

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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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