20세기 후반에 등장한 3D 프린터는 21세기에 들어와 4차 산업혁명의 핵심 분야로 자리매김하고 있다. 메이커 운동의 핵심 장비이자 21세기 새로운 가내수공업의 시발점인 3D 프린터는 여전히 낮은 출력 속도와 한정된 필라멘트 재료로 대량생산의 한계를 드러내고 있지만, 최근 도자 공예가들의 3D 프린터 사용은 기하급수적으로 늘고 있다. 하지만 과거 공예사에서 지난하게 반복되어 온 공예의 경전과 새로운 기술과의 불협화음을 타계하는 방법의 일환으로 본 연구는 3D 프린터를 이용하는 '석고 캐스팅' 기법에 주목했다. 이에 세계 도자 공예분야에서 활발히 석고 기법을 개발해 작가만의 디자인에 적용하고 있는 도예가 토니 한센, 위베 반 간스베크, 제이드 크롬프톤, 류희도의 캐스팅 기법을 분석한 후 효과적인 3D 모델링 방법과 3D 프린터를 이용하는 최적의 슬립 캐스팅 방법의 사례를 제시함으로써 3D 프린터와 공예의 융합을 위한 접점을 찾고자 했다.
Recently, to improve convenience, flexible electronics are quickly being developed for a number of application areas. Flexible electronic devices comprise characters such as being bendable, stretchable, foldable, and wearable. Effectively manufacturing flexible electronic devices requires high efficiency, low costs, and simple processes for manufacturing technology. Through this study, we enabled the rapid production of multifunctional flexible bending sensors using a simple, low-cost Fused Deposition Modeling (FDM) 3D printer. Furthermore, we demonstrated the possibility of the rapid production of a range of functional flexible bending sensors using a simple, low-cost FDM 3D printer. Accurate and reproducible functional materials made by FDM 3D printers are an effective tool for the fabrication of flexible sensor electronic devices. The 3D-printed flexible bending sensor consisted of polyurethane and a conductive filament. Two patterns of electrodes (straight and Hilbert curve) for the 3D printing flexible sensor were fabricated and analyzed for the characteristics of bending displacement. The experimental results showed that the straight curve electrode sensor sensing ability was superior to the Hilbert curve electrode sensor, and the electrical conductivity of the Hilbert curve electrode sensor is better than the straight curve electrode sensor. The results of this study will be very useful for the fabrication of various 3D-printed flexible sensor devices with multiple degrees of freedom that are not limited by size and shape.
Objectives: Fused deposition modeling (FDM) 3D printer which is one of the material extrusion (MEX) technologies is an additive manufacturing (AM) process. 3D printers have been distributed widely in Korea, particularly in school and office, even at home. Several studies have shown that nanoparticles and volatile organic compounds (VOCs) were emitted from an FDM 3D printing process. The objective of this study was to identify types of chemicals possibly emitted from FDM 3D printing materials such as PLA (polylactic acid), ABS (acrylonitrile butadiene styrene), nylon, PETG (polyethylene terephthalate glycol), PVA (polyvinyl alcohol), PC (polycarbonate) filaments. Methods: 19 FDM 3D printing filaments which have been distributed in Korea were selected and analyzed VOCs emitted of 3D printing materials by headspace gas chromatography mass spectrometry (headspace GC-MS). Subsamples were put into a vial and heated up to 200℃ (500 rpm) during 20 minutes before analyzing FDM 3D printing filaments. Results: In the case of PLA filament, lactide and methyl methacrylate, the monomer components of one, were detected, and the volume ratio ranged 27~93%, 0.5~37% respectively. In the case of ABS filaments, styrene (50.5~59.1%), the monomer components of one, was detected. Several VOCs among acetaldehyde, toluene, ethylbenzene, xylene, etc were detected from each FDM 3D printing filaments. Conclusions: Several VOCs, semi-VOCs were emitted from FDM 3D printing filaments in this study and previous studies. Users were possibly exposed to ones so that we strongly believe that we recommend to install the ventilation system such as a local exhaust ventilation (LEV) when they operate the FDM 3D printers in a workplace.
3D printing technology, also known as additive manufacturing(AM), has not been actively used in the clothing industry despite its potential for economic, environmental, and labor efficiency. Therefore, this study aims to propose a new 3D printing method for the clothing industry, which will be more readily accessible. This roll-type printing method can print wide-sized patterns at once using a 3D modeling program and a FDM 3D printer and help overcome the limitations imposed by the size of the printer. Then, to demonstrate the practical application cases of this printing method, bags of three designs were developed. Prior to product development, a thickness test was performed for stable printing using TPU(Thermoplastic Poly Urethane) filament, and a thickness of 0.45 mm was found to be most suitable for it. Next, the time efficiency test showed that the roll-type printing method takes less time compared to the general printing method in printing wide-sized patterns. Based on these tests, three bags, , and , were developed to confirm the suitability of the roll-type printing method for product development. The advantages of 3D roll-type printing can lie in overcoming of the spatial limitation, and the environmental sustainability as it can reduce waste from the production process. This study is significant in that it presents a new 3D printing method to improve the space limitations and time inefficiency of 3D printers.
Various polylactic acid (PLA) blends were reinforced with untreated or silane-treated micro-sized cellulose fiber (MCF), successfully prepared as 3D printing filaments and then printed using a fused filament fabrication (FFF) 3D printer. In this study, we focused on developing 3D-printed MCF/PLA composites through silane treatment of MCF and investigating the effect of silane treatment on the various properties of FFF 3D-printed composites. Fourier transform infrared spectra confirmed the increase in hydrophobic properties of silane-treated MCF by showing the new absorption peaks at 1,100 cm-1, 1,030 cm-1, and 815 cm-1 representing C-NH2, Si-O-Si, and Si-CH2 bonds, respectively. In scanning electron microscope images of silane-treated MCF filled PLA composites, the improved interfacial adhesion between MCF and PLA matrix was observed. The mechanical properties of the 3D-printed MCF/PLA composites with silane-treated MCF were improved compared to those of the 3D-printed MCF/PLA composites with untreated MCF. In particular, the highest tensile and flexural modulus values were observed for S-MCF10 (5,784.77 MPa) and S-MCF5 (2,441.67 MPa), respectively. The thermal stability of silane-treated MCF was enhanced by delaying the initial thermal decomposition temperature compared to untreated MCF. The thermal decomposition temperature difference at T95 was around 26℃. This study suggests that the effect of silane treatment on the 3D-printed MCF/PLA composites is effective and promising.
본 연구에서는 인체 모사 조형물을 3차원 프린팅으로 출력한 사례를 보고하고자 하였다. 재료는 용융적층방식의 개인용 3차원 프린터 장비와 폴리락트산을 소재로 사용하였다. 3차원 인체 모사 조형물 출력은 모델링하는 단계, 평면화 작업과 G-code 변환 단계,출력변수 설정 단계, 3D 출력단계, 마지막으로 후처리 단계 순으로 진행하였으며, 학생들의 학습만족도(해부학인지도, 수업흥미도)를 리커트 5 점 척도로 조사하였다. 그 결과, 총 20가지의 3차원 인체 모사 조형물을 성공적으로 출력하였다. 총 출력소요시간은 11,691분(194시간 85분)이었으며 평균 출력소요시간은 584.55분(9시간 7분)이었다. 이에 소요된 필라멘트량은 총 2,390.2 g 이었으며 평균 119.51 g 이 소요되었다. 학습만족도의 해부학인지도는 평균 4.6 점, 수업흥미도는 평균 4.5 점으로 높은 것으로 나타났다. 앞으로 3차원 프린팅 기술은 영상해부학 교육의 학습효과를 높여줄 수 있으리라 기대한다.
4차 산업혁명과 디지털 혁명으로 인해 조형 예술이나 공예 분야에서도 제조 방식이나 구조 등에서 많은 변화를 보이고 있다. 이에 본 연구에서는 3D 프린터라는 디지털 기술을 효과적으로 활용한 이 시대에 맞는 새로운 작업 방법을 제시하고자 하였다. 본 연구를 위해 가장 먼저 3D 프린팅 기술에 대한 이론적인 배경을 이해하고, 3D 프린팅 기술의 활용 사례에 대한 선행 연구를 정리하였다. 이를 토대로 3D 프린터를 활용하여 세 가지 방식의 크래프트 몰드를 제작하였다. 연구 결과, 3D 프린팅 기술을 활용한 크래프트 몰드의 두께 혹은 겹침 여부에 따라 각각 나타나는 특성이 있었다. 첫째, 크래프트 몰드 두께의 경우, 얇을수록 강도가 약했지만 몰드 안의 내용물을 꺼내기 수월하다는 장점이 있었다. 하지만 밀도가 크고 무거운 성질의 재료를 담기에는 두께가 두꺼운 크래프트 몰드가 안정적이라 판단하였다. 둘째, 크래프트 몰드의 겹침 여부의 경우, 두 겹으로 겹친 몰드를 사용한 결과 얇은 두께와 두꺼운 두께의 몰드의 장점을 모두 갖추었다. 하지만, 꺼내놓은 내용물의 표면이 매끄럽지 않아 후가공이 필요하다는 단점이 있었다. 추후 연구에서는 3D 프린터에 사용하는 필라멘트의 소재에 관해서도 다루었으면 한다.
This study investigated process conditions for 3D printing through manufacturing thermoplastic polyurethane (TPU) samples under different infill conditions. Samples were prepared using a fused deposition modeling 3D printer and TPU filament. 12 infill patterns were set (2D: grid, lines, zigzag; 3D: triangles, cubic, cubic subdivision, octet, quarter cubic; 3DF: concentric, cross 3D, cross, honeycomb), with 3 infill densities (20%, 50%, 80%). Morphology, actual time/weight and compressive properties were analyzed. In morphology: it was found that, as infill density increased, the increase rate of the number of units rose for 2D and fell for 3DF. Printing time varied with the number of nozzle movements. In the 3DF case, the number of nozzle movements increased rapidly with infill density. Sample weight increased similarly. However, where the increase rate of the number of units was low, sample weight was also low. In compressive properties: compressive stress increased with infill density and stress was high for the patterns with layers of the same shape.
This study examined the applicability of digital technologies based on three-dimensional(3D) scanning, modeling, and printing to the restoration of damaged artifacts. First, 3D close-range scanning was utilized to make a high-resolution polygon mesh model of a roof-end tile with a missing part, and a 3D virtual restoration of the missing part was conducted using a haptic interface. Furthermore, the virtual restoration model was printed out with a 3D printer using the material extrusion method and a PLA filament. Then, the additive structure of the printed output with a scanning electron microscope was observed and its shape accuracy was analyzed through 3D deviation analysis. It was discovered that the 3D printing output of the missing part has high dimensional accuracy and layer thickness, thus fitting extremely well with the fracture surface of the original roof-end tile. The convergence of digital virtual restoration based on 3D scanning and 3D printing technology has helped in minimizing contact with the artifact and broadening the choice of restoration materials significantly. In the future, if the efficiency of the virtual restoration modeling process is improved and the material stability of the printed output for the purpose of restoration is sufficiently verified, the usability of 3D digital technologies in cultural heritage restoration will increase.
전산화 단층촬영 장치의 정 도관리 항목 중 하나인 환자 피폭선량 피폭 시험은 의료법 제38조 특수의료장비 설치 및 운영에 따라 1년마다 측정을 시행하고 기록을 보관해야 한다. 선량 측정을 위해 사용되고 있는 CT-Dose 팬텀은 정확한 선량 측정이 가능하지만 가격이 비싸다는 단점이 있다. 따라서 본 연구를 통해 기존의 CT-Dose 팬텀을 3D프린터로 유사하게 제작하여 기존의 팬텀과 비교 분석하고 유용성을 알아보았다. 기존의 CT-Dose팬텀과 동일한 팬텀을 제작하기위해 PLA 필라멘트를 이용하여 FFF 방식의 3D프린터를 이용하였으며, CTDIw 값을 산출하기 위해 팬텀의 주변부와 중앙부에 이온챔버를 삽입하여 각 10번씩 측정하였다. 측정결과 주변부는 CT-Dose팬텀 $30.44{\pm}0.31mGy$, 중앙부는 $29.55{\pm}0.34mGy$ CTDIw값은 $30.14{\pm}0.30mGy$로 측정되었고, 3D프린터를 이용하여 제작된 팬텀은 주변부 $30.59{\pm}0.18mGy$, 중앙부 $29.01{\pm}0.04mGy$, CTDIw값은 $30.06{\pm}0.13mGy$로 측정되었다. SPSS 통계 프로그램의 Mann- Whiteney U-test를 사용하여 분석한 결과 중앙부의 결과 값은 통계적으로 유의한 차이가 있었지만 주변부와 CTDIw의 결과 값은 통계적으로 유의한 차이를 나타내지 않았다. 결론적으로, 3D프린터를 이용하여 제작된 팬텀으로 기존의 CT-Dose 팬텀과 유사한 선량측정 성능을 보였으며, 본 연구를 통해 3D프린터를 이용한 저비용의 팬텀 제작의 가능성을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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