3D 프린팅 기술이 진보되고 활발하게 보급되고있는 지금, 각 영역에서 광범위하게 응용하고 있다. 각종 가정용품, 의료 물품을 비롯해 자동차나 비행기 등에 쓰이는 기계장치도 3D 프린터에 의한 생산이 가능해졌다. 또한 3D 프린팅은 영상제작 영역에서도 활용할수있는데,<파라노만 Paranorman> 같은 스톱모션 애니메이션에서도 3D 프린팅 기술을 활용하고 있다. 본 논문은 3d 프린팅기술이 사용된 애니메이션과 산업응용에 대해 조사하여 3D 프린팅 기술의 특성 및 기술을 연구한다.
3D 프린팅 기술의 발전과 함께 그 응용분야가 확대되면서 최근 관련 소프트웨어 기술도 활발히 연구되고 있다. 본고에서는 최근 컴퓨터 그래픽스 분야에서 발표된 3D 프린팅 관련 소프트웨어 기술을 소개한다. 먼저 프린팅을 위한 3D 모델의 안정성과 내구성을 검사하기 위한 기술을 소개한 뒤 3D 프린터의 프린팅 규모 제약을 극복하기 위한 3D 모델의 분할 및 조립 관련 기술을 설명하고, 이어서 프린팅 된 결과물에 동적인 움직임을 부여하기 위한 운동성 관련 기술을 소개한다. 3D 프린팅 관련 소프트웨어 기술은 최근 2-3년에 걸쳐 새로운 분야를 열면서 논문이 발표되기 시작하여 아직 초기 단계에 머물러 있지만, 향후 3D 프린팅의 응용 분야가 확대되면 많은 연구가 이어질 것으로 예상되어, 현재까지의 연구추이를 살펴 보고 향후 연구개발에 대처할 필요가 있을 것으로 보인다.
금속 3D 프린팅의 응용분야는 자동차, 우주항공, 의료/헬스, 전자기기, 금형 등으로 분류할 수 있다. 최근 들어 선진국을 중심으로 아크 용접기반 금속 3D 프린팅 기술의 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 3D 프린팅 기술은 CAD 설계 정보를 이용한 적층 제조방식이기 때문에 내부 형상이 아무리 복잡하여도 제작이 가능하고, 디자인이 변경되더라도 별도의 금형 제작 없이 제작이 가능하다는 장점이 있다. 와이어 아크기반 금속 3D 프린팅 기술은 차세대 생산제조 핵심기술로 발전할 전망이다. 금속 3D 프린터의 기술경쟁력 제고를 위해서 적층패턴, 와이어정밀 송급 및 적층품질 실시간 모니터링 등의 시스템 제어 기술과 대형 금속부품의 고생산성을 위한 적층가공 시스템 기술개발이 진행될 것으로 예상된다. 금속 와이어 아크를 이용한 대형 3D 프린팅 시스템의 지식재산권 확보 전략을 수립하기 위해 대형 3D 프린터 기술, 금속 와이어 3D 프린터 기술, 아크 3D 프린터 기술의 세 가지 분야에 대한 특허동향 분석을 수행하였다.
데스크톱 패브리케이션의 열풍과 함께 3D 프린터에 대한 관심이 고조되고 있는 가운데, 의료 바이오 분야에 3D 프린팅 기술을 접목한 바이오프린팅, 바이오 패브리케이션에 대한 연구개발 또한 활발히 진행 중이다. 본고에서는 3D 바이오프린팅 기술과 개발 동향을 소개한다. 먼저 바이오프린팅에 사용되고 있는 생체조직을 이용한 바이오 잉크 및 소재들에 대해 알아보고, 이러한 소재들을 이용한 바이오프린팅 기술들과 프린팅 절차에 대해 살펴본다. 마지막으로 환자 맞춤형 의료기기 개발 및 신체 조직과 장기들을 재생해 내기 위한 연구와 개발 동향을 소개한다. 3D 바이오 프린팅 분야는 아직 초기단계에 있으나, 향후 기술의 잠재성과 응용분야의 확대가 이어질 것으로 예상되며, 그에 따른 법제도 개선과 규제 마련이 필요한 시점이다. 또한 3D 바이오프린팅 연구개발에 있어 기술력 강화 및 역량 보유를 위한 선제 검토가 필요할 것으로 보인다.
삼차원 프린팅(3D printing) 기술은 공학, 제조업, 교육, 예술, 그리고 바이오의학 같은 다양한 분야에 활용되고 있는 혁신적 기술이다. 프린팅 기술, 재료/생화학물질을 포함한 최근 기술의 진보는 생체적합성 물질, 세포, 지지체 성분의 3D 프린팅으로 복잡한 3D 기능성 조직과 장기를 제작할 수 있는 가능성을 보여주고 있다. 3D 바이오프린팅 기술은 신약 개발, 독성 연구를 위한 조직 모델의 제작에도 활용되고 있다. 3D 바이오프린팅 기술은 공학, 생체재료과학, 세포생물학, 생화학, 물리, 의학 같은 분야의 통섭이 필요한 연구 분야이다.
본 논문에서는 최근 미래 신산업 혁명을 주도할 유망기술로 각광 받고 있는 3D 프린팅 기술과 이를 이용한 조직공학 및 재생의학 분야의 응용 기술을 살펴보았다. 한국기계연구원에서는 3D 프린팅 기술을 바탕으로 독자적인 3D 바이오프린팅 장비를 설계 및 제작하였으며, 개발된 3D 바이오프린팅 장비를 이용하여 다양한 분야에 적용이 가능한 3D 형상의 조직공학용 스캐폴드를 제작하였다. 또한 세포와 생체재료를 3D로 직접 프린팅 할 수 있는 세포 프린팅 기술을 개발하였으며, 이는 인공장기 개발분야의 원천 기술로 조직공학 및 재생의학 분야에 3D 프린팅 기술이 활용될 수 있는 기반을 확립하였다.
본 연구는 최근 새로운 제조 수단으로 각광받고 있는 3D프린팅 기술의 통합제어 시스템과 품질개선을 위한 모니터링 SW 기술개발을 위한 프레임워크 및 연구개발 방향을 제시하고자 한다. 이를 위해 본 연구에서는 금속프린팅 기술로 조명되고 있는 DED와 PBF 3D프린팅 기술의 통합 제어기술 개발 Framework와 최근 반도체 장비 등에서 큰 관심을 받고 있는 음향센서를 이용한 모니터링 기술 등 품질 개선을 위한 4가지 모니터링 기술을 제안 소개하고자 한다. 본 연구를 위하여, 국내 3D프린팅 전문기업인 (주)컨셉션, 원광이엔텍(주), (주)디이엔티 등에서 개발 중인 국내 최신 금속 3D프린팅 시스템 장비를 활용하여 연구하였으며(1KW급 Dual Laser PBF 및 DED 프린팅 시스템), 2017년 이래 지속적인 연구개발을 수행해온 경험을 바탕으로 다음세대 3D프린팅 개발자를 위한 연구초안을 제시함으로서 국내 3D프린팅 기술 발전 및 연구개발 협력을 위한 기초자료를 제시하고자 한다.
3D프린팅으로 인한 제품 및 공정의 혁신은 비즈니스모델에도 커다란 영향을 미친다. 3D프린팅은 제작시간절감, 정밀성향상, 소재개발 등의 단점을 극복하기 위해 다양한 기술을 통해 신산업을 이끌어갈 원동력으로 작용하고 있다. 본 연구는 3D프린팅 기술이 활용된 패션제품의 사례를 탐구하여 각 제품유형별 특징을 고찰하고, 창의적인 아이디어의 구현과 고객만족을 위한 생산기술의 효율성에 3D프린팅의 기술을 활용도를 통해 패션산업의 발전방향을 모색하고자 한다.
3D 프린팅 기술은 기존 산업계의 생산 패러다임을 변화할 수 있는 4차 산업혁명의 주요기술로 큰 관심을 받고 있다. 건설분야의 특성으로 인해 3D 프린팅의 기술 도입이 타 산업분야에 비해 느리지만, 향후 생산인구의 감소와 생산성 및 안전도 향상 등을 위해 3D 프린팅을 활용한 건설 자동화가 필요하다. 본 연구에서는 3D 프린팅을 건설에 도입하기 위한 사전준비로서 건설 3D 프린팅 공종분류체계와 기존 표준품셈체계와의 연계방안을 제시 한다. 이를 위해 건설 및 3D 프린팅 관련 전문가 자문을 바탕으로 기존 건설 3D 프린팅 기술을 바탕으로 가상의 시나리오를 작성하였다. 시나리오에 따라 3D 프린팅 공사 수행에 필요한 16개의 공종을 도출하였다. 기존 공종분류체계와 표준품셈을 분석하고 도출된 3D 프린팅 공종을 연계하였다. 기존 분류체계와 동일한 3D 프린팅 공종도 있었으며 기존에 존재하지 않는 공종은 유사한 분류체계 하위에 추가하는 등 4가지 타입으로 구분하였다. 본 연구의 결과는 향후 3D 프린팅 공사관리 및 원가산정에 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다. 향후 3D 프린팅 공사 수행을 통해 실질적인 품셈 산출이 필요하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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