• Structural Engineering and Mechanics
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• 제77권2호
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• pp.167-177
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• 2021

Due to various benefits such as unlimited degrees of freedom, environment adaptability, and safety for humans, engineers have used soft materials with hyperelastic behavior in various industrial, medical, rescue, and other sectors. One of the applications of these materials in the fabrication of bending soft actuators (SA) is that they have eliminated many problems in the actuators such as production cost, mechanical complexity, and design algorithm. However, SA has complexities, such as predicting and monitoring behavior despite the many benefits. The first part of this paper deals with the prediction of SA behavior through mathematical models such as Ogden and Darijani, and its comparison with the results of experiments. At first, by examining different geometric models, the cubic structure was selected as the optimal structure in the investigated models. This geometrical structure at the same pressure showed the most significant bending in the simulation. The simulation results were then compared with experimental, and the final gripper model was designed and manufactured using a 3D printer with silicone rubber as for the polymer part. This geometrical structure is capable of bending up to a 90-degree angle at 70 kPa in less than 2 seconds. The second section is dedicated to monitoring the bending behavior created by the strain sensors with different sensitivity and stretchability. In the fabrication of the sensors, silicon is used as a soft material with hyperelastic behavior and carbon fiber as a conductive material in the soft material substrate. The SA designed in this paper is capable of deforming up to 1000 cycles without changing its characteristics and capable of moving objects weigh up to 1200 g. This SA has the capability of being used in soft robots and artificial hand making for high-speed objects harvesting.

• Ocean Systems Engineering
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• 제12권2호
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• pp.225-245
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• 2022

More and more shipping containers are falling into the sea due to bad weather. Containers lost at sea negatively affect the shipping line, the trader and the consumer, and the environment. The question of locating and recovering dropped containers is a challenging engineering problem. Model-testing of small-scaled container models is proposed as an efficient way to investigate their falling trajectories to salvage them. In this study, we first build a standard 20-ft container model in SOLIDWORKS. Then, a three-dimensional (3D) geometric model in the STL (Standard Tessellation Language) format is exported to a Stratasys F170 Fused Deposition Modeling (FDM) printer. In total, six models were made of acrylonitrile styrene acrylate (ASA) and printed for the purpose of testing. They represent three different loading conditions with different densities and center of gravity (COG). Two samples for each condition were tested. The physical models were dropped into the towing tank of University of New Orleans (UNO). From the experimental tests, it is found that the impact of the initial position after sinking can cause a certain initial rolling velocity, which may have a great impact on the lateral displacement, and subsequently affect the final landing position. This series of model tests not only provide experimental data for the study of the trajectory of box-shape objects but also provide a valuable reference for maritime salvage operations and for the pipeline layout design.

• 센서학회지
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• 제32권5호
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• pp.290-294
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• 2023

Among various types of harmful gases, hydrogen sulfide is a strong toxic gas that is mainly generated during spillage and wastewater treatment at industrial sites. Hydrogen sulfide can irritate the conjunctiva even at low concentrations of less than 10 ppm, cause coughing, paralysis of smell and respiratory failure at a concentration of 100 ppm, and coma and permanent brain loss at concentrations above 1000 ppm. Therefore, rapid detection of hydrogen sulfide among harmful gases is extremely important for our safety, health, and comfortable living environment. Most hydrogen sulfide gas sensors that have been reported are electrical resistive metal oxide-based semiconductor gas sensors that are easy to manufacture and mass-produce and have the advantage of high sensitivity; however, they have low gas selectivity. In contrast, the electrochemical sensor measures the concentration of hydrogen sulfide using an electrochemical reaction between hydrogen sulfide, an electrode, and an electrolyte. Electrochemical sensors have various advantages, including sensitivity, selectivity, fast response time, and the ability to measure room temperature. However, most electrochemical hydrogen sulfide gas sensors depend on imports. Although domestic technologies and products exist, more research is required on their long-term stability and reliability. Therefore, this study includes the processes from electrode material synthesis to sensor fabrication and characteristic evaluation, and introduces the sensor structure design and material selection to improve the sensitivity and selectivity of the sensor. A sensor case was fabricated using a 3D printer, and an Ag reference electrode, and a Pt counter electrode were deposited and applied to a Polytetrafluoroethylene (PTFE) filter using PVD. The working electrode was also deposited on a PTFE filter using vacuum filtration, and an electrochemical hydrogen sulfide gas sensor capable of measuring concentrations as low as 0.6 ppm was developed.

• Tribology and Lubricants
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• 제39권6호
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• pp.250-255
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• 2023

This study applies various surface patterns to minimize material loss in construction equipment that is subject to severe wear due to sand, such as the wear-resistant steel plates of dump trucks or the teeth of excavators. The relationship between surface morphology and wear behavior is investigated using PLA+ polymer to observe the effect of the surface pattern. Five types of samples - smooth, concave, convex, wavy concave, and wavy convex designs - are created using a 3D printer. A wear experiment is conducted for a duration of 3 h using 6.5 kg of abrasive particles. The mass loss of the samples after the experiment is measured to assess the extent of wear. Additionally, the surface morphology of the samples before and after the experiment is analyzed using SEM and confocal microscopy. The study results reveal that the smooth design exhibits the highest wear loss, whereas the concave and wavy concave designs show relatively lower wear loss. The convex and wavy convex designs exhibit varying contact areas with the abrasive particles depending on the surface pattern, resulting in different levels of wear. Furthermore, a comparison between the experimental results and DEM simulations confirms the observed wear trends. This study reveals the relationship between wear damage according to surface pattern shape and is expected to be of substantial help in the analysis of wear and tear on agricultural and heavy equipment.

• 대한치과보철학회지
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• 제60권2호
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• pp.202-210
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• 2022

최근 디지털 치의학의 발달로, Computer-aided design-Computer-aided manufacturing (CAD-CAM)을 이용한 의치 제작이 증가하는 추세이다. CAD 소프트웨어를 통해 디자인된 의치를 제작하는 방식에는 밀링을 이용한 절삭가공방식과 3D 프린팅과 같은 적층가공방식이 있으며, 적층가공방식은 보다 복잡한 구조를 재현하는데 유리하게 사용될 수 있다. 본 증례는 뇌경색으로 인해 신체적 장애를 갖게 된 상·하악 완전무치악 환자에서 제작 기간과 내원 간격을 단축하기 위해 광경화 Stereolithography (SLA) 기반의 3D 프린팅을 이용한 디지털 제작 방식의 양악 총의치 수복 증례이다. 최종인상채득을 위해 기존 임시의치를 디지털 방식으로 복제 및 출력하여 개인트레이로 활용하였고, 부가중합형 실리콘 인상재로 채득한 최종인상체에는 수직고경과 중심위, 상악 전치부의 각도 및 길이에 대한 정보가 포함되었다. 또한 임시의치를 장착하고 촬영한 안면 스캔 데이터를 추가로 획득하여 기공 작업 시 교합평면 결정이나 인공치 배열에 참고할 수 있도록 하였다. 인상체를 3차원 스캔 후 CAD 프로그램을 통해 인공치를 배열하였고, 연마면을 형성하여 의치 디자인을 완성하였다. 시적 의치 및 최종 의치는 FDA 승인을 받은 액체 광경화성 레진을 이용하여 SLA 기반 3D 프린터로 출력하였고, 최종 의치는 적절한 안정과 유지, 지지를 보였으며, 기능적, 심미적으로 만족스러운 결과를 얻을 수 있었다. 최종 의치의 전달까지 3회의 내원 횟수를 필요로 하였으며, 기공시간의 단축으로 내원 간격을 줄임으로써 환자의 만족도를 증진시켰다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제22권3호
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• pp.105-110
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• 2022

4차 산업혁명이라는 흐름에 따라 서로 다른 분야의 결합을 통해 새로운 분야가 생기는 융복합의 시기를 맞아 예술 분야 중 크래프트 영역의 확장성에 관해 연구하고자 하였다. 연구 내용은 디지털 크래프트의 정의와 가치에 대한 이론적 배경을 토대로 3D 프린팅 기술을 활용한 크래프트 사례를 분석한 것이다. 연구 결과, 3D 프린팅 기술을 활용한 크래프트 작품은 융합적 표현 방식에 따라 크게 네 가지의 형태로 나누어 볼 수 있었다. 첫 번째로 혼합형은 전통 크래프트 형식에서 크게 벗어나지 않으면서도 조화롭게 제작된 것이 가장 큰 특징이었다. 두 번째로 부품형은 일정한 형태와 세밀한 작업이 장점인 디지털 기술의 특징이 가장 잘 나타난 형태로 제작되었다. 세 번째로 구조형은 3D 프린터로 출력한 결과물을 베이스로 하여 전통 크래프트 기법이 덧입혀져 아날로그 감성이 묻어나는 작품이 되었다. 네 번째로 연결형은 본 연구의 분석 사례 중에서 독창성과 고유성이 가장 크게 엿보인 작품이었다. 디지털 기술이 널리 활용되고 있는 만큼, 효과적인 작업 방향성에 관하여 지속적인 연구가 필요하다고 판단된다.

• 문화기술의 융합
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• 제9권1호
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• pp.111-118
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• 2023

본 연구는 새로운 제품에 대한 요구와 다양성을 추구하는 일반 소비자들에게 제시되고 있는 주얼리 디자인을 연구하는 데 목적이 있다. 기존에 판매되고 있는 여러 가지 제품 모듈을 서로 바꾸어 착용할 수 있도록 한 다변형 교체 방식의 주얼리와는 구별되는 구조와 결합 방식의 모듈형 주얼리디자인을 제시하고자 한다. 기존의 다소 작은 여러 부품들을 복잡한 결합 방식으로 제작하는 경우 문제점이 발생할 가능성이 높으며 소비자가 장식 부품을 교체하면서 작은 고정 장치 부품을 조립하는 과정에서 분실하는 어려움이 따를 수 있다. 따라서 이런 문제들을 줄이기 위해 다른 결합 부품 필요 없이 손쉽게 교체하여 착용할 수 있도록 심플하고 단순한 디자인 위주로 제작한 주얼리 제품들과는 차별화시키고 최신의 3D프린터(Rapid Prototyping)를 이용하여 제작하려 한다. 이 연구는 현장 실무에 종사하며 얻어진 경험 및 노하우를 바탕으로 실물 제작이 가능하고 제작 과정 시 문제점 발생을 최소한으로 줄이는 데 주력했으며, 이를 통해 시간적, 경제적인 손실을 줄일 수 있다. 3D프로그램(CAD)을 사용하여 제작함으로서 보다 정교하고 차별화된 형태를 표현하여 개선된 주얼리 제품을 제작하는 데 연구목적이 있다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제18권2호
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• pp.127-133
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• 2024

팔꿉관절은 3개의 뼈대가 조합하여 관절을 이루고 있으며 신체적 활동 및 외력에 의한 이상 시 X-선 등, 방사선 검사로 영상진단을 한다. 팔꿉 관절 선행연구에 의하면 전완부(forearm)의 Z축 거상에 의한 기울기 자세에서 영상평가 기준에 부합하는 새로운 검사법이 발표되어 이에 최적화된 기구를 설계하고 다른 상지 검사에서도 활용 가능한 보조기구를 개발하고자 하였다. 2D 도면 및 3D 모델링 설계로 디자인 후 4부분의 파트로 구분 된 디자인을 ABS 소재의 3D 프린팅 방법으로 출력 후 조립 단계를 거쳐 제품을 완성하였다. 개발된 보조기구는 Z축 거상 기울기 4단계 각도(0, 5, 10, 15도) 기능과 1도 단위로 360도 회전되어 고정하는 기능으로 구성하였다. 개발된 보조기구는 사용 빈도의 누적 및 신체적 활용에 의한 하중 문제에 대해 구조해석을 통하여 최대 등가응력(equivalent stress) 56.107 Pa, 변위(displacement) 1.6548e-5 mm 의 안전한 물성치 범위로 개발되었다. 또한 개발된 보조기구는 팔꿉관절의 X-선 검사뿐만 아니라 위팔뼈 회전에 의한 어깨 기능검사에서도 활용할 수 있으며 비금속 소재로 MRI, CT 검사에서도 적용이 가능하도록 개발되었다. 개발된 보조기구는 향후 다양한 장치 및 의료영상 검사의 임상 적용을 통하여 검사의 정확성 및 효율화에 기여하리라 판단한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권11호
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• pp.53-61
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• 2017

최근 웹 기반의 3D 프린팅 관련 서비스 플랫폼들이 증가하고 있으며, 소비자들은 이러한 서비스 플랫폼을 이용하여 3D 데이터를 수집하고 제작을 의뢰하며 유통 서비스를 통해 상품을 받아 볼 수 있게 되었다. 이러한 3D 프린팅 기술의 적용이 근래에는 건설 분야로까지 확장되어 기술이 발전하고 있으나 이와 관련된 서비스 플랫폼의 가이드라인 및 운영 사례는 국내외 모두 찾아볼 수 없다. 따라서 본 연구에서는 기존 타 산업분야에서 활발하게 사용되는 10개의 웹 기반 3D 프린팅 서비스 플랫폼의 기능을 조사 분석하여 건설 분야 3D 프린팅 서비스 플랫폼 구축을 위한 가이드라인으로 활용하였다. 또한 플랫폼의 구동시나리오 작성을 통해 건설 3D 프린팅 서비스 통합 플랫폼이 갖추어야 할 설계, 시공, 유통 서비스의 모습을 제시하였다. 3D 프린팅 기술의 발전에 따라 설계, 시공, 유통 등의 전반적인 건축 시장의 패러다임이 변화할 것이며, 이러한 변화에 대비하고 향후 디지털 건축 시장의 개척을 위해서는 본 연구에서 제시한 건설 3D 프린팅 서비스 플랫폼의 역할이 클 것으로 기대한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권5호
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• pp.54-59
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• 2020

콘크리트의 품질에 큰 영향을 미치는 중요 자재인 굵은 골재는 채취장소, 생산방법 등에 따라 다양하게 생산된다. 현재 건설업계는 굵은 골재의 안정적인 공급과 표준적인 품질 확보 방안이 필요한 실정이다. 본 연구는 굵은 골재를 3D 프린팅으로 제작하여 사용하는 것이 이 문제 해결에 도움이 되는지를 검토하는 것이 목적이다. 3D 프린팅을 위한 필라멘트는 검토 결과 ABS 필라멘트가 선정되었다. 굵은 골재의 설계는 CATIA를 사용했으며, 제작은 CUBICON Single Plus를 사용하였다. 공시체는 3개의 AE제를 사용 것과 3개의 그렇지 않은 것 등 총 6개를 제작한 후 28일 동안 수중 양생하였다. 압축강도 시험 결과 AE제를 사용할 경우 콘크리트표준시방서에서 규정한 경량콘크리트 설계기준의 최저 압축강도 이상이 발현됨을 확인했다. 이는 3D 프린터로 제작한 굵은 골재가 경량콘크리트의 굵은 골재로 사용될 가능성이 있음을 시사한다. 특히 대량생산 체계를 갖출 경우 궁극적으로 굵은 골재의 안정적 수급과 표준적인 품질 확보라는 건설업계가 당면하고 있는 문제 해결에도 일조할 수 있을 것이다. 향후에는 3D 프린팅으로 제작한 굵은 골재의 부착력 향상 방안, 경제성 분석 등에 관한 연구를 진행할 예정이다.