• Advances in nano research
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• 제17권1호
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• pp.1-8
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• 2024

In this paper, stability analysis of sandwich toroidal shell segments (TSSs) with carbon nanotube (CNT)-reinforced face sheets featuring various types of auxetic cores, surrounded by elastic foundations under radial pressure is presented. Two distinct types of auxetic structures are considered for the core, including re-entrant auxetic structure and graphene origami (GOri)-enabled auxetic structure. The nonlinear stability equilibrium equations of the longitudinally shallow shells are formulated using the von Karman shell theory, in conjunction with Stein and McElman approximation while considering Winkler-Pasternak's elastic foundation to simulate the interaction between the shell and elastic foundation. The Galerkin method is employed to derive the nonlinear stability responses of the shells. The numerical investigations show the influences of various types of auxetic-core layers, CNT-reinforced face sheets, as well as elastic foundation on the stability of sandwich shells.

• Composites Research
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• 제37권4호
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• pp.310-315
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• 2024

음의 푸아송 비를 갖는 오그제틱 구조는 일반적인 구조와 상반된 거동 특성을 지니고 있어 에너지 흡수, 로봇 등의 다양한 분야에서 관심받고 있다. 하지만, 현재까지는 오그제틱 구조의 설계 및 최적화에 대한 연구가 중점적으로 진행되고 있으며 이를 활용하는 연구는 미비한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 3D 프린팅 기술을 활용하여 삼각형 형태의 천공을 가진 소프트 오그제틱 구조를 제작하여 기하학적 구조에 따른 기계적 물성을 확인하고, 푸아송 비의 변화를 계산하였다. 또한, 제작한 소프트 오그제틱 구조 내에 형상기억합금을 삽입함으로써 오그제틱 구조의 능동적 2차원 변형을 구현하고 이의 선택적 물체 투과성을 확인하였다. 이 기술은 소프트 로봇, 웨어러블 전자기기, 통기성이 제어되는 차세대 의류, 스마트 유연 센서 등 넓은 범위에 걸쳐 다양한 산업분야에 파급효과를 불러올 수 있을 것이다.

• 한국의류산업학회지
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• 제24권6호
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• pp.812-824
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• 2022

This study proposes to develop a 3D printed re-entrant(RE) strip by shape memory thermoplastic polyurethane that can be deformed and recovered by thermal stimulation. The most suitable 3D printing infill density condition and temperature condition during shape recovery for mechanical behavior were confirmed. As the poisson's ratio indicated, the higher the recovery temperature, the closer the poisson's ratio to zero and the better the auxetic properties. After recovery testing for five minutes, it appeared that the shape recovery ratio was the highest at 70℃. The temperature range when the shape recovery ratio appeared to be more than 90% was a recovery temperature of more than 50℃ and 60℃ when deformed under a constant load of 100 gf and 300 gf, respectively. This indicated that further deformation occurred after maximum recovery when recovered at a temperature of 80℃, which is above the glass transition temperature range. As for REstrip by infill density, a shape recovery properties of 100% was superior than 50%. Additionally, as the re-entrant structure exhibited a shape recovery ratio of more than 90%, and exhibited auxetic properties. It was confirmed that the infill density condition of 100% and the temperature condition of 70℃ are suitable for REstrips for applying the actuator.

• 한국의류학회지
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• 제46권6호
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• pp.1074-1087
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• 2022

This study reports an optimization of a 3D printed wrist brace (WB) for various tilting angles (0°, 45°, 90°) of the re-entrant (RE) pattern and thickness (2 mm, 4 mm) using thermoplastic polyurethane (TPU) filaments and thermoplastic elastomer (TPE) filaments. The actual printing time, weight, Poisson's ratio, and tensile property of the manufactured samples were analyzed. The results confirmed that the actual printing time and weight increased with increasing thickness, regardless of the filament type. All tilting angles of the WB showed a negative Poisson's ratio (NPR), the largest of which appeared at 90°. The results of the tensile property analysis showed that a 90° tilting angle also had the largest value of elongation and stress. From these results, we conclude that the most suitable wrist brace is one in which the actual printing time is low, the weight is minimized to a thickness of 2 mm, and the tilting angle of the RE pattern is 90° for good shock absorption. The choice of filaments may be decided upon according to the user's preference, since the TPU is stiff and the TPE is elastic.

• 한국의류학회지
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• 제46권5호
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• pp.927-943
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• 2022

This study explores the organic form generation method, which reflects the evolving biomimetic approaches converging in fashion technology and considers the characteristics of the organic relationship between the body and the clothing to be represented in contemporary fashion. A literature review on biomimetic architecture and design-related theory and a case study on biomimetic fashion were both conducted. Images, articles, and data related to biomimicry fashion and clothing, including the increase in virtual fashion cases around 2020, were analyzed based on the literature review. Biomimicry was used to derive interdisciplinary similarities in the organic morphogenesis principle, and the result was categorized as a network system, folds and unfolds, pneumatic structures, auxetic growth, and membranes. The biomimetic fashion characteristics, including externalization of the body's interior, expansion of the body structure and silhouette, body protection, independence from the body, and post-human expression through virtualization, were analyzed. Morphogenetic processes performed through biomimetic vision are expected to aid in generating research on the possibility of mass production or popularization in the future through various experimental technical studies.

• 한국의류산업학회지
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• 제24권6호
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• pp.667-685
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• 2022

본 원고는 소프트 로봇용 4D 프린팅 소재와 어그제틱 구조체에 대한 연구 동향을 정리한 것이다. 먼저 4D 프린팅 소재의 형상 변화 거동을 형상 변화와 형상기억 소재, 이중, 삼중, 다중 형상기억 효과, 접힘과 굽힘, 표면지형별로 구분하여 알아보았다. 형상 변화와 형상기억 소재 등 열이나 수분의 자극에 가역적/비가역적 혹은 규칙적/불규칙적 형상 변형이 가능할 수 있다. 다음으로, 차원별 형상이동 유형에 따른 특성과 물성에 대해 알아본 바, 1차원에서 다차원으로의 형상이동을 1D-1D 팽창/수축, 1D-2D 접힘/굽힘, 1D-3D 접힘 (1D-to-3D folding)으로 구분할 수 있다. 2차원에서 형상이동은 2D-2D 굽힙, 2D3D 굽힘/접힘/꼬임/표면말림/표면지형변화/굽힘과 꼬임, 3차원에서 다차원으로의 형상이동은 3D-3D 굽힙과 3D-3D 선형/비선형 거동으로 구분할 수 있다. 마지막으로 4D 프린팅 메타구조체 중 힌지 구조체를 적용한 KinetiX는 단일단위 터셀레이션과 다중단위 터셀레이션으로 모델링할 수 있고, 평면 및 공간 변환이 용이하고, 컨포머블 헬멧에 적용할 수 있다. 키리가미 구조체를 기본으로 한 공압형 어그제틱 구조체는 역설계 기반 구조체로써 굽힘각도를 제어하는 알고리즘으로 설계할 수 있다. 설계 후 3D 프린팅하여 TPU 멤브레인으로 프로토 타입을 제조하였고, 압력을 낮추면서 원하는 3차원 형상으로 완성될 수 있음을 확인하였다. 온도나 습도 등의 외부자극요소에 따라 형상이나 물성을 변화할 수 있는 재료를 사용하여 변형가능한 3차원 구조체로 성형한 4D 프린팅 소재를 이용하여 상지, 하지, 손, 발 등 소프트 로봇의 외골격(exoskeleton) 소재에 적용할 수 있을 것이다. 즉 자세제어, 상황인식, 동작신호 생성 등 다양한 환경에 대응하여 착용자의 움직임에 고하중, 고기동성, 운동지속성을 지원하는 기능을 갖는 소프트 로봇용 4D 프린팅 소재는 헬스케어 웨어러블 의류 제품화 개발로의 용도 전개가 가능할 것이다. 특히 4D 프린팅 소프트 소재 및 공정개발 분야는 일상 생할 보조용이나 재활치료용 의류를 개발하기 위한 3D 프린팅 소재 및 공정의 원천 기술에 해당하므로 이와 관련한 연구의 기초 자료로서 활용되기를 기대한다.