논문양식예제

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호빈 연
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1 논문투고일 : , 논문심사일 : , 게재확정일 : 콘크리트미관창출과열화저감을위한 3D 프린팅폼라이너디자인연구 Design Study of 3D printing Form Liner for Aesthetic and Protective Concrete Surfacing 주저자 장중식 (Jang, Jungsik) 국민대학교공업디자인학과 공동저자황가영 (Hwang, Ga Yeong) 국민대학교테크노디자인전문대학원제품시스템디자인전공윤문구 (Youn, Mun Ku) 국민대학교테크노디자인전문대학원제품시스템디자인전공장진화 (Jang, Jin Wha) 국민대학교테크노디자인전문대학원제품시스템디자인전공천수경 (Cheon, Soo Gyeong) 국민대학교테크노디자인전문대학원제품시스템디자인전공 이논문은 2016 년도정부 ( 국토교통부 ) 의재원으로국토교통과학기술진흥원의지원을받아개제되었습니다.

2 목차 1. 서론 1-1. 연구의배경및목적 1-2. 연구의방법및범위 2. 폼라이너와보호외피 2-1. 기존폼라이너 (Form liner) 의개념및한계 2-2. 폼라이너 (Form liner) 와보호외피 2-3. 폼라이너 (Form liner) 현황 3. 국내외콘크리트미관처리현황조사및분석 3-1. 국내외콘크리트미관처리현황및사례 ( 요약 ) 현대에들어서건축물의외관디자인에대한관심이커짐에따라기존의획일화된건축물이아닌다양한미관의건축물에대한니즈가증가하고있다. 그러나아직까지미관창출을위한국내의폼라이너재료및디자인은한정되어있는실정이다. 따라서본연구는 3D프린터를활용하여기존의값비싼몰드제작과정을생략하고디지털데이터를이용하여입체구조의제품을다양한소재를사용하여경제적으로제작, 콘크리트의열화방지수단을겸비하고구조물의수명을연장시켜생애주기비용을절감하는효과를기대할수있다. 본연구는 3D 프린터를활용하여콘크리트구조물의위치, 주변환경, 용도에적합한폼라이너의미관및입체조형디자인을다양하게개발하는것을목적으로한다. 본연구에서는 3D 프린트를활용한실물출력실험을통해 3D프린터를활용한콘크리트폼라이너가실제적용이가능하다는가능성을확인하였으며, 콘크리트구조물의용도, 지역특성, 주변환경, 사용자등을고려하여입체적이며예술적인조형미관을위한폼라이너디자인을제안하였다. 4. 3D프린팅폼라이너및보호외피디자인및실험 D프린팅폼라이너및보호외피디자인 D프린팅폼라이너및보호외피출력및적용실험 5. 결론 5-1. 연구의기대효과및성과 5-2. 연구의한계및추후연구과제참고문헌 (Abstract) Interest in the exterior design of buildings has increased in recent years. Demand for various architectural structures is increasing. However, domestic form liner and design are still limited. Thus, this research uses 3D printers to omit the existing mold production process. Use digital data to produce products economically using various materials. It can be hoped that extending the lifespan of the concrete structure will reduce the cost of saving costs. The purpose of this study is to utilize the 3D printers to develop the design of a suitable formative shape for the purposes of the concrete. In this study, 3D printed form enables the possibility that the actual application is practical. Consideration for the artistic design of the art line was proposed for the purpose of considering the use of concrete structures for concrete structures. (Keyword) 3D Printer, Concrete, form liner, Protective Skin, Design Creation, Design 98 Design Convergence Study 62 Vol.16. no.1 (2017.2)

3 1. 서론 1-1. 연구의배경및목적현대에들어서건축물의외관디자인에대한관심이커짐에따라기존의획일화된건축물이아닌다양한미관의건축물에대한니즈가증가하고있다. 그러나아직까지미관창출을위한국내의폼라이너재료및디자인은한정되어있는실정이다. 1) 또한투박한형태로인해외관의조형적인미관창출에어려움이있으며, 시간이지남에따라콘크리트의노화가진행되고철근이부식되어수명이단축되고외관이매우흉하게변하게된다. 현재대부분의국내콘크리트구조물에는경제적, 기술적이유로특별한미관처리를하지않고있다. 그나마일부활용되고있는콘크리트면의미관처리기술은매우초보적이고조악한정도이며, 기존의폼라이너를활용한건축물의외관은시공품질의저하및폼라이너재사용증가로인하여외관의표면이매끄럽지않고, 콘크리트자체의성질로인해마감의완성도가높지않다. 2) 따라서본연구는콘크리트구조물의이러한단점을보완 개선하고자하는데목적이있다. 3D프린터는기존의값비싼몰드제작과정을생략하고디지털데이터를이용하여입체구조의제품을다양한소재를사용하여매우경제적으로제작할수있는제조도구이다. 3D프린터를활용하면콘크리트의열화방지수단을겸비하고구조물의수명을연장시켜생애주기비용을절감하는효과를기대할수있다. 본연구는 3D 프린터를활용하여콘크리트구조물의위치, 주변환경, 용도에적합한폼라이너의미관및입체조형디자인을다양하게개발하는것을목적으로한다 연구와범위및방법본연구는첫째, 이론적고찰에서는폼라이너와보호외피에대한이해및국내현황과그에적합한 3D프린팅소재를파악하였으며, 이를기반으로국내외콘크리트구조물의미관창출현황에대한파악및분석을진행하였다. 둘째, 디자인전개단계에서는콘크리트면의입체조형미관아이디어를도출하고, 이를바탕으로 3D 모델링을통해다양한디자인을제안하였다. 마지막, 디자인평가에서는제안된디자인들을 3D프린터로출력하여모형을제작하고실제적용이가능한지에대한검증실험을진행하였다. < 그림 1> 연구방법및본논문의연구범위 2. 폼라이너와보호외피 2-1. 기존폼라이너 (Form liner) 의개념및한계폼라이너는콘크리트벽의디자인설계시사용되는거푸집으로다양한모양또는무늬를적용할수있어콘크리트벽의미관창출을가능하도록하는개념이다. 이는선행연구에제시되어있는 문양거푸집공법 과그의미가유사하다고할수있다. 문양거푸집공법이란철근콘크리트공사시거푸집내부에문양이있는거푸집라이너를설치하여콘크리트양생후거푸집을탈 1) 한민철외, 실리콘을이용한입체문양거푸집패널제작에관한기초적연구, 産業科學硏究 (Journal of Industrial science researches), Vol.32 No.1, 2014, pp ) 오중근외. 건축물벽체용문양거푸집개발을통한의장콘크리트의표면광택특성 한국건축시공학회지, pp , 99

형하여콘크리트표면에여러형태의문양이나타나게하는공법으로, 콘크리트자체가외부마감으로사용될수있는공법을말한다. 3) 폼라이너의제작과정을살펴보면폼라이너의패널은콘크리트성형구조의안쪽에위치하며, 콘크리트가굳어진후에표면에서떼어내는구조로이루어져있다. 이때폼라이너를제거하면폼라이너의패턴및질감이콘크리트의표면에형성된다.

4 형하여콘크리트표면에여러형태의문양이나타나게하는공법으로, 콘크리트자체가외부마감으로사용될수있는공법을말한다. 3) 폼라이너의제작과정을살펴보면폼라이너의패널은콘크리트성형구조의안쪽에위치하며, 콘크리트가굳어진후에표면에서떼어내는구조로이루어져있다. 이때폼라이너를제거하면폼라이너의패턴및질감이콘크리트의표면에형성된다. 4) 그러나기존폼라이너는타설시콘크리트가각연결부위로침투하여열변형되거나분리되며, 이러한이유로콘크리트의조형의디자인이폼라이너의변형으로달라질수있다는한계가있다 폼라이너 (Form liner) 와보호외피본연구에서제시하는폼라이너는기존의미관창출을위한폼라이너의개념에 보호외피 를적용한것으로, 기존의폼라이너가지닌열변형, 열변형으로인한조형의변형등의문제점을개선할수있다. 보호외피는 < 그림 2> 과같이폼라이너안쪽에부착하여설치되는데, 콘크리트를타설하고콘크리트가굳으면보호외피는남긴채폼라이너만따로떼어내는방식이다. 이는기존폼라이너의한계를해결함과동시에이후열화, 풍화, 침식으로부터콘크리트를보호하는역할을한다. 또한점차폼라이너의조형이다양하고정교해짐에따라형틀제작재료비가많이드는데, 폼라이너및보호외피를 3D프린터로제작하여경제적측면에서도이점이있다. < 그림 2> 폼라이너와보호외피의설계개념도 2-3. 폼라이너 (Form liner) 와보호외피현황국내에현재사용되고있는폼라이너의재료는 < 표 1> 과같으며, 디자인이단순하고질감이세밀하지못하며, 탈형후표면의정리를위해부가적인가공과공정이필요하다. 또한사용횟수가대부분 1회에그치고있어재사용이어렵고탈형시폐기물발생으로환경적문제점또한가지고있다. < 표 1> 에서보면스티로폼폼은디자인의구현력은뛰어나지만, 폼라이너의탈형이용이하지않다. 코팅폼은스티로폼폼에비해탈형이용이하지만, 디자인의구현력은떨어지는단점을가지고있다. 플라스틱폼은다른폼에비하여탈형이우수하나, 탈형시세밀한주의를요하고있어시공성에있어서는다소어려움이있다. 이와같이기존폼라이너의단점을보완하기위해시공성이우수하고, 재사용이가능하며, 정교한디자인구현이가능한새로운재료의폼라이너개발이요구되고있다. 5) 3) 정상진외, 건축물에적용가능한정교한문양거푸집개발을위한기초적연구, 대한건축학회추계학술발표대회논문집 ( 구조계 ), 제 21 권 2 호, , pp ) 위키피디아. 5) 박준희. 석재노출, 컬러및문양표현에의한장식용콘크리트의품질향상. 학위논문. 청주대학교. 건축공학과 p Design Convergence Study 62 Vol.16. no.1 (2017.2)

< 표 1> 국내문양거푸집의사용재료에따른특성 6) 구분 스티로폼폼 코팅폼 플라스틱폼 개념 - E.P.

- 내 외압강도우수 - 일부재활용가능, 재생불가 -탈형후폐기물수거조치 시공성 - 재료비저렴 - 시공경험필요함 - 시공이다소복잡 ( 박리제도포, 폐자재처리 ) - 동절기시공가능 -

폼라이너형상 일반적으로폼라이너에사용되는디자인의종류로는나뭇결, 홈무늬, 가로 세로의스트라이프 등단순하며자연스러운문양이사용되고있고일부분만사용하는것이아니라, 건물외벽전면에 사용하기도한다.

국내외콘크리트미관처리현황및사례 콘크리트의미관처리에관한사례분석에앞서패턴의특성에따라사용자와의물리적인커뮤니 케이션을중심으로하는인터렉티브디자인, 패턴의밀도, 명도, 그림자등을이용하여이미지를

있는이미지를활용하는형태의콘텐츠형으로분류하여국내외콘크리트미관처리의현황을살 펴보고사례를분석하였다.

구분사진내용키워드 인터렉티브형 패턴형 부조형 모듈형 콘텐츠형 < 표 2> 패턴의특성에따른디자인분류 사용자와의물리적인커뮤니케이션이가능한인터렉티브디자인 패턴의밀도, 명도,

5 < 표 1> 국내문양거푸집의사용재료에따른특성 6) 구분 스티로폼폼 코팅폼 플라스틱폼 개념 - E.P.S 를발포, 성형 - 스티로폼을압축하여 - PVC RESIN 에첨가제를표면을코팅배합해만든순수플라스틱 - 디자인표현이강함 - 탈형후디자인표현떨어짐 특성 - 내 외압강도우수 - 재활용및재생불가 - 내 외압강도우수 - 일부재활용가능, 재생불가 -탈형후폐기물수거조치 시공성 - 재료비저렴 - 시공경험필요함 - 시공이다소복잡 ( 박리제도포, 폐자재처리 ) - 동절기시공가능 - 재료비다소고가 - 박리제미사용 ( 공기단축 ) - 탈형이비교적수월 - 이음부세밀하게처리요망 - 재료비가고가 - 박리제미사용 ( 공기단축 ) - 동절기시공시파손율증가 - 진동기사용시주의 폼라이너형상 일반적으로폼라이너에사용되는디자인의종류로는나뭇결, 홈무늬, 가로 세로의스트라이프 등단순하며자연스러운문양이사용되고있고일부분만사용하는것이아니라, 건물외벽전면에 사용하기도한다. 사용재료로는합판패널, 목재, 고무, 암모니아, 로프, 시멘트석면, 루핑등이 다양하게사용되고있다. 7) 3. 국내외콘크리트미관처리현황조사및분석 3-1. 국내외콘크리트미관처리현황및사례 콘크리트의미관처리에관한사례분석에앞서패턴의특성에따라사용자와의물리적인커뮤니 케이션을중심으로하는인터렉티브디자인, 패턴의밀도, 명도, 그림자등을이용하여이미지를 표현하는패턴형, 돌출된벽의높낮이를이용하여입체적인이미지를보여주는부조형, 다양한 소재로제작한패턴모듈을끼워넣어내구성을강화한모듈형, 지역및환경의특성과관련이 있는이미지를활용하는형태의콘텐츠형으로분류하여국내외콘크리트미관처리의현황을살 펴보고사례를분석하였다. 다음의표는위에서구분한특성에따라다섯가지로분류된디자인 형태들을각각의특징에따라키워드와함께내용을정리한표이다. 구분사진내용키워드 인터렉티브형 패턴형 부조형 모듈형 콘텐츠형 < 표 2> 패턴의특성에따른디자인분류 사용자와의물리적인커뮤니케이션이가능한인터렉티브디자인 패턴의밀도, 명도, 그림자등을이용하여이미지를표현하는디자인 돌출된벽의높낮이를이용하여입체적인이미지를보여주는디자인 다양한소재로제작한패턴모듈을끼워넣어내구성을강화한디자인 지역및환경의특성과관련이있는이미지를활용하는형태의디자인 조작성, 조형성주목성, 접근성 가시성, 식별성 주목성, 가독성 내구성, 조형성 주목성, 홍보성지속성, 6) 이재용 고성석, CIE L*a*b* 표색계를적용한무기안료가착색시멘트모르터의색에미치는영향분석 대한건축학회논문집, 구조계제 19 권, ) 박준희. 석재노출, 컬러및문양표현에의한장식용콘크리트의품질향상. 학위논문. 청주대학교. 건축공학과 p

6 국내콘크리트는건설재료로가장많은비중을차지하는재료로목재나강재보다내구성이뛰어난재료로, 반영구적인건축물축조에주로사용된다. 그러러나대부분전문기술자나기능공부족에따란기술수준의저하, 입지환경이나사용조건의열악등의이유로경제적, 사회적인문제로제기되고있다. 8) 그나마일부활용되고있는콘크리트면의미관처리기술은아래 < 표 3> 과같이매우초보적이고단순한패턴을반복한디자인이주를이룬다. 기존의콘크리트를이용한미관처리현황은건축외벽에조각을하는것과같은방법으로단순한문양을만들고있지만, 문양이획일적인면이많다. 9) 인터렉티브형과모듈형경우경제적부담과기술의한계로콘크리트미관디자인디자인사례가매우적으며, 부조형의경우인위적인느낌이들기도한다. 또한콘텐츠형의경우에도주목성이나홍보성이강조된디자인사례가적다. < 표 3> 국내콘크리트미관처리사례 구분 사진 기업명및장소 설명 인터렉티브형 현대 / 2012 여수엑스포전시 Hyper-matrix cube wall 원주현진에버빌 / 현진건설 ( 주 ) 물결리브무늬 / 대유산업개발 ( 주 ) 패턴형 충북음성삼성제일모직 옹역담장문양노출콘크리트 부산장전동벽산블루밍 / 벽산건설 ( 주 ) 사각나뭇결무늬 / 대유산업개발 ( 주 ) 부산사하협성엠파이어 / 협성건설 ( 주 ) 송학도, 전통문양 그래픽 부조형 순천신대중흥 S 클래스 / 중흥건설 ( 주 ) 창호살무늬 / 문양거푸집 상도동 I PARK / 현대산업개발 ( 주 ) 기하학무늬 / 문양거푸집 화성동탄태영데시앙 / 태영건설 ( 주 ) 기와무늬 / 문양거푸집 모듈형 워눌교강남교당 / 디크리트 일원기와 / 디자인블럭 8) 송진홍, 콘크리트성능개선을위한탈수거푸집공법의실용화연구, 동양대학교, p.6 9) 오중근외 5 명, 건축물벽체용문양거푸집개발을통한의장콘크리트의표면광택특성, 한국건축시공학회논문집제 3 권 1 호 ( 통권 7 호, 2003 년 3 월 ), p Design Convergence Study 62 Vol.16. no.1 (2017.2)

7 전라남도순천시이자카야 와사비 디자인和談 / 큐블럭 Q3 오류 2 동열린도서관 펼쳐진벽 / 큐블럭 Q5 부산엄궁중학교 바닷가풍경 / 문양거푸집 콘텐츠형 용인마북현대아파트 / 현대건설 ( 주 ) 십장생도 / 문양거푸집 청주교육청체육관 / 하승건설 ( 주 ) 탈춤 / 전통그래픽 국외 국외의경우콘크리트면에대한미관처리를상당히정교한수준으로하고있다. 이경우상당한비용이요구되는음각처리된강재거푸집을사용하기때문에심미성과조형성이높다. 또한정형화된단순한패턴의반복에서오는지루함을탈피하기위하여비정형적패턴을통해다양하며역동적인디자인을하였다. 콘텐츠형의경우도그라비아인쇄기법, 미디어등다양한방법을활용하여홍보성과주목성을중점으로디자인하였다. < 표 4> 국외콘크리트미관처리사례구분사진국가기업명및장소설명 미국 Oklahoma / North Carolina. applications in exterior wall systems 인터렉티브형 미국 INTERLAM CNC Form Liner 미국 Scott System CNC 조각을통한월아트폼라이너 패턴형 미국 RECKLI -Formliners Formliners 1/138 Alsace 뉴질랜드 Reid Vict Motorway Precast Panels 미국 modulararts InterlockingRock Wall Panels 103

8 미국 INTERLAM Pattern No: COU001 부조형 미국 RECKLI -Formliners Formliners 2/602 Saone 독일 Reckli RECKLI2 / 188 CHAMPAGVNE abstract pattern 미국 SURECAST WEST Wall Panels 독일 Reckli abstract pattern 미국 NEMO V SQUARES 모듈형 미국 YANKO DESIGN concrete block fence system 미국 Sergio Muñozgonzalez Modular concrete wall 멕시코 studio AS/D asociación de diseño Module house 미국 CNC / 아티스트협업, 시공사례 콘텐츠형 미국 RECKLI -Formliners Photo-Engraving Form liners 4. 3D 프린팅폼라이너디자인및실험 D 프린팅폼라이너디자인 본연구에서는콘크리트구조물의내구수명을연장시키기위해노후열화를저감시켜구조물의 부식과마모를최소화하는첨단콘크리트면처리기술을참고하여, 3D 프린터제조기술과융복 합한적층정밀도의콘크리트폼라이너디자인을제안하였다. 또한구조물이침식을미연에방 104 Design Convergence Study 62 Vol.16. no.1 (2017.2)

지하기위해거푸집을부착하여구조물을보호하는보호회피를설계하였고환경친화적이고예술적인미관창출을위해다양한디자인패턴을연구하였다. 위에서분류한패턴디자인분류에따라인터렉티브형, 패턴형, 부조형, 모듈형, 콘텐츠형으로분류하여디자인연구를진행하였으며특히콘텐츠형에서입체적미관을창출함과동시에침식을최소화할수있는디자인형태인그라비아인쇄기법에집중하여다양한디자인개발및실험을진행하였다.

9 지하기위해거푸집을부착하여구조물을보호하는보호회피를설계하였고환경친화적이고예술적인미관창출을위해다양한디자인패턴을연구하였다. 위에서분류한패턴디자인분류에따라인터렉티브형, 패턴형, 부조형, 모듈형, 콘텐츠형으로분류하여디자인연구를진행하였으며특히콘텐츠형에서입체적미관을창출함과동시에침식을최소화할수있는디자인형태인그라비아인쇄기법에집중하여다양한디자인개발및실험을진행하였다. < 그림 3> 그라비아인쇄기법을활용한외벽사례 패턴디자인유형들은한가지의특성으로규정되지않는여러복합적인특성을갖고있지만위의 < 표 5> 으로구분한특성들과같이가장두드러지고대표되는의도와특징들이있었으며이러한특성들은장소에따라더욱부각되기도하고변용되기도하였다. 따라서지역과환경의특성과조화되는콘텐츠형디자인들에중점을두고연구를진행하였으며착시효과, 부조기법, 그라비아인쇄, 프레임장식등여러기법들에맞추어디자인연구를진행하였다. 이러한콘텐츠형의디자인기법들중특히그라비아인쇄기법은높은주목성을가지고있을뿐더러형태를만들어내는음각의선들이빗물등의부식을초래하는요소들과의마찰을최소화할수있는장점을가지고있어지속성이강하며다양한환경과어울리는디자인을할수있는기법이기때문에폼라이너를디자인할때가장활용하기에적합하다고판단하였다, 따라서이러한그라비아인쇄기법이가진장점을극대화하면서구조물의형상이환경과어우러질수있도록다양한디자인을고안하고자하였다. 다음의그림들은그라비아패턴을응용하여구조물의디자인을제안한사례이다. 구조물의지속과안정성을고려한요소를내구성, 눈에띄는디자인으로구조물의성격이나특성을효과적으로전달하는주목성, 미관창출을도모할수있는심미적요소를고려한심미성과지역특색및환경과어우러질수있는지역친화성으로분류하여그특징적성격이많이나타날때, 중간정도일때, 상대적으로특성이약할때 로표시하였다. 시제품제작, 시험검증전다양한조형형태의디자인들을개발, 제시하였으며 3D프린터의출력이용이하고성능을감소하지않도록고려하여디자인하였다. 105

10 < 표 5> 그라비아인쇄기법을응용한디자인사례연구 구분 정면도 사시도 디자인고려요소 내구성 주목성 심미성 지역친화성 패턴A 패턴 B 패턴 C 코끼리의모습을패턴화하여형상화한폼라이너디자인 코뿔소의모습을패턴화하여형상화한폼라이너디자인 패턴 D 패턴 E 패턴 F 패턴 G 패턴 H 육각형패턴의보호외피도면을나타낸것으로육각형의구조를패턴화하여모듈로조립한것으로, 육각형의구조는균형있게힘을배분하는안정적인구조이기때문에안정적이다. 장미를형상화한패턴의폼라이너도면으로, 겹쳐진장미꽃잎의모습을교차하여형상화하였다. 마름모를교차하여배열한패턴의폼라이너도면을나타낸것으로, 마름모패턴을가로와세로의라인구조가지지하고있어, 안정적이며견고하게콘크리트를지탱한다. 콘크리트폼라이너및보호외피를위한디자인으로콘크리트를사용하여원을반복한비정형패턴으로미관창출을위한디자인이다. 배구하는사람의형태를형상화하여외벽의예술적미관을도모하기위해디자인된콘크리트폼라이너이다. 한국의도깨비형태를형상화하여외벽의예술적미관을도모하기위해디자인된콘크리트폼라이너이다 패턴 I 콘크리트폼라이너및보호외피를위한디자인으로콘크리트를사용하여원을반복한비정형패턴으로미관창출을위한디자인이다. 106 Design Convergence Study 62 Vol.16. no.1 (2017.2)

4-2. 3D프린팅폼라이너및보호외피출력및적용실험디자인한데이터를중심으로모형제작을위해디자인설계및출력을진행하였다. 출력에는 FDM방식 3D 프린터 Cross D500 Series를사용하였으며, 현재통용되는유로폼의치수인 600mmX1200mm 사이즈에두께 60mm로가정후출력하였다. 출력이후 3D프린팅폼라이너가콘크리트타설시측압을견딜수있는지구조해석실험을실시하였다.

인필의모양에는여러가지가있으나본연구에서는가장대중적인필러모델인사각격자모델과허니컴모델을사용하여해석을수행하였다. < 그림 4> 격자와허니컴모델 < 그림 5> 출력한 3D 데이터모형 폼라이너의소재가 PLA이므로 PLA의허용압축력과, 허용인장력을설정하였다.

앞서설정한허용압력은 PLA의소재자체의물성치이고, 본연구의경우 3D프린터를통해프린팅한폼라이너의구조해석을해야하므로, 별도의 3D프린팅된소재의압력시험이필요하다. 특히 PLA가 ABS에비해 3D프린터로출력할경우강도저하가크기때문에출력물의압력실험이필요하다.

11 4-2. 3D프린팅폼라이너및보호외피출력및적용실험디자인한데이터를중심으로모형제작을위해디자인설계및출력을진행하였다. 출력에는 FDM방식 3D 프린터 Cross D500 Series를사용하였으며, 현재통용되는유로폼의치수인 600mmX1200mm 사이즈에두께 60mm로가정후출력하였다. 출력이후 3D프린팅폼라이너가콘크리트타설시측압을견딜수있는지구조해석실험을실시하였다. 입체조형폼라이너의소재는 3D프린터에서가장대중적으로쓰이는 ABS와 PLA로선택하여비교실험을진행하였다. 실험진행시강도나내구성의개선을위해증량, 증용, 제품의재료비절감등을목적으로첨가하는물질인인필 ( 서포터 ) 을폼라이너의필러로사용하였다. 3D프린터에서인필이란 3D프린팅출력시내부를비워강성은유지하면서제작시간을줄임과동시에원료절감효과를주는내부채움을말한다. 인필의모양에는여러가지가있으나본연구에서는가장대중적인필러모델인사각격자모델과허니컴모델을사용하여해석을수행하였다. < 그림 4> 격자와허니컴모델 < 그림 5> 출력한 3D 데이터모형 폼라이너의소재가 PLA이므로 PLA의허용압축력과, 허용인장력을설정하였다. PLA의압축응력과인장응력은보수적설계를위하여최저값으로가정하며 PLA의압축응력은 108Mpa, 인장응력은 50Mpa이고안전율을 3으로하여허용압축응력은 36Mpa, 허용인장응력은 16.67Mpa 로설정하였다. 앞서설정한허용압력은 PLA의소재자체의물성치이고, 본연구의경우 3D프린터를통해프린팅한폼라이너의구조해석을해야하므로, 별도의 3D프린팅된소재의압력시험이필요하다. 특히 PLA가 ABS에비해 3D프린터로출력할경우강도저하가크기때문에출력물의압력실험이필요하다. 압축력 ABS PLA 사각격자 허니컴 사각격자 허니컴 인필최대응력 최대변위최대응력최대변위인필최대응력최대변위최대응력최대변위 (Mpa) (mm) (Mpa) (mm) (Mpa) (mm) (Mpa) (mm) 허용변위 20 < 표 6> ABS 와 PLA 의압축력비교 허용변위 36 허용변위

12 인장력 ABS PLA 사각격자 허니컴 사각격자 허니컴 인필최대응력 최대변위최대응력최대변위인필최대응력최대변위최대응력최대변위 (Mpa) (mm) (Mpa) (mm) (Mpa) (mm) (Mpa) (mm) 허용변위 < 표 7> ABS 와 PLA 의인장력비교 허용변위 허용변위 허용변위 3m 높이벽체의타설콘크리트측압이작용하는경우를놓고폼라이너를구조해석한결과, PLA가 ABS보다소재자체의강도도강했고, 구조해석시의해석응력값도작아서 ABS보다더경제적이고시공성이좋은설계가가능했다. 대부분최대압축응력이최대인장응력보다컸으나, 허니컴모델의경우 35이상의모델에서는최대인장응력이매우크게나왔다. 허니컴모델은간격을 30까지늘려도안전하고사각격자모델은 25까지만안전하다. 사각격자모델의간격이 25 일때의부피가허니컴모델의간격이 30일때보다도작으므로가장좋은모델은사각격자모델인것으로보인다. 앞선모든해석결과를피드백했을때, 3m의콘크리트측압으로부터안전하게폼라이너를수행하는경제적인설계는소재를 PLA를사용하고인필의간격을 25으로하는사각격자모델이다. 강도설정을 PLA플라스틱자체의강도로설정했고 3D프린터로출력하는출력물의경우적층형으로만들어지기때문에강도와변위의변화가있을수있다또한 PLA의경우 3D프린터로출력할경우급격히강도가약해지기때문에실험이필요하다. 5. 결론 5-1. 연구의기대효과및성과실험을통하여 3D프린터를활용한콘크리트폼라이너가실제적용이가능하다는가능성을확인하였으며, 기존의콘크리트폼라이너에보호외피의기능까지추가된 3D프린팅폼라이너는경제적, 효율적측면에서보다우수하다는사실을발견하였다. 3D 프린터를활용한폼라이너는효과적이고다양한디자인을쉽게데이터를활용하여출력할수있으며빠른적용이가능하다. 또한기존의값비싼몰드제작과정을생략할수있으며, 다양한소재를사용하여제작이가능하다는재료적효율성을가지고있다. 본연구에서는 ABS, PLA 소재의폼라이너의인장력이나압축력이실제현장에적용이가능할정도라는사실을실험을통해검증하였으며, 콘크리트구조물의용도, 지역특성, 주변환경, 사용자등을고려하여입체적이며예술적조형미관의디자인을제안하였다. 향후 3D 프린터를통한폼라이너의보호외피기능은시간의흐름에따른콘크리트의노화와철근부식으로인한수명단축, 외관의미적기능저하등의문제점들을해결할수있을것이며, 플라스틱, 폴리에스터, 비닐에스터, 에폭시, 폴리케톤등의다양한합성수지레진과유리섬유, 탄소섬유등강화섬유등다양한신소재및복합소재가활용될수있다 연구의한계및향후연구과제본논문의한계점으로는좀더구체화되고분류된사례연구가필요하며, 3D 프린팅출력물에대한다양한각도의검증이진행되어야한다. 향후연구과제로는본연구에서진행된디자인과정을바탕으로특정지역을설정하여지역의특징을분석하고그에맞는지역의지도분석및지도형태스캔등을통해특정지역의특성을활용한지역홍보디자인아이디어를도출할예정이다. 이후도출된사례를바탕으로다양한지역에적용할수있는지역홍보를위한디자 108 Design Convergence Study 62 Vol.16. no.1 (2017.2)

13 인프로세스구체화를진행할예정이다. 참고문헌 논문 남원순, 콘크리트표면성능향상을위한타공알루미늄거푸집의기초적연구, 동양대학교, 남기정, 디지털기술을활용한건축외피재료의감각적효과연구, 아주대학교, 2014 Kenneth Frampton, Studies in Tectonic Culture, MIT Press, 1996 김호진, 철근콘크리트구조물의미시적철근부식모델과부신균열의발생예측, 연세대학교, 2002 홍순구, Digital TV 방송에있어서 EPG User Interface 에관한연구, 홍익대학교, 발행년도 한민철외, 실리콘을이용한입체문양거푸집패널제작에관한기초적연구, 産業科學硏究 (Journal of Industrial science researches), Vol.32 No.1, 2014 오중근외. 건축물벽체용문양거푸집개발을통한의장콘크리트의표면광택특성 한국건축시공학회지, 송진홍, 콘크리트성능개선을위한탈수거푸집공법의실용화연구, 동양대학교, p.6 박준희. 석재노출, 컬러및문양표현에의한장식용콘크리트의품질향상. 학위논문. 청주대학교. 건축공학과 이재용 고성석, CIE L*a*b* 표색계를적용한무기안료가착색시멘트모르터의색에미치는영향분석 대한건축학회논문집, 구조계제 19 권, 인터넷사이트 doopedia 두산백과, 콘크리트의분류, 대림건설, 콘크리트의균열발생원인과대책, 한국위성방송기술협회 도서 정용준, 세계의디지털위성방송, 커뮤니케이션북스, 1998 ( 스타일 : 참고문헌 ) Donald A. Norman 저, 이창우. 김영진. 박창호역, 디자인과인간심리, 학지사, 발행년도 학술대회및세미나 이상선, 디지털방송인터페이스, 학술대회및세미나명, 구조물유지관리연구실, 서울과학기술대학교, 도시기반시설물유지관리,