한국패션디자인학회지제 16 권 1 호 Journal of the Korean Society of Fashion Design Vol. 16 No.1 (2016) pp.101-115 http://dx.doi.org/10.18652/2016.16.1.7 FDM 3D 프린팅을활용한패션디자인개발에관한연구 이종석ㆍ이재정 + 경인여자대학교패션 문화디자인학과조교수국민대학교의상디자인학과교수 + 요약 3D 프린팅은산업분야를막론하고가장주목받는신기술로인정받고있으며이미제조업분야의시제품제작시장을중심으로크게성장하고있다. 이러한시장성장에힘입어 3D 프린팅은의료, 예술, 디자인분야에서도패러다임을바꿀혁신적인기술로서의가능성을인정받고있다. 패션산업역시이러한추세를받아들여 3D 프린팅을이용한다양한시도들이이어지고있다. 이에본연구에서는 3D 프린팅으로인한패러다임변화에대한이해를바탕으로패션디자인분야에서하나의표현방법으로사용되고있는 3D 프린팅을이용하여작품을제작하고자한다. 본작품은 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식 3D 프린팅을이용하여의상제작에적합한안정적인니트조직을출력할수있는실험결과를바탕으로니트조직을개발하고의상을제작함으로써패션디자인에서의효율적인 3D 프린팅의활용과응용에대한기초연구가되고자한다. 작품제작방법은니트조직을 O-ring 이겹치는형태로설정하였으며, 3D 프린팅에적합한니트조직을도출하기위해 O-ring의내외경과적층두께에차이를주어실험하였고, 실험결과 O-ring 의내경 9mm, 외경 10mm, 적층두께 0.1mm와 0.2mm의조합이가장안정적인출력결과물로도출되었다. 이러한실험결과를작품제작에응용하여인체곡선이자연스럽게표현되는의상을제작하였다. 이를위해사용한하드웨어는 Makerbot Replicator2, white PLA 필라멘트, 소프트웨어로는 Sketchup 8.0, Makeware 3.9.0. 을활용하였다. 작품제작순서는첫째, Sketchup 8.0에서 3D 렌더링작업을거친후, 둘째, 출력용프로그램인 Makerware 3.9.0과 Makerbot Replicator2를통해출력하고, 셋째, 출력물을흑니켈 O-ring으로연결하는순서로작업하여드레이핑기법으로인체곡선을자연스럽게표현하는의상작품을제작하였다. 본연구결과는패션디자이너가다양한제품제작에실제적으로응용가능한 3D 프린팅기술을제공하여후속연구의접근성을높이고더불어패션디자인에새로운가능성을제시하였다는것에의의가있다. 주제어 : 3D 프린팅, 3D 프린팅패브릭, 패션디자인, 패션소재 교신저자 : 이재정, jjl@kookmin.ac.kr 접수일 : 2016 년 1 월 28 일, 수정논문접수일 : 2016 년 2 월 29 일, 게재확정일 : 2016 년 3 월 3 일
한국패션디자인학회지제 16 권 1 호 (2016.3) Ⅰ. 서론 1. 연구배경최근 3차산업혁명을주도할아이템으로 3D 프린터가주목받고있다. 3D 프린팅은산업분야를막론하고가장주목받는신기술로인정받고있으며이미제조업분야의시제품제작시장을중심으로크게성장하고있다. 이러한시장성장에힘입어 3D 프린팅은의료, 예술, 디자인분야에서도패러다임을바꿀혁신적인기술로서의가능성을인정받고있다. 최근 3D 프린팅제조방식중에서 SLS(Selective Laser Sintering) 와 FDM(Fused Deposition Modeling) 이각각 2014년도와 2009년도에특허가만료됨에따라산업활성화에대한기대가높아졌고다양한분야에서적극적인활용이시도되고있다. 시장조사기관인스마트테크마켓퍼블리싱 (Smart Tec h Markets Publishing) 은 3D 프린팅은디자인을지향하는기업의미래라고소개하고, 3D 프린터시장은크게성장할것이라고전망하였다. 1) 또한 3D 프린팅기술의활용분야는소비자전자제품을비롯한자동차, 우주항공, 의료, 군사, 건축, 교육, 디자인에이르기까지매우다양해지고있다. 이미미국, 일본, 유럽연합, 일본및중국은 3D 프린팅관련산업이활성화되기시작하였고, 국내에서도미래창조과학부와각각지방자치단체를중심으로 3D 프린팅활용방안에대해다각도로연구가진행중이다. 2) 또한, 의료, 자동차, 패션, 건축, 엔터테인먼트등에서주로시제품제작에적극적으로활용되고있다. 3) 패션산업에서도이러한추세를받아들여 3D 프린팅을이용한다양한시도들이이어지고있다. 해외에서는몇년전부터세계적인 3D 프린팅관련업체와건축가, 엔지니어, 아티스트, 디자이너가참가하는 3D 프린트쇼가뉴욕과파리에서개 최되고있다. 3D 프린터시장을양분하고있는스트라타시스 (Stratasys) 는네덜란드출신패션디자이너아이리스반헤르펜 (Iris Van Herpen) 과, 쉐이프웨이즈 (Shapeways) 는디자이너마이클슈미트 (Mic hael Schmidt) 와지속적인협업을통하여실험적인작품을선보이고있다. 4) 3D 프린팅과패션의접목은패션산업분야에서새로운시장을형성할수있는가능성이있는데, 그이유를보면 3D 프린팅의제작방식이개인맞춤형디자인이가능하고소품종다량생산이가능하므로개성을추구하는패션제품제작에적합하기때문이다. 3D 프린팅이패션분야에서적극적으로사용되기위해서는무엇보다패션제품에사용가능한소재의개발과디자인에따른적절한프린팅방식의선택이중요하다. 패션제품은착용하고자유롭게움직일수있어야하고편안함을충족시켜줘야하기때문에디자인에적합한프린팅방식선택과소재의크기, 형태, 적층두께등이수반되는소재개발이필요하다. 따라서본연구에서는 3D 프린팅의효율적인연구를통하여패션제품제작에적합한프린팅방식을선택함과동시에소재개발실험을하여패션분야에서 3D 프린팅을활용에대한기초연구가되고자한다. 2. 연구목적및방법패션산업에서 3D 프린팅관련작품이개인적인차원에서독립적으로연구되지못하고대기업과의협업을통하여발표되는이유는두가지이다. 첫번째는작품퀄리티를보장받을수있는 SLS 방식 3D 프린터의높은단가와복잡한공정을들수있고, 두번째는작품출력을위한 3D 모델링에필요한인력및노하우부재를들수있다. 이에본연구에서는가격진입장벽이낮은 FDM 3D 프린팅방식을이용하여소재개발을통한의상을제작하여패션디자이너의 3D 프린팅 - 102 -
FDM 3D 프린팅을활용한패션디자인개발에관한연구 활용도를높여기술과패션이융합된창조적디자인의가능성을제시하는데목적이있다. 본연구의목적을위한구체적인연구범위및방법은다음과같다. 3D 프린팅의개념과이론적배경을기반으로프로세스와제작방식을살펴보고, 다양한산업분야에서의 3D 프린팅활용사례를살펴보고자한다. 특히패션분야에적용사례와제작특징에따른특성을분석하여작품제작을통한패션디자인분야에서의발전가능성을모색하고자하는것으로연구범위를한정한다. 연구방법으로는 3D 프린팅에관련된산업동향과이론적고찰을토대로작품제작에적합한 3D 프린팅방식을이용하여소재의크기와적층두께에차이를두어니트조직개발을통한의상을제작하여향후패션디자인에서의효율적인 3D 프린팅의활용과응용에대한연구를한다. Ⅱ. 이론적배경 1. 3D 프린팅의개념및특징 3D 프린팅은 3D 모델링데이터를가로로자른레이어로분석하여이를적층방식으로쌓아올려출력물을형상화하는기술을말하는데, 소재와적층방식에따라다양한기술로분류할수있다. 3 D 프린팅을적용하는기술은현재양산되고있는시제품의 80% 정도에근접하고있으며, 사용가능한재료로는플라스틱, 파우더, 고무, 종이, 나무, 왁스, 금속등 30여가지가가능하다. 5) 3D 프린팅과정을보면첫째출력물의 3차원데이터작업을하는모델링단계, 둘째 3D 프린터전용소프트웨어를사용한레이어설계를하는슬라이싱 (Slicing) 단계, 셋째완성품을출력하는단계, 마지막으로후처리의공정으로 3D 프린팅을이용하는경우 3 D로제작된디자인소프트웨어만있으면시제품을제작할수있다. 또한오류를발견했을경우에도전통적인시제품제작방식인제품설계, 워킹목업 (Working Mock-Up), 금형설계및프레스등을이용한금형제작등의수많은공정을거치지않고, 디자인데이터만있으면원하는제품형태로바로수정하여다시제작할수있어서자본과시간을절약할수있다는장점이있다. 6) 이렇듯 3 D 프린터는기존절삭가공방식의경우복잡한모형의형상을제조할수없는한계점을뛰어넘어제품형상구현에있어서한계를갖지않는다. 3D 프린터는크게 3가지로서압출적층 (extrusion), 분말 (granular), 광경화 (light polymerise), 라미네이트 (laminated) 방식으로분류되며 3D 프린팅방식에따라 FDM, DLP(Digital Light Processing), SLA(S tereo Lithography Apparatus), PJP(Plastic Jet Printin g), SLS, Polyjet(Photopolymer Jetting Technology), LOM (Laminated Object Manufacturing), MJM(Multi Jetting Modeling) 등여러가지가있다 < 표 1>. 7) 3D 프린터에서는 FDM, SLA, SLS의세가지방식이차지하는비중이압도적으로많으며현재가장대표적인출력방식은 FDM과 SLS 방식이다. 특히 FDM 방식은전체시장의 73.4% 를차지하고있는데, 이는 FDM 방식은다른기술에비하여가공정밀도, 표면조도가부족하지만현재보급형 3D 프린터의대부분이이방식을채택하고있기때문에 3D 프린터시장의주류를이루고있다. 8) 이에 3D 프린터의기종별제품제작속도, 가공정밀도, 표면조도, 장비가격, 재료속도측면에서비교하여정리하면 < 표 2> 와같다. 9) FDM 방식은현재보급형프린트들이대부분사용하는방식으로 SLS방식과 SLA 방식에비해가격이저렴하다. 또한 FDM 방식은특허만료로인한다양한기종및저렴한하드웨어가격경쟁력을갖추고있고, 다양한재료를사용할수있는범용성을가지고있다. 하지만출력표면이고르 - 103 -
한국패션디자인학회지제 16 권 1 호 (2016.3) 적층방식기술명특징 압출 분말 광경화 라미네이트 FFF FDM PJP SLS DMLS CJP(3DP) SLA Polyjet DLP LOM < 표 1> 3D 프린터분류방식에따른기술별주요특징 가는실 ( 필라멘트 ) 형태의열가소성물질을노즐안에서녹여얇은필름형태로출력하는방식으로적층 플라스틱제트인쇄로특별히설계된헤드를사용해압출후적층 베드에도포된파우더 ( 분말 ) 에선택적으로레이저를조사 소결하고, 파우더를도포하는공정을반복하여적층레이저빔을사용하여금속분말을녹여붙이는방식노즐에서액체상태의컬러잉크와경화물질을분말원료에분사하는방식으로적층 액체광경화성수지가담긴수조안에저전력 고밀도의 UV 레이저를투사하여경화시키는방식으로적층광경화와잉크젯방식의혼합형으로재료를분사함과동시에경화시키는방식프로젝터를사용하여선택적으로해당이미지만을지정하여경화시키는방식으로적층 모델의단면형상대로절단된점착성종이, 플라스틱, 금속라미네이트층등을접착제로접합하여조형 < 표 2> 3D 프린팅출력방식에따른장단점비교 기술명 가공정밀도 표면조도 제작속도 재료강도 장비가격 FDM 1 2 2 3 5 MJM 5 4 3 2 4 Polyjet 4 4 3 3 3 3DP 3 3 5 1 3 SLA 4 4 3 2 4 DLP 5 4 5 2 4 SLS 3 3 3 4 2 SLM 2 2 3 4 2 EBM 4 4 2 5 1 DMD 3 3 2 5 1 EBF3 2 2 4 4 2 LOM 3 2 3 3 4 (5점척도측정, 점수가높을수록각속성에서해당기술이장점을가짐 ) 지못하고출력속도가느리다는단점을가지고있다. SLS 방식은출력표면이고르고출력속도가빠른장점을가진반면높은하드웨어가격, 출력공정의복잡성등으로소자본디자이너의접근성이떨어진다는단점을가지고있다. 2. 3D 프린팅시장현황및산업별활용사례 3D 프린팅기술은 1980년대후반에상용프린터가출시된이후지속적으로기술이발전하였으며, 최근 3차산업혁명을일으킬수있는생산기술로주목받고있다. 3D 프린터는특허만료와기기의가격하락으로대중화되고있고각산업에서활용요구도증가함에따라활용분야가확대되고 - 104 -
FDM 3D 프린팅을활용한패션디자인개발에관한연구 출력방식 FDM SLS 기술원리 < 표 3> FDM 과 SLS 3D 프린팅출력방식에따른특성 가는실 ( 필라멘트 ) 형태의열가소성물질을노즐안에서녹여얇은필름형태로출력하는방식으로적층 베드에도포된파우더 ( 분말 ) 에선택적으로레이저를조사 소결하고, 파우더를도포하는공정을반복적층 작품사진 장점 단점 Iris van Herpen, 2013 ( 출처 : http://www.irisvanhe rpen.com/haute-couture#wilde rness-embodied-haute-couture) 가격경쟁력높음간단한공정출력속도느림표면조도낮음 Naim Josephi & Souzan Yusouf, 2013 ( 출처 : http://www. naimjosefi.com/accessories) Jessica Rosenkrantz, 2014 ( 출처 : http://n-e-r-v-o-u-s. com/projects/sets/kinematics) 출력속도빠름표면조도높음가격경쟁력낮음복잡한공정 Noa Raviv, 2014 ( 출처 : http://www.noaraviv. com/hard-copy-collection) < 그림 1> 3D 프린팅시장성장과예측, 2014 ( 출처 : http://www.wohlersassociates.com) 있다. 글로벌시장조사기관인홀러스어소시에이츠 (Wohlers Associates) 에따르면 3D 프린터관련시장규모는 3D 프린터의제조시장의성장률상승과그와관련된 2차서비스시장의활성화, 그리고 3D 프린팅을응용하는분야로점차증가할것으로조사되었고, 3D 프린팅시장규모는 2013년 2 6억달러규모에서 2015년 37억달러로확대될것으로추정하고있으며, 2019년에는 65억달러까지확대될것이라고전망되었다 < 그림 1>. 10) 이러한 3D 프린팅은시제품을만드는기능을넘어서항공, 우주, 의료, 자동차, 전자, 건축, 조명, 패션, 공 예등다양한산업에적용되어산업적기술발전에많은도움을주고있다. 가트너 (Gartner) 에의하면 2018년세계제조기업의 25% 이상이생산에있어서 3D 프린팅을도입할것이라고전망하였고, 맥킨지 (Mckinsey) 보고서에서는 2025년기준으로 3 D 프린팅기술의파급효과를 USD 2,300-5,500로추정하고있다. 11) 현재 3D 프린팅산업의중심이되고있는미국은포스트제조업혁명에서우위를차지하기위해 3D 프린팅성장에활력을불어넣고있으며, 3D 프린터를처음개발한미국을중심으로해외각국에서는 3D 프린팅기술확보및확산을위한정책이추진되고있다. 미국은 3D 프린팅전문연구기관인 NAMII (National Additive Manu facturing Innovation Institute) 를오하이오주에설립하고다른주에도연계설치하여 3D 테크벨트라는 3D 프린팅연구네트워크를구축하였다. 12) EU 또한 2020년까지 GDP의제조업비중을 16% 에서 20% 로늘릴계획을세웠으며, 대안으로 3D 프린팅을적극적으로도입하고있다. 또한영국은 3D 프린팅기술을항공에서쥬얼리에이르기까지산업전반에영향을미칠수있는기술로평가하면서투자를늘려가고있다. 중국도에너지절약, 자원절감, 생산성향상을위한대안중하나로 3D - 105 -
한국패션디자인학회지제 16 권 1 호 (2016.3) 프린팅을주목하고있으며, 3D 프린터기술산업연맹 을설립해산관학협력으로산업표준을재정하고자노력하고있다. 또한 10개도시에 3D 프린팅혁신센터 건립을추진중이며, 3D 프린터기술에기초한전자산업핵심기술연구분야에총 4000만위안의투자계획을밝혔다. 13) 일본은 2013년부터총 30억엔을투입하여정부와기업, 대학이손잡고차세대 3D 프린터개발에나서고있으며, 중소프린팅회사를중심으로시장을활성화하고있다. 국내에서도 2014년도에 3D 프린터산업을지원하기위하여 3D 프린팅산업발전전략 정책을수립하였고, 2020년까지기업의제조혁신지원을위한인프라구축, 3D 프린팅소재, 프린터, 소프트웨어기술개발지원, 3D 프린팅사업화지원을추진하기시작하였다. 14) 이렇듯현재전세계각국에서 3D 프린팅산업에대한적극적인정책지원이이루어지고있으며, 점차다양한산업과개인수요가늘어남에따라 3D 프린팅시장규모는급속하게확대될것으로전망된다. 3D 프린팅의산업별활용현황을보면다음과같다. 1) 제조업분야제조업의 3D 프린팅활용목적은생산공정의혁신을통한시간비용의절감이다. 항공우주를비롯하여자동차산업에서도 3D 프린팅기술이적용되어우주선, 미래형자동차개발에응용되고있다. 미국 GM(General Motors) 은 3년가량필요한전통적인자동차개발프로젝트기간을 3D 프린팅을도입하여 18개월정도로줄이는데성공하였 다 < 그림 2>. 기존의방식은대부분프로토타입 (Pro totype) 을깎거나금형을떠서실물을확인하는데소요되는시간이었지만 3D 프린팅으로디지털 CA D의정보를단시간에프린트하여진행하는방법으로신제품개발기간을단축하였다. 2011년 7월영국사우스햄튼대학교 (University of Southampton) 연구진은무인비행기 (SULSA: Southampton Universi ty Laser Sintered Aircraft) 를개발, 시험비행에성공하였다. 이것은날개길이 1.5m, 배터리와전기모터로가동되는무인비행기로, 3D 프린팅을이용하여기존의날개와동체부분의곡선형태를제작하기위하여필요한제작시간을획기적으로단축시켰다. 또한무인비행기는촬영용, 농약살포용등용도를바꾸어출력할수있다는장점을가지고있다 < 그림 3>. 다음으로네덜란드건축회사두스아키텍츠 (Du s Architects) 는높이 6미터크기의일명 방만들어주는기계 (room builder, Kamermaker) 라는별명의거대 3D 프린터를이용, 암스테르담에빌딩을건축하는프로젝트를진행하고있다. 이는 3D 프린트커널하우스 (canal house) 로불리는이프로젝트로얼티메이커 (Ultimaker) 에서제작한슈퍼사이즈 3D 프린터로건축물을짓는프로젝트이다. 이프로젝트는 3D 프린터가단순한프로토타입이아닌실제사이즈의대형제품제작에도쓰일수있다는가능성을입증해주고있다 < 그림 4>. 2) 의료분야 3D 프린팅이가장먼저적용된산업분야는의 < 그림 2> GM 의 3D 프로토타입과공기역학테스트, 2013 ( 출처 : http://www.3dsystems.com/resources/press-room) < 그림 3> SULSA, 2011 ( 출처 : http://www.southampton.ac.uk/engineering/research/ projects/unmanned_vehicles.page?) - 106 -
FDM 3D 프린팅을활용한패션디자인개발에관한연구 < 그림 4> 3D PRINT CANAL HOUSE, 2013 ( 출처 : http://3dprintcanalhouse.com/about-the-3d-print-canal-house) < 그림 5> Magic Arms 착용모습, 2012 ( 출처 : http://www.stratasys.co.kr/industries/medical) 료분야로의료장비기술에적용됨으로써의료산업에큰변화와발전을이루고있다. 의료용품시장은다른산업분야와는다른특징을가지고있는데소비시장규모가작고환자맞춤형제품을소량으로생산해야하며무엇보다도안정성검증과정을거쳐야한다. 그렇기때문에인체에삽입할필요없이안정성검증에서비교적자유로운인체보조기제작분야와치과분야에서 3D 프린팅기술이활용되고있다. 의료산업의 3D 프린팅활용의가장큰장점은환자맞춤형의료서비스가가능하다는점과 3D 스캐닝을통한환자의기초데이터를기반으로의료용품제작이가능하다는것이다. 미국듀퐁병원 (Dupont Hospital) 의타릭로만박사 (Dr. Tariq Rahman) 는스트라타시스 3D 프린터를이용하여희귀성근골격계질환인관절만곡증을가진환자를위해로봇팔 (Magic Arms) 을제작하였다. 이것은팔꿈치와어깨의외골격가슴보호대로구성되었으며환자가다른사람의도움없이스스로팔을움직일수있게도와주었다. 또한 2세여아인환자의성장에맞추어생산하는것이가능하다는장점을가지고있다 < 그림 5>. 3D 프린팅기술은환자상태에따라맞춤제작을가능하게하여덴탈클리닉 (Dental Clinic) 에서는치아의본을뜨지않고 3D 스캐닝을통한디지털치아데이터를바탕으로치아교정모델제작을가능하게만들었다. 스트라타시스는 2013년소규모교정치과및기공소를위한덴탈전용데스크톱 3D 프린터, Objet30 OrthoDesk를출시하였다 < 그림 6>. < 그림 6> 치아교정용 3D 프린팅시스템, 2012 ( 출처 : http://www.stratasys.co.kr/industries/dental) 3) 패션디자인분야 3D 프린팅기술은패션산업에서는주로신발, 액세서리, 단추, 지퍼등의류부자재생산에적용되었으나 3D 프린팅의기술의발전으로다양한활용방안이모색되고있다. 기존의제작방식으로는제작이불가능하였던입체적이고복잡한구조적인디자인을콘셉트단계에서부터반영하는시도등패션디자인영역에서는 3D 프린팅의대중화와더불어창의적이고다양한연구가진행되고있다. 이에 3D 프린팅이적용된패션디자인사례를 3D 프린팅기술방식에따라정리하였다 < 표 4>. 이와같은 3D 프린팅이적용된패션디자인활용은대부분 FDM, SLS의두가지기술로압축되었다. SLS 방식은나일론, 폴리스틸렌, 폴리카보나이트, 모래, 금속등다양한재료를사용할수있고제작속도가빠르며재료강도, 표면조도가정교한장점이있다. 그러나프린터자체가고가이며부피가크고, 사용을위해서는전문적인교육이필요하다는단점이있다. 그에반하여 FDM 방식은 ABS 등다양한재료를사용할수범용성, 내구성과습도에강한장점이있지만제작속도가느리고가공정밀도와표면조도가다른기술방식에비하여거칠다는단점을가지고있다. 이렇듯패 - 107 -
한국패션디자인학회지제 16 권 1 호 (2016.3) < 표 4> 3D 프린팅을활용한패션디자인사용기술별정리 기술명 DM MJM Polyjet 3DP SLA DLP SLS SLM EBM DMD EBF3 LOM 3D 프린팅을활용한패션디자인사례유무패션적용사례있음패션적용사례없음패션적용사례없음패션적용사례없음패션적용사례없음패션적용사례없음패션적용사례있음패션적용사례없음패션적용사례없음패션적용사례없음패션적용사례없음패션적용사례없음 션디자인에서 FDM 방식이 SLS 방식보다활용도가낮은이유는 FDM 방식이가진상대적으로낮은표면조도때문인것으로분석된다. 즉 FDM 방식은다른프린팅방식에비하여적층레이어가상대적으로두꺼우므로심미성이중요한패션디자인제품생산의경우표면후처리에대한추가연구가필요하다. 그러나현재 FDM 방식의사용비중이높아지고있는이유는 FDM 관련특허가만료되어가격경쟁력을갖추었고, 다양한색상과물리적특성을가진소재의출시를들수있다. 또한기기를컨트롤하는소프트웨어의무상배포를들수있다. 15) 하이패션에서는디자이너가이전까지는기술적인어려움으로표현하기힘들었던표면질감과형태를 3D 프린팅을통하여표현하여패션쇼에적용시키는사례가늘고있다. 실제네덜란드출신의디자이너인아이리스반헤르펜은 2011년 S/S Haute Couture에서 3D 프린팅을활용하여착용할수있는조각의형태를제작하여인체의곡선을벗어난독특하고복잡한디자인을완성했다 < 그림 7>. 또한 MIT 미디어랩 (Media Lab) 교수겸디자이너인네리옥스먼 (Neri Oxman) 은 스트라타시스 사의협업을통하여복합재료가출력이가능한 Ob jet Connex 기술을사용하여구조적인의상을선보였다 < 그림 8>. 컨티넘패션 (Continuum fashion) 의디자이너메리황 (Mary Huang) 과제나 (Jenna) 에의해디자인되고제작된 N12(Nylon12) 비키니는바느질없이 3D 프린팅으로만제작되었고, 착용감이편안하고물속에서도착용가능하다고한다. 이제품은신축성을위하여 SLS 방식의나일론과폴리아미드소재로구성되었으며원단의물성을유지하기위하여수천개의원형판과얇은줄이얽힌역학적구조물로설계되었다 < 그림 9>. < 그림 7> Iris van herpen 2011 S/S Haute Couture ( 출처 : http://www.irisvanherpen.com/haute-couture#escapism-couture) < 그림 8> Otaared, Mercury s Wonderer, 2014 ( 출처 : http://neri.media.mit.edu/projects/details/otaared) - 108 -
FDM 3D 프린팅을활용한패션디자인개발에관한연구 < 그림 9> Nylon12, 2013 ( 출처 : http://continuumfashion.com/n12.php) < 그림 10> 녹옥향로 ( 부분 ) 와니트조직샘플디자인과정 ( 출처 : http://www.chf.or.kr/c2/sub1.jsp?thispage=2& searchfield=title&searchtext=&brdtype=r&bbidx=100313) 이렇듯 3D 프린팅기술을통해제작되는의상은예술적의상뿐만아니라착용성도고려한제품제작이점차적으로시도되고있다. 즉, 새로운테크놀로지를적용하는의상을선보임에있어서패션디자이너들은과학자, 건축가, 아티스트와등다른분야와의적극적인협업을통하여새로운디자인방향성을모색하고있는것이다. Ⅲ. 3D 프린팅을활용한작품제작 본연구의작품제작프로세스는다음과같다. 우선작품의디자인콘셉트를설정하여니트조직디자인에반영하였다. 다음으로니트조직샘플을출력하였다. 니트조직의완성도를높이기위해니트조직을구성하는최소형태인 O-ring 의외경사이즈, 내경사이즈, 적층두께에변화를주어실험테스트를진행하였고실험테스트결과를바탕으로가장안정적으로출력된것으로작품을제작하였다. 마지막으로가장니트조직에가깝게출력되는실험수치를바탕으로디자인콘셉트에따른작품을제작하였다. 1. 니트조직제작의도및개발과정본연구에서는작품제작을위하여니트조직 디자인을설정하였다. 우선니트조직디자인은장주원옥장의 녹옥향로 (2011) 의사슬연결고리에서영감을받아동그란사슬형태로반복패턴으로제작되었다 < 그림 10>. 니트조직샘플제작은 3D 모델링프로그램인 Sketchup 8.0에서작업하여 STL 확장자로출력하였다. Sketchup 8.0은작업툴이다루기편하고모델링이빠른장점이있어서쉽게사용할수있다. 사용된하드웨어는 Makerbot사의 Replicator2 프린터, 소프트웨어는 Makerware 3.9.0, 출력소재는흰색 PLA 필라멘트이다 < 표 5>. 기존에 SLS 방식 3D 프린터에서만출력이가능하였던니트조직을본연구에서는 FDM 방식 3D 프린터에서구현하고자하였다. 그이유는현재 FDM 방식은제품생산에있어서 SLS 방식에비하여가격이싸고소프트웨어가무상으로배포되기때문에패션디자이너가제품및작품제작에있어서쉽게접근하여여러가지시도를할수있기때문이다. SLS 방식은레이저가물리적접촉없이파우더를녹여서레이어를구현하기때문에매우미세한조직을가진직물구조를출력할수있다. 반면 FDM 방식은프린터헤드가물리적으로움직여서고온액체상태의필라멘트를적층하기때문에미세한조직을출력하면불량이발생하는확률이높아지는단점을가지고있다. 이에본연구에서는이러한 FDM 방식의이러 - 109 -
한국패션디자인학회지제 16 권 1 호 (2016.3) < 표 5> 니트조직샘플출력에관한 3D 프린터관련프로그램및장비 단계모델링 Slicing 소재프린터 이미지 비고 Sketchup 8.0 Makerware 3.9.0 ( 출처 : http://store.makerbot. com/filament/pla) PLA Filament Color: White ( 출처 : http://store.makerbot. com/all-printers) Makerbot Replicator2 < 표 6> 외경깎임에따른출력실험 순번 그림 ( 이해도 ) 외경깎임 /mm 성공회수 /10회 1 0.1 0/10 2 0.2 2/10 3 0.3 6/10 4 0.4 6/10 5 0.5 7/10 6 0.6 10/10 7 0.7 10/10 8 0.8 10/10 9 0.9 10/10 10 1.0 10/10 한문제점을해결하기위하여두가지실험을진행하였다. 첫번째는니트조직을안정적출력을위한최소접지면확보테스트, 두번째는출력가능한가장작은니트조직크기확보를위한테스트이다. 첫번째테스트는실험니트조직의출력안정성확보를위한테스트를진행하였다. O-ring의외경을평면으로 0.1mm씩깎아가면서접지면을넓히는방식으로진행하였으며그결과는 < 표 6> 과같다. 실험결과 0.1mm 외경깎임상태의출력성공회수는 10회중 0회를기록하였으나 0.5mm에이르러서는 7회, 0.6mm에서는 10회의성공을기록하였으며그이후에서는모든출력이성공하였다. 외경깎임은출력의안정성을확보할수있으나깎임이적을수록직물의내구성이높아지는이유로가장적은깎임에높은성공회수를기혹한 0.6mm 외경깎임으로출력옵션을결정하였다. 두번째실험은가공정밀도와표면조도를안정적으로출력하기위한실험테스트를진행하였다. 니트조직은위성편물형태의니트조직에서영감을받아 O-ring이겹치는구조로디자인하였다. 니트조직 O-ring 테스트는두께가 1mm인 O-ring 4개사이즈를기준으로하여적층두께에만변화를주어테스트하였다. 구체적으로외경사이즈 7mm - 11mm와내경사이즈 6mm - 10mm 일때적층두께 0.1mm - 0.3mm로분류한조합을총 10회씩테스트하였다. 외경사이즈 11mm에서시작하여심미성과착용성 - 110 -
FDM 3D 프린팅을활용한패션디자인개발에관한연구 < 표 7> 내경및외경크기와적층두께에따른니트조직실험 순번 그림 외경 /mm 내경 /mm 적층두께 /mm 성공횟수 /10회 1 11 10 0.1 10/10 2 11 10 0.2 10/10 3 11 10 0.3 10/10 4 10 9 0.1 10/10 5 10 9 0.2 10/10 6 10 9 0.3 7/10 7 9 8 0.1 8/10 8 9 8 0.2 8/10 9 9 8 0.3 7/10 10 8 7 0.1 7/10 11 8 7 0.2 5/10 12 8 7 0.3 6/10 13 7 6 0.1 1/10 14 7 6 0.2 0/10 15 7 6 0.3 0/10 을만족시키기위하여점차적으로크기가작은니트조직이되도록줄여가면서실험출력테스트를진행하였으며그결과는 < 표 7> 과같다. 외경사이즈 11mm, 내경사이즈 10mm인니트조직실험군에서는적층두께에관계없이 10회출력에 10번모두정상적으로출력되었다. 외경사이즈 10mm, 내경사이즈 9mm인니트조직실험군에서는적층두께 0.3mm에서 10회출력에 7회성공하였다. O-ring 의외경및내경사이즈를 1mm씩줄여계속실험을진행한결과외경사이즈 9mm, 내경사이즈 8mm인니트직물조직실험군에서점차실패횟수가높아지기시작하였으며외경사이즈 7mm, 내경사이즈 6mm에이르러서는유의미한실험성공횟수를기록하지못하였기에실험을중단하였다. 외경사이즈 10mm, 내경사이즈 9mm 이하의 O-ring 형태의출력물은실험에사용된 Makerbot Replicator2 프린터의출력성능을넘어선디테일로판단되어실험결과에따라가장작은사이즈이면서니트조직에가까운안정적인출력을기록한외경사이즈 10mm, 내경사이즈 9mm, 적층두께 0.2mm와 0.1mm로니트조직출력사이즈를결정하였다. 2. 니트조직을이용한작품제작의도및제작과정 본연구의최종작품제작을위한단계는앞에서언급한바와같이세단계로이루어졌다. 첫째 Sketchup 8.0 에서 3D 렌더링작업을거친후 STL 확장자로출력하고, 둘째 Makerbot 사의 3D 출력용 Rip 프로그램인 Makerware 에서출력위치와출력방식을결정하여출력한다. 마지막으로출력물을흑니켈 O-ring을사용하여출력물사이를연결하였다. 이는프린터기사이즈에한계가있기때문에하나의오브제로출력하기어려우므로출력단위사이를연결해야하기때문이다. 본작품의실루엣디자인은강민수작가의 달항아리 (2009) 의유선형형태에서영감을받아허리와골반을타고내려오는자연스러운유선형을표현하였다 < 그림 11>. 실험결과에따라의상제작에적합한가장안 - 111 -
한국패션디자인학회지제 16 권 1 호 (2016.3) Ⅳ. 결론및제언 < 그림 11> 달항아리 작품과작품실루엣디자인과정 ( 출처 : http://www.cerazine.co.kr/ceramicart/news_search.asp) < 그림 12> 작품이미지와디테일 정적인니트조직출력을기록한외경사이즈 10mm 내경사이즈 9mm 적층두께 0.2mm로출력하여작품을제작하였다. 유기적으로연결된형태를출력하기위하여모든니트직물조직은 45도각도로뉘어진형태로출력되었다. 니트직물출력물의크기는가로 10cm, 세로 15cm로 O-ring 165개가연결된형태로출력하였다. 각출력물은니트직물조직의 O-ring 과같은크기인외경사이즈 10mm 내경사이즈 9mm 의흑니켈 O-ring 으로연결하였다. 각출력물은총 88개가출력되었으며개당 80분의출력시간을소요하여총 117시간의출력시간이소요되었다. 최종적으로는앞판가로 40cm, 세로 80cm, 뒤판가로 40cm, 세로 80cm의원단형태로제작되었으며최종원단을이용하여드레이핑 (Draping) 기법으로의상을제작하였다 < 그림 12>. 3D 프린팅은 1980년대처음시작되었는데당시에는프린터기기의고가격과제품을생산하는비용으로일부산업에서만사용되었지만최근다양한산업분야에서적극적으로활용되고있다. 또한적용소재의상용화가플라스틱에서점차적으로금속, 목재, 세라믹, 바이오등다양하게확대되어가면서적용가능한산업분야도크게확대될것으로기대된다. 3D 프린팅은금형이나틀없이도시제품을신속하게만들수있고, 3D 프린트로부터출력하여무봉제로연결하여기존의의상과는다른제작방법으로형태와구조, 부피감을형성하고있다. 16) 데이터만있으면제품을다시수정하여여러번제작하는것도가능하기때문에소품종생산과개인맞춤형제품생산이가능하다는장점이있다. 이에개성을추구하는패션산업에서는의류, 신발, 그리고액세서리등의시제품생산에 3D 프린팅기술적용이증가하고있다. 이에본연구에서는 3D 프린팅으로인한패러다임변화에대한이해를바탕으로패션디자인분야에서하나의표현방법으로사용되고있는 3D 프린팅을이용하여니트직물을출력한후의상작품을제작하였다. 본작품은 FDM 3D 프린팅방식을이용하여의상제작에적합한안정적인니트조직을출력할수있는실험결과를바탕으로의상을제작함으로써패션디자이너가작품제작에실제적으로응용가능한단순한기술을제공하여후속연구에있어서접근성을높이고더불어패션디자인에새로운가능성을제시하고자한다. 작품제작방법은니트조직을 O-ring 이겹치는형태로설정하였으며의상제작에적합한니트조직을도출하기위해 O-ring 의내외경과적층두께에차이를주어실험하였다. 니트조직을이루는 O-ring 테스트는두께가 1mm인 O-ring 4개사이즈를기준으로하여적층두께에만변화를주어, 외 - 112 -
FDM 3D 프린팅을활용한패션디자인개발에관한연구 경 7mm - 11mm와내경 6mm - 10mm일때적층두께 0.1mm - 0.3mm로분류한조합을총 10회씩테스트하였다. 실험결과 O-ring의외경 10mm, 내경 9mm, 적층두께 0.2mm와 0.1mm의조합이의상제작에적합한안정적인출력결과물을보여주는것으로판단되어최종작품에적용하였다. 이를위해사용한하드웨어는 Makerbot Replicator2, white PLA 필라멘트이고소프트웨어로는 Sketchup 8.0, Makeware 3.9.0을활용하였다. 작품제작순서는첫째, Sketchup 8.0에서 3D 렌더링을한후, 둘째, 출력용프로그램인 Makerware 3.9.0과 Makerbot Re plicator2를통해출력하고, 셋째, 출력물을흑니켈 O-ring으로연결하는순서로작업하여드레이핑기법으로인체곡선을자연스럽게표현하는의상작품을제작하였다. 본작품은니트조직을이용하여의상을제작한만큼니트의특성상인체곡선에따라자연스럽게착용이가능한장점이있는반면에개발된니트조직은적층단면이매끄럽지못한단점이있다. 본연구에서사용된 FDM 3D 프린팅방식은기존패션디자인제품제작에주로사용된 SLS 3D 프린팅방식에비하여가공정밀도와표면조도가떨어지지만하드웨어가격, 작업공간및기술습득측면에서경쟁력이있어서가격및기술진입장벽이낮다는장점이있다. 오늘날패션디자인은다양한형식의작품활동과새로운개념으로확장되고있다. 패션디자이너들은실험정신과아이디어를가지고현대의기술적변화를파악하여디자인과접목시킨노력과연구가있어야할것이며, 재료와형태측면에서다변화되어가는패션디자인의표현방법에있어서구체적이고발전적인측면을제시해야할것이다. 따라서본연구에서제시한니트조직실험결과와하드웨어및소프트웨어제시는패션디자이너가기술적인측면에서응용하여작품제작이가능하도록하였다는데에의의가있다. 또한기존의 3D 프린팅을활용한작품은단일체계의작품에 한정되어왔으나, 본연구를통하여개발된니트조직을사용하여보다다양한패션작품제작에응용할수있다는점에가치가있다고판단된다. 본연구의한계점은 3D 프린팅을사용하여니트조직을개발하여의상작품을제작한작업이라서자연스러운패브릭으로사용하기에는질감, 색상, 크기에있어서단조로웠다. 또한기술적인한계점으로인해니트직물조각을흑니켈 O-ring 을사용하여연결함으로써하나의패브릭으로만들어의상을제작하지못하였다는단점이있다. 따라서향후연구에서는이러한문제점을개선하여프로토타입을제안하여응용가능하도록할것이다. 또한니트짜임과소재사용에있어서표면감과밀도에변화를주어자연스러운패브릭형태를제시하고자한다. 참고문헌 1) Ian, F. (2014). 3D Printing Clusters are the Future for Design-Oriented Companies, Charlottesville, VA: SmartTech Markets Publishing, pp.38-41. 2) 김혜은 (2015). 3D 프린팅기술의발달로인한패션산업변화연구, 한국패션디자인학회지, 15(4), pp.17-33. 3) KB 금융지주경영연구소 (2013). 3D 프린터시장현황과파급효과, 서울 : KB daily 지식비타민, pp.3-4. 4) 김효숙, 강인애 (2015). 패션분야의 3D 프린팅활용현황에관한연구, 한국의상디자인학회지, 17(2), pp.126-127. 5) 이봉진 (2015). 3D 프린팅산업현황및특허동향분석, 공업화학전망, 18(1), pp.45-59. 6) 한정엽 (2013). 3D 프린팅을활용한프로토타입모델링제작기법연구, 한국상품문화디자인학회지, 34(-), pp.106-107. 7) 곽기호, 박성호 (2013). 글로벌 3D 프린터산업기술동향분석, 기계저널, 53(10), pp.58-59. 8) 위경효 (2014). 주얼리디자인제작에활용되는 3D 프린팅기술비교연구, 조형디자인연구, 17(1), pp.9-20. 9) 이종석, 황선정, 김경아 (2015). 3D 프린팅을활용한패션제품개발연구, 한국브랜드디자인학회, 13(1), p.154. 10) Wohlersassociates( 검색어 : 3D Printing), 자료검색일 2015. 1. 17. https://www.wohlersassociates.com/technical-articles.html - 113 -
한국패션디자인학회지제 16 권 1 호 (2016.3) 11) McKinsey( 검색어 : 3D Printing, Disruptive Technologies), 자료검색일 2015. 1. 10. http://www.mckinsey.com/ business-functions/operations/our-insights/are-you-ready-f or-3-d-printing 12) 김헌창 (2015). 3D 프린팅이사회경제에미치는영향에관한연구, 디지털융복합연구, 13(7), p.25. 13) 이봉진 (2015). 3D 프린팅산업현황및특허동향분석, 공업화학전망, 18(1), pp.48-49. 14) 정종완 (2014). 3D 프린팅기술로인한디자인연관산업활성화방안연구, 한국디자인지식학회지, 13(-), pp.46-47. 15) 이종석, 황선정, 김경아. 앞의책, pp.11-16. 16) 이인경, 김수경 (2015). 3D 형태 (shapes) 의의상디자인개념과디자인조형성, 한국패션디자인학회지, 15(3), pp.21-33. - 114 -
FDM 3D 프린팅을활용한패션디자인개발에관한연구 A Study on the Development of Fashion Design based on FDM 3D Printing Lee, Jong Seok ㆍ Lee, Jae Jung + Assistant Professor, Dept. of Fashion & Culture Design, Kyungin Women s University Professor, Dept. of Fashion Design, Kookmin University + Abstract 3D printing technology recognized in several aspiring industry has grown significantly mainly in a manufacturing market. Also, its potential is recognized as a revolutionary technology to change the paradigm in medicine, art, architecture and design. The fashion industry has also led various attempts using 3D printing embracing this trend. In this study, I want to create a fashion design work using 3D printing based on the understanding of the paradigm shift caused by 3D printing. Knit organization was developed based on the results that can output a stable knit organization using 3D printing and it aims to be the basis of research on the effective use of 3D printing in fashion design by creating the costumes and applications. Experimental work production method was conducted to give a difference in thickness of the laminated inside and outside the passage O-ring in order to derive the knit organization for 3D printing. The experimental results of outside diameter O-ring 10mm, inner diameter of 9mm, a combination of laminate thickness 0.2mm and 0.1mm was drawn to be the most reliable output results. These results in the application of productions allowed to make costumes that represent a natural body curves. Hardware used for this purpose includes Makerbot Replicator2, white PLA filament and software Sketchup 8.0, Makeware 3.9.0. This result is significant in that it improved the accessibility of the subsequent research by providing a 3D printing technology available practically applied to various products manufactured by fashion designer and suggesting new possibilities to fashion design. Keyword : 3D printing, 3D printing fabric, fashion design, fashion material - 115 -