한국의류산업학회지 pissn 1229-2060 제 21 권제 3 호, 2019 eissn 2287-5743 < 연구논문 > Fashion & Text. Res. J. Vol. 21, No. 3, pp.267-276(2019) https://doi.org/10.5805/sfti.2019.21.3.267 패션쇼를위한 3D 프린팅의상디자인개발연구 이현승 국민대학교모듈형스마트패션플랫폼연구센터 A Study on the Development of 3D printed garments for Fashion Show Lee, Hyunseung Convergence Research Center, Kookmin University; Seoul, Korea Abstract: This study develops 3D-printed-garment collections for a fashion show presentation. A design concept using traditional patterns that consisted of garments regarding the limitation of the printing technology was investigated in order to develop the collection. The structures of the connecting joints of the textile parts which could be easily and sturdily interconnected were invented. Wearability as garments that could be naturally worn on the human body were sought. As a result, four 3D-printed-garments were developed. The 1st garment composed of objects based on a Yeon-Dang- Cho -pattern was constructed as a geometric robe style using a FDM 3D printer and transparent TPU filaments. The 2nd and 3rd 3D-printed-garments composed of an object based on a Boe-Sang-Hwa -pattern was constructed as a distorted one-piece exaggerating the silhouettes of shoulders and waist parts as well as a straight asymmetric tunic style that used the same printer and material as the 1st garment. The last garment composed of an object based on a Boe-Sang-Hwa - pattern printed using a SLA 3D printer and flexible-liquid-resin was constructed attaching the objects on the fabric material by the hot-press machine. The four developed garments were presented in the opening fashion show of the 6th International 3D-printing Korea Expo. This study provides a basic case for related studies to adapt 3D-printing technology in textile pattern development of garment construction. Key words: easy assembling structure ( 손쉬운결합구조 ), 3D-printing technology (3D 프린팅기술 ), traditional pattern ( 전통문양 ), wearable structure ( 착용가능한구조 ) 1. 서론 현재 3D 프린팅기술은 Bio-tech, IoT, AI 등과더불어 4차산업혁명의주요한한축을이루는기술로인식되고있다. 이코노미스트지는 2012년 3D 프린팅기술이산업에혁신을가져올핵심기술로언급하였다. 2013년맥킨지보고서는 2025년까지산업계에서가장폭발력이있을기술 12가지중하나로 3D 프린팅기술의전망성을평가하였다. 타임지는 3D 프린팅기술을 2014 최고의발명품 25 로선정하였다. 이에따라, 현재다방면의산업계는물론학계에서도해당기술의활용방안이연구되고있다 (Lee & Huh, 2017; Lee & Kim, 2015). 패션디자이너 Iris Van Herpen은 3D 프린팅기술을활용하여기존의소재로는실체화가불가능한건축형상의패션프레젠테이 Corresponding author; Lee, Hyunseung Tel. +82-2-910-4630 E-mail: srwalpha@naver.com 2019 (by) the authors. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution license (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 션을선보였으며, Pringle of Scotland 브랜드는유연한 3D 프린팅섬유를활용한기성복을선보여주목을받고있다. 국내에서도 Lee and Kim(2015) 과 Lee et al.(2015), Kim (2016), Lee and Huh(2017) 등의연구와같이, 3D 프린팅기술을사용하여패브릭재료와유사한정도의유연성을확보하기위한소재의구조나의상, 액세서리품목을개발하기위한다양한연구가수행되고있다. 개발된 3D 프린팅의상이나액세서리품목을실제사람이착용하고활동하는것을전제로한작품의크기및형태, 재질, 출력된구조물의결합방법, 내구성에관한연구는아직드문실정이다. 의상의경우인체에착용됨으로써비로소전체적인형태가완성되고사용자의이미지를실체화할수있다는점에서, 3D 프린팅기술을활용하여개발된의상또한인체에무리없이착용될수있어야한다. 또한, 착용되었을때인체활동을방해하지않음과동시에인간의활동에따라의상자체가손상되지않을것이전제되어야한다. 이에따라본연구에서는모델이착용하고이동하거나동작을취하는활동이전제된패션쇼를위한 3D 프린팅기술을활용한의상의디자인개발에목적을두었다. 인체에걸쳐지고, 활동성에장애가없이안정적으로착용될수있는전통적인의상의역할을수행하기위해, 3D 프린팅기술에서일반적으로 267
268 한국의류산업학회지제 21 권제 3 호, 2019 년 활용되는고강도의하드타입의소재가아닌, 내구성은떨어지나유연성이확보된소재를활용하여, 인체에착용되어활동가능한내구성과안정성을가진심미적인의상을개발하고자하였다. 본연구에서활용된보급형 3D 프린터의경우, FDM(Fused Deposition Modeling) 과 SLA(Stereo Lithography Apparatus) 의출력방식에관계없이한번에출력가능한개체의크기가 10cm에서 20cm까지이며, 출력에사용가능한재료또한매우제한적인한계점이있다. 이에따라한번에인체를덮을수있는크기를출력할수없으므로이를극복하기위한의상을구성하는최소단위부품의형태및출력재질, 부품끼리의결합방법등에관한고려가이루어졌다. 또한, 본연구의 3D 프린팅패션쇼를위한 3D 프린팅의상의연구개발기간이한달여로매우제한적이었음에따라, 한정된프린터의출력범위내에서출력가능한규격화된소체의형태적조형성및출력된각소체의연결방법과구조, 이질적인소재로개발된소체가결합되었을때, 의상으로서인체에착용될수있을의상의형태구성으로연구의범위를한정하였다. 위와같은기술적, 현실적한계점에따라, 본연구의 3D 프린팅예술의상디자인개발은다음과같은과정및방법으로수행되었다. 첫번째, 보급형 FDM과 SLA 3D 프린터가한번에출력가능한크기및출력된각소재의직관적이며손쉬운결합방안을충분히고려하여, 전체의상을구성할최소단위소체의심미적인문양디자인개발및 3D 모델링작업을수행한다. 두번째, 디자인된최소단위의소체를필라멘트수지를사용하는 FMD 방식과액상레진을사용하는 SLA 방식의프린터를활용하여실험출력하여앞서고려된각소체간의결합방법및강도, 심미적디자인의적합성을실험및평가하여 3D 모델링을정교화하고, 각소체를활용하여개발할의상의최종적인형상을 3D 프린트된소체에적용된문양에적합한의상디자인을전개한다. 세번째, 소체의문양패턴과가장심미적으로균형을이루며, 또한결합시안정성이확보될수있는디자인을선정하여 3D 프린팅패션쇼를위한의상컬렉션을디자인, 개발한다. 네번째, 앞선과정을통해개발된각의상을제6회국제 3D 프린팅코리아엑스포개막패션쇼에서제시한다. 2. 3D 프린팅기술과패션에서의활용사례 1986년 3D Systems의 Charles W. Hull이최초로개발한 3D 프린팅기술은 2007년특허가만료되며산업이급속도로확장되기시작하여, 국내에서도 IoT, Bio-Tech, 인공지능등과함께 4차산업혁명의한축을담당하는기술로인식되고있다. 전통적인대량생산산업의근간을이루는절삭가공방식은기본적으로재료가되는물체를깎아서제조하는방식임에비해, 3D 프린팅기술은 3D 모델링이나 3D 스캐닝기술을통해디지털화된 3D 이미지를적층하여출력한다. 이에따라, 생산과정에서불가피하게폐기되는원자재가발생하는기존의생산패러다임을바꿀수있는친환경적인제조방식임으로인식되고있다. 또한, 이와더불어개인과사회, 산업적인다원화경향에따른맞춤형다품종소량생산이나커스터마이징, 개인단위의제품생산업의수단으로주목받고있다 (Kim 2015; Lee & Kim, 2015). 일반적으로 3D 프린팅기술은출력에사용되는소재와성형되는방식에따라세가지유형으로분류된다 (Table 1). 압출성형 (Extrusion) 방식은 ABS와 PLA, TPU와같은열가소성소재를실패와같은틀에가는철사처럼감은필라멘트를프린터의익스트루더내부에서고온으로용해, 사출하여하단의베드에적층하여입력된 3D 이미지를형상화하는작동메카니즘을가진다 (Kim, 2016; Lee & Kim, 2015). 주로보급형 FDM 방식이가장대중적인유형으로산업은물론교육현장및일반가정에널리보급되어활용되고있다. 압출성형방식은사출에요구되는재료, 즉열가소성필라멘트가타광경화나분말방식의재료에비해저렴하고낭비가적은장점이있으나, 상대적으로출력된결과물의해상도가낮으며고온압출되어출력된수지가식으면수축되어 3D로설계된모델의수치데이터와차이가날수있는단점이있다 (Kim, 2016; Koh, 2016; Lee & Kim, 2015). 광경화 (Light polymerized) 성형방식은 3D Systems의 Charles Table 1. The categories of 3D-printing technologies according to the production method (Lee & Kim, 2015) Categories Formative method Overview of the formative methodology Extrusion Light polymerized Granular FFF The lamination method to print thin filaments consisting of divers raw materials after melting filaments at FDM extruding nozzle parts. SLA The formative method to polymerize liquid resins by high-powered UV laser. Polyjet The converged formative method between light polymerizing and ink-jet printing mechanism. SLS The formative method melting metal powders by high0powered laser to attach the powders each other. DMLS CJP(3DP) The formative method to polymerize powders such as metals, ceramics, plasters and plastics by high-powered heating laser. The formative method to spray raw powders such as plasters mixing color inks and harden chemicals to polymerize raw powders.
패션쇼를위한 3D 프린팅의상디자인개발연구 269 W. Hull 에의해가장먼저개발되어상용화된유형이다. 일반적으로프린터하단에위치한재료탱크에채워진광경화성액상수지 (Liquid resin) 를 UV 광선으로경화하여상단의베드에적층성형하는메커니즘으로작동하며대표적으로 SLA방식이대중적으로보급되고있다. Polyjet 방식은잉크젯프린터의출력방식을 3D 프린팅에접목한것으로, 800여개의노즐에서사출되는광경화성수지를고출력 UV 광선으로급속경화하여적층성형하는방식으로, 출력물의수치정밀도가높고속도가상대적으로 SLA에비해빨라산업계에서정밀한부품혹은주얼리의제작에활용되고있다 (Kim, 2016; Koh, 2016; Lee & Kim, 2015). 광경화방식은압출성형방식에비해출력된결과물의해상도가높고, 사용가능한경화수지의유형이다양한장점이있다. 그러나 FDM에비해출력된소재의강도가상대적으로약하며, 압출성형과반대로출력된결과물이중력에반하여프린터상단에거꾸로안착되기에, 이를지지하기위한사다리구조의지지대인서포터가필수적이고, 출력에사용된소재의특성에따라출력완료후에추가로 UV 경화를추가로실행해야하는단점이공존하다 (Koh, 2016). 마지막으로분말 (Granular) 성형방식은프리너의챔버내에채워진수지분말에레이저를투사하여가열성형하거나경화물질을분사하여적층하는유형으로, SLS가가장일반적으로사용되는방식이다. 분말소재로는수지와세라믹, 석고, 금속분말등다양한소재가적용가능하며광경화와함께분말성형방식은출력물의해상도가높아산업및상업용으로활용성이높은장점이있다. 그러나한편으로분말방식의프린터의챔버내부가 140 C에서 160 C의고온으로유지되어야함에따라화재사고방지를위해질소가스로채워지므로, 안전한사용을위해서는에어인테이크 (Air-intaker) 및벤틸레이션 (Ventilation) 설비가요구되는단점이있다 (Kim, 2016; Koh, 2016; Lee & Kim, 2015). 위와같이각각의유형에따른성형방식과재료의차이는있으나, 3D 프린팅의과정은공통적으로 모델링 과 출력, 후처리 의 3단계 (Table 2) 로이루어진다 (Jang, 2016; Koh, 2016). 모델링과정과프린팅과정에서는 3D 그래픽툴로설계된 3D 모델데이터파일을출력을위한 stl 포맷의파일로변환하고, 이를다시 3D 프린터의제조사에서공급하는슬라이싱툴을활용하여재변환한후프린터로출력한다. 후처리과정에서는압출과광경화, 분말의각성형방식의특성에따른마무리, 즉저해상도의출력품질을가지는압출성형방식의경우에는출력물의표면품질향상을위한퍼티도포및사포질, 컬러 링작업이, 광경화와분말성형방식의경우에는잔여물세척과압출성형방식에비해간소화된표면정리나컬리링작업을거쳐최종결과물이완성된다 (Jang, 2016). 상기와같은제작공정에따라 3D 프린팅기술은기존의절삭연마가공방식에비해생산시원재료의소실율이적고, PC 의가상공간에서설계된구조및조형적특성이그대로입체적으로출력된다는점에서상대적으로복잡정교한형상이구현가능함과동시에고가의금형제작이필요없음에따라획기적인생산단가절감이가능한강점이있다. 이에따라 3D 프린팅기술은기존의대량생산제조업의관점에서벗어나, 생산자로하여금다원화된사회및산업경향에따른다품종소량생산혹은각기다른소비자의니즈에부합하는커스터마이징생산을가능하게할수있으며, 더나아가소비자가 3D 모델링과제품설계에관한소양을가지고있을경우개인의취향과니즈에따른제품을생산하는소비자가곧생산자가되는프로슈머 (Prosumer) 개념에따른 1인생산기업을활성화함으로써궁극적으로제조산업의부흥을촉진할수있을것으로전망되고있다 (Kim, 2015). 위와같은복잡 정교한디자인의실체화가능성및생산성측면의이점에따라, 2000년대들어패션분야에서또한 3D 프린팅을활용하여디자이너의표현적측면및소재개발, 생산방식의영역을확장하려는시도가적극적으로이루어져왔다. 네덜란드의패션디자이너 Iris Van Herpen을대표로, 기술수용에관해진취적인성향을가지는패션디자이너들은 3D 프린팅을활용하여, 기존의아트웨어에서는불가능했던패션표현의영역을개척하였다 (Oh et al., 2016), (Fig. 1). 버지니아공과대학의 Negar Kalantar와 Alireza Borhani는 3D 모델링된니트와유사한원단패턴에기하학적인타공및연결구조를적용하여, 출력된 3D 프린팅섬유가유연성을가지고인체에걸쳐질수있는 3D 프린팅소재를제시하였고 (Fig. 2), 영국의기성복브랜드 Pringle of Scotland는유연한소재를활용하여출력한 3D 프린팅섬유및퍼와유사한소재, 장식적인디테일등이적용된컬렉션 (Fig. 3) 을제시하여기성복산업에서 3D 프린팅을활용하여개발된소재의실질적인적용가능성을보여주었다 (Oh et al., 2016). 디자인스튜디오 Nervous System은기하학적인삼각형의오브제들이각각가동가능한연결구조로연결되어, 인체에걸쳐질경우인체의곡선에따라딱딱한소재로출력된의상이유연하게걸쳐질수있으며, 각삼각형의구조물들이각각연결된채로프린터에서출력될수있는소재개발과더불어생산방 Table 2. Outlines of tasks in 3D-printing process (Jang, 2016; Koh, 2016) Process Task of the process 1 st modeling Using 3D graphic tools, 3D models are designed and the format of the modeling files are converted to STL format. 2 nd printing After STL files are converted to printing file formats by slicing programs provided by priter makers, 3D models are printed. Sanding and coloring tasks are performed to improve the rough surface of printed models due to the low resolution(fdm, FFF). 3 rd finishing Cleaning to remove supporters, remained resin or powder, additional hardening, surfacing or coloring tasks are performed(sla, SLS).
270 한국의류산업학회지제 21 권제 3 호, 2019 년 Fig. 1. Iris Van Herpen, Crystallization, Collection. www.irisvanherpen.com Fig. 2. 3D-printed flexible textile structures. icat.vt.edu Fig. 3. 3D-printed ready-to-wear collection of Pringle of Scotland. 3dprintingindustry.com 식측면의고려가반영된 Kinetic dress(fig. 4) 를제시하였다 (Kim, 2015). 스포츠패션브랜드 Nike와 Adidas, Reebok은의상에비해상대적으로정형화된사이즈와구조, 소재를활용하는스포츠슈즈의소재및생산과정에 3D 프린팅기술을적극적으로도입하여디자인과소재는물론, 생산과정의혁신가능성을모색하고있다. Nike는제품디자인과소재, 생산에 3D 프린터를적극활용하여, 기존의절삭가공및주형방식으로는개발할수없는경량화및마찰력확보를위한정교한타공패턴및스파이크구조의밑창이적용된미식축구화 Nike Vapor Laser Talon(Fig. 5) 을출시하였으며 (Oh et al., 2016), Reebok과 Adidas는이에더나아가 3D 프린팅기술과로봇팔, 이를자동적으로제어하는알고리즘을일체화하여스포츠슈즈를생산하는무인스마트팩토리를완성하였다 (Fig. 6, 7). 해당팩토리는액상 TPU를사출하는 FDM 프린터가신발의밑창과연결구조를성형하면이를로봇팔이다음생산라인으로이동시켜 밑창과갑피를결합하는심플한생산공정으로구성됨으로써, 패션산업에있어무인자동화생산공정시스템의구현및발전방향성을제시한성공적인사례로인식되고있다 ( Nike debuts, 2013; Young, 2017). 패션분야에서 3D 프린팅기술은단순히제품생산만이아닌, 3D 프린팅을도입함으로써가능한디자이너의미적감수성의표현및소재연구, 더나아가기존의패션산업에서생산의패러다임인사람의수공제작에서탈피하여무인화, 자동화생산시스템을구축하기위한사용성등, 다양한측면에서활용도가모색되고있다. 3. 패션쇼를위한 3D 프린팅의상디자인개발 본연구의 3D 프린팅의상디자인개발은다음과같은과정으로수행되었다 (Table 3). Fig. 4. Nervous System's Kinematic Dress. n-e-r-v-o-u-s.com Fig. 5. 3D-printed sole of Nike Vapor Laser Talon. news.nike.com Fig. 6. Reebok's 3D-printed sports shoes and smart factory. additivemanufacturingtoday.com Fig. 7. Adidas' 3D-printed sports shoes and speed factory. 3dprint.com
패션쇼를위한 3D 프린팅의상디자인개발연구 271 Table 3. The whole process of this study s 3D-printed wear development The basic parts consisting the art-wears designing. Printing by using SLA type printer. Printing by using FDM type printer. Testing the durability of the printed basic parts using both of two types of printers. Printing basic parts passed the test. Refining design of basic part failed the test, printing refined parts and testing the durability again. Designing 3D-printed art-wear whole styles including inner-wears based on the features of materials and forms of the basic parts. Developing 3D-printed wears Making fabric inner-wears Finishing the development and presenting the 3D-printed wears 3.1. 의상소체디자인개발인체의활동성에장애가없으면서, 착용자에움직임에따라형태나재질이손상되지않고, 일반의상과같이부담없이착장가능한중량과형태, 착용방법, 재질이적용된심미적인 3D 프린팅개발에있어, 먼저의상의가장기본단위부품이되는최소단위소체의디자인콘셉트설정을위한리서치가수행되었다. 3D 프린팅기술의경우, 4차산업혁명의한축을담당한다는인식에의해, 해당기술을활용한디자인작품은미래주의적인색채를보이는경우가많다. 그러나본연구에서는 3D 프린팅이이미 20세기중반에개발된기술이라는점에착안하여미래적인이미지가아닌, 과거의레트로적인뉘앙스를시각적으로전달하고자하였다. 또한, 이와함께 3D 프린팅이더이상해외의유명디자이너나기업만의전유물이아닌, 한국의산업계는물론개인이손쉽게접근가능한기술이라는개념또한시각적으로전달하고자, 한국의오래된레트로적인, 전통적시각요소의반영 을디자인콘셉트로설정하였다. 이에따라 3D 프린팅기술을활용하여디자인콘셉트를구체화하기위한디자인모티브선정작업이후속되었으며, 모티브의선정은기술적한계성을고려하여아래의두가지조건하에이루어졌다. 첫째, 고가의폴리젯 (Poly-jet) 프린터가아닌, 보급형 3D 프린터의경우색상의조합이불가능하며제조사가제공하는소재의색상또한한정적임에따라, 색에관계없이면과선의조형성만으로전통적인이미지를표현할수있는모티브를선정한다. 둘째, 최대 20cm의 x, y, z축의출력공간내에서이미지를분할하지않고한번에출력이가능한조형적특성을가지는모티브를선정한다. 위의조건을고려하여한국의전통적인조형요소를탐색하 여건축양식, 문양, 문자등다양한전통요소중, 연속성이없는폐쇄된형태및단색의적용만으로도음 양각기법의응용에따라조형성을구형할수있을 문양 의활용이결정되었다. 이에따라연구자및해당패션쇼기획진간의소체디자인에적용될전통문양을선정하기위한토론및평가가수행되었으며, 각기다른조형적특성을가지며한복및사찰, 고궁, 고분등에서찾아보기쉬운연당초문과보상화문, 태평화문이소체디자인을위한모티브로선정되었다. 연당초문의경우, 함께선정된타문양들에비해비정형적으로자연스럽게연장되는이미지를형성하기에적합할수있다는긍정적인평가를받음에따라선정되었다. 보상화문과태평화문은연당초문에비해상대적으로정형적인폐쇄성과섬세하고복잡한면과선의조형성을보임에따라연당초문과달리구조적이거나디테일을강조하기위한소재개발에적합할수있고, 각각의문양이모서리가강조되는 8각의꼭지점을보이거나, 모서리가두드러지지않는부드러운곡선구조를보이는등차별적인조형성을보인다는긍정평가를받음에따라소체개발에활용이결정되었다 (Fig. 8). 이후각문양을활용하여각문양의기본적인조형성을유지하면서 3D 프린팅및의상을구성하기위해적합한형태및결합구조가형성되도록각소체를디자인하였다. 소체의디자인과프린팅을위한모델링및출력을위한 stl 파일변환에는 Rhino Ceros 5.0을활용하였다. 연당초문을활용한소체 (Fig. 9) 의디자인및모델링은해당문양이좌우로연속될수있는 repeated pattern과유사한조형적특성을보임에따라, 다양한방향에서소체를서로연결하여의상을구성할수있도록 8방향에결합구조가적용된 0.4mm의베이스패널위에소체의내구성확보를위한최소한
272 한국의류산업학회지제 21 권제 3 호, 2019 년 Fig. 8. The traditional patterns adapted in designs of the basic objects (August 14, 2018). Fig. 9. The images of 3D models and printed objects by FDM based on Yeondangcho pattern (August 14, 2018). Fig. 10. The images of 3D models and printed objects by FDM(center) and SLA(right) based on Boesangwha pattern (August 14, 2018). Fig. 11. The images of 3D models and printed objects by SLA based on Taepyeongwha pattern (August 14, 2018). 의패널면적을유지하면서음 양각기법을교차적으로사용하는방향성에서해당문양을표현하고자하였다. 보상화문 (Fig. 10) 과태평화문 (Fig. 11) 을활용한소체의디자인및모델링은해당문양들이단일형상으로구성됨에따라, 연당초문을활용한소체에비해정형화된형태를구성하도록 4방향에서각소체가연결되도록소체를설계하였다. 보상화문을활용한소체의경우, 문양의 8방향의꼭지점이있는조형적특성을참고하여각진형태의베이스패널을적용하였고, 태평화문을활용한소체는상대적으로곡선이강조되는조형적특성을참고하여둥근실루엣의베이스패널을적용하였다. 두소체모두연당초문에비해정형화된조형성을구축하기위해상대적으로두꺼운베이스패널에양각기법을활용하여모티브가된문양을표현하고자하였다. 모델링작업과정에서각소체를결합하기위한결합구조디자인이이루어졌으며, FDM 방식과 SLA 방식에따라각기다른결합원리가고안되었다. 첫번째, 수지필라멘트를고온사출하여출력하는방식에따라출력물의내구성이높은 FDM 방식을위한소체에는스냅단추와같은암과수의결합구조를적용하여원스냅동작으로각소체의결합이이루어지도록결합구조를디자인하였다. 두번째, 액상레진을광경화함에따라 FDM에비해내구성은떨어지지만출력물의해상도가높고유연성이뛰어난 SLA 방식을위한소체에는볼트와너트와같은암과수의결합구조를적용하여각소체를연결한후나사를끼워각소체가결합되도록결합구조를디자인하였다. 3.2. 의상소체출력및내구성실험각소체의디자인및모델링작업이완결된후, 해당소체의내구성실험이후속되었다. 각소체의출력에는국내의개발사인하이비전시스템의큐비콘싱글플러스보급형 FDM 3D 프린터와미국의 Formlab사의 Form2, 대만의 XYZ Printing사의 Novel 보급형 SLA 3D 프린터들이활용되었다. FDM 방식의프린터의출력소재로는유연소재인 TPU 필라멘트가사용되었고, SLA 방식의프린터에는유연수지인플렉시블액상레진 (Flexible liquid reisn) 소재를사용하여각소체를출력하였다. 출력된각소체의강도실험은 2가지방식으로수행되었다. 각소체를일반적인코트기장과유사한 120cm 길이가되도록세 로로연결하여마네킹에고정한후, 중력에따른소체자체의하중으로인한소체의연결부위의파손여부를실험하였다. 또한, 출력된각소체가인체에걸쳐졌을때신체의움직임에따른파손가능성여부를확인하기위해결합된소체를실험자의신체에꼭맞는실험복의팔꿈치와어깨관절부위에부착하여, 실험자가반복적으로움직여운동부하에따른소체의파손여부를실험하였다. 실험결과, FDM 방식의 TPU 소재를사용한소체는두가지실험모두에서파손되지않았으나, SLA 방식의플렉시블액상레진을사용한소체는두실험결과모두파손되었음이확인되었다 (Fig. 12). 또한, 관절움직임실험에서 Formlab 사의플렉시블액상레진을사용하여출력한태평화문의소체의경우, 유연성이상대적으로부족하며, 보상화문에비해원형구조가강조되는태평화문의형태또한상대적으로디테일이파손되기쉬움이발견되었다. 이에따라, 3D 패션쇼를위한의상에는하이비전시스템의 FDM과 XYZ Printing의 SLA 프린터, 연당초문과보상화문을모티브로디자인된소체를활용하는것으로사용기술과디자인의범위를한정하였다. 이에따라 XYZ 의 SLA 방식을활용하는보상화문소체의경우, 기존에비해높은강도를확보하기위해, 3D 그래픽툴에서소체모델의두께를 1.5mm에서 2.5mm로두껍게소체의모델링파일을수정하였다 (Fig. 13). 3.3. 의상디자인및개발 SLA 방식의플렉시블액상레진출력결과물을보완하기위한소체모델링이수정된이후, 앞선단계에서사용성이확인된각소체를활용한 3D 의상및해당 3D 의상의디자인콘셉트에따른이너의상의디자인이병행되었다. 본연구에서는한정된기간과기술여건하에서연구개발이수행됨에따라, 3D 프린팅의상개발의초점이상호연결이가능한구조개발및한정된색상사용에따라문양의조형성을부각시키기위한소체의형태구성, 개발된소체를결합하여인체에착용과활동이용이한내구도의의상형태구성에연구의초점이맞춰졌다. 이에따라반투명한재질의 TPU 필라멘트와플렉시블액상레진소재가소체개발에사용되고, 최소단위의소체를결합하여의상이제작됨에따라각소체가연결되는부위에공간유격이발생하여의상의내부가비치거나사용자의움직임에
패션쇼를위한 3D 프린팅의상디자인개발연구 273 Fig. 12. The destructed conditions of the objects printed by SLA (August 14, 2018). Fig. 13. The refined Boesangwha objects in order to print using SLA (August 14, 2018). Fig. 14. The 3rd version of Boesangwha objects printed by SLA for heatingpressing (August 14, 2018). 따라유격공간의소체의가장자리부분에착용자의피부가손상될수있는우려가발견되었다. 이에따라기술적인한계에따른문제를해결하기위해 3D 프린팅의상내부에착용되어해당의상의착용성및활동성, 전통문양에기초한 3D 프린팅의상의디자인콘셉트를심미적으로보조하기위한이너의상의디자인개발이병행되었다. 각 3D 프린팅의상의경우, 앞서개발된연당초문과보상화문을활용한각소체들의조형적특성을강조하는방향성에서전반적인실루엣의디자인이수행되었다. 또한 3D 프린팅의상에적용된정교한문양의조형성을강조하고, 이너의상과명확한소재적경계구분을위해, 3D 프린팅의상과일반원단으로제작된이너의상은서로대비되는색상의적용이계획되었다. 이너의상의경우, 3D 프린팅의상디자인의중심에전통문양이있음에따라, 이를시각적으로뒷받침할수있도록고전복식의직선적이며신체를구속하지않고걸쳐지는루즈핏의실루엣과형태로기본적인디자인방향성이설정되었다 (Table 4). 먼저보상화문에비해소체의면적이좌우로확장된형태적특성을가지는연당초문소체의경우, 길이 를강조할수있을로브형의실루엣과기하학적인장식구조의구현을주요디자인방향성으로설정하였다. 이너의상의경우, 기하학적인선형장식구조가적용된로브스타일의 3D 프린팅의상의시각적 특성을뒷받침할수있도록비대칭사선여밈이적용된상의와수직의방향성을강조하기위해플리츠가적용된직선적실루엣의루즈핏의팬츠로디자인되었다. 해당 3D 의상을구성하는소체가 FDM 방식의흰색반투명 TPU 소재를활용하여제작됨에따라, 소체에적용된문양과각소체의군집구조가강조될수있도록이너의상에는검은색실크소재의적용이고려되었다 (Table 4). 보상화문소체의경우, FDM과 SLA 방식의차이에따라각기다른 3D 프린팅의상의디자인및소체의활용방안에관한고려가이루어졌다. FDM 방식으로출력한보상화문소체를활용하는 3D 프린팅첫번째의상의경우, 해당소체가연당초문에비해정사각형에가까운정형적인형태를가짐에따라소체의탄성이강해상대적으로입체적인실루엣을구성하기용이한점을활용하요, 검은색반투명 TPU 소재를활용하여어깨와골반의볼륨을강조한원피스와유사한형태로디자인되었다. 해당 3D 프린팅의상을위한이너의상의경우, 검은색상으로출력된소체의문양과결합구조, 과장된어깨와골반부분의실루엣을보조하고자, 흰색실크소재를활용하여과장된실루엣과플리츠주름이적용된점프수트형으로디자인되었다. FDM 방식의프린터와흰색반투명 TPU 소재가활용되는두번째보상화문의상은고대삼국시대금속을사슬로이어붙여제작한 Table 4. The design sketches of each styles combining 3D-printed structures and inner wears 1st art-wear adapting Yoendangcho pattern(fdm) 2nd art-wear adapting Boesangwha pattern(fdm) 3rd art-wear adapting Boesangwha pattern(fdm) 4th art-wear adapting Boesangwha pattern(sla) Image 1. Design sketch of the 1st art-wear (August 19, 2018). Image 2. Design sketch of the 2nd art-wear (August 19, 2018). Image 3. Design sketch of the 3rd art-wear (August 19, 2018). Image 4. Design sketch of the 4th art-wear (August 19, 2018). Outer Inner Outer Inner Outer Inner Outer Inner
274 한국의류산업학회지제 21 권제 3 호, 2019 년 Fig. 15. Runway presentation of the 1st style in the fashion show (September 6, 2018). Fig. 16. Runway presentation of the 2nd style in the fashion show (September 6, 2018). 흉갑의제작방식과형상에착안하여, 평면적인각소체의선을왜곡하지않고직선적으로신체에걸쳐지는좌우비대칭의슬리브리스베스트형태로디자인되었다 (Table 4). 또한, 심플한실루엣의의상에장식성을더하기위해, 광택이있는 TPU 소재와유사한광택을가지는경량의금속 O링을연결하여제작한체인의적용이계획되었다. 3D 프린팅의상을위한이너의상의경우, 금속성체인이장식적으로적용된베스트형의 3D 의상의광택과소체의문양을강조하고자유광의검정색실크소재를활용하여미세한곡선이소매와바지의윤곽선에적용된고전복식풍의상의와하의투피스로디자인되었다 (Table 4). 마지막으로 SLA 방식으로출력한보상화문소체의경우, 스퀘어넥의 H라인원피스형의디자인이결정되었다. 이는앞선실험결과를반영하여두께를늘려강도를높였으나, 쇼진행시내구성에문제가발생할수있다는우려가제기되어소체를고온압축프레스를활용하여원단에고온압착하여텍스타일패턴으로서활용함이최종결정되었기때문이다 (Fig. 14). 디자인작업이완료된이후, 각각의디자인콘셉트에따른 3D 프린팅의상의소체조립과정및이너의상의제작작업이수행되었다. 먼저착용이예정된모델들의신체치수에따른이너의상의평면패턴및가봉작업이선행되었고, 가봉된각이너의상을드레이핑바디에입힌상태에서그위에출력된각소체를결합하는방식으로각 3D 프린팅의상의개발이이루어졌다. 이는일반적인의상의소재에비해유연성이떨어지나탄성이강한 3D 프린팅의출력소재의재질적특성을감안하여, 보다인체에걸쳐지기용이하도록, 입체적으로각의상의실루엣과형태를구성하기위한조치이다. 위와같은디자인과개발과정을통해개발되어제6회 3D 프린팅코리아개막패션쇼에출품되었으며, 그개요는다음과같다. 첫번째쇼의상은흰색의반투명 TPU 소재의연당초문소체를결합하여슬리브리스로브스타일의실루엣, 고대복식의로브스타일을강조하기위한후면의긴트레인, 기하학적인형상의칼라와가슴상단과후면의선형장식구조가적용된 3D 프린팅의상과전통복식과같은비정형적, 비대칭적인여밈선과햄라인, 칼라가적용된셔츠와플리츠가적용된팬츠로구성된투피스로구성되었다 (Fig. 15). 런웨이프레젠테이션결과, 3D 프린팅의상에적용된원단소재에비해유연성이떨어지는 TPU 소재라도무리없이일반의상과같이긴트레인이바닥에쓸리는효과가조성될수있으며, 입체적인형상으로구성된칼라또한인체의움직임에따라유연하게형태가변형되어착용자의움직임에제한을주지않으면서도형태가자연스럽게복원되는탄성을가지고있음이확인되었다. 두번째쇼의상은검정색반투명 TPU 소재의보상화문소체를결합하여인체의어깨와골반의볼륨을과장한실루엣의 3D 프린팅의상과전통적인이미지를강조하기위해전통문양이적용된흰색실크소재를활용하여팬츠부위에폭이넓은플리츠라인이강조된점프수트로완성되었다 (Fig. 16). 런웨이프레젠테이션결과, 3D 프린팅의상의실루엣을강조하기위해원구와유사한형태로제작된어깨구조와힙부분의실루엣을강조하기위해상대적으로허리에밀착되도록결합된허리부의구조가인체의움직임을방해하지않으면서도착용자의움직임에따라형태가변형되거나신체에서떨어지지않는유연성과탄성이확보되었음이확인되었다. 세번째쇼의상에는흰색반투명 TPU 소재의보상화문소체를결합하여고대의휴갑과유사한직선적이며비대칭적인 3D 프린팅의상과한복의디테일과실루엣을현대적으로해석한상의와하의투피스로구성되었다 (Fig. 17). 런웨이프레젠테이션결과, 3D 프린팅의상의전반적인실루엣이비대칭적으로구성되고, 금속 O링체인역시장식성을고려해비대칭적으로적용되었으나, 소체의적용양이많은부위에두께가상대적으로얇은소체를적용하여무게균형을잡음으로써, 출력된비대칭의 3D 의상이인체의움직임에도한쪽으로쏠리지않고안정적으로걸쳐져있을수있음이확인되었다. 마지막으로네번째쇼의상은전통적인질감과문양의소재를적용한스퀘어넥의 H라인원피스의표면에플렉시블액상레진소재의보상화문소체를고온압착하여텍스타일패
패션쇼를위한 3D 프린팅의상디자인개발연구 275 Fig. 17. Runway presentation of the 3rd style in the fashion show (September 6, 2018). Fig. 18. Runway presentation of the 4th style in the fashion show (September 6, 2018). 턴으로적용하여개발하였다 (Fig. 18). 런웨이프레젠테이션결과, 고온압착프레스를통해일반원단의표면에텍스타일패턴으로서부착된각소체가착용자가의상을입고벗는과정및착용후신체활동에도파손되지않음이확인되었다. 4. 결론본연구에서는현재 4차산업혁명의핵심기술중하나로인식되며, 패션산업에서도예술적표현및소재개발, 대안적생산등다양한목적을위해활용방안이모색되고있는 3D 프린팅기술을활용하여디자인의표현적측면및대안적소재개발측면의연구가반영된 3D 프린팅의상개발이이루어졌다. 보급형 FDM, SLA 방식의 3D 프린터가성형가능한 10cm ~20cm의한정된출력베드의규격내에서의복을구성할텍스타일소체와출력된구성물을연결하여전체의상형태를구성하기위한출력결과물의연결방법및구조, 인체에착용되어활동시파손되지않을내구성확보를위한디자인과구소설계측면의연구가수행되었다. 이를통해현재일반에대중적으로보급된보급형 3D 프린팅기술을의상개발에활용함에있어성형방식에따른고려사항이발견되었다. 첫째, 광성형방식인 SLA에비해고온압출성형의 FDM 방식의프린터가출력한 TPU 소체의경우, 출력해상도가낮은기술적한계성이있다. 그러나한편으로소재에따라 190 ~ 230 에달하는고온으로고체재료가용해, 압출되는성형방식임에따라출력된결과물의내구성이 SLA 방식의출력결과물에비해상대적으로우수함이확인되었다. 이에따라 FDM 방식은전반적인의상의형태및구조형성에있어활용성이높으며, 특히반복적인움직임이발생하여출력된소재에물리적인부하가심할수있는팔꿈치와손목, 어깨, 무릎, 허리등의부위에적용하기적합한것으로판단된다. 둘째, SLA 방식은섬세한무늬나복잡한구조를출력하기에적합한성형방식이나, 플렉시블액상레진을활용하여의상의텍스타일소체를출력할경우, 출력물의내구성이 FDM 방식의프린터로출력한결과물에비해떨어짐이확인되었다. SLA 방식의프린터로출력한소체가다량으로연결되거나인체관절부위에적용되어반복적인움직임이가해질경우, 소체자체의하중과운동부하를견디지못하고파손되었다. 따라서 SLA 방식을의상개발에사용할경우, 의상의전반적인형상을구성하기위해서는강도가높은하드타입액상레진을활용하여신체에자연스럽게걸쳐지기위한텍스타일의구조나형태측면의연구가필수적일것으로판단된다. 반면, 플렉시블액상레진을활용할경우, 해당소재의내구성의한계점을고려하여의상전체를구성하기보다, 고해상도의출력품질의장점을부각할수있는섬세하고정교한디자인의장식적부자재혹은텍스타일패턴을개발하여 FDM으로출력한소재나원단소재에적용하는것이적합한것으로사료된다. 본연구에서는 3D 프린팅패션쇼를위한실체적준비기간이한달여에불과했던점과한정된예산으로연구개발이수행됨에따라보다다양한연결구조및소재를활용한실험이불가했던점, SLA 방식의 3D 프린터의경우아직플렉시블액상레진이의상을개발하기에충분한점성을가지지못해기존의섬유원단에출력한소체를고온압착하여활용할수밖에없었던점이연구의한계점으로작용하였다. 이에따라향후, 보다정교한모델링및결합방법, 다양한재료를활용하여 3D 출력물만으로의상을구성하기위한연구및의상으로서의활용을위해충분한내구성을확보할수있는 SLA 방식의플렉시블레진소재의활용성에관한연구가후속될예정에있다. 감사의글이논문은 2015년도정부 ( 미래창조과학부 ) 의재원으로한국연구재단의지원을받아수행된기초연구사업임 (No. 한국연구재단에서부여한과제번호 : 2015R1A5A7037615). References Chavez, E. (2014). Printing weaves 3D printing into its ready to wear fashion. 3DPI. Retrieved January 8, 2019, from https://3dprintingindustry.
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