이 연구의 목적은 3D 프린팅 기술로 만든 맞춤형 소지, 본인의 실제 소지 및 보조기 업체 석고 양성 소 지를 이용하여 세 종류의 소지의 형상 차이를 CT와 3D 스캐너로 횡단면 넓이와 부피를 분산 분석하였다. PASC Progrm으로 실제 거리를 측정하는 (Caliper Toll) 기능을 이용하여 15.69 mm지점(Distal Interphalangel Joints(DIP))의 넓이를 각각 30회씩 측정하였고, 부피(Volume)에서 Meshmixer Program의 Configure Units을 이용하였다. 세 종류의 소지 횡단면 넓이에서는 유의한 차이를 볼 수가 없었고, 부피(Volume)에서 0.2 mm의 차이가 있었지만, 유의 수준보다 크게 나타났다. 따라서 본 연구의 결과는 의료분야에서 3D 프린팅 기술을 활용한 맞춤형 보조기 제작에 활성화될 것으로 보여준다.

This study is a basic research for the development of composite materials for 3D printing and evaluated the rheological properties according to the blending design of the constituent materials. As a result, as the W/B ratio becomes smaller, the plastic viscosity value and the yield value tend to increase. Next, the plasticity and flow characteristics were differently derived depending on the binders used, and all the binders were considered to have more influence on the yield value than the plastic viscosity value.

3D 프린팅 기술은 4차산업 혁명 중 제조업의 혁신적인 기술로서 전망되고 있으며, 현재 바이오 ∙ 의료 분야를 포함한 다양한 분야에서 활용되고 있다. 본 연구에서는 이러한 3D 프린팅 기술을 이용한 제작 원료에 대한 방사선 차폐능을 평가하고자 몬테카를로 전산모사를 통해 프린팅 원료에 대한 검증을 수행하였다. 현재 범용으로 사용되는 FDM 방식의 3D 프린터에서 이용 가능한 원료들을 대상으로 하였으며, ICRU phan tom과 차폐체를 모의 모사한 후 방사선의 종류 및 에너지에 따른 입자 플루언스 평가를 통해 차폐 효과에 대해 분석하였다. 그 결과, 광자선의 경우 에너지 증가에 따라 차폐 효과는 점차 감소되는 경향을 보였고, 원료별 차폐 효과는 TPU, PLA, PVA, Nylon, ABS 순서로 점차적으로 낮아지는 결과를 나타냈다. 중성자선의 경우, 5~10 mm의 낮은 두께에서 반대로 선속이 증가되는 현상을 보였으나, 일정 두께 이상에서는 유효한 차폐 효과를 나타내었으며, 프린팅 원료별 차폐 효과는 Nylon, PVA, ABS, PLA, TPU 순서로 점차 낮아지는 결과를 보였다.

3-dimensional(D) 프린터는 컴퓨터로 모델링 한 데이터를 바탕으로 3차원의 입체 물체를 출력할 수 있는 장비이다. 이러한 특징을 방사선과학 분야와 융합하여, CT 데이터를 이용한 뼈 모형 X선 팬텀제작 등에 활용되고 있다. 본 연구는 기존의 Pelvis팬텀을 CT 스캔하고 얻어진 데이터로 Fused Filament Fabrication(FFF) 3D 프린터의 소재인 PLA, Wood, XT-CF20, Glow fill, Steel 필라멘트를 이용하여, 뼈 모형 팬텀을 제작하였다. 기존의 Pelvis 팬텀과 3D 프린터로 제작된 5가지 재질의 팬텀을 동일한 조건으로 CT 스캔 하고 얻어진 영상에서 Hounsfield Unit(HU)을 측정하였으며, 진단용X선 발생장치를 이용하여 SI, SNR을 측정하여 각 팬텀을 비교 분석하였다. 그 결과 사지 X선 검사 조건 내에서 X선 팬텀은 glow fill 필라멘트가 가장 적합하다는 것을 알 수 있었다. 본 연구의 기반으로 필라멘트의 특성들을 알 수 있었으며, X선 팬텀 제작에 대한 실용성을 확인하였다.

최근 제4차 산업혁명이 지향하는 대학교육의 새로운 국면은 실무능력을 중요시하는 것이다. 대학은 불가피하게 지식정보화 직업능력과 자질요건을 갖추기 위한 직업인의 소양교육을 실행하고 평가받을 수 밖에 없다. 이런 측면에서 대학이 학문을 지향하는 교육이거나 아니면 현실지향적 교육을 지향하거나 교육적 합의는 중요하지 않다. 대학교육은 취업능력 향상을 위한 일자리 창출에 관심을 갖고 현실사회의 실무능력 교육문제 해결에 책임이 것이 사실이다1). 이런 측면에서 최근들어 현장 실무능력 부족, 문제해결능력 부족, 창의성 부족을 해결하는 대학의 교육방식에 중요해졌다. 본 연구는 디자인교육의 실무능력 향상, 산업 변화에 부응하는 현장중심 교육 방식의 하나인 캡스톤디자인 교수과정에 관심을 갖고 진행하게 되었다. 현재 대부분의 대학에서 공학, 인문, 사회, 예체능분야까지 확대하여 캡스톤디자인 강좌가 시행되고 있다. 그러나 캡스톤디자인 교육이 해외를 중심으로 시작되면서 캡스톤디자인 교육의 핵심개념과 역량 교육을 대학교육에 바로 적용하는데 한계가 있어 왔다. 해외사례를 보면 전학년, 다학제간으로 팀을 구성하여 산업체의 실제문제를 해결하고자 산업체의 자본과 인력을 지원받아 실습·설계·Prototype 역량을 배양하는 프로세스를 통해 공학적 핵심 역량을 키우는데 주안점을 두고 있다. 본 연구에서는 이러한 한계점을 해결하고자 3D프린팅 과정을 적용하여 저학년 교과목에서 습득한 전문지식을 바탕으로 산업체가 필요로 하는 과제를 학생들이 팀을 구성하여 해결하도록 하였다. 또한 실무능력을 위한 창의성과 리더십을 경험하는 프로세스를 거쳐 제품디자인에 적합한 캡스톤디자인 수업모형을 적용하여 교육의 효율성을 검토하고자 하였다. 캡스톤 디자인 교과목 목적을 달성하기 위해 목표설정, 수업모형 구성, 수업모형 적용, 검증 및 평가, 최종수업모형 개발절차로 진행하였다. 이를 통해 디자인계열 캡스톤디자인을 교육하는 기초자료로 활용할 것이다.

일반 X선 촬영 실습용 팬텀은 방사선학과에 없어서는 안 되는 중요한 교재나 기존의 시판되는 팬텀은 고가의 수입품이기에 다양한 종류의 팬텀을 갖추는 것이 어렵다. 3D 프린팅 기술을 활용해 일반 X선 촬영 실습용 팬텀을 더욱 저렴하고 간편하게 제작해 보고자 한다. CT 영상 데이터를 기반으로 제작한 골격 모형을 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식의 3D printer를 이용해 출력한 골격 모형을 일반 X선 촬영 실습용 팬텀으로써 사용해 보고자 한다. 3D slicer 4.7.0 프로그램을 이용해 CT DICOM 영상 데이터를 STL 파일로 변환하고 G-code 변환 과정을 거쳐 3D 프린터로 출력하여 골격 모형을 제작한다. 완성된 팬텀을 X선 촬영, CT 촬영하여 실제 의료 영상, 시판되는 팬텀과 비교해 본 결과 실제 의료영상과 골밀도 등의 세부적인 차이가 존재하였으나 실습용 팬텀으로써 활용할 수 있다고 판단되었다. 저가화되어 보급된 3D 프린터와 연구용으로 무료 배포된 3D slicer 프로그램을 활용하여 저렴하면서도 일반 X선 촬영 실습에 사용하는 것이 가능한 팬텀을 제작할 수 있었다. 앞으로의 3D 프린팅 기술의 다양화와 연구에 따라 보건 교육, 의료 서비스 등 여러 분야에 적용하는 것이 가능할 것이다.

Concrete structures built by 3D printing technology is formed as the several concrete layers. Thus, 3D printing technology for concrete structure could have less strength than the design. In this study, fracture energy (fracture toughness) tests for layered concrete in various condition was performed. depending on required time for stacking new layer. Based on the results of performed tests, it was found that fracture energy was decreased due to increased non-bonded time

Concrete structures built by 3D printing technology is formed as the several concrete layers. Thus, 3D printing technology for concrete structure could have less strength than the design. In this study, fracture energy (fracture toughness) tests for layered concrete in various condition was performed. depending on required time for stacking new layer. Based on the results of performed tests, it was found that fracture energy was decreased due to increased non-bonded time.

3D 프린팅은 최근 다양한 분야에서 활용 되고 있다. 다양한 활용 분야 중 사람의 얼굴을 3D 프린팅을 위해서는 먼저 3D 얼굴 데이터를 생성해야 한다. 3D 얼굴 데이터 획득을 위해 레이저 스캐너 등이 활용되고 있으나 스캔 중에 사람이 움직이면 안 되는 제약이 있다. 본 논문에서는 단일 영상 기반의 3D 얼굴 모델링 방법과 생성된 3D 얼굴을 가상 성형 등에 쓰일 수 있도록 얼굴 변형 시스템을 제안한다. 3D 얼굴 데이터 생성을 위해 3D 얼굴 데이터베이스로부터 특징점들을 정의하였다. 단일 얼굴 영상으로부터 얼굴을 특징점을 추출 한 후 3D 얼굴 데이터베이스로부터 정의된 3D 얼굴 특징점과 대응하여 입력 얼굴 영상의 3D 얼굴을 생성한다. 3D 얼굴 생성 후에 가상 성형 등의 용도를 위해 얼굴 변형 부분을 적용하였다.

MRI검사는 조직의 대조도가 우수하여 근골격계 진단에 유용한 검사방법이다. 근골격계 검사 시 환자상태에 따라 보조기구가 이용되는 보조기구의 종류가 다양하지 않을 뿐 아니라 비용도 비싸다. 이에 본 연구는 3D 프린팅 기술의 활용하여 MRI 검사 보조기구를 제작하였다. 보조기구 제작과정으로는 3D 모델링(3D MAX.2014, Fusion360)을 사용해 STL파일로 변환 후 슬라이싱 프로그램(Cubicreater 2.1ver., Cura 15.4ver)을 통해 G-code로 변환시킨 후 FDM방식의 프린트(Cubicon Style, MICRO MAKE)로 출력하였다. 출력물이 MRI영상에 미치는 SNR을 평가하기 위해 FDM에서 사용하되는 PLA, ABS, TPU를 두께 3mm로 된 Water Phant om 케이스를 제작하여 case 사용 전, 후를 시험을 실시하여 비교하였으며, 보조기구 사용 전, 후의 임상영상을 정성적으로 평가 하였다. 영상을 획득하여 나타난 Warter Phantom의 SNR은 T1 NON 123.778 ± 28.492, PLA 123.522 ± 28.373, ABS 124.461 ± 25.716, TPU 124.843 ± 27.272 로 평가되었다. T2 NON 127.421 ± 26.949, PLA 124.501 ±2 7.768, ABS 128.663 ± 26.549, TPU 130.171 ± 25.998 로 평가되었다. 그 결과 통계 적으로 유의미한 차이를 보이지 않았다. 보조기구의 사용 전, 후의 임상영상 평가 결과 고식적 방법 3.20 ± 0.88, 보조기구 사용 3.95 ± 0.76 으로 보조기구 사용 후 영상의 질이 향상되었다. 향후 3D프린팅을 이용한 보조기구의 제작은 임상적으로 사용이 가능할 것으로 생각되고, 환자들의 검사 시 보다 안전하고 편안한 보조기구제작을 할 수 있어 기존에 쓰이는 보조기구의 문제점들을 개선하는 대안이 될 것으로 전망된다.

최근 들어 3D프린팅 기술이 새로운 이슈로 등장하면서 기존의 제품 생산방식을 바꿀 수 있는 잠재력을 확인하였고, 과거 고가의 3D프린터에서 현재 중저가의 3D프린터들이 출시되는 등 대중화되는 시점에 이르렀다. 이러한 3D 프린팅 기술을 제품개발과정에 활용한다면 기존보다 빠르고 정확한 제품개발이 가능할 것이다. 3D프린터의 원리와 현황 등의 전반적인 이해를 위해서 다양한 문헌연구를 고찰하였고 이로 인한 사회적, 산업부분의 파급효과 등을 알아보았다. 디자인개발 과정 중 3D렌더링 과정에서 제작된 3D모델링 데이터를 3D프린팅을 활용하여 디자인 목업과 워킹 목업 제작사례를 제시하였다. 스케치 단계에 서도 컴퓨터 툴의 사용이 보편화 할 수 있다는 점도 다루었다. 이를 통해서 빠른 의사결정을 할 수 있고 디자인개발 완료시점을 앞당길 수 있다. 이는 제품개발 기간을 줄일 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 점은 다른 디자인 개발에도 응용 및 적용한다면 제조업체들의 디자인 및 발 빠른 제품출시 등에 있어서 많은 경쟁력 향상의 효과를 가져 올 것으로 기대되며 디자인과 3D프린팅 기술과의 융합을 통한 보다 새롭고 큰 의미로써의 제품디자인분야로 발전시킬 수 있을 것이다.

미국 오바마 대통령은 2013 국정연설에서“3차원(3D)프린팅(printing) 기술육성으로 새로운 제조업 혁명을 이룰 것”이라고 선언했다. G2인 중국 또한 3차원(D) 프린팅 기술 투자로 제조 산업을 일으키겠다고 의지를 표명했다. 대한민국은 3D프린팅에 대한 연구가 미흡한 실정으로 국가전략 및 미래 산업동력으로서 3D프린팅 모델링 연구를 제안하는데 목적이 있다. 연구방법은 국내외 3D프린팅 사례를 분석시트에 적용하여 종합적인 연구를 시도한다. 연구결과 3D프린팅은 소재별로 세부제작 방식이 광 조형공정, 분사시스템, 선택적 레이저 소결, 직접금속레이저소결, 3차원인쇄, 융합증착모델링으로 분별된다. 종합적 특징으로는 일반적인 제조공정에 비하여 제작 속도, 제품의 정확한 형태, 표면마감정도, 재료의 다양성과 색상이 우수하다. 조형적 특징은 오브젝트 내부에 오브젝트, 섬유 직접조형효과 인쇄와 개별 색상구현, 움직이는 부품의 동시구축, 복재3D 스캐닝 및 자유로운 스케치 조형구축등이며 기능적이고 혁신적인 디자인이 가능하다. 3D프린팅은 개인맞춤형, 1인 제조, 혁신적 디자인, 새로운 제조영역으로서의 가능성과 대한민국의 미래 성장 동력으로서 가치를 지니고 있다.