| 2차년도 |
□ 재생플라스틱용 3D 프린팅 기술을 통한 비정형 공공시설물의 품질평가 20% 향상□ 세부목표 설정근거- 본 연구는 마감재수를 줄여 접합부의 하자를 줄이고 최적의 출력방식을 사용하여 마감재의 형태오차를 최소화하여 마감품질을 기존대비 20% 향상하려 함- 방법으로 기존 마감재와 프린팅을 통한 마감재의 품질요소들을 쌍대비교하여(AHP 설문) 수치화시켜 기존보다 20% 높은 평가수치를 달성하려 함
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① 개발 목표 - 주관연구기관(순천향대학교): 3D 마감재용 후처리기술 개발 - 공동연구기관(디에스그룹): 3D 마감재 최적 품질·설계 기술개발 - 공동연구기관(지인디자인): 3D 마감재용 프린팅 기술 시험시공 ② 개발 내용 및 범위(시스템 구성도, 구조 등을 그림으로 구체적 표현) - 주관연구기관(순천향대학교) 마감재용 3D 프린터 마감재 불량 및 오차검토 마감재용 3D 프린터 재료 및 사양 개선 3D 프린터 후처리 기술 분석 마감재용 보조 출력물 제거 아이디어 도출 마감재용 보조 출력물 제거 기술 개발 시험시공 벽면 마감재 생산 시험시공 및 마감재용 3D 기술개선 - 공동연구기관(디에스그룹) 3D 마감재 기준면 및 출력방향 설정 3D 마감재 최적 설계기술 개발 3D 마감재 최적 설계기술 적용 및 평가 3D 마감재 시험시공을 위한 shop-drawing 모델링 - 공동연구기관(지인디자인) 프레임-마감재 접합부 시험 및 개선사항 도출 프레임-마감재 접합부 개선 시험시공벽면 프레임 제작 시험시공벽면 마감재 설치 및 분석
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
○[3D프린터용 필라멘트 연속 공급 장치] 순천향대학교- 1차년도 세부연구목표<3D 마감재용 재료 및 프린팅기술 개발>연구를 진행하는 중에 주기적인 필라멘트 스풀 교체와 주변 환경의 변화로 출력이 멈추며 일정 품질 유지의 어려움을 겪는 문제가 발생하였음. 이는 압출에서 출력의 단계를 일체화하여 지속적인 프린팅을 시도하는 방법의 기술개발로 이어짐. - 본 연구 진행을 통해 필라멘트 원재료(펠릿)을 활용하여 기존의 ①펠릿-압출-필라멘트 스풀, ②필라멘트 스풀-3D 프린터 압출 노즐의 방식에서 원재료(펠릿)-필라멘트 압출-무한출력기-3D 프린터 압출 노즐로 즉시 연결되며 필라멘트를 공급하는 무한출력 방식의 특허개발을 진행, 현재 출원 중에 있음.- 2차년도 세부연구목표<3D 마감재용 후처리기술 개발> 중 마감재 후처리면 평활도를 높이는 방안으로 해당 개발기술을 적용할 예정이며, 출력 시 환경적인 요소를 최소화하여 일괄적인 마감재 생산이 가능할 것으로 기대됨.○[3D프린팅을 활용한 비정형 패널 최적화 생산 방법] 순천향대학교- 1차년도 세부연구개발<3D 마감재 최적분할 기술개발>연구에서 비정형 패널을 출력하는 과정 중 모든 패널의 크기가 다르므로 개별적으로 모델을 생성하여 출력하는 방식을 택함. 이 과정에서 패널 1개의 무게중심축이 한 방향으로 이동하여 출력하자가 반복적으로 발생함. 따라서 패널 2개를 서로 지지하는 방식으로 연결하여 출력하게 되었으며 두 패널의 배치에 따라 이동경로가 결정됨. 이는 출력 속도를 향상시키기 위해 두 패널 사이를 이동하는 경로를 최소화하는 기술개발로 이어짐.- 본 기술개발을 통해 최적화 알고리즘을 적용하여 비 출력경로가 최소화되는 알고리즘 특허개발을 진행하였으며 3D프린팅 시 패널의 출력 순서와 배치를 최적화함. 현재 출원 중에 있음.- 2차년도 세부연구목표<3D 마감재 최적출력 기술개발>연구 중 세부연구개발<3D 마감재 최적출력 기술개발>에서 해당 개발기술을 적용할 예정. 또한 2차년도 질적 성과지표인 <마감재 품질 향상>을 위한 기술개발과 함께 2차년도 양적성과 달성치를 이끌어내고 연구성과를 높일 수 있을 것으로 기대됨.○[3D프린팅을 이용한 실내 비정형 마감재 생산 및 시공방법] 순천향대학교·지인디자인·디에스그룹- 1차년도 세부연구목표<3D 마감재 접합기술 개발>연구에서 기존 프레임-마감재 접합기술보다 시공속도가 빠르고, 정확한 시공이 가능한 기술개발을 하고자 함. 마감재 테두리에 마감재 형태의 구조를 덧대어 마감재 구조를 설계하고, 구조에 각기 크기가 다른 일자형 날개를 덧대어 연결부를 설계하는 기술을 개발. - 기존 방식과 달리 스페이스 프레임을 마감재에 연결 설계하는 방식을 택하여 시공용이성 및 속도를 각 10% 향상시켰으며 본 기술은 현재 출원 중에 있음. - 2차년도 세부연구목표<3D 마감재용 프린팅 기술 시험시공>연구에서 현 개발기술을 적용할 예정이며, 본 기술의 시스템을 통해 비정형 형태의 디자인을 쉽게 구현할 수 있음. 또한 이는 프레임 구조를 선 시공 후 마감재를 부착하는 기존 방식보다 빠른 시간 내 시공이 가능하기 때문에 핵심성과 중 <3D마감재 고속시공 기술>을 유사환경 기술시범 단계까지 이루어 낼 수 있을 것으로 기대됨.
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| 사회 경제적 파급효과 |
○ 경제적 기대성과 ■ 품질향상과 재생자재 사용을 통한 자원의 낭비 및 자재비용 저감 - 마감재의 불량 및 하자감소로 자원낭비 및 유지보수 비용 감소 - 재생 플라스틱 사용으로 자재가공비용 및 폐기물처리 비용 감소 ■ 공공시설물 가치증가 및 도시경쟁력 확보 - 공공시설물의 마감품질 향상으로 인한 시설물의 심미성 및 경제적 가치 증대 - 비정형 공공시설물로 새로운 공간을 제공하여 도시경쟁력 상승에 기여 ○ 사회적 기대성과 ■ 도시 및 지자체의 정체성 강화 및 심미적 공간 제공 - 다양한 형태의 공공시설물로 지자체의 정체성 및 경쟁력 확보 - 공공장소에 심미적 공간 제공으로 주민들의 삶의 질 향상 ■ 폐플라스틱 저감으로 환경문제 해결 - 폐플라스틱을 재활용하여 새로운 공간을 제공하고, 시설의 이동, 확장, 폐기 시에도 파쇄하여 재생재료로 재사용이 가능하므로 폐기물 처리와 자원의 순환 문제를 동시에 해결 ■ 건축분야 첨단 및 친환경 이미지 제고 - 기존의 재래식 이미지를 비정형 디자인과 3D프린팅 기술을 통해 첨단 이미지를 제고 - 기존에 건설폐기물이 환경문제에 큰 비중을 차지했으나 본 기술을 통해 자원을 순환시키는 친환경 이미지를 부각할 수 있음
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| 활용방안 |
○ 시험시공 계획 - 본 연구는 기초원천 연구과제로 TRL4 까지 적용하는 것을 목표로 하나 각 기술의 실험실 성능평가 후 비정형 벽면을 유사환경에서 시험시공(TRL6)하는 것까지 연구를 진행하려 함 - 본 연구는 최종결과물을 통해 아산시립도서관 어린이자료실의 한쪽 벽면에 시험시공을 하여 성능을 검증하고 시설물의 유지를 통해 내구성을 검토하려함 - 주관연구기관인 순천향대학교의 Industry Inside 센터는 아산시립도서관과 2018년 MOU를 체결하여 복합미디어분야 사업과 프로그램을 협력하기로 하였으며 이 중 3D 프린팅 관련 교육 및 체험프로그램 또한 포함되어 있음 - 이에 순천향대학교는 시험시공을 통해 연구의 내용을 검증하고, 아산시립도서관은 아이들에게 창의적인 공간과 3D 프린팅의 결과물을 체험할 수 있는 기회를 제공할 수 있어 시험시공은 두 기관의 협력 및 실현의지가 매우 높음 - 어린이자료실의 비정형 벽면설계는 디에스그룹이 담당하며, 마감재의 생산은 순천향대학교에서, 시공은 지인디자인이 담당하여 수행할 예정임○ 제품화 방안 - 건축분야의 3D 프린팅 기술은 아직 초기적용단계로 구조체, 시설물, 조형물 생산 등에 대한 3D 프린팅 기술이 개발되고 적용되고 있는 시점임 - 본 연구는 비정형 공공시설물의 마감재를 대상으로 하지만 마감재의 특성상 어떤 건물이나 시설물에도 적용할 수 있는 범용성과 확장성을 가짐 - 또한 본 연구는 모델링, 생산, 시공기술을 함께 개발하기 때문에 비정형 건축 마감재로 상품화할 수 있는 가능성이 높음 - 신재영 신재영 외 4인, 국내 건축분야 3D 프린팅 기술의 실무 도입에 관한 인식, 2017의 연구에서는 3D 프린팅 건축상품을 설문을 통해 상품성이 있을 것으로 기대되는 건축상품을 조사하였고 디자인담장, 벽, 커튼월, 타일, 창호재 등 마감재 부분이 심미성에 있어 높은 점수를 받아 상품성이 높은 것으로 나타났음 - 본 연구의 결과물을 통해 후속과제를 진행하여 아트월, 커튼월 부재, 지붕재 등의 마감재로 확대시켜 상용화 모델을 구축할 계획임○ 사업화 방안 - 본 연구기술의 사업화를 위해서는 비정형 건축물에 대한 현장적용 실적 및 검증이 필요하며 적용을 위한 실무적 네트워크가 구축되어야 함 - 주관연구기관인 순천향대학교는 이러한 공공시설물의 설치가 필요한 다양한 공공기관과 MOU를 맺고 있으며 공공기관의 수요에 따라 다양한 비정형 마감재 및 시설물을 본 연구기술을 통해 제공할 수 있음 - 또한 본 연구의 자문기관인 프리폼연구소는 아프리카 잠비아에 대형 3D 프린터를 통한 소형 건축물 구축사업을 KOTRA를 통해 수행할 예정이며 본 연구의 결과물인 비정형 마감재 생산기술과 연계하여 사업을 수행할 계획을 수립함 - 본 연구팀은 다양한 네트워크와 협력체계를 통해 연구의 결과물을 사업화할 수 있는 인프라를 구축하고 있으며 3D 프린팅 분야의 연구역량을 바탕으로 실현 가능한 사업계획의 수립이 가능함
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