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겹겹이 쌓여진 섬유를 만드는 3D 프린터
해외과학 기술 동향
2015-04-25
디즈니연구소(Disney Research)와 카네기멜런대학교(Carnegie Mellon University)로 구성된 연구팀은 부드럽고, 구겨질 수 있는 물체들로 구성하기 위해서 레이저로 절단된 섬유들을 여러 층으로 쌓을 수 있는 3D 프린터를 개발하고 있다. 즉, 토끼, 인형 옷 및 핸드폰 케이스와 같은 물체들을 프린트할 수 있는 기술을 말한다. 이러한 물체들은 복잡한 기하학적 구조를 가지고 있으며, 상호작용할 수 있는 회로를 포함하고 있다.
“현재 3D 프린터는 사용자가 지정한 금속, 플라스틱 및 고무로 된 물체들을 쉽게 만들 수 있다. 그러나 봉제 인형과 같이 부드러운 섬유로 만들어진 물체들은 여전히 손으로 제조되고 있다. 여러 층으로 섬유를 프린트하는 것이 한 가지 가능한 방법으로서 이러한 종류의 물체들에 대한 생산을 자동화할 수 있을 것”이라고 피츠버그 디즈니연구소의 연구과학자인 Jim McCann이 말했다.
이러한 섬유 프린터는 원리적으로 봤을 때 물체를 접합하는 제조 방법과 유사한 것이다. 이것은 2D 형태로 잘라져 있는 여러 장의 종이나 금속들을 가지고 3D 물체를 구성하기 위해서 함께 구부리는 것이다. 섬유는 특별한 절단과 처리를 필요한 것으로서 디즈니연구팀은 프린터의 디자인에 대하여 연구하고 있다.
층층이 겹쳐진 섬유 프린터는 4월 18~23일에 서울에서 열리는 컴퓨팅시스템의 인간 요소에 대한 컴퓨팅기계협회의 연례 컨퍼런스(Association for Computing Machinery`s annual Conference on Human Factors in Computing Systems)인 CHI 2015에서 발표될 예정이다. 이 연구논문은 최고의 논문상으로 찬사를 받게 되었다. McCann뿐만 아니라, 이 연구팀에는 코넬대학교 정보과학과 박사과정 학생인 Huaishu Peng, 카메기멜런대학교 휴먼컴퓨터상호작용연구소(Human-Computer Interaction Institute)의 직원인 Scott Hudson과 Jen Mankoff가 참여하고 있다.
작년 CHI에서 Hudson은 디즈니연구소에서 개발했던 3D 물체 프린터를 발표했었다. 이것에서는 바늘로 꿰매진 섬유층들이 놓여있었다. 이와는 다르게 층층이 겹쳐진 섬유 프린팅 방법은 더 두껍고, 더 구겨질 수 있는 물체를 만들어낼 수 있는 것이다.
최신의 소프트 프린팅기기는 상부의 절단 플랫폼과 하부의 절단 플랫폼으로 구성된 두 가지 제조 표면을 포함하고 있다. 섬유는 기기를 구부려서 공급되며, 이것에서 진공은 상부 절단 플랫폼의 위쪽으로 섬유를 유지하게 된다. 이때 레이저 절단 헤드가 아래로 움직이게 된다. 레이저 절단은 섬유롤 중에서 사각형 조각들을 절단하게 되며, 레이어가 원하는 2D 형태 또는 사각형내의 모양들이 절단된다. 이러한 두 번째 절단 셋은 불완전하게 남아있게 되는데 제조 과정 동안에 이러한 모양들이 주변 섬유로부터 지원을 받게 된다.
절단이 완료되면, 본딩 플랫폼은 섬유를 들어올리고 진공은 섬유를 출력시키기 위해서 차단된다. 플랫폼은 더 낮아지게 되며, 열이 가해진 본딩 헤드가 효율적으로 사용되는데, 이전 레이어들과 겹쳐져 섬유에 열과 압축이 가해지는 것이다. 섬유는 감열성 접착제로 코팅되기 때문에 본딩 처리과정이 의상이나 플랭카드에 바느질이 되어 있지 않은 섬유 장식을 적용하기 위해서 사람이 다리미를 사용하는 것과 유사하다.
처리과정이 완성되면, 주변을 지지하는 섬유가 3D 물체를 나타내기 위해서 분리된다.
연구원들은 2 ½ 인치 토끼를 만들기 위해서 2mm 두께의 펠트 32개 층을 사용함으로써 이 기술을 증명하였다. 이 과정은 약 2 ½ 시간이 걸렸다.
“토끼를 만들기 위해서 이러한 층들을 프린트한 것은 확실하다. 왜냐하면, 토끼는 우리가 프린트하는데 사용했던 펠트와 비교하여 비교적 작은 것이었기 때문이다. 이것은 더 얇은 섬유 또는 더 큰 토끼 사이에서 상호균형을 이룬 것으로서 층들은 눈에 잘 띄지는 않았지만 프린트하는 시간은 증가하게 되었다”고 McCann이 말했다.
두 가지 타입의 재료들은 왼쪽에서 오른쪽으로 기계에 한롤의 섬유를 집어넣음으로서 물체를 만드는데 사용되어질 수 있었다. 그러나 다른 재료들의 두 번째 롤은 앞에서 뒤로 입력되어지게 되었다. 만약 재료들 중 하나가 전도성이 있다면, 와이어링에 대응하는 것들이 기기에 포함되어질 수 있을 것이다. 연구원들은 터치센서와 같은 역할을 하는 섬유 불가사리를 만들어서 이 기술의 가능성을 증명하였다. 이뿐만 아니라 핸드폰에서 LED를 밝힐 수 있도록 충분한 에너지를 이용할 수 있는 안테나를 가진 스마트폰 케이스를 만들 수 있었다.
제조된 물체의 느낌은 작은 내부적 절개를 첨가함으로서 제조단계가 처리될 수 있었다. 이러한 내부적 절개는 한 방향에서 물체를 쉽게 구부릴 수 있게 해주지만, 수직 방향으로서 강하게 유지될 수 있도록 해주는 것이다.
* 출 처 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
* 원 문 : http://www.eurekalert.org/pub_releases/2015-04/dr-drs041615.php
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