학술논문
3D 프린팅을 이용한 연속출력 텍스타일 개발에 관한 연구 / A Study on the Development of Continuous Textiles Structure Using 3D Printing
Document Type
Dissertation/ Thesis
Author
Source
Subject
Language
Korean
Abstract
Recently, as the sustainability of clothing products has emerged, various problems of the existing clothing production method have been raised. As a result, three-dimensional printing (3D printing), which enables lead time reduction, cost savings, waste minimization, and design customization, is gaining popularity. However, regarding the current use of 3D printing, the output size was limited to the size of the print bed. Therefore, the current study used the conveyor material extrusion (CMEX) 3D printing developed for mass production, to print continuously by printing on a print bed that is similar to a conveyor belt. Moreover, compared with research on textile development in the form of "mail," which necessitated additional processes of continuously combining through printing design units due to the print bed size limitations, the current study applied the existing textile structure to print continuously. In addition, by utilizing TPU with outstanding elasticity as the printing material (as opposed to plastic materials, such as PLA and ABS, with insufficient elasticity), the study focused on 3D printing textile outputs and printing conditions, as well as the evaluation of physical properties. The study results show that among the four types of TPU filaments, E-TPU has the highest flexibility, elongation rate, and tearing strength (mechanical properties) and is thus the most suitable for making clothing. The study also found that plain weave structure has the most stable surface condition of the printed materials at the angle of 15° with a line thickness of 0.6mm and a void of 1.8mm, plain stitch structure at the angle of 25° with a line thickness of 0.8mm, and spacer fabric structure at the angle of 45° (highest) with a void of 1.2mm. Regarding the dyeing property of printed materials, dyeability was ideal when using disperse dyes. Regarding color fastness to washing and dry cleaning, resistance was noted in the change of color. However, staining could occur while washing with other clothes, thus indicating that separate washing or dry cleaning is necessary. For the physical properties of textile structures, in terms of durability, a high level of tearing strength was noted for plain weave and plain stitch types, resulting in excellent lifespan of the clothing; however, they can be easily cut because of the low tensile strength. Spacer fabric structure has high bending, tensile, and tearing strength. For the assessment of exteriors, the results show that plain weave and plain stitch types are stiff (like neoprene), flexible, light, and have a sense of volume, thereby enhancing the decorativeness of the clothing. Spacer fabric is useful for creating protective materials or leather uppers of shoes that require protection from impact. Therefore, the current study results can serve to enhance textile production using CMEX 3D printing in the future.
최근 의류 제품의 지속가능성이 대두됨에 따라 기존 의류 생산 방식의 다양한 문제가 제기되고 있다. 이에 리드타임 단축, 비용 절감, 폐기물 최소화 및 개인 맞춤 디자인을 할 수 있는 3차원 인쇄 (three dimensional printing, 이하 3DP) 기술이 각광받고 있다.그러나 기존의 3D 프린팅은 출력물의 크기가 베드의 크기로 제한되었다. 본 연구에서는 대량생산을 위해 개발된 컨베이어 벨트형 재료압출(Conveyor material extrusion, 이하 CMEX) 3DP를 사용하여 컨베이어 벨트형 베드 위에 출력함으로써 연속 출력 3D 프린팅 기술을 사용하여 연속 출력을 시도하였다. 또한 베드 크기의 한계로 인해 디자인 단위를 출력하여 연속적으로 결합하는 추가 공정을 필요로 하는 메일(mail) 형태 텍스타일 개발이 대부분이었던 선행연구와 달리, 연속 출력 가능한 텍스타일 구조체의 출력을 기존 텍스타일 구조체를 적용하여 시도하고자 하였다. 뿐만아니라 PLA, ABS 등의 신축성이 부족한 플라스틱 재료가 아닌, 탄성이 우수한 TPU를 출력 재료로 사용하여 기존엔 연구가 미흡했던 3D 프린팅 텍스타일의 출력 조건과 물성 평가 등의 3D 프린팅 텍스타일 출력에 관한 기초 연구를 진행하고자 했다. 본 연구 결과, 4종의 TPU 필라멘트 중 기계적 특성인 신축성, 연신율, 인열강도가 우수한 E-TPU가 의복 제작에 가장 적합하였다. 평직 구조체의 경우, 각도가 낮은 15°에서, 선의 굵기가 가는 0.6mm의 1.8mm 공극에서, 평편 구조체의 경우, 각도가 너무 낮지 않은 25°에서, 굵기가 가는 0.8mm 선에서, 스페이서 패브릭 구조체의 경우, 가장 높은 각도인 45°에서, 1.2mm 공극 크기에서 출력물의 표면 형태가 가장 안정적인 것으로 확인되었다. 출력물의 염색성 평가 결과, 분산염료 염색 시 염색성이 가장 우수하였다. 세탁견뢰도 및 드라이클리닝 평가 결과, 변퇴에 대한 내구성이 있었으나 다른 의류와 함께 세탁할 경우 이염될 가능성이 있어 단독 세탁 또는 단독 드라이클리닝이 필요할 것으로 확인되었다. 텍스타일 구조체의 물성 평가 결과는 내구성 평가 결과, 평직과 평편의 경우 높은 인열강도가 우수하여 의복의 수명은 우수하나, 낮은 인장강도로 인해 쉽게 절단될 수 있었으며, 스페이서 패브릭 구조체의 경우 굽힘강도 및 인장, 인열강도가 모두 우수하였다. 외관 평가 결과, 평직과 평편은 네오프렌과 유사한 뻣뻣함을 가지고 있어, 탄력성이 좋고 가벼우며 볼륨감을 부여할 수 있어 의복의 장식성 부여가 가능할 것으로 보였다. 스페이서 패브릭은 충격 보호를 필요로하는 보호용 소재, 신발의 갑피 등 다양하게 적용 가능할 것으로 보였다.이상의 연구를 바탕으로, 향후 CMEX 3D 프린팅을 사용한 텍스타일 제작에 대한 기초 자료로 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
최근 의류 제품의 지속가능성이 대두됨에 따라 기존 의류 생산 방식의 다양한 문제가 제기되고 있다. 이에 리드타임 단축, 비용 절감, 폐기물 최소화 및 개인 맞춤 디자인을 할 수 있는 3차원 인쇄 (three dimensional printing, 이하 3DP) 기술이 각광받고 있다.그러나 기존의 3D 프린팅은 출력물의 크기가 베드의 크기로 제한되었다. 본 연구에서는 대량생산을 위해 개발된 컨베이어 벨트형 재료압출(Conveyor material extrusion, 이하 CMEX) 3DP를 사용하여 컨베이어 벨트형 베드 위에 출력함으로써 연속 출력 3D 프린팅 기술을 사용하여 연속 출력을 시도하였다. 또한 베드 크기의 한계로 인해 디자인 단위를 출력하여 연속적으로 결합하는 추가 공정을 필요로 하는 메일(mail) 형태 텍스타일 개발이 대부분이었던 선행연구와 달리, 연속 출력 가능한 텍스타일 구조체의 출력을 기존 텍스타일 구조체를 적용하여 시도하고자 하였다. 뿐만아니라 PLA, ABS 등의 신축성이 부족한 플라스틱 재료가 아닌, 탄성이 우수한 TPU를 출력 재료로 사용하여 기존엔 연구가 미흡했던 3D 프린팅 텍스타일의 출력 조건과 물성 평가 등의 3D 프린팅 텍스타일 출력에 관한 기초 연구를 진행하고자 했다. 본 연구 결과, 4종의 TPU 필라멘트 중 기계적 특성인 신축성, 연신율, 인열강도가 우수한 E-TPU가 의복 제작에 가장 적합하였다. 평직 구조체의 경우, 각도가 낮은 15°에서, 선의 굵기가 가는 0.6mm의 1.8mm 공극에서, 평편 구조체의 경우, 각도가 너무 낮지 않은 25°에서, 굵기가 가는 0.8mm 선에서, 스페이서 패브릭 구조체의 경우, 가장 높은 각도인 45°에서, 1.2mm 공극 크기에서 출력물의 표면 형태가 가장 안정적인 것으로 확인되었다. 출력물의 염색성 평가 결과, 분산염료 염색 시 염색성이 가장 우수하였다. 세탁견뢰도 및 드라이클리닝 평가 결과, 변퇴에 대한 내구성이 있었으나 다른 의류와 함께 세탁할 경우 이염될 가능성이 있어 단독 세탁 또는 단독 드라이클리닝이 필요할 것으로 확인되었다. 텍스타일 구조체의 물성 평가 결과는 내구성 평가 결과, 평직과 평편의 경우 높은 인열강도가 우수하여 의복의 수명은 우수하나, 낮은 인장강도로 인해 쉽게 절단될 수 있었으며, 스페이서 패브릭 구조체의 경우 굽힘강도 및 인장, 인열강도가 모두 우수하였다. 외관 평가 결과, 평직과 평편은 네오프렌과 유사한 뻣뻣함을 가지고 있어, 탄력성이 좋고 가벼우며 볼륨감을 부여할 수 있어 의복의 장식성 부여가 가능할 것으로 보였다. 스페이서 패브릭은 충격 보호를 필요로하는 보호용 소재, 신발의 갑피 등 다양하게 적용 가능할 것으로 보였다.이상의 연구를 바탕으로, 향후 CMEX 3D 프린팅을 사용한 텍스타일 제작에 대한 기초 자료로 활용할 수 있을 것으로 기대한다.