3D프린팅 제조방식에 따른 신(新)조형의 표현유형과 특성

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(1)투고일_2016.02.10. 심사기간_2016.03.01.-20. 게재확정일_2016.03.24. 3D프린팅 제조방식에 따른 신(新)조형의 표현유형과 특성 The Type and Characteristic of 3D Printing Expression 하은아, 이화여자대학교 융합디자인연구소 / 조재경, 이화여자대학교 조형예술대학 산업디자인과 Ha, Euna_Ewha Womans University Design Convergence Research Center / Cho, Jae Kyung_Dept. of Industrial Design, Ewha Womans University. 차례. 1. 서론 1.1. 연구배경 및 목적 1.2. 연구범위 및 방법 2. 3D 프린팅 기술과 조형의 분류 2.1. 3D 프린팅 기술과 신조형의 가능성 2.2. 신(新)조형의 유형 3. 형(Form)의 표현유형과 특성 3.1. 마트료시카((Matryoshka)형태 3.2. 뫼비우스 스트립 형태 3.3. 비정형 형태 4. 구조(Structure)의 표현유형과 특성 4.1. 기본도형의 연속구조 4.2. 면의 연속구조 4.3. 유닛의 조합 4.4. 움직이는 부품이 포함된 연결구조 5. 질감(Texture)의 표현유형과 특성 5.1. 텍스타일(Textile) 효과 5.2. 타공(打空)패턴 5.3. 인그레이빙(Engraving) 5.4. 적층의 질감 6. 결론 참고문헌.

(2) 3D프린팅 제조방식에 따른 신(新)조형의 표현유형과 특성 The Type and Characteristic of 3D Printing Expression 하은아, 이화여자대학교 융합디자인연구소 / 조재경, 이화여자대학교 조형예술대학 산업디자인과 Ha, Euna_Ewha Womans University Design Convergence Research Center / Cho, Jae Kyung_Dept. of Industrial Design, Ewha Womans University. 3D 프린터의 도입에 따라 제조방식이 대량생산을 위한 금형제작 방식과는 확연히 달라지면서 이에 따른 디자인 형상 구. 요약. 현에 있어서도 큰 차이를 보이고 있다. 이와 같은 변혁의 시점에서 디자이너는 산업시대의 제작방식과 미의 원리에서 벗. 중심어. 어나 신조형의 표현유형과 특성 등을 다각도로 파악할 필요가 있다. 이에 본 연구는 디자이너들에게 새로운 조형방식을. 3D프린팅. 통해 창의적 사고와 영감에 도움을 주고 더 나아가 새로운 도전적 기회를 가질 수 있도록 하는데 목적이 있다. 연구 방법. 신조형. 과 범위는 3D 프린팅으로 출력된 결과물의 조형적 특성에 초점을 맞추었다. 그렇기 때문에 지금까지 3D프린팅으로 출력. 3D제작. 된 다양한 유형의 결과물들을 문헌자료와 3D프린터회사들이 제공하는 자료, 3D프린팅서비스플랫폼 등을 통해 수집하 여 분석하였다. 분석결과는 3장부터 5장으로 나누어 다루었으며, 분석한 결과를 정리하면 다음과 같다. 우선 선정된 조형 은 형(Form), 구조(Structure), 패턴(Pattern)으로 나누고, 조형적 스타일에 따라 다시 세부항목으로 재분류하였다. 형 (Form)은 마트료시카 형태, 뫼비우스스트립 형태, 비정형의 형태로 파팅라인이 없고 언더컷(Undercut)과 빼내기 경사 (Draft angle)와 같은 금형의 제약조건을 벗어난 자유로운 형상을 구현하는 경향이 강하다. 구조는 기본 도형의 연속구 조, 모듈의 조합, 면의 연속구조, 움직이는 부품이 포함된 연결구조 등으로 미세하면서 복잡하게 연결되고, 내외부의 경 계가 없으며, 전통적인 방식으로는 구현해 낼 수 없는 독특한 구조의 경향을 보여준다. 마지막으로 3D 프린팅을 통한 질 감의 표현 유형은 섬유와 같은 텍스타일의 효과, 타공을 통한 질감의 효과, 표면의 정교한 조각(인그레이빙)의 질감 표현, 적층방식을 통한 질감 표현 등으로 텍스추어를 이미지화 시키고 있다. 이러한 방식들은 전통적인 방식과는 다른 형상과 구조, 텍스추어의 표현 등을 새롭게 발현시킴으로써 조형의 창의성을 극대화시키고 있다.. ABSTRACT. With the introduction of 3D printers, the manufacturing method is different from that of the mass. Keyword. production. Accordingly, it makes a big difference in forms and shapes. In this time of transformation, designers need to seize the possibility of new plastic representation types and characteristics with. 3D Printing. various angles away from the principle of the production methods and beauty of the industrial ages.. New Form 3D Fabrication. Methods and scopes of the research has focused on the formative characteristics of the output of 3D printing. So the various types of output of 3D printing so far were collected and analyzed through documents and data provided by the 3D printer company, 3D printing service platform. The results were discussed in Chapter 3 ~ Chapter 5, summarized as follows. First, they were classified in the Form, Structure, Pattern, and reclassified in accordance with the formative style. 3D printed Form has a strong tendency to implement a free shape out of the mold constraints. e.g. Matryoshka doll form, Mobius strip form, in the form of unstructured no parting lines, such as undercut or draft angle. 3D printed Structure shows the trend of unique structures that can not be implemented in the traditional way. A delicate and intricately linked, there is no inside and outside of the boundary, e.g. a continuous structure, combination, a continuous structure of the surface containing the moving parts. Finally, 3D printed Texture has been imaged visually such as looks like textiles, the effects of punching, sophisticated engraving, a layered approach, etc. 3D printing production maximizes the creativity of plastic by expressing new Form and Structure, Texture unlike the traditional methods.. 이 논문은 2015년도 정부재원(교 육과학기술부. 인문사회기초연구사. 업)으로 한국연구재단의 지원을 받 아 연구되었음 (NRF-2015-413-S1A5B8036983)..

(3) 1. 서론 1.1. 연구배경 및 목적 18세기 산업혁명은 수공예 시대를 기계생산에 의한 산업시대로 탈바꿈시키는 커다란 변혁을 몰고 왔다. 대부분의 공산품은 대량생산을 전제로 제작되었으며, 제품의 형태와 구조는 이러한 생산방식 에 적합하도록 디자인되어야만 했다. 당시의 시대정신을 반영하여 디자인 교육을 담당했던 바우하우 스는 대량생산을 위한 표준화된 요소를 추출하고 구조를 이루는 최소한의 요소만을 사용함으로써 간 결한 형태인 기능주의와 기계미학의 개념을 탄생시켰다. 이는 20세기 조형교육의 시발점이 되었을 뿐만 아니라 근대 조형양식의 근거가 되었다. 과학과 기술세계의 인식방법과 궤를 같이하는 바우하 우스 조형운동은 객관성, 보편성, 합리성을 추구하여 기계시대에 적합한 기능주의적 조형관을 확립 함으로써 기능적인 것이 아름답다고 하는 가치를 제시하였다. 그러다 보니 직선, 원과 같은 추상적이 고 기하학적인 도형이 기본이 되었고 점, 선, 면을 기본으로 한 디자인 원리인 통일, 질서, 비례, 조화 등은 중요한 기계미학의 가치가 되었다. 이를 통해 학습된 미학의 개념은 한 세기가 지난 지금까지도 굳건히 자리매김하고 있다. 그러나 3D프린터(3D Printer)의 도입은 18세기 산업 혁명만큼의 큰 변혁을 가져올 것으로 예상된 다. 20세기 말부터 시작된 디지털 기술이 전문가들에 의해 창의적 도구로 사용되었다면 3D프린팅은 일반인들의 접근이 용이하기 때문에 변화의 폭은 디자인 생태계를 변화시킬 만큼 강력할 것으로 판 단된다. 3D프린팅(3D Printing)에 의한 신(新)제조공법은 제작 방식과 제조과정이 산업시대의 대량생산을 위한 금형방식과는 완전히 달라 디자인 형상을 구현하는데 한계가 제거 되어 복잡한 구조와 자연에 서만 가능했던 형상의 제작이 가능하게 되었다. 또한 다품종 소량생산으로 개인 맞춤형 제작을 가능 하게 하며 형상과 재료의 변경에 따라 생산의 유연성을 가진다. 이와 같은 변혁의 시점에서 디자이너들은 산업시대의 제작방식과 미의 원리에서 벗어나 3D프린팅 제작 방식에 맞는 새로운 관점의 새로운 조형문법이 필요하다. 이에 본 연구는 신조형의 표현유형과 특성 등을 다각도로 파악하여 디자이너들에게 새로운 조형방식을 통해 창의적 사고와 영감에 도움을 주고 더 나아가 새로운 도전적 기회를 가질 수 있도록 하는데 목적이 있다. 1.2. 연구범위 및 방법 신조형의 오브제들은 제작방식 또는 재료에 따라 기존의 금형방식으로 제작한 오브제와는 확연히 다 른 결과를 제공하기 때문에 3D프린팅 방식이 등장하게 되면서 생겨난 조형에 대한 개념의 변화와 새 로운 가능성에 대한 이론을 살펴보고자 한다. 더불어, 본 연구는 3D프린팅을 디자인의 프로세스로 활용하는 관점보다는 출력된 결과물의 조형적 특성에 초점을 맞추었기 때문에 출력된 사례를 찾아 분석하는 연구방법을 선택하였다. 구체적으로 지금까지 3D프린팅으로 출력된 다양한 유형의 결과 물들을 문헌자료와 3D프린터회사들이 제공하는 자료, 3D프린팅서비스플랫폼에서 제공하는 자료를 통해 수집하였다. 사례는 기존 금형의 제작방식을 통해 구현해 낼 수 있는 형상은 제외하고 3D 프린팅 방식으로 가능 한 고유한 조형의 오브제들로 선정하였다. 선정된 조형은 형(Form), 구조(Structure), 패턴(Pattern)으로 구분하고, 조형적 스타일에 따라 다 시 세부항목으로 재분류하였다. 세부사항의 연구는 3D프린팅 방식으로 제작된 실제 제품의 사례를 더하여 조형의 유형, 특징, 적용방법 등을 분석하였고, 이를 통해 새로운 조형의 가능성에 대한 체계 를 파악해보았다. 2. 3D 프린팅 기술과 조형의 분류 3D프린팅은 디지털의 데이터를 이용해 3차원 물체를 제조하는 프로세스로, 제조절차와 생산에 큰 변혁을 가져오고 있다. 복잡한 형상과 구조의 제작뿐만 아니라 시제품의 제작비용과 시간을 절감하 고 다품종 소량생산 및 손쉬운 맞춤형제작을 가능하게 한다. 또한 활용범위도 넓어져 앞으로 개인 및 소규모 커뮤니티 중심의 창작활동 수단으로도 적극 활용될 것이다. 새로운 제작방식의 등장에 따라 기초조형학연구 17권 2호 (통권 74호). 585.

(4) 조형의 형식이 달라지면 조형 문법도 달라져야 한다. 2.1. 3D프린팅 기술과 신조형의 가능성 조형이란 여러 가지 것을 사용하여 어떠한 관념에서 형체를 만들어 내는 것을 뜻한다. 어떤 물질을 빌어 이것에 필요한 형태를 부여하는 행위로 이는 재료의 특성, 기법 개발을 통한 종합적이고 창조적 인 표현활동이다. 이러한 조형은 인간이 일정한 생활목적을 효과적으로 달성하기 위한 물리적 재료를 가공하여 시각적 으로 표현한 결과이며, 기술로부터 형태를 만드는 모든 일을 포함하고 있다. 조형의 의미가 담긴 비 슷한 용어로는 형 뜨기(Moulding), 모델링(Modeling), 형태부여(Form giving), 조화적 배치, 구조, 현상(Conformation), 형식화작업(Formalization) 등이 있다.1) 이러한 조형은 생산방식과 직접적인 관계가 있다. 장인의 손에 의해 만들어진 수공예의 물건이 금형 을 통한 산업시대 대량생산방식의 결과물과 다르듯 3D 프린터에 의해 제작되는 조형 또한 이들과 확 연히 다른 차이를 가진다. 산업시대 대량생산방식은 같은 모양을 대량으로 찍어낼 수 있다는 장점을 가지고 있으나 성형된 오 브제가 금형으로부터 추출되기 때문에 언더 컷(Undercut)이나 빼내기 경사(Draft angle)와 같은 제 약으로 형상에 한계가 있었다. 반면, 3D 프린터를 이용한 제조방식은 대량생산을 위해 금형을 이용하는 소성가공(Plastic working)이나 재료를 깎아 내는 절삭가공방식과는 다른 새로운 제조 방식이다. 이는 적층 제조기술 (AM: Additive Manufacturing)이라고도 하며, 다양한 방식으로 얇은 층을 쌓아올리면서 형상을 만 들거나 3차원의 위치에 직접 재료를 굳혀 형상을 만들어내는 방식이다. 3D프린팅 기술의 유형과 프 린팅에 쓰이는 소재를 살펴보면 <표1>과 같다. <표 1> 3D프린팅의 다양한 방식 3D프린팅 기술유형 SLA. (Stereo. 사용소재. Lithography. Apparatus). 프로폴리머(광중합체). 광경화 수지 조형 방식 SLS (Selective Laser Sintering)선택. 열가소성플라스틱분말, 금속분말,. 적 레이저 소결 조형. 세라믹 분말. Tooling)레이저 직접 금속 레이저 소결. 모든 합금. 조형. 밀성을 가진다. SLA보다 강한 레이저 사용으로 금속계의 분말까지 소결 가능하다. 방식이다. 제품이나 금형의 재생 및 보수, 리모델링 등 고가의 특수 금속제품을 제작하는데 적합하다.. (Laminated. Object. Manufacturing)적층물 접합 조형방식 PolyJet. 레이저로 재료를 가열하여 응고시키는 방식으로 높은 정. 고출력 레이저 빔을 이용하여 금속의 분말을 녹여 붙이는. DMT (Laser-aided Direct Metal. LOM. 기술특징. (Photopolymer. 종이, 플라스틱필름, 금속라미네이트. Jetting. 후처리 공정과 화학반응이 필요하지 않아 친환경적이다. 매끄러운 표면의 출력이 가능하며, 출력과정의 소음은 없. Technology). 프로폴리머(광중합체). MJM (Multi Jet Modeling). 으나 FDM 방식처럼 부재료 소모비율이 높고 특수 워터 젯을 통한 부재료 후처리가 요구된다.. 잉크젯+광조형 혼합방식 열가소성플라스틱, FDM (Fused Deposition Modeling) 용융수지압출조형방식. 고출력 레이저 빔을 이용하여 재료를 커터 하는 방식으로. HDPE, 나일론, 레이우드(Laywood), 공정반응금속, 식재료. 대부분의 3D프린터들이 채택하는 방식으로 보급형 제품 이다. 플라스틱 계열 중 재료강도가 가장 높고(ABS 계열), 고체 필라멘트(filament) 재료를 노즐에서 층층이 쌓아가는 방 식이다. 재료의 변동적 수축이 발생할 수 있다. 표면이 매끄럽고 정교한 조형이 가능하다.. DLP (Digital Light Processing)마스 크 투영 이미지 경화방식. 소음 발생이 가장 적고 별도의 부재료가 소요되지 않는 프로폴리머(광중합체). 다. 유일한 면단위(cross sectional) 조형 방식으로 작업속도 가 균일하다.. 이와 같은 다양한 3D프린팅의 기술은 기존사출성형방식으로는 불가능했던 복잡한 구조, 자유로운 형상 등 조형에 큰 변화가 생기고 형태와 구조로서의 조형 뿐 아니라 새로운 소재와의 결합을 통해 1) 박경애, 입체조형연구, 서울:기문당, 2008. 586.

(5) 조형의 새로운 가능성도 제시하고 있다. 제작방법, 소재, 도구가 달라지면 조형의 유형도 달라질 수 밖에 없는 것이다. 기존 모더니즘의 미의 원칙이었던 정돈된 이미지에서 벗어나 자연의 유기적 형상과 같은 비물질적 유동성과 불규칙하고 비 예측적인 상태, 무질서 등의 조형적 특징이 나타난다. 3D프린팅의 도입에 따라 이와 같은 형태에 의미를 지니기 시작하였고, 스타일의 다양성이나 변화에 대한 새로운 시각이 필요하다. 2.2. 신(新)조형의 유형 3D프린팅 방식으로 생산된 다양한 오브제들은 유사한 조형문법을 찾을 수 있다. 3D프린팅방식이라 는 제작의 특성상 경제성과 효율성의 가치를 중시하기 때문에 생명계의 시스템인 자연의 질서, 생명 체의 세포 등과 같은 자연의 원리를 따르는 경우가 많다. 또한 파팅라인이 없고 언더컷(Undercut)과 빼내기 경사(Draft angle)와 같은 금형의 제약조건을 벗어나 전통적인 방식으로는 구현해 낼 수 없 는 자유로운 형상을 구현하는 타입이 대부분을 이루었다. 우선, 오브제들을 형(Form), 구조(Structure), 질감(Texture)으로 크게 구분하였고, 항목마다 다시 세부적으로 유형화하였다. 형(Form)은 마트료시카 형태, 뫼비우스스트립 형태, 비정형의 형태, 구조 는 기본 도형의 연속구조, 면의 연속구조, 유닛의 조합, 움직이는 부품이 포함된 연결구조 등으로 표 현된다. 질감의 표현 유형은 섬유와 같은 텍스타일의 효과, 타공을 통한 질감의 효과, 표면의 정교한 조각(인그레이빙)의 질감 표현, 적층방식을 통한 질감 표현 등으로 분류시킬 수 있었다.. 3. 형(Form)의 표현유형과 특성 형(Form)은 조형의 가장 기본이 되는 것으로 디자인의 목적이나 내용에 따라 적합한 생김새로 구체 화하게 되는 중요한 대상이다. 3D프린팅의 오브제들은 매우 복잡하고 섬세한 조형의 구현이 가능하 기 때문에 독특한 형상의 유형이 나타난다. 첫째, 오브제 안에 똑같은 형상의 작은 오브제가 끊임없 이 들어가게 하는 마트료시카 형태, 둘째, 뫼비우스 스트립 형태 셋째, 비정형 형태로 나눌 수 있다. 각 형태 별 표현 특성을 알아보면 다음과 같다. <표2> 형(Form)의 분류 유형. 마트료시카형태. 뫼비우스 스트립형태. 비정형형태. 오브제 안에 또 다른 오브제가. 안과 겉의 구분이 없는 꼬여있는. 겹겹이 들어있는 형태. 띠의 형태. 이미지. 특성. 역동적인 자유곡선의 형상. 3.1. 마트료시카(Matryoshka)2) 형태 마트료시카 형태는 파팅라인(Parting Line)없이 둘러싸여진 오브제 안에 사이즈가 작은 또 다른 동 일 오브제가 계속 존재하는 형태를 말한다. 러시아의 전통적인 인형인 마트료시카(Matryoshka)가 이와 같은 방식을 채택하고 있어 명명하였다. 내부에 존재하는 각각의 오브제는 분리되어 자유롭게 움직이며 회전한다. 3D의 좌표 값을 읽어 재료 를 굳히는 방식으로 오브제를 구현하기 때문에 내부에 공간이 존재 하는 한 끊임없이 동일 오브제를 생산해 내는 것이 가능하다. <그림1>은 마트료시카 형태를 디자인요소로 적용하여 제작한 Bamboo 조명이다. 오브제 안의 오브 제를 두는 디자인의 특성에 따라 한 번에 4개의 오브제를 출력하였다. 내부 공간을 고려하여 3개로 2) 마트료시카는 나무로 만든 러시아 인형으로 몸체 속에 조금 더 작은 인형이 잇달아 들어가 있으며 몇 회를 반복하는 겹의 구조로 대개 여섯 개 정도의 인형이 존재한다. 두산백과 기초조형학연구 17권 2호 (통권 74호). 587.

(6) 지정하였고, 총 4개의 형상은 일정한 수학적 질서에 의해 사이즈가 작아지고 있다. 불이 꺼져 있을 때는 표면이 매끈한 형태이지만 불 을 켜면 내부 두께를 다르게 표현한 단차의 의해 대 나무 마디가 음영으로 드러나게 된다. 3.2. 뫼비우스 스트립(Mobius strip)형태 좁고 긴 직사각형의 띠를 비틀어 구현된 형태의 개 <그림 1> Bamboo Lighting, chang ho-ik, 2008. 념으로 안과 겉의 구분이 없는 대표적 형상이다. 꼬 임이라는 조건을 넣어 특별한 성질을 가지게 되는데. 어떤 지점에서라도 띠의 중심을 따라 이동하면 출발한 곳의 반대 면에 도달하게 되며, 진행을 계속하 면 처음 위치로 돌아오게 된다. 이러한 연속성에 의해 뫼비우스 띠는 단일 경계를 가지게 된다. 최근 건축과 디자인 분야에서 내부와 외부라는 경계가 모호해지거나 사라지고 있는 상황을 반영할 수 있 는 개념이다. 금형의 사출방식으로는 구현해 낼 수 없으나 3D 프린팅의 방식이기 때문에 가능한 형 태이다. <그림 2>는 스테인레스스틸 소재로 제작한 뫼비우스 스티립의 형상의 병따개이다. 꼬임이라는 조건 을 넣은 뫼비우스의 형태는 손 안의 그립감을 통해 병따개의 기능적 역할을 수행하게 한다. 육각형을 기본 도형으로 하는 동일형상의 타공 패턴은 시각적촉각적 표현과 함께 재료의 경제성, 동시에 미끄 러지지 않게 하는 기능 또한 만족시킨다. <그림 2> Klein Bottle Opener, Bathsheba, shapeways.. 3.3. 비정형 형태 비정형의 형태는 기하학적 질서, 비례, 대칭 등 동. <표 3> 유클리드와 비유클리드의 개념비교 비유클리드. 질적 요소의 질서로 일컫는 정형에 대한 반대의. 정형. 비정형. 의미로 물리적 형태와 형태의 지각에 있어서 기존. 원, 삼각, 사각. 프랙탈, 카오스. 의 사고 질서를 깨는 관념적 개념을 통틀어 말한. 동적, 유기적,. 다. 일반적으로 비정형의 형태는 일종의 자유 형. 분류. 개념의 특징. 유클리드. 정적, 단순, 직선적. 곡선적, 복잡성. 태를 가지고 기존의 순수 입체에서 일탈되는 경향. 을 가지며 자유곡선이 사용되는 형태라고 볼 수 있다.3) 비정형은 왜곡된 원, 중심을 알 수 없는 원호 등과 같이 유클리드 기하학 중심의 결정론적 선형구조 에서 벗어나 복합적이고 무질서한 현상들을 비선형적 개념에 의거하여 새로운 질서와 다양성, 의외 성을 표현하고자 하는 것이라고 개념 지을 수 있다. 비정형의 형태는 자연의 유기체적 본성에 대한 인식을 강조하며 형태생성과 변화에 대한 새로운 방 법을 지향한다. 그러므로 자연의 유기체적 패턴과 조직화 과정인 프랙탈과 카오스 과정을 자주 따르 게 되는 경향이 있으며, 그것을 통해 새로운 질서를 창조해 낸다. <그림 3>의 조명은 Geoffrey Mann이 시간과 모션의 순간을 포착하여 비정형의 형상으로 구현하고 자 하였다. 빛을 따라 움직이는 나방의 경로를 3D스캐너로 읽어 디지털화하여 제작하였다. 이와 같이 비정형의 개념은 디자이너의 창조적 상상력이 더해지면서 더욱 예측 불가능한 형태로 구 현될 것이다.. 4. 구조(Structure)의 표현유형과 특성 <그림 3> Attracted to light-Long Exposure Series, Geoffrey Mann,. 구조에 대한 사례를 유형화하면 기본도형의 연속구조, 면의 연속구조, 유닛의 조합, 움직이는 부품이 포함된 구조로 나눌 수 있다. 각 구조 별 표현 특성을 알아보면 다음과 같다.. 2005. 3) 김철규, 김정재, 현대건축의 비정형 건축형태 표현특성에 관한 연구, 대한 건축학회 논문집, 2003, p.102 588.

(7) <표4> 구조(Structure)의 분류 유형. 기본도형의 연속구조. 면의 연속구조. 하나의 도형이 반복적인. 연속적인 면이 특정. 작은 구조의 유닛이. 규칙과 질서에 의해 끝없이. 규칙과 질서에 의해. 내부까지 이어져 전체. 움직이는 부품이. 유닛의 조합. 포함된 연결구조. 이미지. 특성. 되풀이 되어 하나의 전체를 반복되어 전체를 이루는 이루는 구조. 구조. 구조와 유사한 형태로. 경첩이나 베어링 같은 움직이는 구조체를 한. 통합되는 구조. 덩어리로 출력. 4.1. 기본도형의 연속구조 특정 형태를 연속적으로 반복시켜 점진적인 형태변이를 통해 구조를 형성한다. 정형적인 도형인 삼 각형, 사각형, 오각형, 육각형 등의 형태가 기본을 이루며, 이를 수학적 질서와 규칙을 통해 끝없이 되 풀이 시켜 전체의 구조를 만든다. 오브제의 내부와 외부의 경계가 따로 존재하지 않으며, 기본도형의 작은 구조는 전체 구조와 유사한 형태로 자기 유사성의 구조를 가진다. <그림4>의 OPEN CUBE Table Lamp는 격자로 되어있는 사각 <그림 4> OPEN CUBE Table Lamp MGX, Jiri Evenhuis.. 의 기본 도형이 반복되면서 램프의 큐브구조를 형성한다. 불을 끄면 반투명 호박(Amber)의 느낌을 주고 불을 켜면 사각의 섬세한 구조가 비춰지면서 깊이감과 통기성의 경쾌함을 동시에 보여준다. 4.2. 면(Plane)의 연속구조 2차원의 면(Plane)이 모여 3차원의 양(Volume)을 만든다. 면의 연속구조는 이러한 원리에 의해 하 나의 면들이 규칙과 질서를 가지고 축을 따라 볼륨을 만들고 형상을 구현한다. 면을 이용한 조형 생 성 방법은 접기, 꺾기, 면 구부리기, 구기기, 휘기, 꼬기, 말기, 비틀기 등이 있으며, 면의 상관관계에 따른 생성원리는 음과 양의 전환, 분리와 접근, 겹침, 침투, 통합, 공제, 교차, 합치 등이 있다.4) 2차원의 면은 다양한 조형생성 방법을 통해 3차원의 형상을 갖게 되며, 규칙적인 반복, 분할을 통하. <그림 5> OMI MGX. 여 연속적인 면이 하나의 구조체를 형성하게 한다. <그림 5>는 3D프린팅의 특성상 면들을 출력하여. Lighting, Assa Ashuach,. 조립하는 것이 아니라 한 가지 재료의 원피스(One Piece)로 출력하였다. 면들을 이어주는 중심축을. 2006. 따라 구부리거나 비틀면 다양한 구조와 형상으로 변형될 수 있다. 이러한 변형은 조형적 요소로 활용 할 수도 있고 빛의 양을 조절하거나 공간의 상황에 따라 선택적으로 사용할 수 있다. 4.3. 유닛의 조합 하나의 도형이 디자인의 출발점이라기보다는 이미 구조화된 유닛이 기본이 된다. 작은 구조의 유닛 이 질서를 통해 전체의 구조를 만든다. 외부에서 내부까지 이어져 전체구조와 유사한 형태로 통합되 는 구조적 특성을 가진다. 특히 3D 프린팅 방식은 과거 실현 불가능했던 복잡한 형상의 제작이 가능 하다는 장점 때문에 유닛은 주로 복합적이고 유기적인 형상으로 제작되는 경우가 많다. 연속적인 패턴구조의 방식에서는 기본 도형이나 유닛의 설정이 디자인의 출발점이며 구조를 형성하 기 위한 점진적인 형태변이 과정에서 다양한 디자인의 표현력이 구현될 수 있다. 또한 외부에서 내부로 연결된 구조는 내부와 외부의 개념이 따로 존재하지 않으며, 단일체계의 통합 을 이룬 구조를 형성한다. 구조가 내부와 외부의 관계로부터 자유롭기 때문에 재료와 스케일을 바꾸. <그림 6> QUIN Low Table. 어 다양한 조형적 실험이 가능하다. 심미적인 조형성과 별도로 구조의 최적화와 규격화, 효율성 등의. Lamp. MGX, Bathsheba. 기능성이 부가적으로 수행되기도 한다.. Grossman, 2006. 정12면체를 기본으로 하여 QUIN Low Table 램프를 만들었다. 12면에 해당하는 하나의 모듈을 제작 4) 권상구, 기초디자인-평명구성을 중심으로, 미진사, 1993, pp.46-49 기초조형학연구 17권 2호 (통권 74호). 589.

(8) 하고 이 유닛이 12면을 형성하면서 내부의 구조로 이어지게 된다. 삼각형에서 오각형으로, 오각형에 서 삼각형으로 이어지는 복잡하고 섬세한 구조를 따라 빛이 흐른다. 4.4. 움직이는 부품이 포함된 연결 구조 3D 프린팅의 구조적 장점 중 하나는 움직이는 구 조들이 조립된 상태로 출력이 가능하다는 것이다. 전통적인 방식에서는 본체를 제작하고 베어링 (Bearing)이나 힌지(Hinge, 경첩)와 같은 연결 부품을 별도로 만들어 조립이라는 공정을 거쳐야 하지만, 3D프린팅 방식을 적용하면 본체와 부품 을 한 번에 조립된 상태로 출력이 가능하다. 별도 <그림 7> Bloom Lamp, Patrick Jouin, 2010. 의 조립과정이 없어 불량품의 양이 일반적인 공정. 과 비교하여 현저히 줄어들게 된다. <그림7>은 꽃봉오리의 형상에서 영감을 얻어 구조를 재해석하였다. 빛의 양은 꽃잎이 펼쳐지는 각도 에 의해 조절되도록 자연스럽게 움직이는 구조체로 구현하였다. 전기적 장치를 제외한 꽃봉오리가 열리고 닫히도록 움직이는 구조가 포함된 본체는 한 덩어리로(all in one)로 출력되었다.. 5. 질감(Texture)의 표현유형과 특성 질감은 물체의 표면에서 느껴지는 바탕의 결을 말하며, 소재의 물리적인 조건 이외에 시각적으로 매 개된 시각적촉각적 느낌을 포함한다. 질감의 표현 유형은 섬유와 같은 텍스타일의 효과, 타공을 통한 질감의 효과, 표면의 정교한 조각(인 그레이빙)의 질감 표현, 적층방식을 통한 질감 표현 등으로 텍스추어를 이미지화 시키고 있다. <표5> 질감(Texture)의 분류 유형. 인그레이빙. 텍스타일. 타공(打空). 신축성, 유연성,. 연속적인 타공 패턴을. 경쾌함, 통기성,. 통한 심미적 시각화.. 감성적 질감표현.. 경쾌함, 경량감.. (Engraving). 적층. 이미지. 특성. 정교한 조각에 의한. 제작과정의 자연스러운. 질감표현.. 표면의 질감표현.. 5.1. 텍스타일 효과 전통적인 섬유의 직기방식인 직물을 짜거나 엮어 텍스타일 효과를 보이는 조형의 유형이며, 직조 (weaving), 메쉬(mesh),뜨개질(knitting) 등의 방식으로 구현된다. 직물의 짜임 스타일과 더불어 시각적으로 내부가 비춰지는 얇은 소재의 직조 효과를 포함하는 조형 표현이다. 부분적 겹침과 중첩(overlap)의 방식에 의해 시각적 경쾌함과 물리적 유연성과 신축성, 기 능적으로 통기성, 감성적 질감의 표현을 가능하게 한다. 이러한 특징은 자연의 실질적 속성과도 밀접 한 관계를 갖는다. <그림 8> Sofa So Good, Janne Kyttanen, 2015. 이러한 형상이 만들어지는 생성기법은 감기, 매듭, 꼬기, 비틀기 등이 있고 다양한 방법들로 조작될 590.

(9) 수 있다. 이러한 텍스타일의 표현은 형태적 변형이 자유로운 유연성을 띄게 되고 적절한 모양으로 조 절할 수 있다. 즉, 직물방식구조의 오브제는 형상의 수축과 확장을 이루는 가변적인 기능을 부가적으 로 가지게 된다. <그림8>은 디자이너 제인 키타넨(Janne Kyttanen)이 메쉬 구조의 특성을 이용하여 최소의 재료로 최강의 강도를 가진 소파를 제작하였다. 누에코치의 실이 감겨진 패턴이나 거미줄 구조와 같은 생물학적 모델에서 영감을 받아 금속의 재료 로 메쉬 구조의 원피스로 구현하였다. 5.2. 타공(打工)패턴 오브제의 표면에 구멍을 뚫는 개념의 타공(打工)방식은 디자인의 표현적 방법 중 하나로 재료의 경 제성과 시각적 경량감, 경쾌함, 투명성의 효과를 낼 수 있다. 다양한 재료의 표면에 구멍을 뚫는 형태 와 방식에 따라 다양한 조형적 패턴을 만들어 낸다. 표면의 타공은 질서와 점이, 점증 등의 방식을 통 해 표현하며 주로 생물체의 세포조직, 섬유조직 등 자연의 형태로부터 영감을 얻어 패턴을 구성하는 경우가 많다. 물결, 타공, 홈 등을 추상화시킨 후 패턴의 확장과 반복의 변화를 통해 표면에 패턴과 깊이감을 만들 어 냄으로써 텍스추어를 생성한다. <그림 9>는 기타의 외형은 기존의 원형대로 유지시키고 타공의 흥미로운 패턴을 시각적으로 이미지 화 하였다. 기타의 몸체의 패턴은 물위에 기름이 뭉쳐서 떠있는 모양에서 영감을 얻어 보로노이기하 학을 응용하여 패턴으로 제작하였다. 소재는 강성이 좋은 나일론인 듀라폼(Duraform PA)을 사용하 고 레이저신터링시스템(SLS, Selective Laser Sintering system) 방식으로 제작하였다.. <그림 9> 좌:Atom Guitar, 2012. 우: Hyphea Lamp, Alan & Isabella Livingston, 2012. <그림 9>의 균사(Hyphea)램프 역시 오브제 표면에 타공의 패턴을 표현한 조명이다. 복잡한 식물 잎 의 독특한 구조를 모방하여 제작하였다. 실제 나뭇잎 잎맥을 대상으로 창출한 패턴은 똑같은 모양이 없는 물리적인 물체를 만들어 내는 알고리즘으로 해석하였다. 5.3. 인그레이빙(Engraving) 오브제의 내 외부에 음각 또는 양각으로 얕은 이미지 를 새겨 패턴의 질감을 시각적촉각적으로 구현한다. <그림10>의 조명은 오브제의 표면에 음각의 이미지가 조각되어있어 불을 켜면 목가적 풍경, 도시의 경치와 같은 정교한 이미지가 은은한 음영으로 드러난다. 단 차를 둔 두께의 차이를 디자인의 요소로 활용하였다. 이러한 음각과 양각의 패턴을 활용하는 방식은 회화, 미술품 등의 미세한 붓의 터치감 표현에도 유용하게 활용할 수 있다. 19세기 세라믹의 자기에 음각이 되어 서 만들어지던 투명조각자기(Lithophane)에서 영감 <그림 10> Lithophane Lamp, Beth Lewis-Williams, 2014. 을 받아 현재의 3D 프린팅 기술로 제작되었다. 3D프린팅 제작방식으로 오브제의 내부 또는 표면에. 음각이나 양각의 얕은 조각을 넣어 이미지에 따라 다양한 질감 표현을 가능하게 한다. 기초조형학연구 17권 2호 (통권 74호). 591.

(10) 5.4. 적층의 질감 3D 프린팅의 가장 일반적인 제작방식은 재료를 녹여 일정한 압력으로 노즐을 통해 압출해가며 형상 을 완성시키는 적층의 방식이다. 그러므로 구현된 형상은 적층된 과정의 표면 질감이 그대로 드러나 게 되어 표면을 매끈하게 하기 위한 여러 가지 후가공을 진행한다. 그러나 <그림11>의 작품은 적층의 제작 과정을 감추려 하지 않고 오히려 디자인의 특화된 질감의 요소로 승화시켜 적층의 구조적 특징 <그림. 11>. Endless. Table,. Dirk Vander Kooij, 2012. 과 제작의 프로세스가 연상되도록 선명히 드러내고 있다. 특히 이 테이블은 압출의 적층과정이 끊김 없이 한 번의 출력으로 완성될 수 있도록 그에 적합한 형상으로 디자인하였다.. 6. 결론 3D프린팅 방식은 창작자들에게 자유로운 발상과 표현을 더욱 자유롭게 하고, 복잡한 구조와 상상의 형상을 실제로 구현 가능하도록 해주고 있다. 즉, 전통적인 방식으로는 불가능했던 형태와 구조, 패 턴 등이 실현가능해 지면서 디자이너에게 새로운 도전적 기회를 제공하고 있다. 3D프린팅으로 표현된 사례의 유형과 표현 특성을 정리하면 다음과 같다. <표6> 3D프린팅 사례의 조형방식 사례. 적용유형 형_마트료시카. Bamboo Lighting 패턴_단차에 의한 조각의 음 영, 반투명의 질감 Klein Bottle Opener. Attracted to light-Long Exposure. 형_ 뫼비우스스트립 패턴_타공. 형태 _비정형의 형태 -역동적인 자유곡선의 형상. 조형의 영감 자연의 형상_대나무 타공으로 빛의 다양화 꼬임의 조건을 넣은 뫼비우스의 형태와 타공의 패턴으로 제품의 기능을 만족 자연의 현상 _3D 스캐너를 통해 빛을 쫓는 나방의 움직임을 표현. 움직임과 역학. 생성방식 비례, 스케일 반복, 통일 트위스트 왜곡, 점이 반복 비유클리드 기하학. 효과 투명, 중첩 투과 빛의 다양성 경쾌함 경량감 투명, 중첩. 자유곡선 비정형 무작위성. 투명, 중첩. 카오스 질서, 비례, 스케일,. OPEN_CUBE Table Lamp. 구조_기본도형의 연속구조. 사각의 격자구조가 내부로 이어 짐. 통일. 투명, 중첩,. 자기유사성. 경량감. 유클리드기하학. 투과. 자기복제 2D의 면을 연속의 구조로 볼륨 OMI MGX Lamp. 구조_면의 연속구조. 을 형성 축을 중심으로 자유로운 형상변 형. 질서, 비례, 스케일 점이, 변화 트위스트, 회전. 투명, 중첩, 형태의 다양성. 비례. 복잡 QUIN Low Table 구조_유닛의 조합 Lamp. 패턴_타공의 심미적 시각화. 12면체를 기본으로 한 유닛 제 작, 유닛의 연속구조. 집중-확산. 중첩, 투과. 비유클리드 기하학. 빛의 흐름을 유도. 자기복제 움직이는 구조 Bloom Lamp. 구조_움직이는 부품과 본체의 _빛의 양을 조절하는 구조 동시에 원피스로 출력. 자연의 원리 _꽃봉오리의 열림과 달힘. 점이 반복. 자연의 원리 Sofa So Good. 패턴_텍스타일의 메쉬(Mesh) _바이오미미크리, 거미줄, 누에 효과. 고치. 기하학의 구조 비례. 기하학의 격자 구조 Atom 3D printed 패턴_타공패턴 guitar. Hyphea Lamp. 심미적 시각화 패턴_타공패턴 심미적 시각화. 자연의 현상 _Oil Coalescing on Water의 현상을 표면의 패턴구성 자연의 원리 _유전 알고리즘 형태변이. 중첩, 투명. 비례 투과 유연성 신축성 경량감 경쾌함 비례. 경량감. 스케일. 투명, 중첩. 비례. 투과. 스케일. 중첩. 592.

(11) 사례 Lithophane Lamp. Endless Table. 적용유형. 조형의 영감. 생성방식. 패턴-음각, 양각의 얕은조각 19세기 세라믹 (Engraving) 패턴-적층의 텍스처라이징. 실사의. 투명자기조각(Lithophane) 3D프린팅의. 구상적 표현. 제작과정(압출)을. 디자인의 요소로 활용. 비례, 균형, 대칭. 효과 반입체적 텍스처라이징 중첩 반입체적 텍스처라이징. 3D프린팅 방식은 형태와 구조, 효율성의 측면에서 자연의 시스템을 따르고 모방하는 경향이 강하다. 그러므로 생명계의 알고리즘을 적용하고 자연계의 패턴을 시각화하여 표현한다. 또한 기존의 전통적 인 방식에서 보여줄 수 없는 언더컷이 많은 형상, 비정형의 형상, 복잡하고 얽혀있는 섬세한 구조, 조 립의 공정이 필요 없는 힌지 구조 등을 디자인의 요소로 적극 활용하여 표현하고 있다. 3D프린팅은 다양한 활용법과 제작과정이 디자이너에게 상상력과 호기심을 자극하기에 충분할 뿐 아니라 복잡한 형태에 특별한 비용을 지불할 필요가 없고, 매번 다양한 형상을 제작하는 데에도 비용 을 요구하지 않는 등 생산성 측면에서도 많은 장점을 가지고 있어 우리 생활에 빠르게 확산될 것이다. 본 연구에서 선택한 사례들은 전통적인 방식과 차별화에 초점을 맞추다 보니 비교적 디자인의 조형 적 자유도가 높은 조명과 의자의 비중이 높았던 한계를 가진다. 그러나 앞으로 3D 프린터의 보급과 확산이 가속화 되면 다양한 분야와 품목에서도 이와 같은 조형이 등장할 것으로 예상된다. 본 연구를 통해 분석된 조형의 유형과 표현 특성들이 디자인 조형교육의 연구로 이어지기를 예상하 며, 본 연구가 기초적 역할을 할 수 있기를 기대한다. 참고문헌 권상구, 『기초디자인-평면구성을 중심으로』, 미진사, 1993 김수민, 『퍼스널 3D 프린팅』, 영진닷컴, 2014 박경애, 『입체조형연구』, 기문당, 2008 인텔코리아, 『3D프린팅 바이블 : Standard for 3D printing makers』, 제이앤씨 커뮤니티, 2015. 캐드앤그래픽스, 『3D 프린팅 가이드』, 비비미디어, 2014 크리스토퍼 바넷: 길이훈, 김상태 역, 『3D 프린팅 넥스트 레볼루션』,한빛비즈, 2014 테크노공학기술연구소, 『3D 프린터와 3D 스캐너의 세계 』,엔지니어북스, 2015 호드립슨,멜바컬만, 『3D 프린팅의 신세계』,한스미디어, 2013 Hod Lipson, Melba Kurman, 『Fabricated the new world of 3D printing』John Wiley and Sons, 2013. Stephen Hoskins, 『3D printing for artists, designers and makers』Bloomsbury, 2013. 김철규, 김정재. 「현대건축의 비정형 건축형태 표현특성연구」, 대한 건축학회 논문집, 2003 서정환, 문성민, 허재명 외「3D프린터 기술을 이용한 건축 공업 메커니즘 개발」한국정밀공학회 학술발표대회 논문 집, 2014 임준빈, 정의철 「3D프린터 시대의 입체조형 교육방향 제언」, 한국디자인학회 학술발표대회 논문집, 2014 ‘3D 프린팅산업 시장/기술동향과 주요 산업분야별 활용사례분석’지식산업정보원. R&D정보센터, 2013 http://bethlewiswilliams.com http://lilianvandaal.co https://mgxbymaterialise.com http://www.digitalforming.com http://www.dirkvanderkooij.nl http://www.jannekyttanen.com http://www.mrmann.co.uk/long-exposure-series-attracted-to-light-2 http://www.odd.org.nz/atom.html http://www.patrickjouin.com http://www.shapeways.com. 기초조형학연구 17권 2호 (통권 74호). 593.

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