디지털 데이터를 이용한 목제품 및 금속제품 디자인 개발에 관한 연구
윤 여 항†.1, 이 성 원2
1홍익대학교 미술대학 목조형가구학과, 2홍익대학교 디자인․공예학과
A Study on Design Development of Wood & Metal Products Using Digital Data
Yeoh-Hang Yoon
†.1, Sung-Won Lee
21Department of Woodworking & Furniture Design, Hongik University, Seoul 121-791, Korea
2Department of Design & Craft, Hongik University, Seoul 121-791, Korea
Abstract: With people’s recent increasing interest in good design products, wood and metal products have gained great popularity. However, it was believed that it would be necessary to have a transformation to the manufacturing method based on digital data and equipments from existing analog-based manufacturing method, in order to meet consumers’ demand. This study was aimed to seek for the possibility of mass-producing wood and metal products through the research on the type, usage and development conditions of digital data and the methods of uti- lizing digital equipments. As for research methods, the study analyzed the concepts and types of digital data through various internet and literature reviews and suggested perpetual calendar products as the final outcome of design development using computer data. Through this, the study summarized and organized actual design development processes by stage to provide basic data that could become the foundation of research on the design of wood and metal products using digital data. Through the outcome of this project, the following effects could be expected by developing wood and metal products through digital data. First, its accurate and precise process would help mass-produce complex forms of products and reduce their defective rate.
Second, the compatible production of various types of digital equipments would lead to a cost reduction. Third, the diversity of design could be pursued by overcoming technical limitations.
In order to satisfy the above expectation effects, such as realization of developing and produc- ing various wood and metal products, there should be designers’ creative experimental spirits, their active information exchange and cooperation with the companies concerned.
Keywords: wood & metal products, digital data
1. 서 론
1
1.1. 연구 배경 및 목적
최근 소비자들의 경제적으로 활동이 여유로워지
2012년 3월 12일 접수; 2012년 3월 26일 수정; 2012년 4월 2일 게재확정
†교신저자 : 윤 여 항 ([email protected])
고 안정기에 접어들면서 생활용품 하나에도 고품 질의 굿(Good) 디자인 제품을 선호하는 경향이 증 가하고 있다. 제품은 단지 심미성과 기능성의 차원 을 넘어 사용자와의 소통(疏通)을 원하고 있다. 이 러한 소비자의 요구를 충족시키기 위해서는 다양 한 디자인과 고품질의 제품 생산이 필수적이며, 균 일화된 고품질의 제품을 생산하기 위해서는 기존
털 장비를 적극 활용하여 제품 생산이 이루어져야 할 것이다.
해외 선진국에서는 대량생산을 활성화시키기 위 해 디지털 데이터와 장비를 적극적으로 활용함으 로써 고품질의 목제품 및 금속제품을 대량 보급하 는 데 큰 영향을 주고 있다. 하지만 국내에서는 아 직 디지털 데이터와 장비의 실태조차 파악하지 못 하고 있는 것이 현실이다. 디지털 장비를 활용한 제품이 수공업으로 만든 제품보다 가격경쟁력에서 우위를 선점했다고 할 수 없지만 수공 제작 방식 과 디지털 장비의 적절한 혼용은 다양한 디자인을 창출할 수 있고 제품의 원가 절감에도 도움이 될 수 있을 것이다. 이에 디지털 데이터의 종류와 사 용 실태, 그리고 디지털 장비의 활용 방안에 관한 연구를 통하여 목제품 및 금속제품의 대량생산 가 능성을 모색하는 데 그 목적이 있다.
1.2. 연구 범위 및 방법
국내의 디지털 데이터의 활성화는 1980년대부 터 시작하여 컴퓨터, 통신, 제작 등 모든 영역으로 확산되고 있고, 산업공예 분야에서도 디지털 시스 템을 수용하여 제품 생산을 하고 있다. 하지만 여 러 혼합 재료와 디자인의 특성에 맞는 프로그램 선택에 관해 정리 분석된 자료가 부족한 실정이다.
이에 디지털 데이터와 장비의 종류를 조사하고 제 품 생산에 이용 가능한 프로그램을 분석하여 각 재료와 디자인에 맞는 프로그램 활용의 활성화를 모색하였다. 구체적인 내용은, 디지털 데이터의 개 념 및 프로그램의 종류, 디지털 데이터를 이용한 목제품 및 금속제품의 국내․외 사례 연구, 개발
으로 제작한 만세력(萬歲曆) 디자인 샘플은 컴퓨터 데이터를 이용한 아이디어 전개, 도면 작업을 포함 한 제작 과정, 후 가공 및 마감 처리까지 디자인 개발의 전 과정을 실제 사례를 단계별로 요약, 정 리하였다. 그리고 목제 및 금속제품의 디자인 개발 프로세스를 디지털 데이터와 장비를 통한 일반적 인 제품 생산 방법을 기술하였다. 아울러 두 재료 의 특성과 가공 기법이 다른 만큼 목제품과 금속 제품으로 분리하여 연구, 분석하고 결론을 맺음으 로써 디지털 데이터를 이용 한 목제 및 금속제품 디자인 관련 연구의 기초가 될 수 있는 자료로 활 용하고, 향후 굿(Good) 디자인 제품이 소비자들에 게 제공될 수 있도록 하였다.
2. 디지털 데이터의 개념 및 국내·외 사례 2.1. 디지털 데이터의 개념
2.1.1. 디지털 데이터의 정의
디지털 데이터의 사전적 의미는 크게 세 가지가 있다. 첫째, 숫자 또는 경우에 따라서는 특수문자 와 공백문자(空白文字)가 함께 표현되는 데이터를 뜻한다. 둘째, 컴퓨터에서 이상적인 값을 취하는 데이터를 의미하며 본문(Text)과 정수(整數) 등이 있다. 셋째, 디지털 신호로 구성된 정보이며 아날 로그 데이터의 반대어이다(네이버 지식백과 사전, 2011). 즉, 숫자나 특수문자 등을 통해 구성된 이 상적인 디지털 신호를 의미한다. 아날로그 데이터 가 연속적인 값을 의미하는 데 비하여 디지털 데 이터는 ‘0, 1’과 같은 제한된 수와 ‘@, /’ 등과 같
프로그램 포맷형식 유의사항 디지털 장비와의 호환성 Auto CAD DWG, DWF, DWT
엑스포트(Export) 전 레이어(Layers) 의 정리, 폴리라인(Polyline)으로 작 업 요구
NC Cutting & Engraving, Waterjet Cutting, Laser Cutting & Engraving, Machining Center
Adobe Illustrator EPS, AI, PDF 폐곡선으로 작업 요구 Waterjet Cutting, Laser Cutting & Engra- ving, Laser printing, Etching
Rhinoceros 3D 3DS, DWG, IGES 넙스(Nubs)방식을 폴리곤(Polygon)
방식으로 변환 요구 NC Milling and lather Solid works IGES, STEP 엑스포트(Export) 전 레이어(Layers)
의 정리
NC Milling, Laser Cutting & Engraving, Maching Center
Table 1. 디지털 데이터 프로그램의 종류와 특징
은 특수문자가 단속적(斷續的)인 값을 취한다. 디 지털 데이터는 정확한 수치를 이용하여 입력하는 형식으로 같은 수치의 전파를 이송시키거나 같은 크기의 물건을 여러 개 제작하는 데 사용된다. 특 히 디자인 제품의 경우 드로잉(Drawing)된 제품을 산술적으로 계산하는 것은 현실적으로 무리가 있 으므로 디지털 데이터의 입력을 위해서는 특수한 프로그램을 사용하여 드로잉하고 디지털 데이터로 의 변환이 필요하다.
2.1.2. 디지털 데이터 프로그램의 종류
제품 제작에 필요한 디지털 데이터의 프로그램 은 크게 CAD와 CAM으로 나뉜다. CAD (Com- puter Aided Design)는 컴퓨터의 데이터 처리 능 력을 이용하여 설계에 필요한 데이터를 그림 형식 으로 나타내어 설계자의 이해를 돕는 역할을 할 뿐만 아니라 설계의 기본 개념부터 최종 마무리 해석까지 설계하는 방식이다(강재관 외 7 2007).
CAD는 다시 2차원과 3차원 CAD 프로그램으로 나뉜다. 2차원 CAD 프로그램의 종류에는 분야별 사용 용도에 맞춘 Auto CAD, CAD LT, CAD Archi 등이 있으며, 3차원 프로그램의 경우 Inven- tor, Solidworks, Rhinoceros 등이 대표적으로 사 용되고 있다. 3차원 CAD 프로그램은 도면 작도뿐 아니라 3차원 가상 시뮬레이션(Simulation)을 동 시에 할 수 있다는 장점으로 인해 산업체에서 많 이 사용되고 있으나 프로그램을 사용하기 위한 기 초과정이 어려운 단점이 있다.
CAM (Computer Aided Manufacturing)은 CAD에서 작성된 도면을 기준으로 제작 공정을 직접 관리, 제어하는 프로그램을 말한다. CAM의 종류로는 Powermill, MS, CADCEUS 등, 수많은 프로그램이 각 디지털 장비의 특징에 따라 사용되 고 있다. 또한 근래에는 Adobe Illustrator, Photo- shop 등의 디자인 소프트웨어 프로그램도 CAM 프로그램과 호환되어 사용되기도 한다(김동열 2002).
Table 1은 만세력(萬歲曆) 제작 시 사용된 디지털 데이터 프로그램의 종류와 특징을 도표로 작성하 였다. 도표의 내용과 같이 디지털 장비는 하나의 디지털 데이터만 사용 가능한 것이 아니라 여러 종류의 디지털 데이터를 호환할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 하지만 각 프로그램의 특징이 다른 만 큼 데이터 사용 선택 시 주의해야 한다. 또한 각기 다른 제품 제작에 필요한 프로그램을 사전 조사하 여 사용해야 한다.
2.2. 디지털 데이터를 이용한 목제품 및 금속제 품의 국내․외 사례
2.2.1. 국내 사례
현재 국내의 목제 및 금속제품 중 2005년 이후 대한민국 디자인 전람회의 산업공예 부문에서 입 상했던 작품 중 대표적인 10점을 선정해서 연구, 분석하여 Positioning Image Map을 구성하였다.
대한민국 디자인 전람회는 미래지향적인 작품이 출품되고 있는 국내 최고 권위의 디자인 공모전으
Fig. 1. 디지털 데이터를 이용한 국내․외 사례 분석.
로서 국내 산업디자인의 현주소를 파악하고 향후 나아갈 방향을 예상할 수 있는 좋은 자료가 되리 라고 생각한다. 특히 디지털 데이터와 아날로그 데 이터를 이용해서 관련 작품의 대량생산 가능성에 초점을 맞춰 국내 사례를 조사, 분석하였다.
Fig. 1의 국내 사례에서 보는 바와 같이 우리는 대량생산을 목적으로 하는 제품임에도 불구하고 아직까지 수공업에 의존한 방식이 상당 부분 차지 하고 있음을 간과해서는 안 된다. 또한 몇몇 공예 가 및 디자이너들이 디지털 데이터와 장비를 이용 한 제품을 제시하고 있는 초기 단계로 아날로그적 방식에서 점차 디지털 방식으로 변화해 가고 있는 과정이라고 볼 수 있다. 아울러 디지털 데이터와 장비를 이용한 제작 방식이 대량생산에 유리하다 는 점을 알 수 있다.
2.2.2 해외 사례
2005년 이후 해외에서 판매되고 있는 목제품 및 금속제품을 중심으로 인터넷 검색을 통해 자료를 조사하여 Positioning Image Map을 구성하였다.
조사 대상은 매년 프랑스 파리에서 개최되는 메종
& 오브제(Maison & Objet)의 이미지 자료 중 목 재 및 금속을 중심으로 제작된 가정용품 10점을 선정하여 본 연구의 근거로 하였다. 분석 내용은 국내 사례의 분석에서와 같이 디지털 데이터와 아 날로그 데이터를 이용한 제품의 대량생산 가능성 을 기준으로 하였다. 해외의 목제 및 금속제품의
두드러진 특징은 유니크(Unique) 함을 강조한 수 공예 방식과 대량생산을 강조한 산업공예 방식으 로 분류된다는 점이다(Fig. 1).
특히, 대량생산을 주목적으로 하는 제작 방식에 서 디지털 데이터와 장비의 이용에 관한 해답을 찾을 수 있다. Positioning Image Map의 결과 국 내 사례와는 다소 차이점을 보였다. 국내 제품의 경우 수공예 방식이 대량생산을 목적으로 사용되 는 경우가 보였으나, 해외 사례의 경우 수공예 방 식은 단품 및 소량생산을 위주로 하고 디지털 데 이터와 장비를 이용한 제품은 대량생산을 주목적 으로 사용하는 경우가 많았다. 이를 통해서 앞으로 디지털 데이터를 활용한 목제품 및 금속제품의 디 자인 개발 가능성을 찾을 수 있었다.
3. 목제품 및 금속제품 개발 현황과 프로세스 3.1. 목제 및 금속제품 개발 현황
오늘날 디지털 데이터를 이용해서 생산된 제품 은 주위에서 흔히 볼 수 있다. 하지만 대부분은 플 라스틱을 이용한 제품이 주를 이루고 있으며, 산업 공예 분야의 목제 및 금속제품은 아직까지는 아날 로그적 데이터를 이용한 작업이 상당 부분을 차지 하고 있다. 그러나 21세기 들어 디지털 데이터를 이용한 제품 개발이 활성화되고 NC 밀링(Milling), 선반(Lather)이나 레이저(Laser) 등의 디지털 기계 를 적극적으로 활용함으로써 양질의 제품 제작을
가능하게 했다. 이는 기존의 아날로그적 제품 생산 보다 정확하며 대량생산 시 경제적이라는 장점 등 으로 앞으로 활발한 활용이 기대된다.
디자인 개발 과정에서 디지털 데이터와 장비를 통한 작업은 수작업으로는 다루기 힘든 작업을 작 은 부품에서부터 디자인 전체의 모든 부분까지 다 양한 범위에 적용되고 있다. 또한 대량생산 체제를 갖추기 위해서 NC 가공 기술은 필수불가결한 요 소로 분류되고 있다. 하지만 수작업으로 구현할 수 없는 고난이도의 작업을 해결할 수 있다는 장점이 있는 반면, 프로토타입(Prototype) 제작을 위한 비 용이 많이 든다는 점과, 고가의 장비, 서로 다른 소프트웨어 데이터간의 호환성 및 프로그램 버그 (Bug) 등의 고질적인 문제는 여전히 NC 가공기술 저변 확대를 위해서 풀어야 할 과제라고 생각한다 (이&윤 2008). 따라서 본 연구에서는 디지털 데이 터를 이용하여 현재 보급화 단계에 있으며 실제 제작 현장에서 도움이 될 수 있는 제품 중 만세력 (萬歲曆) 디자인 개발에 관하여 연구하였다. 특히 디지털 데이터의 활용성과 효율성이 높은 목재와 금속(알루미늄)에 한정해서 다뤄 관련 디자이너들 의 연구 활성화에 도움이 되고자 하였다.
3.2. 디자인 개발 프로세스
3.2.1 목제품 디자인 개발 프로세스
목제품 디자인을 위한 디지털 데이터의 구축을 위해서는 CAD 또는 호환 가능한 디자인 소프트 웨어 프로그램을 이용한 도면 작성이 실행되어야 한다. 이때 주의해야 할 점은 어떠한 디지털 장비 와 호환을 할 것인지의 예상과, 디지털 장비에 연 결 가능한 프로그램의 종류를 파악해야 할 것이다.
그리고 CAD 작업을 통한 도면 작성 시 레이어 (Layer)의 정리를 확실히 해야 한다. 보편적으로 CAD 작업에서 여러 레이어의 구성을 통해 각 부 품과 제품을 분류하여 설계하고 난 후 다시 하나 의 레이어로 통합하는 과정을 해야 하는데, 이 과 정이 미흡한 경우 변환 데이터 과정에서 데이터를 읽지 못하는 실수가 생긴다. 또한, 모든 선은 폐곡 선(閉曲線, Polyline)으로 작성되어야 디지털 장비
에 호환이 가능하므로 도면 작성 시 주의해야 한 다. 아울러 시뮬레이션 과정은 도면상의 문제점을 파악하고 재검토하는 단계로서 면밀한 확인 과정 을 거쳐야 제품의 불량을 막을 수 있다.
작성된 도면을 디지털 장비와 연결하기 위해서 는 CAM 프로그램으로의 데이터 변환이 필수적이 다. 데이터 변환 시 발생할 수 있는 버그(Bug), 에 러(Error) 등을 확인한 후 디지털 장비와 연결해야 한다. 디지털 장비를 통한 제작 단계에서는 목제품 의 특성상 원목재를 목공용 NC 장비를 이용하여 황․절삭(荒․切削) 가공하는 형식과, 조각기, 밀 링, 레이저를 이용하여 조각하는 형식의 가공 기법 이 주로 사용되고 있다. 대량생산 전에 샘플 작업을 하여 불량이 없도록 세밀하게 파악해야 한다. 만약 샘플 단계에서 문제점이 파악될 경우 도면 작성 단계부터 다시 계획을 수정하여 샘플 제작을 해야 한다. 마지막으로 디지털 장비를 통해 얻어진 제품 은 표면 균일화 작업과 도색 작업을 통해 완성한다.
3.2.2. 금속제품 디자인 개발 프로세스
금속제품 디자인의 데이터 또한 목제품 디자인 과 마찬가지로 CAD 또는 디자인 소프트웨어 (Software) 프로그램을 통한 도면 작성 후 CAM으 로의 데이터 변환을 해야 한다. 그러나 금속제품의 경우 목제품과는 재료적으로 차이가 있기 때문에 원재료를 절삭 가공하기 보다는 압출이나 사출형 식의 가공기법이 주로 사용된다. 압출과 사출 과정 을 하기 위해서는 디지털 장비를 통한 성형 틀 제 작 과정이 추가된다. 금속제품의 압출 및 사출의 성형 틀 제작 시 데이터와의 호환이 특히 중요하 며 데이터 입력의 실수는 막대한 경제적 손실을 야기하므로 시뮬레이션 단계에서 더욱 주의 깊은 확인 과정이 요구된다. 성형 틀에 의해 제작된 제 품의 본체를 NC 장비와 머시닝 센터(Machining Center)와 같은 디지털 장비로 옮겨 제 2 제작 과 정을 거쳐 제품의 외형이 완성된다. 마지막으로 재 료와 표면 질감에 따른 마무리 과정을 통해서 시 제품이 완성된다. 목제품 및 금속제품의 디자인 개 발 프로세스는 Fig. 2와 같다.
Fig. 2. 목제품 및 금속제품 디자인 개발 프로세스.
Fig. 3. 목제 및 금속제품 디자인 개발 프로세스의 공통점과 차이점.
3.2.3. 목제 및 금속제품 디자인 개발 프로세스의 공통점과 차이점
설계된 데이터를 입력하여 실제 제작을 하기 위 해서는 CAD와 디자인 소프트웨어 프로그램을 통 한 도면 작업과 제작 공정 프로그램인 CAM의 호 환 관계를 이끌어내야 한다는 점이 공통점으로 조 사되었다. 그러나 재료의 특성에 따라 가공 기법이 상이하므로 디지털 장비의 활용 방법 또한 틀리다.
목재를 이용하는 경우 재료 자체에 절삭(切削) 가 공하는 것이 주된 작업이 되는 반면, 금속은 압출 및 사출을 한 후 제 2공정을 해야 하므로 공정 단 계가 차이점이라 할 수 있다. Fig. 3은 목제품 및 금속제품의 디자인 개발 프로세스의 공통점과 차 이점을 보여 준다.
4. 만세력(萬歲曆) 디자인 개발 사례 4.1. 만세력(萬歲曆) 디자인 과정
4.1.1. 아이디어 전개
평소 매년 버려지는 달력을 보며 ‘반영구적으로 사용 가능한 달력-만세력(萬歲曆)을 만들 수 없을 까?’하는 의문과 함께 환경보호 및 재료절감 차원 에 도움을 줄 수 있는 에코디자인(Eco-design)과 연계하여 디자인 발상을 하였다. 이는 매달 버려지 는 막대한 양의 종이나 기타 다양한 재료로 제작 된 달력의 환경보호 차원에서 자원의 낭비를 줄이 는 실용적인 측면뿐만 아니라 실내장식용으로도 활용할 수 있는 부수적인 효과를 얻을 수 있을 것 으로 기대된다. 이 연장선상에서 아이디어 전개는 재료 절감과 대량생산을 염두에 두고 디지털 데이
Fig. 4. Rhinoceros를 이용한 3D 도면과 렌더링.
터를 활용해서 디자인 효과를 극대화할 수 있는 소재로서 목재와 알루미늄 2가지로 한정하여 진행 하였다.
4.1.2. 디지털 소프트웨어를 활용한 도면 작업
4.1.2.1. 목제 만세력아이디어 스케치를 통해 나온 디자인을 토대로 Rhinoceros 3D 프로그램을 이용하여 도면작업과 가상 3D 렌더링을 하였다. 렌더링을 끝낸 데이터 는 디지털 장비에 직접적으로 적용할 수 있는 CAM 프로그램을 통해서 수정한 후 실제 제작에 투입되었다. Rhinoceros 3D와 CAM의 원활한 호 환성을 얻기 위해서는 적절한 확장명의 선택이 아 주 중요하다. 보통은 IGES (Initial Graphics Ex- change Specification) 파일을 주로 사용한다. IGES 파일 포맷은 서로 다른 CAD/CAM 시스템 간 제 품 데이터의 교환을 위해서 사용되는 표준 파일
형식으로 CAD로 작성된 도면 모델, 즉 외형선, 중심선, 치수선 등의 선과 치수, 기호 등의 문자로 된 도면 데이터를 다른 CAD 프로그램이나 CAM 프로그램으로의 교환을 목적으로 한다(강재관 외 7 2007).
만세력에 들어가는 문자나 숫자 부분은 Auto CAD 프로그램을 이용하여 도면을 제작하고, 레이 저 조각기와 호환이 가능한 DWG (Drawing) 확 장명을 이용한다. DWG 포맷은 Auto CAD, CADian 등과 같은 여러 종류의 CAD 프로그램과의 호환 성이 높아 도면 저장 형식으로 많이 사용되며 CAM 프로그램으로의 호환성도 좋다. Fig. 4는 Rhinoceros 3D 프로그램을 이용한 도면과 가상 3D 렌더링이다.
4.1.2.2. 금속제 만세력
확정된 디자인을 바탕으로 3차원 CAD 프로그
Fig. 5. Solidworks를 통한 조립도와 Rhinoceros를 통한 3D 모델링.
Fig. 6. Adobe Illustrator를 통안 인쇄 및 컬러계획.
램인 Solidworks를 이용한 도면 작업과 가상 3차 원 렌더링을 통해 문제점을 진단하고 제작 계획을 구체화한다. 제작된 데이터를 이용하여 디지털 장 비에 입력(Input)하기 전에 적절한 포맷 형식으로 변환시킨다. 압출 틀 제작, 머시닝 센터(Machining Center) 과정은 3차원 CAD 프로그램인 Solidworks 를 통해 도면 제작 후 IGES 파일 포맷을 이용하 여 저장하면 데이터에서 발생할 수 있는 오류를 최소화할 수 있다. 또한 Rhinoceros와 Photoshop 프로그램을 이용한 3차원 시뮬레이션을 통해 예상 결과물을 추측할 수 있다. Rhinoceros와 Photo- shop 프로그램을 이용한 시뮬레이션은 Solidworks 를 이용한 시뮬레이션보다 표면 재질의 구체적 형 상을 잘 구현할 수 있는 장점이 있어 보다 명확한
결과물의 예상을 할 수 있다. Fig. 5는 Solidworks 를 통한 조립도와 Rhinoceros를 통한 3D 모델링 이다.
만세력에 들어가는 문자나 숫자의 음각 효과를 위해서는 에칭(Etching) 가공 기법을 사용하였다.
에칭을 위해서는 Auto CAD 프로그램을 이용하여 숫자를 그린 후 DWG 확장명을 사용하여 저장하 면 디지털 장비와의 호환성이 좋다. 또한 숫자와 글자, 로고(Logo)에는 Adobe Illustrator 프로그램 을 통해서 인쇄물 디자인을 하고, 파일 포맷은 AI (Adobe Illustrator) 파일을 사용하여 저장하였다.
AI 포맷 형식은 Adobe Illustrator 프로그램의 확 장명으로 크기의 확대, 축소 시 손상을 가하지 않 는 장점이 있으며 인쇄, 출력 장비와 호환이 가능
Fig. 7. 목공용 NC 장비와 엔드밀(Endmill).
Fig. 8. 머시닝 센터의 조작 장치와 제작 준비 과정.
하다. Adobe Illustrator 프로그램을 통한 설계 시 시작점과 끝점이 정확하게 만날 때에만 디지털 장 비의 이용이 가능하므로 제작 시 주의해야 한다.
Fig. 6은 AI (Adobe Illustrator)를 통한 인쇄 및 컬러 계획을 보여주고 있다.
4.2. 만세력(萬歲曆) 제작 과정
4.2.1. 목제 만세력
컴퓨터 프로그램을 통해 저장된 데이터를 목공 용 NC 장비에 입력시키고, 목재의 종류에 따라 가 공 크기, 깊이, 스피드 등을 조절하여 입력시킨다.
또한, 목재의 종류와 경도, 제작 난이도에 따라 제 작 과정에 들어가는 시간의 차이가 있다. 특히 전 면 작업 후 후면 작업을 할 경우 위치의 변화가 없 도록 세심하게 주의해야 한다. 형태를 뒤집어도 항 상 일정한 자리에 고정시킬 수 있는 기준을 만들 어 주는 전용 템플릿(Template)을 미리 제작하여 사용하면 정확성과 효율성을 높일 수 있으며 제작
시간을 줄일 수 있다.
최종 결과물로 제시한 프로토타입(Prototype)은 단풍나무(Maple)를 소재로 하고 목공용 NC 밀링 을 사용하여 제작하였다. 제작 방법은 CAM 프로 그램을 이용하여 디지털 장비에 수치를 입력해서 전면 가공을 한 후 전용 템플릿을 이용하여 후면 가공을 하였다. 엔드밀(Endmill)은 밀링 공작기계 에 부착되어 회전하면서 금속, 목재, 아크릴 등을 깎고 매끈하게 다듬는 공구를 말한다. 엔드밀은 제 작되는 제품의 속도, 품질과 직접적으로 관련되므 로 신중하게 선택하여 사용해야 한다. 본 작업에 사용된 엔드밀은 6×6, 6×3, 6×2 mm를 이용하였 고, 작업 스피드(x, y, z축 간의 속도)는 1 : 20 : 30 으로 하여 제작하였다. Fig. 7은 목공용 NC 장비 와 엔드밀이다.
4.2.2. 금속제 만세력
확정된 디자인 계획을 컴퓨터로 데이터화한 후 금속용 NC 장비로 입력한다. 입력된 데이터 수치
까지 가능한 장치로 다 공정(多工程) 작업을 하나 의 장비로 처리한다는 장점을 갖고 있다. 최종 결 과물로 제시한 금속(알루미늄)제 만세력의 프로토 타입 제작 과정에서는 직선 가공을 통한 절단과 드릴링, 태핑 등의 작업을 하는 데 사용되었다. Fig.
8은 머시닝 센터의 조작 장치와 제작 준비 과정을 보여주고 있다.
4.3. 후 가공 및 마감 처리
4.3.1. 목제 만세력
NC 장비를 이용하여 작업한 경우에는 표면의 마감 처리가 완전히 끝난 상태가 아니므로 사포 (Sandpaper)를 이용하여 수작업을 병행해야 한다.
사포를 통한 수작업은 표면의 균일화는 물론 정리 를 위한 작업으로서 제품의 완성도에 중요한 역할 을 한다. 특히 투각(透刻) 또는 관통(貫通)하는 부 분의 처리는 뜯김을 주의하여 작업해야 한다. 표면 정리 후 도장(塗裝) 작업을 통해 제품의 병충해 및 마멸(磨滅) 등을 방지하고 목재의 휨이나 갈라짐 등을 보완하여 장기간 보존할 수 있게 한다.
목재는 재료의 특성상 도료나 오일의 선택이 중 요한 만큼 사전 테스트 과정을 거쳐 마감 방법을 선택해야 한다. 최종 결과물로 제시한 목제 만세력 의 경우 친환경 투명 우레탄(Urethane) 도료를 이 용하여 도장 처리를 하였다. 친환경 투명 우레탄 도료는 수용성 물질을 이용하여 만든 도료로서 기 존의 일반 우레탄 도료와 비교하여 건조 시 발생 하는 유기성 휘발 화합물(VOC)을 줄일 수 있는 장점이 있다. 목공용 우레탄계 도료는 부착성(附着
샘플 작업 후 진행해야 한다. 표면 착색은 알루미 늄 애너다이징(Anodizing)을 통해 색을 입히고 마 감 처리를 한다. 애너다이징은 알루미늄 표면에 피 막을 형성하여 흡착력을 증가시키고 착색을 하는 양극산화(陽極酸化) 기법을 지칭한다. 특징은 도장 이나 코팅(Coating)이 아닌 피막(皮膜)을 형성함으 로써 내구성이 좋고, 다양한 색상 표현이 가능하여 알루미늄 제품의 마감 처리로 많이 사용되고 있다.
마지막으로 AI (Adobe Illustrator)를 통해 미리 제작된 실크스크린 인쇄(Silkscreen Printing) 작업 을 통해서 마무리하였다(Fig. 6 참조).
4.4. 최종 결과물 및 분석
각기 다른 두 재료의 특성상 같은 디자인에서 출발하였지만 과정과 결과 모두 다른 양상을 보여 준다. 사용된 프로그램의 경우 목제품은 Rhino- ceros 3D와 Auto CAD를 이용하여 데이터를 구 축하였고, 금속제품은 Solidworks, Auto CAD, Adobe Illustrator를 이용하였다. 디지털 데이터를 이용한 제작 과정에서도 확연한 차이를 보였다. 목 제품의 경우 상대적으로 제품의 두께가 두꺼우며 재료의 특성상 외관 제작 시 목공용 NC 밀링을 사용하여 재료 자체에 직접 제작을 하였으나, 금속 제품의 경우 압출성형 과정이 추가되면서 목제품 에 비해 한 번의 공정이 늘어났고, 머시닝 센터 (Machining Center)를 통한 밀링, 드릴링, 태핑작 업 등이 이루어졌다. 마무리 단계에서 목제품의 경 우 사포(Sandpaper)를 통한 표면 균일화와 표면 정리가 수작업으로 이루어진 후 친환경 투명 우레 탄 도장을 통해 제품이 완성된 반면, 금속제품은
Fig. 9. 목제와 금속제 만세력 최종 결과물.
기계 작업인 헤어라인 연마(Hair Line Polishing) 를 통해 표면 정리를 거친 후 도장이 아닌 알루미 늄 착색 기법인 애너다이징(Anodizing)을 통해 마 무리가 이루어졌다.
목재를 이용한 만세력의 경우 직접 가공 형식으 로 디자인의 변화에 따른 제작 변경이 용이하지만 균일한 품질의 목재 확보가 쉽지 않다는 단점이 있는 반면, 금속제 만세력의 경우 압출 틀을 통한 2차 제작 방식으로 디자인 변경 시 압출 틀을 다시 제작하여야 하므로 비용이 많이 든다는 단점이 있 다. 따라서 두 사례를 통해 같은 디자인 제품이라 도 재료에 따라 사용되는 디지털 데이터 프로그램 과 장비, 제작 기법이 상이하다는 사실을 인지하고 제작 계획을 달리 세워야 할 것이다. 그러나 두 제 품 모두 디지털 데이터를 활용해서 대량생산의 가 능성을 보여주었다는 점에서는 공통점을 찾을 수 있었다(Fig. 9).
5. 결 론
오늘날의 소비자들은 물건 하나를 소비할 때에 도 여러 제품을 놓고 비교하여 신중히 제품을 선 택하는 경우가 많다. 이제는 같은 가격 기준에서 제품의 양(Quantity)뿐만 아니라 질(Quality)까지 꼼꼼하게 따져 소비를 하고 있다는 반증이다. 따라 서 보다 경쟁력 있는 제품을 제작하기 위해서는 정확하고 품질을 높일 수 있는 디지털 데이터와 장비를 통한 제품 생산이 필수적이라는 사실을 알 수 있다. 비록 초기 비용의 부담과 버그(Bug) 등의
문제점은 해결해 나가야 할 과제로 지적되었지만, 디지털 데이터 프로그램과 장비의 이용 확산과 지 속적인 개발을 통해 점차 해결될 수 있을 것이라 예상한다. 본 연구의 결과를 토대로 디지털 데이터 를 이용한 목제품 및 금속제품 디자인 개발의 효 과를 3가지로 요약하면,
첫째, 정확하고 정밀한 공정으로 복잡한 형상의 제품을 대량으로 제작할 수 있고, 균일화된 제작 과정을 통해 불량률을 줄일 수 있다.
둘째, 대량생산 시 디지털 데이터와 디지털 장 비의 호환 생산을 통해 임금 및 생산 비용 절감을 기대할 수 있다.
셋째, 수공업으로 제작하기 힘든 디자인의 기술 적 한계를 디지털 장비를 이용하고 극복해서 디자 인의 다양성을 추구할 수 있다.
이상의 기대 효과를 만족하기 위해서는 디자이 너들의 창의적 실험과 생산 관련 업체의 적극적이 고 유기적인 협력이 이루어질 때 비로소 다양한 목제품 및 금속제품의 디자인 개발을 통한 대량생 산이 현실화될 것으로 기대한다.
사 사
이 논문은 2011학년도 홍익대학교 학술연구진흥 비에 의하여 지원되었음.
