3D 바이오 패브리케이션을 위한 건축 생체 소재 개발 및 출력성능 분석 - 최형인 (The Graduate School, Ajou University, 2023)
본 논문에서는 3D 바이오 프린팅 기술을 활용하여 큰 규모의 건축 공간을 조성하기 위해 바이오 재료의 생분해성과 기계적 물성을 개선하고자 하였다. 이를 위해 다양한 재료 배합 실험을 통한 최적의 재료 배합을 제안하였으며 식물 생장이 가능한 환경을 조성하기 위한 고찰을 수행하였다. 바이오 3D 프린팅 재료를 선택할 때는, 인쇄성, 기계적 특성 및 생분해성을 고려해야 한다. 바이오 제조의 주요 재료인 천연 하이드로겔 사용에서 가장 큰 어려움은 약한 기계적 특성과 빠른 생분해성이다. 적층 제조의 경우 층별로 증착하는 것이 어렵고 시간이 지남에 따라 외부 환경 섭동으로 인해 기능이 저하될 수 있음을 발견하였다. 천연 하이드로겔을 활용한다는 점에 착안하여 식물 생장이 가능한 공간을 조성해줄 수 있는 것이라는 가능성을 확인하였다. 이런 두 가지 특징을 활용하여 건축 바이오 3D 프린팅의 가능성을 제안하였다. 본 연구에서는 산업용 로봇팔과 3D 프린팅 익스투르더를 활용하여 바이오 3D 프린팅을 진행하였다. 최적의 재료 배합을 만들어내기 위해 Type 1 실험과 Type 2 실험으로 나누어서 수행하였다. Type 1 실험에서는 20가지의 재료 배합 실험을 통해 시간 경과에 따른 생분해성이 가장 적으며 비교적 좋은 기계적 물성을 가지고 있는 재료를 찾는 연구를 진행하였다. Type 2 실험에서는 토양보다 식물 생장에 도움이 될 수 있는 재료 배합을 찾아내기 위한 20가지의 재료 배합 실험을 진행하였다. 본 연구의 실험을 통해 식물 생장이 가능한 바이오 3D 프린팅에 대한 가능성을 확인하였다.
학위논문(석사)--건축학과,2023. 2
Keywords: 3D 바이오 프린팅; 건축 로봇 3D 프린팅; 바이오 재료; 적층 제조