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보고서

연구보고서 기본정보

전통 공예, 건축 소재 기반 스마트 3D 프린팅용 소재 개발

연구보고서 개요

기관명, 공개여부, 사업명, 과제명, 과제고유번호, 보고서유형, 발행국가, 언어, 발행년월, 과제시작년도 순으로 구성된 표입니다.
기관명 NDSL
공개여부
사업명
과제명(한글)
과제명(영어)
과제고유번호
보고서유형 report
발행국가
언어
발행년월 2021-06-01
과제시작년도

연구보고서 개요

주관연구기관, 연구책임자, 주관부처, 사업관리기관, 내용, 목차, 초록, 원문URL, 첨부파일 순으로 구성된 표입니다.
주관연구기관 한국과학기술연구원
연구책임자 문명운
주관부처
사업관리기관
내용
목차
초록 연구개발 목표 ㅇ 본 과제 목표는 친환경, 고강도, 고접합력의 특징을 갖는 전통 공예, 건축 소재로부터 방수, 난연, 방충 등 스마트 물성을 가지는 3D 프린팅 소재 및 공정 기술을 개발하는 것임 ▪ 전통 소재인, 목재, 흙, 모래 및 한지 소재를 이용하여 기계적 물성(압축강도, 휨강도, 접착강도)을 변화할 수 있는 다물질 3D 프린팅 소재를 중점 개발함 ▪ 한옥의 목조, 벽체, 기와를 프린팅 할 수 있는 소재를 개발함 ▪ 카테콜기반 접착소재(옻, 등)의 3D 프린팅 적용 가능성을 확인하고, 건축소재의 개발을 목표로함 ▪ 3D 프린팅용으로 개발된 전통 소재별 최적 적층공정 및 3D 프린터 개발 연구개발 내용 ▪ 중대형 3D 프린팅 공정 적용을 위한 전통천연소재의 대량화 제조 기술 개발 - 나무셀룰로오스와 옻소재유래 접착제 혼합을 통한 셀룰로오스 복합소재 개발 및 3D 프린팅 최적 조건 확립 - 3D 프린팅 소재-복합소재 4종 개발 * 목분+옥수수 전분 2종, 카테콜+파우더, 셀룰로오스-자일란-옻기반 접착제 2종 ▪ 중대형 프린팅 공정 개발 - 전통구조물 실증 (나무소재 기반 창틀, 기둥, 현대식 구조물 제작) - 전통결구법의 이음 방식과 비교하여 3축으로 축방향 하중의 보강이 가능한 이음구조 (꼬인무한면체) 개발 및 구조체 형성 ▪ 복합소재 동시 프린팅 공정 개발 - 물질압출방식 중대형 3D 프린터 2종 개발: 중형 3D 프린터- 500*500*500 mm & * 중대형 3D 프린터 2,000*1000*1000mm 출력 - Powder bed 방식 3D프린터 1종, 옻기반 접착 소재+파우더 복합소재 1종 개발 - 듀얼(다중) 압출 3D 프린터 1종 개발 및 로봇 암 3D 프린팅 공정 개발 - 프린팅된 구조물의 후처리 조건 확보를 통한 경화 조건 확보 ▪ 옻 기반 접착제를 사용한 구조체 제작 및 그의 3D 프린팅 - 옻 기반 카테콜계 접착제를 적용할 수 있는 천연 재료를 선별하기 위하여 다양한 전통 천연소재에 적용하여 그 접착력을 평가 - 가장 훌륭한 접착력을 보인 셀룰로오스에 옻 기반 접착제를 적용하여, 기존 목재를 대체할 수 있는 강력한 옻 기반 복합 소재 1종 개발 - 옻 기반 셀룰로오스 복합 소재를 LOM 방식, FDM 방식 등의 3D 프린팅에 적용할 수 있는 공정 개발 및 다양한 3D 구조체 제작 ▪ 무독성 옻 기반 복합 소재에 대한 첨가제 발굴 및 물성 변화 분석 - 옻 기반 셀룰로오스 복합 소재에 여러 다당류 소재, 철 이온, 산화제를 첨가하여 3점 굽힘강도, 난연성 등에서 향상된 물성 변화를 확인 - 이를 통하여 셀룰로오스와 강한 수소결합을 형성하는 것으로 알려진 헤미셀룰로오스를 사용할 시에 5배 이상의 기계적 강도 향상 및 향상된 난연특성이 나타남을 확인 - 첨가제가 첨가된 복합 소재를 활용하여 다양한 3D 구조체 제작 ▪ 옻 기반 복합 소재의 제조 조건 최적화, 경제성 분석 및 난연 메커니즘 분석 - 옻 기반 복합 소재의 제조 비율, 경화 온도, 시간 및 첨가제의 양 등 제조조건을 최적화 - 옻 기반 복합 소재의 난연성을 다양한 열물성 분석 (TGA, 열량계 분석)을 통하여 정량화하고 다양한 화학 분석 (Raman, XPS, SEM)통한 메커니즘을 규명 ▪ 황토기반 3D 프린팅 소재의 내구성 향상 기술 개발 - 황토기반 3D 프린팅소재 3종 개발 (황토3D 프린팅 조성물, 백토3D 프린팅 조성물, 컬러화 흙 3D 프린팅 조성물) - Nozzle 최적화를 통한 내구성 향상 기술 확보: (최소 Nozzle 직경으로 3mm 확정 & 3D 프린팅 소재 이송 장치 Sealing 최적화) - 무기안료를 이용한 백토기반3D 프린팅 소재의 칼라화 3D 프린팅 소재/공정 기술개발 (XRF를 이용한 조성 분석, XRD를 통한 결정상 및 상분율 분석, SEM을 이용한 분말 형상 분석, 및 PSA를 이용한 입도 분석) ▪ 전통소재 - 3D프린팅 - 건설 - 건축 응용의 융합연구를 수행 - 1) 전통천연구조소재, 2) 전통천연 접착소재, 3) 3D 프린팅 소재화 기술 개발, 4) 건축물 3D프린팅 공정 등의 4가지 핵심요소기술 개발과 5) 건축전문가 및 전통소재 전문가를 통한 실증 건축물 제작 및 검증 ▪ 정량 성과 - SCIE급 논문 총 53편 출판,(Advanced Materials 3편, Nature Biomedical Engineering, Science Advances, PNAS 2편 등) - 특허 총 43건 (30건 출원, 13건 등록), 3D 프린팅 소재 7종, 프린터 3종 개발 - 상용화 5건- 매출 122,300천원 (신공정 개발) 달성, 창업 1건 활용계획 및 기대효과 (응용분야 및 활용범위 포함) ▪ 한옥 소재 기반의 전통 소재가 가지는 고내구성 인간친화적 소재를 3D 프린팅이 가능한 소재로 활용함으로써 첨단 3D 프린팅 기술에서 요구되는 소재 및 공정 기술을 개발하며 시장성이 가장 높은 미래, 친환경 소재 분야의 원천 기술을 획득할 수 있음 ▪ 전통천연 소재 기반인 한옥 소재를 이용한 3D 프린팅 소재 개발 기술은 한옥소재가 가지는 non-toxic, 인체친화 특성을 극대화 할 수 있기에 건축, 내장, 가구 등 다양한 분야에 활용할 수 있음 ▪ 옻 기반 접착제는 기존 상용화된 에폭시 및 아크릴레이트계 접착제들과 달리 물을 용매로 활용하므로 휘발성 유기 화합물 (VOC)을 방출하지 않으며 그에 따라 친환경적이므로 새집 증후군 등 기존 접착제의 단점이 두드러지는 분야에서의 사용이 기대됨 (출처 : 요약문 3p)
원문URL http://click.ndsl.kr/servlet/OpenAPIDetailView?keyValue=03553784&target=REPORT&cn=TRKO202200012423
첨부파일

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ICT 기술분류
주제어 (키워드)