3D 프린팅 기술을 활용한 반팔 재킷 개발 및 착용감 연구 = A study on the development and wear comfort of a short-sleeved jacket using 3D printing technology

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to develop a women's short-sleeved jacket using 3D printing technology and investigate the effect of the structure of the infill patterns, combination methods and the connection method of the 3D printed garment on wear comfort. Through this study, we aim to propose an effective way to produce apparel using 3D printing and provide basic data to the fashion industry to commercialize 3D printing apparel.
In this study, we developed a total of four short-sleeved jackets for women in their 20s using TPU material and FDM 3D printing technology, with different structures, combinations, and connection methods. The first and second developed jackets were made entirely from 3D printed prints with a grid and a triangular structure. The third and fourth garments were made by combining fabrics from grid and triangular 3D printed prints. For each developed jacket, the wearers’ wear evaluation, experts' appearance evaluation, and material mechanics evaluation were conducted to analyze the comfort and manufacturability of 3D printed apparel. The results of this study are as follows.
Firstly, the wear evaluation and experts' appearance evaluation showed that the grid structure provided a better wear comfort than the triangular structure. The grid structure provided a more flexible and comfortable wearing experience compared to the triangular structure. On the other hand, the triangular structure was evaluated as less comfortable due to its stiff and rough texture. The results show that the grid structure has distinct strengths in improving the wearability of 3D printed apparel, indicating that it is more suitable for creating 3D printed apparel.
In addition, the developed jackets combined with the 3D printed prints and fabrics were found to deliver a better wear comfort, showing that the combination with fabrics can improve the wear comfort and appearance of 3D printed garments. We believe this is because the 3D printed print itself is limited in flexibility and lacks the ability to form curved surfaces, so the fabric allows for more fluid movement in areas of the body that are more curved. These results show that combining fabrics is an effective way to improve the wear comfort and appearance of 3D printed apparel.
Secondly, the aesthetic value of the 3D printed apparel was highly valued in both the wear evaluation and the experts' appearance evaluation. Both wearers and experts gave positive evaluations of the appearance of garments made with 3D printing technology, suggesting that 3D printed apparel can be positively accepted in the fashion market.
The mechanical evaluation also showed that the grid structure had better tensile strength than the triangular structure. This means that the material has better elongation and resilience, which can be interpreted as a positive impact on the suitability of human motion when wearing the garment. In addition, the grid output structure has relatively better mechanical properties, which can lead to a longer service life as an apparel material. Therefore, it is found to be more suitable to produce 3D printed apparel than the triangular structure.
Finally, in this study, we experimented with the effective production method and connection method of 3D printed apparel to explore the feasibility of 3D printed apparel production. We found that using a 3D pen iron and a sewing machine to connect the 3D printed output was effective, and TPU material was found to be able to produce natural clothing and minimize activity restrictions.
In conclusion, this study explored the feasibility of creating garments using 3D printing technology and provided important insights into the wear comfort, aesthetic value, and manufacturing methods of the garments produced. However, to further develop and broaden the scope of applications of 3D printed apparel, further studies should be conducted on various materials, evaluations, output structures, and fashion items, which will provide new possibilities for the fashion industry.

국문 초록 (Abstract)

본 연구의 목적은 3D 프린팅 기술을 활용하여 여성용 반팔 재킷을 개발하고 3D 프린팅 출력물의 내부채움 패턴의 구조, 의류의 조합방법과 연결방법이 착용감에 미치는 영향을 조사는 것이다. 본 연구를 통하여 3D 프린팅을 이용한 의류를 제작하는 효과적인 방법을 제안하고, 패션산업에 3D 프린팅 기술을 활용한 의복 제작 및 이의 상용화에 도움이 될 수 있도록 기초자료를 제공하고자 한다.
이를 위해 본 연구에서는 TPU 소재와 FDM 3D 출력 방식을 사용하였으며 각기 다른 구조, 조합 방식 및 연결 방법을 사용하여 총 4벌의 20대 여성을 위한 반팔 재킷을 개발하였다. 첫 번째와 두 번째 개발복은 전체적으로 각각 그리드 구조와 삼각형 구조의 3D 프린팅 출력물로 제작되었다. 세 번째와 네 번째 개발복은 각각 그리드 구조, 삼각형 구조의 3D 프린팅 출력물에 원단을 결합하여 제작되었다. 각 개발복에 대해 착용자의 착용평가, 전문가 외관평가 및 소재 역학 평가를 실시해 3D 프린팅 의류의 착용감 및 제작 가능성을 분석하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다.
첫째, 착용평가와 전문가 외관평가에서는 그리드 구조가 삼각형 구조보다 더 우수한 착용감을 제공하는 것으로 나타났다. 그리드 구조는 삼각형 구조에 비해 더 유연하고 편안한 착용감을 제공하는 것으로 나타났다. 반면, 삼각형 구조는 뻣뻣하고 거친 느낌으로 인해 착용감이 떨어지는 것으로 평가를 받았다. 평가결과에 따르면 그리드 구조는 3D 프린팅 의류의 착용감을 개선하는 데에 뚜렷한 장점을 갖고 있으며 이는 3D 프린팅 의류 제작에 대해 더 적합하다는 점을 확인시켜준다.
또한, 3D 프린팅 출력물과 원단과 결합한 개발복이 더 좋은 착용감을 제공하는 것으로 확인되었으며 원단과의 결합이 3D 프린팅 의류의 착용감과 외관을 개선할 수 있다는 점을 확인할 수 있었다. 이는 3D 프린팅 출력물 자체는 유연성에 한계가 있고 곡면을 형성할 수 있는 능력이 부족하기 때문에 신체 곡선이 많은 부위는 원단을 결합함으로써 더 유연한 움직임이 가능했기 때문으로 판단한다. 이러한 결과는 원단과의 결합이 3D 프린팅 의류의 착용감과 외관 개선에 효과적인 방법임을 보여준다.
둘째, 착용평가와 전문가 외관평가에서 3D 프린팅 의류의 미적 가치가 높게 평가되었다. 착용자와 전문가 모두 3D 프린팅 기술로 제작된 의류의 외관에 대해 긍정적인 평가를 제시했으며, 이는 3D 프린팅 의류가 패션 시장에서 긍정적인 반응을 얻을 수 있음을 시사하였다.
역학적 평가에서도 그리드 구조가 삼각형 구조보다 우수한 인장 특성을 보여주었다. 이는 소재의 신장성과 회복성이 더 우수함을 의미하며, 의복 착용 시 인체 동작 적합성에 긍정적인 영향을 미친다고 해석할 수 있다. 또한, 그리드 출력 구조는 역학적 특성이 상대적으로 더 우수해 의류 소재로써 사용 수명이 더 길 수 있다. 이에 따라 삼각형 구조보다 3D 프린팅 의류 제작에 더 적합하다고 판단하였다.
마지막으로, 본 연구에서는 3D 프린팅 의류의 효과적인 제작 방법과 연결 방법을 실험하였으며 이를 통해 3D 프린팅 의류의 제작 가능성을 탐색하였다. 3D 펜 인두기와 재봉틀을 사용하여 3D 프린팅 출력물을 연결하는 것이 효과적임을 확인했으며 TPU 소재는 자연스러운 의류 제작이 가능하며 활동의 제한을 최소화하는 것으로 확인하였다.
종합적으로, 본 연구는 3D 프린팅 기술을 활용한 의류 제작의 가능성을 탐색하고 이를 통해 제작된 의류의 착용감, 미적 가치, 그리고 제작 방법에 대해 중요한 통찰을 제공하였다. 하지만 3D 프린팅 의류의 발전과 응용 범위를 넓히기 위해서는, 후속연구에서 더 다양한 소재, 평가, 출력 구조, 패션 아이템 등에 대해 진행해야 하며, 이를 통해 의류 산업에 새로운 가능성을 제시할 수 있을 것이다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• A. 연구의 필요성 1
• B. 연구의 목적 및 내용 4
• Ⅱ. 이론적 배경 6
• A. 3D 프린팅 6
• 1. 3D 프린팅의 원리 및 제작과정 6
• 2. 3D 프린팅의 재료 12
• B. 의류분야에서의 3D 프린팅 기술 15
• 1. 3D 프린팅 기술 활용 사례 및 연구 15
• 2. 3D 프린팅 출력 구조 23
• C. 3D 프린팅 의류의 착용감 28
• 1. 의류의 착용감 28
• 2. 3D 프린팅 의류 착용감의 현황 29
• Ⅲ. 연구 방법 31
• A. 연구 절차 및 구성도 31
• B. 3D 프린팅 의류 설계 33
• 1. 개발복 디자인 33
• 2. 개발복 제작 과정 36
• C. 역학적 성능 평가방법 42
• D. 착용평가 방법 45
• 1. 착용대상자 선정 45
• 2. 착용평가 설문지 구성 48
• 3. 자료 분석 방법 51
• E. 전문가 외관평가 방법 52
• 1. 전문가 선정 52
• 2. 외관평가 설문지 구성 52
• 3. 자료 분석 방법 55
• Ⅳ. 연구 결과 56
• A. 3D 프린팅 개발복의 설계 56
• 1. 3D 프린팅 출력 실험 결과 56
• 2. 개발복 제작 결과 60
• B. 역학적 성능평가 결과 66
• 1. 인장강도 결과 66
• 2. 신율 결과 67
• C. 착용평가 결과 69
• 1. 착의사진 69
• 2. 착용평가 결과 74
• D. 외관평가 결과 96
• 1. 전문가 외관평가 결과 96
• 2. 전문가 견해 116
• E. 종합결과 118
• Ⅴ. 결론 및 논의 120
• A. 결론 120
• B. 연구의 제한점 및 제언 124
• 참 고 문 헌 126
• 부록 1 착용평가 설문지 134
• 부록 2 전문가 외관평가 설문지 138
• 부록 3 착용대상자의 착의사진 144
• 부록 4 착용평가 결과 그래프 152
• ABSTRACT 162