4D 프린팅 기술로 제작된 구조물이 특정 환경에서 변화하는 원리는 무엇일까요?

Question

차세대 제조 기술로 주목받고 있는 분야로 4D 프린팅 기술인데, 일반적인 제조도 아니고 특정 환경에 노출되면 그 환경에 맞게끔 변화하는 원리가 궁금해요.

서종현 전문가 · Accepted Answer

안녕하세요. 서종현 전문가입니다.4D프린팅 기술은 3D프린팅을 기반으로 하여, 특정 환경의 자극(예 :온도,습도,빛 등)에 반응하여 물체가 변화하도록 설계된 기술입니다. 이는 스마트 재료나 기능성 재료를 사용하여 이루어지며, 이러한 재료는 외부 자극에 따라 형태, 크기,기능이 변할수있는 특성을 가지고 있습니다. 예를들어, 온도변화에 따라 팽창하거나 수축하는 재료를 사용하면, 특정온도에 노출되었을때 구조물이 자동으로 변형되고 원하는 기능을 수행할수있게 됩니다. 이로 인해 4D프린팅은 자가 조정 시스템, 의료기기,건축자재 등 다양한 분야에서 혁신적인 응용 가능성을 보여주고 있습니다.

조일현 전문가 · Answer

안녕하세요. 조일현 전문가입니다.3d 프린터에서 진화된 4번째 차원인 시간이 추가 되면서 출력되는 물체가 시간이 지남에 따라동적으로 형태를 변화 할수 있는 특징이 있습니다.이는 외부자극을 통해 반응 하여 변형됩니다.외부자극으로는 열 ,빛, 전기, 자기장, 습도, 진동, 중력 ..등이 해당 됩니다.

장준원 전문가 · Answer

4D 프린팅은 3D 프린팅 기술에 시간의 요소를 더해져서 특정 환경에 노출되면 형태나 성질이 변화하는 스마트 소재를 사용하는 기술입니다. 주로 온도, 습도, 빛, pH 등 환경 자극에 반응하는 소재를 활용하게 되는데요. 이런 소재는 자극에 따라 분자 구조를 재배열하거나 변형해 사전에 설계된 형태로 변화합니다. 이 기술은 의료, 항공, 패션 등 다양한 분야에서 맞춤형 제품과 자가 수복 기능을 제공할 가능성이 크겠습니다.

안다람 전문가 · Answer

안녕하세요. 안다람 전문가입니다.4d프린팅 기술은 스마트 소재를 사용해 특정 환경에 반응하여 형태를 변형하는 혁신적인 제조 기술입니다. 형상기억합금과 같은 특수 소재를 활용하여 열이나 빛 전기 등의 외부 자극에 따라 미리 프로그래밍된 방식으로 자동 변형되며 사람의 개입 없이 자가 조립 및 형태 변화가 가능합니다.

김상규 전문가 · Answer

안녕하세요. 김상규 전문가입니다.4D 프린팅 기술로 제작된 구조물이 특정 환경에서 변화하는 원리에 대해 간단히 열거해 보면1. 스마트 소재의 특성형상기억 합금: 4D 프린팅 기술은 형상기억 합금과 같은 스마트 소재를 사용합니다. 이러한 소재는 힘을 가해서 변형을 시켜도 본래의 형상을 기억하고, 조금만 가열해도 곧 본래의 형상으로 복원하는 특성을 가지고 있습니다2. 프로그래밍된 변형프로그래밍: 엔지니어가 출력 전 스마트 소재에 프로그래밍으로 설정을 합니다. 이 설정은 특정 환경(온도, 습도, 진동, 중력, 공기 등)에 따라 구조가 변형되도록 합니다. 예를 들어, 특정 온도나 습도가 충족되면 미리 설정한 모양으로 변신합니다]3. 자극 반응 원리자극 반응 원리: 스마트 소재는 특정 외부 자극에 반응하여 형상 또는 물성을 변화시킵니다. 예를들자면, 온도가 높아지면 구부러지는 등 다양한 자극에 따라 소재가 변형됩니다. 이러한 반응을 외부 자극에 적응하는 지능적 거동으로 설명할 수 있습니다4. 다양한 자극에 대한 반응자극 종류: 스마트 소재는 다양한 자극에 반응할 수 있습니다.  습도, 온도, 전, 자기장, 압력, 빛, 표면장력 등 매우 다양한 에너지원에 반응할 수 있으며, 이런 특징을 기반으로 복잡한 전기/기계적 시스템의 부품으로 활용될 수 있습니다5. 프로그래밍된 구조프로그래밍된 구조: 4D 프린팅으로 제작된 구조물은 프로그래밍된 모양으로 스스로 변형될 수 있습니다. 실제 예를 들면, 1차원의 선형 구조가 ‘MIT’로 형상이 변하거나, 2차원 전개도 구조가 육면체 형상으로 변하는 등 다양한 변형이 가능합니다위에 열거된 것과 같은 원리로, 4D 프린팅 기술은 초기 출력된 물체에 외부 자극을 가해 다른 모양으로 변형시킬 수 있는 기술로서, 빠르고 간편하게 3차원 구조물을 제작할 수 있습니다.

황성원 전문가 · Answer

안녕하세요. 황성원 전문가입니다.4D프린팅이란 자가변형이 가능한 재료를 3D프린터로 찍어내는 것을 의미합니다.즉, 3D프린터로 제작한 물체가 주변 환경에 의해 스스로 모양이 변화하는 기술을 4D프린팅이라고 합니다.마치 트랜스포머처럼 물체가 스스로 변형한다고 보면 됩니다.여기에 적용된 기술이 바로 ‘자가 조립 기술’입니다. 단백질 같은 생체 분자들이 스스로 결합하여 모양을 갖춰가는 원리를 공학에 응용한 것입니다.​기존의 3D프린터가 복사하듯 물체를 그대로 출력했다면, 4D프린팅을 변형이 가능한 특수 소재를 사용하기 때문에시간이 지나면서 출력한 결과물이 달라지게 됩니다.

기계공학

기계공학

4D 프린팅 기술로 제작된 구조물이 특정 환경에서 변화하는 원리는 무엇일까요?