이 연구실은 적층제조의 공정 특성과 설계 자유도를 적극 활용하는 DfAM(Design for Additive Manufacturing) 기반 설계기술을 핵심 축으로 연구를 수행한다. 단순히 기존 부품을 3D프린팅으로 대체하는 수준을 넘어서, 기존 절삭·사출·주조 공정으로는 구현이 어려운 복합 내부유로, 경량 격자구조, 기능 통합형 부품, 형상변환 구조를 처음부터 적층제조에 최적화하여 설계하는 데 초점을 둔다. 특히 기계요소 및 기구설계 역량과 CAE 해석을 결합해 구조 성능, 제작성, 후처리 가능성, 재료 거동까지 동시에 고려하는 통합 설계 접근이 특징이다. 연구 방법론 측면에서는 위상최적화, 생성적 설계, 수학적 형상 생성, 공정 시뮬레이션, 유한요소해석을 폭넓게 활용한다. DLP, 광조형, 재료압출형 프린팅 등 다양한 적층제조 방식에 대한 이해를 바탕으로, 재료 이방성, 경화도, 열변형, 적층 방향 효과를 설계 단계에 반영하는 연구가 두드러진다. 또한 광량 제어를 통해 물성을 조절하는 광조형 프린팅 특허, 형상기억 고분자를 이용한 4D 프린팅 연구, 곡면형 성형품 제조기술 등은 이 연구실이 공정-재료-구조 연계를 실제 제조기술로 확장하고 있음을 보여준다. 응용 측면에서는 변형 가능한 보호구, 기능성 기계부품, 맞춤형 제품, 경량 구조체, 메커니즘 기반 부품 등으로 확장 가능성이 크다. 최근에는 인공지능과 기계학습을 접목해 유연 그리퍼, 도어 래치, 쌍안정 메타구조 등 복잡한 메커니즘의 설계 최적화를 수행하고 있으며, 이는 차세대 디지털 제조의 설계 자동화와도 연결된다. 따라서 이 연구 주제는 적층제조를 단순한 생산기술이 아니라 새로운 제품 아키텍처와 기능 구현의 플랫폼으로 재정의하는 데 중요한 의미를 가진다.

이 연구실의 대표적인 연구 분야 중 하나는 TPMS(삼중주기 최소곡면)와 미세격자 구조를 활용한 기계적·열적 메타물질 설계이다. TPMS 구조는 높은 비표면적, 우수한 강성 대 중량비, 유동 경로 제어 가능성 등으로 인해 열교환기, 경량 부품, 에너지 흡수 구조, 타이어, 금형 냉각 구조 등 다양한 분야에 적용될 수 있다. 연구실은 이러한 구조를 수학적으로 생성하고 형상 변화, 국부 필터링, 그레이딩 설계 등을 통해 요구 성능에 맞게 조절하는 기술을 축적해 왔다. 특히 열교환기 연구에서 연구실은 유동 저항과 열전달 성능 사이의 상충관계를 해결하기 위해 구조 morphology를 변화시키는 설계 전략을 제시하였다. Additive Manufacturing 저널 게재 논문과 관련 특허에서 보이듯, TPMS 마이크로셀룰러 구조에 국부 필터링과 기능 구배를 적용해 압력 강하를 줄이면서 열효율을 높이는 방법을 연구하고 있다. 이는 전기차용 고전압 열교환기, 금형 냉각, 열확산 장치 등 실제 산업 응용과 긴밀하게 연결되며, 적층제조 특화설계와 전산유체해석(CFD)의 결합이 핵심 기술로 작동한다. 이러한 메타구조 연구는 열 분야를 넘어 기계적 성능 제어로도 확장된다. 에어리스 타이어, 에너지 흡수 반구 구조, 경량화 구조물, 열적 메타물질, 냉각회로 내장 금형 등은 모두 구조의 기하학 자체를 기능으로 활용하는 사례다. 연구실은 구조-공정-성능의 상관관계를 정량화하여 산업 현장에 적용 가능한 설계 규칙을 만드는 데 강점을 보이며, 향후 모빌리티 열관리, 고성능 제조장비, 첨단 금형 기술, 경량 기계부품 분야에서 높은 파급효과가 기대된다.

연구실은 기계적 메타물질을 단순 구조체가 아니라 센서, 액추에이터, 로봇 메커니즘과 결합되는 기능성 플랫폼으로 발전시키고 있다. Auxetic 구조, 카이럴 메타구조, 키리가미, 쌍안정 구조와 같은 비정형 메타구조를 활용하여 압축, 비틀림, 굽힘, 복합하중에 대한 특이한 변형 거동을 구현하고, 이를 통해 기존 구조보다 향상된 감도나 적응성을 확보하는 것이 핵심 목표다. 이러한 접근은 구조 자체가 성능 증폭기 역할을 한다는 점에서 차세대 스마트 기계요소 설계의 중요한 방향을 제시한다. 대표적으로 음의 포아송비를 갖는 오그제틱 메타구조를 적용한 촉각 센서 연구는 구조 유도형 감도 향상이라는 점에서 큰 의미가 있다. Advanced Functional Materials 논문에서 확인되듯, 3D 프린팅된 오그제틱 메타물질은 압축 시 국소 변형을 집중시켜 정전용량형 및 저항형 촉각 센서의 성능을 개선한다. 더 나아가 4×4 촉각 배열, 웨어러블 인솔, 보행 패턴 모니터링 등 실제 시스템 응용까지 제시하고 있어, 메타구조가 센서 패키징과 인간-기계 인터페이스 성능을 동시에 혁신할 수 있음을 보여준다. 이 연구 흐름은 로봇 시스템으로도 확장된다. 수중 부착 및 운반을 위한 불가사리 모사 구조, 유연 그리퍼 메커니즘, 로봇 보행 시스템용 TPMS 기반 메타물질, 강화학습 기반 메커니즘 설계 등은 구조설계와 로보틱스의 융합 가능성을 보여준다. 연구실은 CAE와 기계학습을 활용해 복잡한 변형 메커니즘을 효율적으로 탐색하고 있으며, 향후 소프트 로봇, 웨어러블 기기, 재활 보조장치, 촉각 인터페이스, 수중 로봇 분야에서 높은 응용 잠재력을 가진다.