적층 제조, 즉 3D 프린팅 기술은 기존의 제조 방식과 달리 복잡한 형상과 맞춤형 구조물을 효율적으로 생산할 수 있는 혁신적인 공정입니다. 본 연구실에서는 다양한 적층 제조 기법의 제조 특성과 한계를 체계적으로 분석하고, 이를 바탕으로 최적의 설계 방법론을 개발하는 데 중점을 두고 있습니다. 특히, 7가지 표준 적층 제조 기법의 특성 파악을 통해 각 공정의 장단점과 적용 분야를 명확히 구분하고, 실제 산업 현장에서의 활용 가능성을 높이고자 합니다. 설계 단계에서는 적층 제조의 자유로운 형상 구현 능력을 극대화하기 위해, 구조적 안정성과 경량화, 기능 통합 등 다양한 설계 목표를 동시에 달성할 수 있는 최적화 기법을 연구합니다. 이를 위해 컴퓨터 지원 설계(CAD) 시스템과 연계된 설계 자동화, 음함수 기반 모델링, 그리고 지식 기반 설계 알고리즘 등을 적극적으로 도입하고 있습니다. 또한, 설계된 구조물의 성능을 예측하고 검증하기 위한 CAE(Computer Aided Engineering) 해석 기법도 함께 발전시키고 있습니다. 이러한 연구는 항공우주, 자동차, 바이오, 에너지 등 다양한 산업 분야에서 요구되는 맞춤형 부품 및 시스템 개발에 직접적으로 기여하고 있습니다. 미래에는 인공지능과 데이터 기반 설계 기법을 접목하여, 더욱 효율적이고 신뢰성 높은 적층 제조 설계 프로세스를 구축하는 것이 목표입니다.

적층 제조 기술을 활용하여 생산된 제품의 성능과 신뢰성을 체계적으로 검증하는 것은 실제 산업 적용을 위해 필수적인 과정입니다. 본 연구실에서는 다양한 적층 제조 공정에서 제작된 구조물의 기계적 특성, 내구성, 신뢰성 등을 실험적 및 시뮬레이션 기반으로 평가하고 있습니다. 특히, 재료의 미세구조와 공정 변수에 따른 물성 변화, 그리고 복잡한 격자 구조의 거동 분석에 중점을 두고 있습니다. 성능 검증을 위해 멀티스케일 모델링, 불확실성 정량화, 실험적 데이터와 연계된 시뮬레이션 기법 등을 활용합니다. 예를 들어, 재료 압출 기반 적층 제조에서 발생할 수 있는 미세 결함이나 구조적 불균일성을 정량적으로 분석하고, 이를 바탕으로 제품의 신뢰성 향상 방안을 제시합니다. 또한, 인증 및 표준화 절차와 연계하여, 실제 산업 현장에서 요구되는 품질 기준을 만족시키는 설계 및 제조 프로세스를 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 적층 제조 기술의 상용화와 대량생산에 필수적인 기반을 제공하며, 미래에는 인공지능 기반의 자동화된 품질 평가 시스템, 실시간 모니터링 및 피드백 제어 기술 등으로 확장될 전망입니다. 이를 통해 고성능, 고신뢰성의 적층 제조 제품 개발이 가능해질 것입니다.

첨단 제조 환경에서는 설계와 제조의 경계가 점차 모호해지고 있으며, 이에 따라 설계 자동화 및 지능형 CAD 시스템의 중요성이 크게 부각되고 있습니다. 본 연구실은 함수장 기반 CAD 시스템, 음함수 표현법, 암시적 모델링 등 최신 설계 기법을 활용하여 적층 제조에 최적화된 설계 자동화 시스템을 개발하고 있습니다. 이러한 시스템은 복잡한 형상과 다중 재료, 다기능 구조물의 신속한 설계와 수정, 최적화를 가능하게 합니다. 특히, 인공지능 및 데이터 기반 설계 알고리즘을 도입하여, 설계자의 경험과 노하우를 체계적으로 축적하고, 이를 바탕으로 자동화된 설계 의사결정이 이루어질 수 있도록 지원합니다. 예를 들어, 적층 제조에 특화된 설계 지식베이스를 구축하고, 이를 활용한 설계 지원 도구를 개발함으로써, 설계 효율성과 품질을 동시에 향상시키고 있습니다. 이러한 연구는 미래의 스마트 팩토리, 디지털 트윈, 맞춤형 생산 등 차세대 제조 패러다임에 필수적인 기반 기술로 자리매김하고 있습니다. 앞으로는 클라우드 기반 협업 설계, 실시간 피드백 및 최적화, 그리고 다양한 산업 분야와의 융합을 통해 더욱 진화된 지능형 설계 시스템을 구축할 계획입니다.