3D Suspended Cell

산업용 로봇암을 활용한 3D 프린팅에 대한 연구가 산업과 학계에서 전 세계적으로 활발히 이루어지고 있으며, FGF는 플라스틱 펠릿의 사출을 통해 대형 3D 프린팅을 가능하게 하는 제조방식으로 활용되고 있다. 본 연구에서도 이러한 FGF를 통해 수평적인 면을 구성하는 천장의 모듈에 대한 디자인과 제작 실험을 수행하며, 3D 프린팅의 수직 적층 깊이에 따른 형태적 변화를 통해 시각적 투시 효과를 유도하고, 플라스틱 펠릿 재료의 조합에 따른 색상의 변화와 빛 투과성을 천장 모듈의 디자인과 제작에 적용해 보고자 하였다. 또한 천장 모듈들의 조합과 조립을 위해 필요한 연결 부재들을 고안하고, FFF 방식으로 제작하여, 천장 모듈의 집합체를 최종적으로 설치, 고정할 수 있는 시스템을 개발하고 실험해보고자 하였다. 이러한 디자인—제작의 실험을 통해 FGF 제작 천장 시스템의 프로토타입을 제안해볼 수 있다.

 

[디자인 및 코딩 프로세스]

[Robotic FGF의 개략도]

[3D Grove 평면도]

FGF로 생산되는 패널은 여러 디자인 스터디를 거쳐, 10mm, 30mm, 50mm의 두께를 가진 3가지 유형으로 결정되었으며, 각 유형에 따라 내부 패턴에도 차이를 두었다. 그림5와 같이, 50mm 패널은 와이어가 직접 연결되어 상부의 구조나 틀에 매달리고, 다른 패널들은 모두 연결접합 부재를 사용하여 50mm 패널에 연결되어 매달리도록 시스템을 구성하였다.

전체 천장 시스템은 모듈 패널들을 연결접합부재 및 기타 간단한 연결방안들을 조합하여 조립한 후 50mm 패널에 형태에 통합된 와이어용 홀에 와이어 혹은 후크를 걸어서 상부의 구조 혹은 하지에 매달릴 수 있도록 고안되었으며, 그림8과 같이 설치 가능하다. 패널 시스템 앞서 언급하였듯 50mm 패널에 30mm와 10mm패널의 하중이 전달되며 50mm 패널들만이 직접적으로 와이어를 통해 철골구조에 하중을 전달한다.

[제작 및 설치 테스트 과정]

[3d Grove]

본 설치물은 천장 프로토타입을 만들어진 목업을 독립구조물로 제작하기 위하여 기둥과 뻣어나오는 가로부재에 천장 프로토타입을 매다는 방식으로 제작되었으며, 흡사 나무와 같은 형상을 지니게 되었다.

2022년 9월부터 12월 14일까지는 서울시립대 건설공학관 학생라운지에 설치, 전시되었다가 2022년 12월 22일부터 23년 2월까지는 갤러리 이삼이삼에서 전시되고 있다.

[갤러리 이삼이삼 전시: Emerge From Grains]

참여학생연구원: 윤성훈, 안상현, 배연정

전시기획 및 디자인, 설치: 윤정원

전시보조: 방유섭

 

Completion Year: 2022

Gross Built Area (m2): 4.84

Project Location: Seoul, Republic of Seoul

Program / Use / Building Function: Installation/Demonstration for the FGF construction

                                                       Firstly, installed in the student lounge for resting

                                                       Currently, exhibited in a gallery located in Seoul as an installation

 

As the integration of robotics and 3D printing technology into architecture continues to advance, a range of experimental projects are being developed. These innovations have the potential to significantly shape the construction industry, but it is essential to also consider the environmental, social, and economic impacts throughout the entire life cycle of a building, including material sourcing, manufacturing, construction, and disassembly. "3D Grove," a 3d printing design and fabrication created through robotically FGF (Fused Granular Fabrication) using ABB IRB1200 and Dyze Pulsar extruder, was developed with these considerations in mind. The installation serves as a ceiling prototyping in a university student lounge, adding a dynamic element to the space while also conveying the message of living education. In low light environments, "3D Grove" serves as a bright, living presence.

In many cases adopting FGF for architectural construction, the design and fabrication attempts are made for wall prototypes. We tried to extend the applications of 3D Printing – finally, as a suspended panel prototype.

The main structure is designed like a tree trunk and branch. The three different ceiling types were made in different thicknesses and structural performances. Two thinner panels are attached to the thickest panels and those are hung with stainless steel wire from the steel structure. Panels are connected with the self-devised and manufactured clips, simpler clips and plastic wires. The major stainless-steel clip is made with laser-cut and bent plate, corrugated rubber plate, and FDM parts with other hardware. The groove in the rubber plate will be helping to fasten the additive layers. Also, the FDM parts controls the connection angle to create the 3D curved shape of the whole installation.

Different patterns and vertical free-curve form are introduced to three panel types. Additionally, after many experiments to bring various levels of color, gradation, and opacity, each panel type has differentiated appearance. 

The entire process of design, construction, disassembly and reassembly for exhibition was conducted with undergraduate students in Department of Architecture, University of Seoul, as for the research project.