3D 프린팅을 활용한 모듈러 텍스타일의 구조적 특성 연구
Copyright ⓒ 2025 The Digital Contents Society
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-CommercialLicense(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
초록
본 연구는 3D 프린팅을 활용한 모듈러 텍스타일의 구조적 특성과 시각적 조형성을 고찰하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 연결 방식, 기하학 패턴, 재료 특성의 세 가지 요소를 중심으로 구조를 유기 곡면형, 고정 격자형, 정밀 곡선형으로 분류하고, 각 유형의 시각적 리듬, 공간 흐름, 재료 반응성을 분석하였다. 구조 요소별 분루 기준을 설정한 후 실제 제작 사례를 대상으로 모듈 단위가 결합되어 유연하고 입체적인 표면 구조를 형성하며, 움직임과 신체, 공간과의 상호작용을 유도함을 확인하였다. 이러한 구조는 평면 중심의 직물 개념을 확장하며, 구조 중심의 새로운 조형 언어를 제시한다. 본 연구는 디지털 제작 기술과 디자인 원리를 접목하여 구조, 재료, 표면 표현 간의 연계를 강조하고, 반응성 있고 시각적으로 풍부한 텍스타일 디자인 가능성을 제안한다.
Abstract
This study aims to explore the structural and visual characteristics of modular textiles manufactured using 3D printing. To achieve this, it sets three structural elements—connection method, geometric pattern, and material property—as analytical criteria and classifies modular structures into three types: organic curved, fixed lattice, and precisely contoured. Each type is then examined in terms of visual rhythm, spatial flow, and material responsiveness. After establishing the classification criteria for structural elements, the study analyzes cases of actual production to demonstrate how modular units form flexible and 3D textile surfaces, enabling interactions between form, body, and movement. These structures extend beyond the conventional notion of flat textiles, offering a new language of structural aesthetics. By integrating digital fabrication technologies with design principles, the study emphasizes the interconnection between structure, material, and surface expression, thereby indicating the potential for responsive and visually rich textile designs.
Keywords:
Digital Fabrication, 3D Textile Printing, Modular Structure, Responsive Morphology, Structure-Based Design Strategy키워드:
디지털 패브리케이션, 3D 프린팅 텍스타일, 모듈러 구조, 반응형 조형, 구조 기반 디자인Ⅰ. 서 론
1-1 연구 배경 및 목적
3D 프린팅 기술은 산업 전반에 걸쳐 제조 방식의 패러다임을 변화시키며, 디자인·패션·건축 등 다양한 분야에서 새로운 조형 언어를 제시하고 있다[1]. 텍스타일 분야에서도 기존의 직조(weaving) 및 편직(knitting) 방식과는 다른 디지털 제작 기반의 새로운 방식으로 3D 프린팅 텍스타일이 주목받고 있다. 3D 프린팅 기반의 텍스타일은 표면에 기능을 부여하고 장식하는 것을 넘어, 구조 자체가 시각적 조형성과 기능성을 결정하는 디자인 요소로 작용한다는 점에서 기존 텍스타일 제작 방식과 차별화된다[2].
이 가운데 반복 가능한 유닛(unit)과 연결 방식으로 구성되는 모듈러 텍스타일(modular textile)은 형태의 조합과 해체가 가능하며, 구조와 조형, 기능이 통합된 유연한 설계 방식을 구현 할 수 있는 잠재력을 가지고 있다[3]. 모듈의 형태, 결합 방식, 사용 재료에 따라 텍스타일의 유연성, 착용성, 구조 안정성 등이 결정되며, 반복 배열과 구조 조합에 따라 시각적 리듬과 기능적 응용 가능성도 확장된다. 이러한 특징은 단순히 의복 형태를 넘어 공간 활용, 착용 반응성, 유기적 형태 변형 등으로 확장 가능한 구조 설계를 가능하게 한다.
기존의 3D 프린팅 텍스타일 관련 연구는 주로 기술 구현, 신소재 적용, 착용성 테스트 등 기술 중심의 접근에 집중되어 왔다[4]. 그러나 반복 유닛 기반의 모듈형 구조가 조형성과 기능성을 어떻게 통합적으로 구성하는지에 대한 체계적인 분석은 상대적으로 부족하다. 구조 설계가 단순히 물리적 결합을 넘어 시각 질서와 형태 구성에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 조형적 분석은 충분하게 이루어지지 않았다. 본 연구는 3D 프린팅 기반 모듈러 텍스타일을 구조의 관점에서 분석하고, 그 조형성과 기능성이 통합된 설계 방식을 탐색하는 데 목적이 있다. 이를 위해 연결 방식(connection method), 기하학 패턴(geometric pattern), 재료 특성(material properties)이라는 세 가지 구조 요소를 기준으로 설정하고, 실제 사례를 중심으로 구조 유형(structural type)을 유형화하며, 각 구조 조합이 구현하는 조형적 특성과 기능적 작동 원리를 고찰한다. 본 연구는 디지털 제작 기반 텍스타일이 어떠한 조형 체계를 구성하고, 설계 및 표현 방식이 어떻게 확장될 수 있는지를 이론적으로 검토한다. 이를 통해 단위 모듈의 반복과 결합이라는 구조적 사고에 기반한 새로운 조형 방식을 제시하고, 향후 디지털 제작 환경에서의 텍스타일 디자인 실천과 응용 방향성을 제안하고자 한다.
1-2 연구 범위 및 방법
본 연구는 2010년대 이후 발표된 3D 프린팅 기반 모듈러 텍스타일 사례를 중심으로 분석을 진행한다. 분석 대상은 실제 제작된 사례중 구조적 반복이 가능하고, 연결 방식과 기하학 패턴, 재료 특성이 조형성과 기능성에 복합적으로 작용하는 사례를 선정하였다. 분석 범위는 패션, 텍스타일 뿐만 아니라 공간 활용이 가능한 구조형 텍스타일까지 포함되며, 모듈 단위의 조합 원리를 기반으로 한 사례를 포함한다.
이론적 기반으로는 Dondis[5]의 ‘시각 질서(visual order)’ 개념, Itten[6]의 ‘형태 대비(form contrast)’ 이론, Oxman의 ‘Form-Function-Fabrication’ 이론[7]을 적용하였다. Dondis의 이론은 시각적 질서와 배열 구조 해석에, Itten의 대비 개념은 반복과 변형의 조형 원리 해석에, Oxman의 이론은 구조 요소와 제작 방식 간의 상호작용 분석에 적용된다. 이를 바탕으로 연결 방식, 기하학 패턴, 재료 특성의 구조 요소를 중심으로 모듈러 텍스타일의 조형성과 기능성을 통합적으로 해석한다.
연구 방법은 첫째, 이론 문헌 연구를 바탕으로 구조 요소별 분류 기준을 설정한다. 두 번째, 실제 사례 수집을 통해 연결 방식, 기하학 패턴, 재료 특성이라는 세 가지 구조 요소에 따라 사례를 분류하고 구조 유형을 도출한다. 세 번째, 각 구조 유형이 조형성과 기능성 측면에서 어떤 특성을 가지는지를 비교·분석 한다. 특히 구조 설계에 따른 시각 표현의 차이, 재료 선택이 구조적 유연성과 반응성에 미치는 영향, 기하학적 패턴 구성에 따른 시각적 리듬과 반복 구조의 효과를 통합적으로 고찰한다. 이러한 연구 과정을 통해 본 연구에서는 3D 프린팅 기반 모듈러 텍스타일에서 구조 요소의 조합이 조형성과 기능성을 어떻게 동시에 실현하는지를 체계적으로 분석하고, 향후 디지털 제작 기반의 구조 중심 텍스타일 설계 방식을 이론적으로 제시하고자 한다. 아래 그림은 본 연구의 이론 설정, 분석 절차, 사례 분류 및 유형화 과정을 개념적으로 정리한 흐름도 이다. 이 도식은 이후 2장, 3장, 4장의 분석 체계를 구조적으로 요약하였다(그림 1).
Conceptual framework of research structure and analytical procedure
Ⅱ. 이론적 배경
2-1 3D 프린팅과 텍스타일 디자인의 융합
기존의 텍스타일 제작은 실을 기반으로 한 직조(weaving), 편직(knitting), 펠팅(felting) 등의 방식을 중심으로 발전해 왔으며, 반복적이고 선형적인 구조 설계를 특징으로 한다[8]. 이러한 방식은 연속적인 섬유 흐름을 기반으로 평면상에서 유연성과 착용성을 중심으로 조형성과 기능성을 구현하는 데 주력해 왔다.
반면, 3D 프린팅은 디지털 기반 형상 설계를 기반으로 단위 구조를 입체적으로 조립하고 적층하는 방식[9]으로 구현된다. 기존의 섬유 중심의 연속적 제작 방식을 모듈화되고 비선형적인 방식으로 전환시켰다. 3D 프린팅 기반 텍스타일은 반복 가능한 유닛 구조, 디지털 기반 패턴의 확장과 변형, 재료 간의 복합 결합을 통해 새로운 조형 방식을 제시한다. 반복 가능한 단위 구조(unit structure)를 활용한 조립식 설계, 알고리즘 기반의 유연한 패턴 변형, 재료 물성에 대한 실험은 3D 프린팅 텍스타일 제작의 핵심 방식으로 제시되고 있다[2]. 이러한 특성은 소재, 형상, 기능을 통합적으로 고려하는 설계 체계를 강조한 Oxman의 'Form-Function-Fabrication' 이론과도 연결된다.
실제 사례로는 Nervous System의 Kinematics Dress가 있다. 이 작품은 알고리즘 설계를 바탕으로 반복 유닛 구조와 조립식 연결 방식을 통해, 텍스타일을 디지털 제어형 구조물로 재해석한 대표적 사례로 평가된다[10]. 이를 통해 텍스타일 표면 장식을 넘어서 구조 자체가 조형성과 기능성을 동시에 수행하는 복합 제작 방식으로 진화하고 있다. 결과적으로 텍스타일은 기능성과 시각성을 통합하는 디지털 기반 창작 수단으로 확장되고 있다.
기존의 3D 프린팅 텍스타일 연구는 출력 방식의 다양성, 신소재 적용, 착용성 개선 등에 초점을 맞춘 경향이 있다[11]. 그러나 반복 가능한 구조적 모듈을 통한 조형성과 기능성 통합에 대한 체계적 분석은 상대적으로 부족하였다. 본 연구는 연결 방식, 기하학 패턴, 재료 특성이라는 구조 요소를 기반으로 구조 유형을 유형화하고, 조형성과 기능성의 상호작용을 통합적으로 고찰한다는 점에서 차별성을 지닌다.
3D 프린팅은 출력 방식에 따라서 FDM(Fused Deposition Modeling), SLA(Stereolithography), SLS(Selective Laser Sintering) 등으로 분류된다[12]. 각 방식은 적층 원리, 해상도, 재료 종류 및 지지 구조의 필요 여부에 따라 조형 특성과 구조 구현에 차이를 보이며, 텍스타일 설계에 적용될 때 조형성과 기능성에 직접적인 영향을 미친다(표 1).
Formative characteristics of 3D printing methods and key materials
FDM방식은 열가소성 필라멘트를 노즐을 통해 가열·적층하는 방식이다[12]. 구조적 강도가 필요한 텍스타일 제작에 적합하며, 다양한 재료를 사용할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 해상도가 낮고 표면 마감이 거친 특성상, 정밀한 표현보다는 단순한 연결 구조 및 구조 테스트에 적합하다. SLA 방식은 광경화성 수지를 레이저로 경화시켜 적층하는 방식이다[12]. 높은 해상도로와 정밀한 곡면 표현이 가능하다. 섬세한 표현이 가능하여 시각적 완성도가 요구되는 섬세한 텍스타일 구조 설계에 적합하다. 하지만 재료 강도와 유연성이 낮아 후처리가 필수적이다. SLS방식은 분말 재료를 고출력 레이저로 소결시키는 방식이다[12]. 별도의 지지 구조 없이도 자립형 구조 구현이 가능하며, 강도와 유연성을 동시에 구현할 수 있다. 복잡한 모듈 구조나 가변형 연결 방식에 적합하다. 3D 프린팅에 사용되는 재료 역시 구조의 조형성과 기능성에 영향을 미친다. 동일한 프린트 방식이지만 사용 재료의 물성에 따라 표현 범위는 크게 달라진다. TPU(Thermoplastic Polyurethane), PLA(Polylactic Acid), PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol)등이 있다.
재료의 유연성, 강도, 탄성, 시각적 효과에 따라 선택이 된다. TPU는 유연성과 높은 신축성을 기반으로 곡면 구조 및 반복 연결 구조 설계에 적합하고, 반복되는 물리적 변형에도 구조가 오래 유지되며 내구성이 높다[12]. PLA는 강직성과 형상 유지력과 고정성이 우수하여 정적인 형상이나 직선 구조 설계에 활용된다[12]. PETG는 중간 정도의 탄성과 높은 강도를 바탕으로, 반투명한 시각효과와 구조적 안정성이 요구되는 디자인에 적합하다(그림 2). 이에 따라 텍스타일 구조에 효과적으로 활용될 수 있다[12]. 이러한 3D 프린트 방식들은 각기 다른 재료 특성과 조형 가능성을 바탕으로 텍스타일 분야에 다양하게 응용되고 있으며, 맞춤형 디자인과 복합 소재 개발에서 중요한 역할을 하고 있다.
Comparative examples of form and material properties by 3D printing materials: (a) Flexible structure using TPU - (b) Rigid structure using PLA - (c) Translucent material using PETG
텍스타일과 3D 프린팅의 융합은 크게 두 가지로 구분된다. 첫째는 기존 섬유 원단 위에 3D 프린팅 구조를 직접 적층하는 방식이다[13](그림 3). 이 방식은 원단의 물성을 결합하여 유연성과 프린팅 구조의 기능성을 결합하여 복합적인 물성을 구현하며, 표면 질감 부여, 기능성 패턴 삽입, 장식성 강조 등의 목적에 활용된다. 비교적 얇고 유연한 프린팅 구조가 요구되며, 원단의 물성인 수축률, 탄성 등 재료의 물성에 따라 설계 방식이 달라진다.
Example of direct deposition onto fabric using stratasys Polyjet technology
둘째는 원단을 사용하지 않고 독립적인 3D 프린팅 구조 자체를 텍스타일로 구현하는 방식이다[14](그림 4). 이 방식은 섬유의 연속성과 유연성을 디지털 설계로 재해석하며, 설계와 재료 선택의 자유도가 높다는 점에서 실험적 제작 방식에 적합하다. 구조 중심의 패션 디자인, 착용 반응형 구조, 공간 확장형 텍스타일 등 다양한 응용이 가능하며, 복합 기능 구현과 입체적 조형 구성이 유리하다.
Textile fabrication example by XYZ Workshop using standalone 3D printed structure
이처럼 3D 프린팅 기반 텍스타일 디자인은 디지털 설계, 재료 선택, 구조 구현이 통합된 새로운 제작 방식으로 전통적인 평면 직물 중심의 개념을 확장하고 있다. 비정형 반복 구조, 유연한 모듈 조합, 복합 재료의 조립 등은 디지털 기반 설계를 통해 실현 가능해졌다. 텍스타일은 단순한 패턴 표현을 넘어서 구조적 조형 체계로서의 기능을 할 수 있는 기반을 확보하였다. 최근에는 인체의 움직에 반응하거나 유연한 연결 구조를 활용한 착용 가능 구조의 디자인 방식이 활발히 실험되고 있으며[15], 이는 3D 프린팅 기술이 단순한 제조 도구를 넘어 텍스타일 조형 체계를 재정의하는 수단으로 기능함을 시사한다. 다음 절에서는 텍스타일과 3D 프린팅 기술의 융합이 텍스타일 구조에 어떠한 조형적·기능적 가능성을 제공하는지를 이론적으로 고찰하고자 한다.
2-2 모듈러 텍스타일의 조형 원리와 구조
모듈러 텍스타일(modular textile)은 반복 가능한 단위 구조(unit)를 기반으로 전체 텍스타일을 형성하는 조립식 시스템이다[11]. 반복 가능한 단위 구조(unit structure)를 활용한 조립식 설계, 알고리즘 기반의 유연한 패턴 변형, 재료 물성에 대한 실험은 3D 프린팅 텍스타일 제작의 핵심 방식으로 제시되고 있다[2]. 이러한 제작 방식은 기하학적 패턴과 모듈 간 연결 방식을 디지털 방식으로 최적화하는 접근과도 연결된다[16].
직조나 편직 방식과 달리, 모듈 구조는 개별 유닛의 독립성과 상호 결합을 통해 형태를 구성한다.
이러한 구조는 물리적 연결을 바탕으로 시각적 질서, 반복성, 유연성, 공간 구성의 밀도 등 다양한 조형 특성을 구현한다[15]. 본 절에서는 이러한 조형 특성을 이론적으로 해석하기 위해 시각 디자인 이론가인 Dondis(1973)와 요하네스 이텐(Itten, 1961)의 이론을 바탕으로, 모듈 구조의 시각 구성 원리를 분석하고자 한다.
돈디스(Dondis)는 시각적 질서(visual order), 반복과 리듬(rhythm), 긴장감(tension), 균형(balance)등의 개념을 통해 시각 구조의 조형 원리를 설명하였다[5]. 이텐(Itten)은 형태 대비(form contrast), 조화와 다양성(unity & variety), 유기적 흐름(organic flow) 을 중심으로 시각적 표현 방식을 정립하였다[6]. 본 연구는 이들의 이론을 바탕으로 모듈 구조에서 배열, 결합, 중첩, 밀도와 같은 시각 요소가 어떻게 작동하는지를 분석하고자 한다. 이 이론은 모듈 유닛의 반복과 결합을 통해 형성되는 시각적 구조와 리듬, 긴장감 등을 해석하는데 유효하게 작용한다. Braddock Clarke & Harris는 모듈 구조를 “repeatable units that can be connected or reconfigured into larger patterns or surfaces”라고 설명하며, 모듈 텍스타일이 유연성과 구조 확장성 측면에서 새로운 조형 언어를 제시한다고 보았다[11]. 또한 McQuaid는 반복 유닛 기반의 텍스타일 설계가 구조적 적응성과 시각적 다양성을 동시에 실현할 수 있는 디자인 방식이라고 분석하였다[4]. 아래 표 2는 모듈러 텍스타일의 조형 요소(formative elements)를 중심으로 관련 이론과의 관점을 비교한 것이다.
Theoretical correlation of formative elements in modular textiles
이러한 이론적 관점을 바탕으로, 본 연구는 모듈러 텍스타일의 조형 요소를 구조적 기능과 시각적 표현을 동시에 고려하는 분석 기준으로 설정하였다. 배열, 조립, 중첩, 밀도와 구성 공간이라는 네 가지 조형 요소는 모듈 구조의 구성 요소이자 시각적 결과물 형성에 기여하는 조형 기준으로 작용한다. 표 3은 조형 요소별 구조적 기능과 시각적 특성을 정리하였다.
Formative elements and characteristics of modular textiles
조형 요소들은 이후 본 연구의 사례 분석 기준으로 작용하며, 이론 기반 조형 해석의 구조 단위로 기능한다. 첫째, 배열과 반복은 시각적 질서의 기반이 된다. 모듈 단위의 반복은 전체 구조의 리듬과 안정감을 형성하며, 패턴의 방향성과 시각 흐름을 유도한다. 규칙적 반복은 균일성과 예측 가능성을, 비규칙적 반복은 시각적 긴장감과 변화를 만들어 낸다. 둘째, 조립은 유닛성과 확장 가능성을 지닌다. 모듈은 형태 구성의 최소 단위로 작용하며, 동일하거나 이질적인 유닛들이 결합될 수 있다. 이를 통해 구조의 교체, 재조립, 확장, 다양한 조합이 가능해진다. 기능적 유연성과 조형적 다양성을 동시에 확보할 수 있게 한다. 셋째, 중첩은 변형 가능성과 유기적 흐름 형성을 가능하게 한다. 회전, 접힘, 굽힘 등의 유연한 조립은 구조의 비정형 곡면이나 움직임 표현에 적합하며, 연결 방식에 따라 힌지형 연결은 높은 유연성, 클립형 연결은 구조적 안정성을 강조하며 각각 조형 효과가 다르게 나타난다. 넷째, 시각 밀도와 공간 구성은 구조의 시각적 일관성과 개방성을 결정한다. 모듈의 간격, 크기, 배열 방식에 따라 밀도감 있는 시각 효과와 공간 흐름이 달라진다. 촘촘한 배열은 응축된 시각 효과를 느슨한 배열은 공간의 유동성과 개방감을 유도하며, 이는 착용성이나 공간 적용성과도 밀접하게 관련된다.
이러한 조형 요소는 디지털 기반 제작 기술과 결합을 통해 더욱 정교하게 구현된다. 3D 프린팅 기술은 반복 가능한 단위 구조의 정밀한 설계와 결합 방식을 실제로 출력 가능하게 만들며, 조형 원리가 구조와 형태로 구체화되는 제작 환경을 제공한다.
모듈러 텍스타일은 반복 가능한 단위 구조를 기반으로 전체 형상을 구성하는 설계 방식으로, 시각적으로 배열, 조립, 중첩 등의 조형 요소를 통해 리듬, 질서, 확장성, 변형 가능성 등의 조형성을 형성한다. 본 연구는 이러한 조형 요소들을 Oxman의 디지털 설계 이론을 바탕으로 해석하며, 성능 기반 설계(performance-driven design), 디지털 형태 형성(digital morphogenesis), 재료 행동성(material behavior)의 세 가지 개념을 조형 요소와 구조 요소를 연결하는 해석의 틀로 활용한다(그림 5).
Conceptual diagram mapping formative elements to Oxman's design theory
첫째, 성능 기반 설계는 구조적 목적과 물리적 작동 조건이 형태 형성에 영향을 준다는 관점으로, 연결 방식의 기능적 해석에 적용된다. 조립 방식은 유닛 간의 결합, 해체, 회전 등의 변형 가능성을 포함하며, 연결 구조의 유연성과 안정을 설명하는 기준이 된다. 이에 따라 본 연구는 연결 방식을 힌지형, 클립형, 스냅형으로 분류하고 각 특성은 그림 6에 제시하였다. 둘째, 디지털 형태 형성은 반복되는 기하 패턴이나 곡면 구성 등 디지털 기반의 형상 생성 원리를 설명하며, 배열 요소의 해석에 적용된다. 배열은 유닛 간의 시각 질서와 구조 리듬을 형성하며, 반복된 구조 배열은 형태 확장 가능성과 구조적 균형감을 동시에 유도한다. 본 연구는 기하학 패턴을 삼각형, 정육각형, 유기형으로 분류하며, 각 유형은 시각적·기능적 특성에서 차별점을 가진다(그림 7).
Diagram of connection methods in modular textiles (Hinge, Clip, Snap/ Fit)
Modular textile examples categorized by geometric pattern: (a) triangle - Ece Tankal et al., (b) hexagon - Eunsuk Hur, (c) organic form - Eduardo Loreto
셋째, 재료 행동성은 재료의 물성이 조형 형성에 능동적으로 작용한다는 개념으로, 중첩 요소의 해석에 적용된다. 중첩은 곡면화, 접힘, 유기적 흐름과 같은 형태 변화를 동반하며, 이는 재료의 유연성, 신축성, 복합적 특성에 따라 조형성과 기능성 모두에 영향을 준다. TPU, PETG, 복합 소재 등은 구조 구현에 적합한 물성[17]을 가지며, 각각의 구조 유형에 따라 선택적으로 적용된다(그림 6). 이러한 분석을 바탕으로, 연결 방식, 기하학 패턴, 재료 특성의 구조 요소를 세부 유형으로 분류하고, 각 요소의 기능적 특성과 이론적 해석을 다음과 같이 정리하였다(표 4).
Structural elements, functional characteristics, and theoretical interpretations in modular textiles
표 4에서 정리한 구조 요소는 단순한 물리적 구성 요소를 넘어, 조형성과 기능성을 통합적으로 구현하는 설계 단위로서 작용한다. 연결 방식은 구조의 유연성과 결합 안정성을, 기하학 패턴은 구조적 질서와 시각 리듬을, 재료 특성은 구조 변형 가능성과 감각적 표현에 영향을 미친다. 구조 요소별 해석은 이후 3장에서 다루는 대표 사례 분석과 구조 유형 분류의 이론적 기준이자 실질적인 설계 참조 틀로 활용된다.
Ⅲ. 3D 프린팅 모듈러 텍스타일의 구조 유형 분석
3-1 3D 프린팅 모듈러 텍스타일의 구조 유형 및 기능
2장에서 정리된 모듈러 텍스타일의 조형 요소인 배열, 조립, 중첩을 기반으로 구조 서계의 관점에서 해석하고자 한다. 각 조형 요소는 배열은 반복성과 시각 질서, 조립은 결합과 확장성, 중첩은 유기적 흐름과 변형 가능성 등으로 연결되며, 이러한 조형 특성은 단순한 시각 분석을 넘어 물리적 구조 설계로 구현 될 수 있어야 한다.
시각적 구성의 이론적 기반으로는 돈디스(Dondis)의 시각 질서 및 대비 개념과 이텐(Itten)의 시각적 긴장, 리듬에 관한 조형 원리가 적용될 수 있다. 이는 구조의 시각적 효과를 분석하기 위한 조형 기준을 제공한다. 그러나 조형 요소를 구조 설계로 확장하기 위해서는 연결 방식, 반복 패턴, 재료 특성 등 물리적 연계한 통합 해석이 요구된다. 이에 따라 본 연구는 옥스만(Oxman)의 디지털 설계 이론을 근거로 조형성과 구조성을 통합적으로 해석할 수 있는 분석의 틀을 설정하였다.
옥스만(Oxman)은 디지털 디자인 환경에서 설계를 세 가지 설계 원리로 구분하였다. 각각은 성능 기반 설계, 디지털 형태 형성, 재료 행동성으로 구분하였다[7]. 첫째, 성능 기반 설계는 구조의 물리적 작동 조건과 기능이 형태 형성에 영향을 준다[7]는 관점으로, 모듈 간 연결 방식과 연계된다. 둘째, 디지털 형태 형성은 반복되는 기하학적 패턴과 디지털 기반의 형태 생성을 설명[7]하며, 배열 구조 및 시각 질서의 분석 틀로 적용된다. 셋째, 재료 행동성은 재료의 물성이 조형 형상에 능동적으로 작용[7]한다는 개념으로, 곡면화, 접힘 등 변형에 영향을 미치는 재료 특성과 연결된다. 이러한 이론 개념은 각각 연결 방식-성능 기반 설계, 기하학 패턴-디지털 형태 형성, 재료 특성-재료 행동성과 대응되며, 기능성과 조형성이 통합된 구조 해석을 가능하게 한다. 3D 프린팅 기반 모듈러 텍스타일은 디지털 설계를 통해 정밀한 단위 구조의 반복 및 조합이 가능하다는 점에서, 직조나 봉제 중심의 기존 제작 방식과 구분된다. 모듈 단위의 유연성, 구조적 확장성, 재료의 반응성은 상호작용을 통해 복합적 구조 특성을 형성하며, 이는 설계 초기부터 반영되어야 할 요소이다. 이에 본 절에서는 모듈러 텍스타일의 구조 요소를 연결 방식, 기하학 패턴, 재료 특성이라는 세 가지 기준으로 유형화하고자 한다. 이 구조 요소들은 앞선 이론적 개념과 연계되어 구조 설계에서 핵심 기준으로 기능하며, 조형성과 기능성의 통합 해석을 위한 분석 틀을 제공한다.
표 5는 연결 방식, 기하학 패턴, 재료 특성이라는 세 가지 구조 요소를 기능적·조형적 기준에 따라 유형화한 것이다. 예를 들어 힌지형 연결 방식은 회전 가능성과 유연한 작동성을 제공하며, 성능 기반 설계 원리와 연계된다. 정육각형 패턴은 반복 배열을 통해 공간 확장을 유도하고, 디지털 형태 형성 개념과 연결된다. TPU는 곡면화나 변형 수용이 가능하며, 재료 행동성 개념과 직결된다. 이러한 구조 요소는 단독으로 기능할 뿐 아니라, 상호작용을 통해 복합적 조형 구조를 형성한다. 그림 8은 구조 요소의 세부 유형이 어떻게 조합되고 해석되는지를 시각적으로 정리한 것이다. 각 구조 요소의 조합이 어떻게 구조-조형 연계 설계 방식으로 확장되는지를 개념적으로 정리한 것이다.
Classification criteria for structural elements in 3D-printed modular textiles
Detailed typology and integrated interpretive framework of structural elements
이러한 분석 틀을 기반으로, 표 6은 각 구조 요소의 세부 유형이 실제 사례에서 어떤 조형적·기능적 특성을 나타내는지를 정리한 것이다. 사례는 연결 방식, 기하학 패턴, 재료 특성의 기준에 따라 대표적 사례를 제시하였다. 각 요소가 실질적으로 구현된 방식과 특징을 정리하였다.
Case analysis of 3D modular textiles based on classification criteria of structural elements
표의 사례들은 구조 요소의 세부 유형이 조형성과 기능성에 어떠한 영향을 미치는지를 잘 보여준다. 연결 방식, 기하학 패턴, 재료 특성은 각각 조형성과 기능성을 결정짓는 핵심 요소이며, 실제 설계에서는 이들이 상호작용하여 통합된 조형 구조를 형성한다. 이러한 구조는 단순한 기능적 결합을 넘어 텍스타일 디자인의 새로운 가능성을 제시한다. 예를 들어, 힌지형 연결 방식, 유기적인 곡선 패턴, 유연한 TPU 재료의 조합은 곡면 흐름(surface flow)을 따라 움직이는 가변형 텍스타일 구조를 가능하게 한다. Nervous System의 Kinematics Dress(2014)와 같은 착용자 반응형 구조에서 확인할 수 있다. 힌지 기반 유닛 구조가 착용자의 움직임에 따라 유기적으로 접히고 펼쳐지며 반응하는 방식을 시각적으로 보여준다(그림 9).
Kinematics Dress (Nervous System, 2014)
결과적으로 본 절에서는 3D 프린팅 기반 모듈러 텍스타일의 구조 요소를 이론적 개념과 실제 사례 분석을 통해 구조-조형 통합 설계의 기반으로 정리하였다. 각 구조 요소는 독립적으로 작용하면서도 조합에 따라 상이한 조형적 특성과 기능적 결과를 만들어내며, 이는 디지털 기반 설계에서 모듈 단위의 전략적 선택이 구조 유형 전체를 결정짓는 중요한 요소임을 보여준다. 다음 절에서는 이러한 구조 요소들의 조합 방식이 어떻게 통합되어 특정한 구조 유형으로 나타나는지를 고찰한다. 본 연구는 이를 바탕으로 3D 프린팅 모듈러 텍스타일의 구조 유형을 유기 곡면형, 고정 격자형, 정밀 곡선형의 세 가지로 분류하고, 각 유형의 조형 특성과 기능적 함의를 분석하고자 한다.
본 연구는 기존의 3D 프린팅 텍스타일 연구가 기술적 구현이나 사례 중심에 머물렀던 한계를 넘어, 연결 방식, 기하학 패턴, 재료 특성이라는 구조 요소를 통합적으로 설정하고, 이들의 상호작용을 중심으로 구조-조형 연계 체계를 체계화하였다는 점에서 의의를 지닌다.
3-2 조형 특성 비교 및 대표 사례 분석
본 절에서는 앞서 설정한 구조 요소별 분류 체계인 연결 방식, 기하학 패턴, 재료 특성을 바탕으로, 이들이 실제 사례에서 어떻게 조합되어 조형성과 기능성을 구현하는지를 분석한다. 3D프린팅 기반 모듈러 텍스타일에서 구조 요소 간의 상호 작용이 시각 질서, 구조 안정성, 곡면 변형 가능성과 같은 주요 조형 특성에 어떤 영향을 미치는지를 고찰한다.
이러한 비교 분석을 체계화하기 위해, 본 연구는 구조 요소와 조형 특성 간의 관계를 도식화한 개념적 분석 틀을 구성하였다. 그림 10은 세 가지 구조 요소 각각이 어떤 조형적·기능적 특성과 연결되는지를 개념적으로 정리한 것이다.
Diagram of interrelationships between structural elements and formative characteristics (connection method → visual order, structural stability / geometric pattern → repetitiveness, cohesion / material property → curvilinear transformability)
이 도식은 단일 구조 요소 간 조합이 조형 특성 형성에 미치는 영향을 해석하는 기준 틀로 기능한다. 예를 들어 ‘연결 방식은 배열 리듬(A)과 힌지 구조(B)를 통해 회전 및 배열 리듬을 유도하여 시각 질서와 구조 안정성에 영향을 주며, ‘재료 특성’은 강도와 탄성(E), 재료의 물성(F) 통해 곡면 형상의 유연성 및 반응성을 결정 짓는다. 이러한 해석을 바탕으로, 본 연구는 3D 프린팅 모듈러 텍스타일에서 나타나는 구조적 조형 특성을 ‘유기 곡면형 구조(Organic Curved Type)’, ‘고정 격자형 구조(Fixed Lattice Type)’, ‘정밀 곡선형 구조(Precisely Contoured Type)’, 세 가지로 유형화하였다. 이 구조들은 2장과 3장 1절에서 제시된 연결 방식, 기하학 패턴, 재료 특성 간의 조합 방식에 따라 도출되었다. 이 구조 유형 분류는 각 조합을 기준으로 조형성과 기능성의 특성이 어떻게 분화되는지를 설명한다.
그림 11은 세 구조 요소의 조합 방식이 어떻게 구체적인 구조 유형으로 도출되는지를 시각적으로 정리한 도식이다. 각 유형은 조형 특성과 기능적 반응 특성의 차이를 나타내며, 단일 요소가 아닌 조합 방식에 따른 조형 방식의 차이를 설명한다. 실제 사례를 통해 이 구조적 차이가 어떻게 시각 표현으로 구현되는지를 분석함으로써, 본 도식은 유형 분류의 이론적 근거로 기능한다.
Framework for deriving structural types of 3D modular textiles based on the combination of structural elements
그림 12는 각 구조 유형의 형상적 특징과 연결 방식을 시각적으로 도식화한 것이다. 구조 유형 간 조형 표현의 차이를 직관적으로 파악할 수 있도록 하였다.
Visual representations of structural types in 3D-printed modular textiles (a) Organic curved type / (b) Fixed lattice type / (c) Precisely contoured type
‘유기 곡면형 구조(Organic Curved Type)’는 유연한 연결 방식과 유선형 구조 중심의 반복 패턴, 높은 탄성의 재료의 조합되어 곡면 흐름을 형성하고, 착용자의 움직임에 반응한다. ‘고정 격자형 구조(Fixed Lattice Type)’는 정렬된 패턴과 견고한 결합 방식, 강성이 높은 재료를 통해 구조 안정성과 반복 조립의 용이성을 구현한다. ‘정밀 곡선형 구조(Precisely Contoured Type)’는 정밀한 연결 방식, 비정형 반복 패턴, 중간 강도의 반투명 재료 등이 조합되어 복합적인 시각 밀도와 표면 질감을 형성한다. 이러한 구조 유형 분류는 단순한 형태의 차이를 넘어서, 구조 요소의 복합적 조합이 조형성과 기능성을 어떻게 통합적으로 형성하는지를 해석하는 이론적 기반으로 기능한다. 이후 각 절에서는 각 구조 유형에 해당하는 사례들을 중심으로 구조적 특징과 조형적 표현의 차이를 구체적으로 분석한다.
‘유기 곡면형 구조’는 힌지형 연결 방식, 유선형 구조 중심의 반복 패턴, 고탄성 재료의 조합을 통해 형성되는 3D 프린팅 모듈러 텍스타일 구조 유형이다. 이 구조는 회전 가능성을 지닌 유닛 연결 방식과 재료의 신축성을 바탕으로 곡면 흐름을 구현하며, 착용자의 움직임이나 외부 자극에 실시간으로 반응하는 가변형 조형 특성을 특징으로 한다.
대표 사례인 Kinematics Dress(Nervous System, 2014)는 삼각형 유닛 간 힌지형 회전 연결을 기반으로 구성된 드레스[25]로, 착용자의 움직임에 따라 유선형 구조가 실시간으로 변형되는 유기 곡면 구조를 형성한다(그림 13). 이 구조는 디지털 시뮬레이션을 통해 유닛 간 회전축을 설정하고, 3D 스캔 기반의 신체 형태에 맞추어 자동 조정된 패턴을 생성하는 알고리즘 기반 설계를 바탕으로 한다. 재료는 SLS 방식으로 출력된 나일론(Nylon 12)이 사용되었으며, 유연한 힌지 연결과 고정된 유닛 간 조합을 통해 유기적인 곡면 흐름과 시각적 밀도를 동시에 구현하였다 이 사례는 이텐(Itten)의 ‘유기적 흐름(organic flow)’ 개념과 도니스(Dondis)의 ‘시각적 리듬(rhythm)’ 원리에 부합하며, 반복되는 유선형 구조와 회전 연결을 통해 시각 질서와 긴장감이 공존하는 조형적 흐름을 형성한다.
Kinematics Dress (Nervous System, 2014)
보조 사례인 Soft Kinematics (Nervous System, 2015)는 동일한 힌지형 연결 구조를 유지하면서, 재료를 고탄성 소재인 TPU로 변경한 버전이다[26](그림 14). 삼각형 유닛 배열은 동일하지만, 더 높은 신축성과 탄성 특성을 지닌 소재 적용을 통해 유선형 구조 전개 방식의 유연성이 증가하였고, 더 강한 착용 반응성을 제공한다. 이 사례는 재료의 선택이 조형 구조의 유연성과 기능성에 직접적인 영향을 미친다는 점에서, 옥스만(Oxman)의 ‘재료 기반 형상 생성’ 이론과 밀접하게 연결된다. 재료 물성이 조형 형성 과정에 능동적으로 개입한다는 점에서, 구조적 설계와 재료 선택 간의 상호작용을 시각적으로 보여준다.
Soft Kinematics (Nervous System, 2015)
세 번째 사례인 Caress of the Gaze (Behnaz Farahi, 2015)는 PLA 기반의 신축 재료를 사용하여 제작된 인터랙티브 웨어러블 텍스타일로, 곡면 반복 패턴과 힌지형 연결 구조를 활용하였다(그림 15). 이 작품은 근접 센서와 연동된 모듈 배열을 통해 착용자의 움직임, 시선, 거리 등에 실시간으로 반응하는 구조를 형성하며, 외부 자극에 따라 섬세한 유선형 구조 변화를 유도한다[27]. 모듈은 곡면 중심의 유닛 구성으로 배열되었으며, 센서 반응에 따라 구동되는 액추에이터 기반 메커니즘이 포함되어 있다. 이 사례는 Oxman의 ‘재료 행동성과 인터랙션’ 개념과 함께, 조형 구조가 감응성을 통해 확장되는 방향성을 실증적으로 보여준다.
Caress of the Gaze (Behnaz Farahi, 2015)
이러한 세 가지 사례는 모두 유기 곡면형 구조의 대표 사례로서, 반복되는 유선형 구조 기반 패턴, 회전형 연결 구조, 고탄성 재료 조합을 통해 유동적인 형태를 구현한다는 공통점을 지닌다. 그러나 구조 구현 방식과 기능 특성에서는 차이를 보인다. Kinematics Dress는 착용자 움직임에 반응하는 패시브 회전형 구조, Soft Kinematics는 재료의 탄성을 강조한 유연 조형형 설계, Caress of the Gaze는 센서 연동에 따른 능동적 감응형 구조로 각각 기능적 차별성이 나타난다. 응용 측면에서 유기 곡면형 구조는 웨어러블 인터페이스, 감응형 의류, 생체 반응형 시스템 등 외부 자극에 실시간으로 반응하는 텍스타일 구조 디자인에 적합하다. 디지털 기반 조형 언어와 물성 반응, 인터랙티브 기술을 결합한 실험적 설계 방식으로 확장 가능성이 높으며, 조형성과 기능성이 통합된 설계 방식으로서의 가능성을 제시한다.
‘고정 격자형 구조’는 삽입형 또는 스냅형 연결 방식, 정형 기하학 기반의 반복 배열 패턴, 고강성 재료의 조합을 통해 구현되는 구조 유형이다. 이 구조는 반복성과 정렬 기반 패턴을 통해 구조 안정성과 조형적 질서를 강조하며, 구조 해석과 제작 효율성을 동시에 고려한 설계 방식으로 해석된다.
대표 사례인 inBloom Dress (XYZ Workshop, 2014)는 3D 프린팅으로 제작된 반복 유닛 기반의 착용형 드레스로, 정육각형과 사각형 유닛을 조합한 패턴을 스냅형 클립 구조를 통해 조립하였다[28](그림 16). 총 191개의 유닛은 사용자가 직접 조립 각도와 배열 구성을 조정할 수 있도록 구성되었으며, 구조적 안정성과 시각적 반복성을 동시에 구현하였다. 재료는 PLA Flexible이 사용되었고, FDM 방식으로 출력되었다. 해당 구조는 착용자의 조립 참여가 가능한 DIY형 텍스타일 구조로, 반복 배열을 통한 시각 리듬과 구조 고정성을 동시에 갖추고 있다. 본 사례는 이텐(Itten)의 '정형 대비(regularity vs. variation)' 원리에 부합하며, 반복적이고 규칙적인 유닛 구성과 자율적 배열 변형 사이의 긴장 구조를 시각적으로 드러낸다. 또한 돈디스(Dondis)가 제시한 시각 질서 개념에 따라, 유닛의 정렬성과 균형을 통한 안정감 있는 조형 구성의 예시로 분석된다.
inBloom Dress (XYZ Workshop, 2014)
또 다른 사례로는 산업 응용의 대표적 예시인 Adidas Futurecraft 4D 및 4DFWD의 3D 프린팅 미드솔이 있다(그림 17). 해당 구조는 DLS 방식으로 출력된 고탄성 폴리우레탄 기반의 반복 격자 구조로 구성되어 있으며, 충격 흡수력과 구조 안정성을 극대화하였다[29]. 정렬된 셀 간 결합은 스냅형 구조와 유사한 구조적 결속성과 반복 배열 특성을 지니며, 일체형 출력임에도 고정 격자형 구조와 유사한 조형 원리를 따른다. 이 구조는 대량생산 시스템에서 반복성과 정렬성 기반의 구조 질서를 실현한 사례로, 돈디스(Dondis)의 ‘시각 질서’ 개념 및 이텐(Itten)의 ‘정형 대비’ 원리에 따라 구조적 안정성과 시각적 일관성을 형성한다. 또한, 재료 물성의 반응성과 격자 셀의 미세 조정이 통합된 설계 방식은 옥스만(Oxman)의 ‘성능 기반 설계’ 개념과 연계되어, 기능성과 조형성이 통합된 고정형 구조 전략으로 해석된다.
Adidas 4D Midsole (Futurecraft 4D, 2020)
보조 사례인 SpeedFlex Precision Diamond Helmet Liner (Riddell & Carbon, 2019)는 DLS 방식으로 제작된 반복 격자 구조 기반의 착용형 보호 장치로, 약 14만 개의 엘라스토머 스트럿이 정렬된 격자 패턴을 형성한다(그림 18). 사용자 맞춤형 디지털 설계를 바탕으로 일체형으로 출력되었으며, 충격 흡수와 구조 안정성을 동시에 구현한다[30]. 반복성과 정렬성을 갖춘 이 구조는 고정 격자형 구조의 보조 사례로 적합하며, 맞춤성‧내구성‧시각 질서가 결합된 기능 중심의 구조 설계로 해석된다. 본 사례는 돈디스(Dondis)의 ‘시각 질서’ 개념과 이텐(Itten)의 ‘정형 대비’ 원리에 부합하며, 반복된 셀 구성과 밀도 조절을 통해 구조적 균형과 시각적 명료성을 형성한다. 또한 재료 특성과 구조 성능을 통합한 출력 방식은 옥스만(Oxman)의 성능 기반 설계 이론과도 연관된다.
SpeedFlex Precision Diamond Helmet Liner (Riddell & Carbon, 2019)
이러한 고정 격자형 구조는 반복성과 정렬성에 기반하여 구조 안정성과 시각 질서를 강조하는 조형 구성 방식으로 해석된다. 대표 사례인 inBloom Dress는 사용자의 조립 개입과 반복 유닛 배열을 통해 착용형 구조에서의 시각적 리듬과 안정감을 구현하였다. Adidas Futurecraft 4D는 동일한 구조적 원리를 대량생산 시스템에 적용한 예로, 격자 구조를 통해 충격 흡수와 반복 정렬 기반의 구조 질서를 실현하였다. 한편, Riddell 헬멧 라이너는 맞춤형 설계를 기반으로 반복 격자 셀의 밀도 조절을 통해 보호 성능과 구조적 일관성을 극대화하였다. 이들 사례는 모두 반복 배열의 규칙성과 정렬성을 기반으로 구조적 고정성 및 기능적 안정성을 구현하였으며, 조형성과 기능성의 통합적 실현 방식으로 고정 격자형 구조의 특성을 뚜렷하게 보여준다. 이 구조 유형은 돈디스(Dondis)의 ‘시각 질서’ 개념과 이텐(Itten)의 ‘정형 대비’ 원리를 통해 구조적 균형과 시각적 명료성을 형성하며, 옥스만(Oxman)의 ‘성능 기반 설계’ 개념과 연계하여 디지털 조형과 재료 반응성을 통합한 설계 방식으로 해석될 수 있다. 응용 측면에서 고정 격자형 구조는 반복성과 조립 고정력이 요구되는 다양한 디자인 영역에 적합하다. 특히 공간 모듈, 착용형 보호 장치, 웨어러블 구조물 등 기능 중심의 제품 설계에 유효하며, 반복 유닛 기반의 규칙적 구조를 바탕으로 시각적 안정성과 기능성을 동시에 구현하는 조형 시스템으로 활용 가능하다.
‘정밀 곡선형 구조’는 스냅형 연결 방식, 삼각형 또는 유기형 반복 패턴, 중간 강성 또는 투명 재료(PETG, Nylon 등)의 조합을 통해 구현되는 구조 유형이다. 이 구조는 반복 유닛 기반의 정밀한 유선형 구조 디자인를 통해 표면의 시각적 깊이감과 고밀도 질감을 형성하며, 시각 중심의 조형성과 설계 정교성이 특징적으로 드러난다.
대표 사례인 Kinematics Petal Dress(Nervous System, 2016)는 약 1,600개의 삼각형 유닛과 2,600개의 스냅형 힌지 구조를 조립하여 형성된 드레스로, 디지털 시뮬레이션을 기반으로 착용자의 신체 유선형 구조에 최적화된 정밀 곡면 배열이 구성 되었다(그림 19). 나일론(Nylon 12)을 기반으로 한 SLS 출력 방식이 적용되었으며, 반복 유닛의 밀도와 회전 각도를 조절함으로써 복잡한 유선형 구조와 시각적 밀도를 동시에 구현하였다[31]. 이 드레스는 정적인 조형 완성도를 지향하는 프리셋 기반 설계로서, 실시간 반응보다 정밀한 시각 표현에 중점을 둔 구조 설계 방식으로 평가된다. 본 사례는 돈디스(Dondis)의 ‘시각적 밀도(visual density)’와 ‘복합 리듬 구성’ 이론과 밀접한 관련을 가진다. 유닛의 반복 배치와 회전 조절을 통해 조형의 깊이감과 리듬감 있는 표면 구성이 형성되며, 이는 반복 구조를 활용한 정밀 유선형 구조 디자인의 예시로 기능한다.
Kinematics Petal Dress (Nervous System, 2016)
또 다른 사례인 Voltage Dress(Iris van Herpen, 2013)는 PETG 재료를 사용하여 SLA 방식으로 출력된 반복 곡선 기반 드레스로, 디자이너 Julia Koerner와의 협업을 통해 유선형 구조 기반의 디지털 패턴이 디자인되었다[32](그림 20). 구조는 조립형보다는 통합된 곡면 형상에 가까우나, 반복된 유기 곡선과 투명 재료의 조합을 통해 시각적 깊이와 표면 대비 효과를 극대화하였다. 고밀도 곡면 표현은 시각 질서보다는 시각적 긴장과 질감 효과를 중심으로 설계되었으며, 조형성과 물성의 대비에 따른 미세한 형태 차이를 강조한다. 이 사례는 이텐(Itten)의 ‘형태 대비(form contrast)’ 개념을 적용하여, 유선형 구조의 반복적 변화와 투명 재료의 빛 반사를 통한 시각적 긴장 유발 방식을 잘 보여준다.
Voltage Dress (Iris van Herpen, 2013)
이러한 구조 유형은 시각 중심의 조형성을 정밀하게 구현하고자 할 때 유효하며, 다음과 같은 이론적 개념과 연계된다. Kinematics Petal Dress는 돈디스(Dondis)의 ‘시각적 밀도(visual density)’ 개념과 ‘복합 리듬 구성’ 이론에 부합한다. 유닛의 반복 밀도 조절과 정렬성은 유선형 구조의 변화를 정량적으로 조정하며, 표면의 깊이감과 시각 리듬을 형성한다. 한편, Voltage Dress는 이텐(Itten)의 ‘형태 대비(form contrast)’ 개념과 연결된다. 투명 PETG 재료와 유선형 구조 패턴의 반복은 빛의 투과와 반사를 통해 시각적 대비 효과를 유도하며, 조형 밀도와 경계 흐름의 미세한 변화를 통해 긴장감 있는 시각 구조를 드러낸다. 또한 두 사례 모두는 옥스만(Oxman)의 ‘형태와 제작(Fabrication)의 통합’ 개념과 연결되며, 디지털 설계-출력 재료-조형 방식이 통합된 구조 구성 방식으로 해석된다. 응용 측면에서 정밀 곡선형 구조는 퍼포먼스 기반 패션 아트워크, 전시형 의류, 설치형 텍스타일과 같이 시각 표현 중심의 실험적 조형이 요구되는 분야에 적합하다. 복합 유선형 구조, 시각적 깊이감, 조형적 질감을 강조하는 구성 방식으로 기능하며, 디지털 제어 기반의 반복 구조 디자인은 향후 AI 기반 시뮬레이션 및 프리셋 자동 패턴 생성과 같은 디자인 자동화 영역으로의 확장 가능성도 지닌다.
3D 프린팅 기반 모듈러 텍스타일에서 구조 요소인 연결 방식, 기하학 패턴, 재료 특성의 조합은 단순한 시각적 형식이나 물리적 연결을 넘어, 조형성과 기능성을 유기적으로 통합하는 구성 방식으로 작용한다. 본 절에서는 앞서 제시한 세 가지 구조 유형을 중심으로, 구조적 조형 방식의 차이를 종합적으로 비교·정리하고, 향후 구조 기반 텍스타일 디자인의 응용 방향을 제시한다.
‘유기 곡면형 구조’는 힌지형 연결 방식, 삼각형 반복 패턴, 높은 탄성의 재료 조합을 통해 유동적인 곡면 흐름을 형성하며, 착용자의 움직임에 실시간으로 반응하는 가변적 형태 변화를 특징으로 한다. 반면, ‘고정 격자형 구조’는 스냅형 또는 삽입형 결합 방식, 정형 기하학 패턴, 고정성을 지닌 재료 조합을 바탕으로 반복 배열과 구조 안정성을 강조하는 정적 설계를 구현한다. 마지막으로, ‘정밀 곡선형 구조’는 정밀한 스냅 조립 방식, 고밀도 유기 곡선 패턴, 투명 또는 중간 강성 재료 조합을 통해 복합 유선형 구조와 시각적 밀도를 강조하는 고정형 조형 구조로 해석된다.
각 구조 유형은 연결 방식의 회전성·결속성, 기하학 패턴의 반복 주기·밀도, 재료의 탄성·투광성 등의 요소가 서로 다른 방식으로 상호 작용하며 조형성과 기능성을 구조적으로 통합한다. 이들의 차이는 다음 표 7에 요약되어 있다.
Structural and functional characteristics by structural type in 3D-printed modular textiles based on element combinations, with representative cases
이러한 사례는 구조 요소 간 조합이 단지 형태 구성에 국한되지 않고, 시각 질서, 움직임 반응성, 조립 안정성, 시각적 긴장과 같은 다양한 기능적 조형성을 유발한다는 점에서 의미가 있다. 예를 들어, Kinematics Dress는 이텐(Itten)의 ‘유기적 흐름’ 개념과 도니스(Dondis)의 ‘시각 리듬’ 이론에 부합하며, 반복 유선형 구조와 힌지 연결을 통해 시각적 유동성과 착용 적합성을 통합한다. inBloom Dress는 반복적 유닛과 자율 조립 구조를 통해 이텐(Itten)의 ‘정형 대비’, 도니스(Dondis)의 ‘시각 질서’ 개념을 실현하며, 사용자의 조립 경험까지 고려한 구조적 디자인을 제시한다. Voltage Dress는 이텐의 ‘형태 대비’ 이론과 옥스만(Oxman)의 ‘재료 기반 형상 생성’ 개념을 통합적으로 보여주는 예로, 유선형 구조 반복과 투명 재료를 통해 조형 밀도와 시각적 긴장감을 극대화한다.
본 연구에서 제시한 유형 분류는 이론적 정의에 기반한 설명적 분석 틀로서 기능하지만, 향후에는 실증 기반 자료가 보완되어야 한다. 또한 최근 논의되고 있는 기능성 필라멘트 기반 출력물, AI 알고리즘을 기반으로 한 자동화 디자인 등 최신 기술 트렌드를 반영한 설계 사례에 대한 분석이 요구된다.
결론적으로, 연결 방식, 기하학 패턴, 재료 특성의 조합은 모듈러 텍스타일 디자인에서 조형성과 기능성의 조화로운 구현을 이끄는 핵심 조형 요소로 작용한다. 본 절의 분석은 표현 목적에 따라 조형 구성 방식이 어떻게 달라질 수 있는지를 구조 유형별로 정리함으로써, 향후 텍스타일 디자인과 융합 기술 개발의 기초 자료로 활용될 수 있다.
Ⅳ. 결 론
본 연구는 3D 프린팅 기반의 디지털 제작 방식이 모듈러 텍스타일 디자인에 적용될 때 나타나는 구조적 특성과 조형적 표현 양상을 분석하고, 이를 구성 요소별 구조 유형으로 분류하여 그 특징을 고찰하는 것을 목적으로 하였다.
2장에서는 디지털 제작 기술이 텍스타일 디자인에 도입되며 확장된 조형 가능성과 구조를 어떻게 다양하게 할 수 있는지를 살펴보았다. 특히 2-1절에서는 3D 프린팅의 적층 방식, 재료 선택, 설계 방식의 변화가 기존 직조 기반 텍스타일과 차별화된 표현 양식을 가능하게 함을 확인하였다. 원단 위 적층 방식과 독립형 구조 방식 간의 조형적 결과 차이를 비교하면서, 디지털 제작의 조건이 디자인 방식에 미치는 영향을 체계적으로 정리하였다. 2-2절에서는 연결 방식, 기하학 패턴, 재료 특성을 구조 요소로 구분하고, 각각이 구조적 조형성과 사용성에 어떤 영향을 미치는지를 옥스만(Oxman)의 설계 이론을 기반으로 해석하였다. 연결 방식은 성능 기반 설계의 틀에서, 기하학 패턴은 디지털 형상 형성 개념에서, 재료 특성은 재료의 반응성과 유연한 응용 가능성에서 분석되어 각 요소의 조형적 역할이 도출되었다.
3장에서는 이론적으로 설정된 구조 요소 기준을 바탕으로 구조 유형을 구분하고, 실제 사례 분석을 통해 조형성과 기능성의 복합 작용을 유형별로 고찰하였다. 3-1절에서는 연결 방식, 패턴 구조, 재료 특성의 조합이 텍스타일의 구조 안정성, 반복 구성 가능성, 착용 반응성 등 다양한 설계 조건과 연계될 수 있음을 도식화하였다. 이를 통해 구조 요소는 개별 속성에 그치지 않고, 구조적 설계의 핵심 원리로 작동함을 이론적으로 정립하였다.
3-2절에서는 대표 사례 분석을 통해 구조 요소 간 상호작용이 유형별로 어떻게 작용하는지를 구체적으로 검토하였다. 유기 곡면형 구조는 힌지형 연결과 연속적인 패턴 구성을 통해 유연한 곡면 흐름과 착용 반응성을 구현하였으며, 고정 격자형 구조는 일정한 모듈 배치와 연결 안정성을 바탕으로 구조 응집력과 반복 조립의 정밀성을 확보하였다. 정밀 곡선형 구조는 섬세한 유선형 구조 디자인과 밀착형 연결 구조를 통해 시각적 밀도감과 일정한 형태 구현이 가능함을 보여주었다. 각 구조 유형은 연결 방식과 패턴, 재료의 조합 방식에 따라 서로 다른 시각적 질서와 조형적 표현 방식을 형성하며, 이를 통해 3D 프린팅 모듈러 텍스타일이 조형성과 사용성을 동시에 구현할 수 있는 디자인 방식임을 확인하였다. 이상의 분석을 통해 3D 프린팅 기반 모듈러 텍스타일은 단순한 조립형 제작 기법을 넘어서, 구조 요소 간 복합적 작용을 기반으로 조형성과 기능성을 동시에 구성하는 통합 설계 방식으로 작동함을 확인할 수 있었다. 특히 연결 방식, 기하학 패턴, 재료 특성은 서로 독립적으로 작동하는 것이 아니라, 배열, 결합, 반응의 방식에 따라 시각적 질서, 구조의 일관성, 착용에 대한 반응성 을 종합적으로 형성한다. 이와 같은 분석은 디지털 기반 텍스타일 설계에서 조형 언어와 조형 구성 방식이 분리되지 않고 유기적으로 통합되어야 함을 시사한다.
한편 본 연구는 정성적 사례 분석을 중심으로 수행되었기에, 구조 요소별 실질적 효과를 정량적으로 검토하는 과정은 포함되지 않았다. 향후 연구에서는 다양한 부분에 대해 실험적으로 분석할 필요가 있다. 또한, 사례 중심의 구조 표현 방식을 보다 효율적으로 분석하기 위해, AI 기반의 형태 생성 도구나 설계 자동화 시스템과의 연계, 사용자 경험을 반영한 시뮬레이션 기법의 도입 등도 향후 연구에서 함께 고려될 수 있다. 본 연구는 3D 프린팅 기반 모듈러 텍스타일 디자인의 구조 요소 간 상호작용이 디자인 방식에 어떤 역할을 하는지를 구조적으로 분석하고, 이를 유형화함으로써 텍스타일 디자인의 새로운 형태 구성 방식을 제안하였다.이는 향후 반응형 텍스타일, 인터페이스 소재, 사용자 맞춤형 패브릭 시스템 등 다양한 응용 분야에서 활용 가능한 기초 자료로 기능할 수 있기를 기대한다.
References
- M. N. O. Sadiku, O. D. Olaleye, and J. O. Sadiku, “3D Printing in Fashion,” International Journal of Trend in Research and Development, Vol. 11, No. 4, pp. 11-14, July-August 2024.
- S. S. S. Kumar, A. S. M. Sultan, M. S. Islam, and S. M. Sapuan, “3D Printing Technology for Textiles and Fashion,” Textiles and Clothing Sustainability, Vol. 7, No. 1, pp. 1-18, 2021.
- E. S. Hur and B. G. Thomas, “Transformative Modular Textile Design,” in Proceedings of Bridges 2011: Mathematics, Music, Art, Architecture, Culture, Coimbra, Portugal, pp. 217-224, July 2011.
- M. McQuaid, Extreme Textiles : Designing for High Performance, New York, NY: Princeton Architectural Press, 2005.
- D. A. Dondis, A Primer of Visual Literacy, Cambridge, MA: MIT Press, 1973.
- J. Itten, The Art of Color : The Subjective Experience and Objective Rationale of Color, New York, NY: John Wiley & Sons, 1961.
- N. Oxman, Material-Based Design Computation, Ph.D. Dissertation, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, 2010.
-
V. H. Elsasser, Textiles: Concepts and Principles, 3rd ed., New York, NY: Fairchild Books, 2010.
[https://doi.org/10.5040/9781501304248]
- M. Li, D. Li, J. Zhang, J. C. P. Cheng, and V. J. L. Gan, “3D Printing in Modular Construction: Opportunities and Challenges,” in Proceedings of the 8th International Conference on Construction Engineering and Projcet Management, Hong Kong, 2020.
- Nervous System. Kinematics Dress [Internet]. Available: https://n-e-r-v-o-u-s.com/projects/sets/kinematics-dress/
- S. Braddock Clarke and M. O’Mahony, Techno Textiles 2: Revolutionary Fabrics for Fashion and Design, London: Thames & Hudson, 2012.
-
A. Kafle, E. Luis, R. Silwal, H. M. Pan, P. L. Shrestha, and A. Bastola, “3D/4D Printing of Polymers: Fused Deposition Modeling (FDM), Selective Laser Sintering (SLS), and Stereolithography (SLA),” Polymers, Vol. 13, September 2021.
[https://doi.org/10.3390/polym13183101]
-
M. Čuk, M. Bizjak, D. Muck, and T. N. Kočevar, “3D Printing and Functionalization of Textiles,” in Proceedings of 10th International Symposium on Graphic Engineering and Design, Serbia, pp. 499-506, 2020.
[https://doi.org/10.24867/GRID-2020-p56]
-
K. Chatterjee and T. K. Ghosh, “3D Printing of Textiles: Potential Roadmap to Printing with Fibers,” Advanced Materials, Vol. 32, No. 4, 1902086, January 2020.
[https://doi.org/10.1002/adma.201902086]
-
T. Spahiu, E. Canaj, and E. Shehi, “3D Printing for Clothing Production,” Journal of Engineered Fibers and Fabrics, Vol. 15, pp. 1-8, 2020.
[https://doi.org/10.1177/1558925020948216]
- A. Kycia, “Material Form-Finding of Modular Textile Structures,” in Proceedings of the CA²RE Conference, Aarhus School of Architecture, pp. 332-341, 2018.
- M. I. Hossain and C. Wang, “Material Properties Analysis of TPU 45A, 65A, and 85A for 3D Printing of Clothing in Fashion Design: A Comparative Study,” Current Trends in Fashion Technology & Textile Engineering, Vol. 9, No. 1, April 2024.
- Metropolis Magazine. It’s Electric: Wearable Tech Goes Haute Couture [Internet]. Available: https://metropolismag.com/viewpoints/its-electric-wearable-tech-goes-haute-couture/
- Self-Assembly Lab. Self-Assembly Line [Internet]. Available: https://selfassemblylab.mit.edu/self-assembly-line
- Matsys Design. Parametric Textile Curtain [Internet]. Available: https://matsysdesign.com/2013/09/10/parametric-textile-curtain/
- Iris van Herpen. Hybrid Holism [Internet]. Available: https://www.irisvanherpen.com/collections/hybrid-holism
- 3D Printing Industry. The MIT Scientists Making 3D Printed Fabrics as Soft as Skin [Internet]. Available: https://3dprintingindustry.com/news/the-mit-scientists-making-3d-printed-fabrics-as-soft-as-skin-157609/
- 3D Printing Industry. 3D Printed ‘Chain Mail’ Paves Way for Next-Generation Smart Fabrics [Internet]. Available: https://3dprintingindustry.com/news/3d-printed-chain-mail-paves-way-for-next-generation-smart-fabrics-194334/
- 3DPrinting.com. LAAB’s 3D Printed Eco Pavilion Showcased at Maison&Objet 2024 [Internet]. Available: https://3dprinting.com/news/laabs-3d-printed-eco-pavilion-showcased-at-maisonobjet-2024/
- S. Raghav, “Kinematics Dress Created by Nervous System (Jessica Rosenkrantz and Jesse Louis-Rosenberg),” in Future of Fashion: Technology and Innovation, The New School, 2019.
- P. Antonelli, Ed., ITEMS : Is Fashion Modern?, New York, NY: The Museum of Modern Art, 2017.
-
B. Farahi, “Caress of the Gaze: A Gaze Actuated 3D Printed Body Architecture,” 2016.
[https://doi.org/10.52842/conf.acadia.2016.352]
- Gladstone Regional Art Gallery & Museum, Shapeshifters: 3D Printing the Future, Exhibition Education Kit, Gladstone, Australia: Gladstone Regional Art Gallery & Museum, 2018.
- Carbon. Introducing Adidas 4DFWD [Internet]. Available: https://www.carbon3d.com/resources/case-study/introducing-adidas-4dfwd-the-worlds-first-3d-printed-anisotropic-lattice-midsole-designed-to-move-you-forward/
- Carbon. Riddell Partners with Carbon to Produce First-Ever 3D Printed Football Helmet Liner [Internet]. Available: https://www.carbon3d.com/news/press-releases/riddell-carbon-produce-football-helmet
- Nervous System. Kinematics Dress [Internet]. Available: https://www.designboom.com/design/nervous-system-kinematic-petals-3d-printed-dress-03-02-2016/
- Julia Koerner. Voltage Dress [Internet]. Available: https://www.juliakoerner.com/voltage
저자소개
2015년：Royal College of Art (Textiles 석사)
2022년：홍익대학교 대학원 (미술학박사-디자인 공예학과 섬유미술)
2023년～현 재: 홍익대학교 섬유미술패션디자인과 초빙교수
※관심분야：디지털패브리케이션, 3D 프린팅 텍스타일, 모듈러 텍스타일