본 논문에서는 다양한 단면 모양과 특성을 가진 기능성 섬유를 만들기 위해 적층 제조(additive manufacturing; AM)와 열 인발(thermal drawing process)의 특징을 결합한 복합 제조 공정에 대한 연구를 다루고 있다. 다양한 적층 제조 중, Fused Deposition Modeling(FDM) 방식은 비교적 간단하고 직관적인 공정의 특징으로 널리 사용되는 3D 프린팅 공정이지만, 마이크로/나노미터 크기의 형상을 가진 구조물을 제작하는 것은 불가능하다. 반면, 열 인발 공정은 매크로 스케일 프리폼(preform)을 마이크로/나노 크기의 단면형상을 가진 섬유 형태로 제작하는 것이 가능하지만 다양한 형상 및 재료로 이루어진 프리폼을 제작하기 위해서는 많은 노력을 필요로 한다.
본 연구에서는 연구에서는 3차원 인쇄 공정과 열 인발 공정의 장점을 결합한 융합 공정을 이용하여 마이크로미터 크기 수준에서 복잡한 형상 단면을 가진 다종재료 섬유 형상 제작을 위한 연구를 수행하고, 해당 융합공정을 이용하여 할 수 있는 두 가지 응용 기술을 제시하였다.
첫 번째 응용 기술로, 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC)와 카본블랙(Carbon black) 및 구리 파우더가 혼합된 전도성 폴리머로 구성하여 열에 반응하는 섬유형 센서 형상을 제시하였다. 섬유 내부 전도성 폴리머가 일정 온도 이상으로 가열되면 열팽창이 발생하게 되고 이로 인한 전기 저항 변화를 이용해 열을 감지하는 방식이다. 개발한 섬유형 센서의 열에 따른 저항값 변화를 예측하기 위해 해석을 진행하였으며 시뮬레이션 결과와 실제 특성 평가에서 나타난 결과를 비교 분석하였다.
두 번째 응용 기술로, 이방성 기계적 성질(anisotropic mechanical property)을 가지는 섬유를 제시하였다. 폴리카보네이트로 이루어진 섬유를 이용하여 굽힘 방향에 따른 서로 다른 단면2차 모멘트 값을 나타내는 I-Beam 형태의 단면 형상을 가진 섬유를 설계하였으며, 설계한 섬유 구조물의 기계적 이방성을 확인하기 위해 구조해석을 수행하고 굽힘 실험을 통하여 해석 결과와 실제 측정한 수치를 비교 분석하였다.