의족 설계에 대한 새로운 접근법 - 구조적 및 미적 기능이 통합된 생체모방 생성형 의족 프레임워크 -
A Novel Approach to Prosthetic Leg Design - Biomimetic Generative Framework with Integrated Structural and Aesthetic Functions -
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초록
기존의 대퇴 의족은 일반적으로 금속 가공을 통해 제작되고, 추가적인 미용 커버로 마감 처리된다. 그러나 이러한 접근법은 건측 하지의 형태 를 완벽하게 재현할 수 없으며, 전체 무게와 복잡성이 증가한다. 이러한 한계를 극복하기 위해 본 연구에서는 자동화 설계와 금속 적층 제조를 활용하여 단일 프레임 내에 구조적 기능과 미적 기능을 통합하는 생체 모방 생성형 의족을 제안한다. 제안된 프레임워크는 (1) 건측 하지의 3D 스캐닝, (2) 설계 매개변수 정의, (3) 생성적 설계를 이용한 의족 프레임자동설계,(4)금속3D프린팅을통한제작의네단계로구성 된다. 최종 의족 프레임은 기계적 요건을 유지하면서 반대측 하지의 체 적적 특징을 직접 통합한다. 보조 커버 구성 요소는 제거되고, 여러 부 품이 단일 경량 구조로 통합된다. 본 연구의 생체모방 생성형 의족은 디 자인 혁신(하지 형태 재현), 비용 효율성(구성요소 및 재료 절감, 공정 통합), 그리고 성능 향상(경량 설계)을 제공한다. 본 연구는 기능과 형 태를 하나의 디자인으로 통합함으로써 의족 개발의 새로운 패러다임을 제시한다.
Abstract
This study proposes a biomimetic generative prosthesis that integrates structural and aesthetic functions within a single frame, leveraging automated design and metal additive manufacturing. The proposed framework consists of four steps: (1) 3D scanning of the unaffected lower extremity, (2) definition of design parameters, (3) automated design of the prosthetic frame using generative design, and (4) fabrication via metal 3D printing. The final prosthetic frame directly integrates the volumetric features of the contralateral lower extremity while maintaining mechanical requirements. Auxiliary cover components are eliminated, and multiple components are integrated into a single, lightweight structure. The biomimetic generative prosthesis in this study offers design innovation (reproducing lower extremity morphology), cost efficiency (reducing components and materials, and integrating processes), and performance enhancement (lightweight design). By integrating function and form into a single design, this study presents a new paradigm in prosthetic foot development.