건축산업의 3d 프린팅에 대해

3d 프린팅이란,

연속적인 계층의 물질을 뿌리면서 3차원 물체를 만들어 내는 제조기술.

일반적으로 적층 방식으로 입체물을 제작하는 장치

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- 3d 프린팅 방식 - 

 

 3d 프린팅 방식을 분류하는 기준은 조형재료와 조형방식에 의한 구분으로 분류할 수 있음.

 

  1. 조형재료에 의한 구분

    1) 고체형 기반 AM system : FDM(혹은 FFF)방식

       ㅇ FDM은 Fused Deposition Medeling의 약자로 직역하면 녹여서 쌓는 방법.

FDM방식의 개념도 (위키백과 FDM 문서)

           1번이 특수한 재료를 가열되는 노즐을 통해 녹여서 일종의 젤 형태로 사출.

           2번 처럼 쌓아감(노즐이 움직이거나, 밑의 베드가 움직이거나)

    2) 액형 기반 AM system : SLA(광경화수지조형)방식

       ㅇ SLA는 Setero Lithography appartus의 약자로 레진(resin)이라고 하는 UV(Ultra Violet), 즉 자외선 경화성 

           포토폴리머에 UV 레이저를 쪼여서 한층한층 굳혀가는 적층혀 제조 과정.

 

SLA방식의 3D프린터 원리 (위키백과)

    3) 분말 기반 AM system : SLS(레이저소결조형)방식

       ㅇ SLS는 Selective Laser Sintering의 약자로 파우더형 재료(미세 플라스틱 분말, 모래, 금속가루 등)을 사용.

           파우더가 담겨있는 수조에 레이저를 쏴 얇은 막(Layer)을 형성하고, 다시 파우더를 뿌리고 레이저 과정 반복.

       ㅇ 레이저가 아니라 접착제를 사용하는 형태도 있으며, 속도도 빠르고, 재료도 다양하며, 완제품도 정교하지만

           프린터 자체가 고가이며 부피가 크고, 사용을 위해 전문적인 교육이 필요하다는 단점.

 

간단히 요약하자면,

FDM방식 : 상대적으로 크기의 제약 적어 바닥, 벽, 천정과 같이 넓은면이나 건물 전체 프린팅 할 수 있음.

SLA방식 : 가볍고 튼튼한 플라스틱을 프린팅 재료로 사용할 수 있어 건축물 모형제작에 활발히 쓰일 수 있음.

SLS방식 : 금속, 세라믹 등의 소재를 출력할 때 사용하여 건축의 긴결 철물 출력시 사용 가능.

 

 

  2. 조형방식에 의한 구분

 

  건물의 큰 부피 때문에 3D프린팅을 활용하는 방법은 보통  3가지로 나뉜다.

    1) 건물 전체를 프린트

       ㅇ 프린팅의 결과물이 크면 프린터는 그보다 커야하는 문제점이 있으므로 크기가 작은 소형주택에 활용.

       ㅇ 접합공정이 별도로 필요하지 않아 상대적으로 빠른 시간에 프린팅 할 수 있음.

       ㅇ 접합부분에서 흔히 나타나는 결로, 기밀성 등의 문제가 작은 장점.

 

    2) 유닛 프린팅 : 적당한 크기의 모듈을 조립하여 건물로 만드는 방법

       ㅇ 다양한 재료와 디자인, 조립방법으로 시도되고 있음.

       ㅇ 비정형 건축에 많이 활용되어 디테일의 구조미 보여줌.

       ㅇ 구조적인 강도의 요구가 적은 단층건물 또는 작은 벽의 일부에 사용되고 있음.

    3) 건축 일부 요소를 3D프린팅 기술을 활용하여 과거보다 편리하게 시공

       ( 예로, 고건축의 장식적인 부분 시공 , 비정형 외장패널 프린트)

 

 -3D 프린팅 기술에 따른 시공 방법 변화 -

  1. ICT를 접목한 시공

    ㅇ ICT(Information and Communication Technology)의 특징은 정보의 수집 및 분석에 활용할 수 있는데, 이러한

        정보들은 잠재적인 역량이나 문제를 발생하는데 유용하게 사용될 수 있으며, 결과적으로 빅데이터를 형성하게 됨.

        이를통해 개인에게 아주 잘 맞출 수 있는 생산이 가능해짐.

    ㅇ 가상으로 공간의 경영 및 운영을 가능하게 하여 가상공간시공을 통해 문제점을 발견함으로써 오류를 줄여 설계

        품질을 높이고 비용을 절감하는 효과

 

  2. 공장생산건축

    ㅇ 대량생산의 제조업은 공장에서 공정에 다라 진행되는 방식. 이를 건축물 시공에 도입할 경우

        주택부분생산(공장) - 주택부품조립(공장 및 현장) - 완성품 제공의 프로세스를 가짐. (모듈러 건축)

 

 

- 추가 - 

 

최근 건축물의 심미성과 상징성을 나타내기 위해 비정형 건축물의 수요가 증가하고 있다.

건축 기술의 발전(BIM 정보를 기반으로 한 비정형 곡면가공기술 등)에 따라 다양한 형태의 콘크리트 곡면을 제작할 수 있게 되었지만 정형화된 거푸집 기술과 원가측면에서 문제점이 드러나고 있다. 이에 대한 대안으로 최근 3D 프린팅 기술이 주목받고 있으며, 주로 FDM 방식을 전제로 진행 중이다.