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제목 콘크리트 3D프린팅, 건설업계 트렌드 변화 이끈다
작성자 최고관리자 등록일 2020-08-14 15:06 조회수 67

콘크리트 3D프린팅, 건설업계 트렌드 변화 이끈다

3D프린팅연구조합 정우민 주임



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매년 출력 속도가 빠르고 다양한 소재를 사용하며 성능이 뛰어난 다양한 3D프린터가 출시되고 있다. 최근 들어 3D프린터 업계는 특히 금속 부품 출력을 위한 대형 3D프린터 개발에 중점을 둔 것으로 보인다. 최종 목표는 더 큰 부품을 ‘보다 빨리, 보다 크게’ 양산하는 것이다.

그러나 플라스틱과 금속만이 3D프린팅 산업에 혁명을 일으키는 유일한 재료는 아니다. 최근 콘크리트 3D프린터가 등장하면서 건설업의 많은 변화가 오고 있다.


잉크젯 프린팅과 유사한 윤곽형상적층(CC, contoue crafting) 공법을 개발하여 건축구조에 적용하기 시작하였다. 이 방법은 대구경의 노즐을 통해 고압의 콘크리트 페이스트를 압출하는 방식이다.
 

콘크리트 3D프린터는 이제 정교해졌으며 많은 실험이 성공적으로 진행되었다. 지금부터 콘크리트 3D프린팅의 최근 동향을 살펴보자. 

3552644236_eQHJGSUp_1.bmp▲ 3D프린팅을 활용한 GE의 풍력 터빈 타워 단면(사진: GE)

 

■GE, 콘크리트 3D프린팅으로 고효율 풍력 터빈 타워 구축

GE는 지난 6월17일 3D프린팅 기반의 타워형 풍력 터빈을 개발 중이라고 발표했다. 건설업계와 협력하여 전 세계에 공급할 수 있는 프린터와 재료를 모두 생산할 계획이다.

 

풍력 터빈의 특성상 많은 전력을 생산하기 위해서는 강한 바람을 받을 수 있도록 타워 높이를 높여야한다. 이를 위하여 풍력 터빈의 대형화가 진행되면서 필요한 부품과 운송에 차질이 생길 수 있다.


GE는 터빈의 베이스를 3D프린터로 출력하여 원하는 곳에 배치를 할 계획이다. 이를 통해 거대한 콘크리트 또는 강철 같은 원자재를 운반할 필요가 없으며 최대 제작 높이는 200미터로 현재 미국의 풍력 터빈의 평균 높이보다 2배 이상 높일 수 있다. GE는 160미터 높이의 5MW급 풍력 터빈 보다 연간 33% 더 많은 전력 생산이 가능하며 건축 비용도 대폭 절감할 수 있다고 밝히고 있다. 

3552644236_k9ACtWx1_2.bmp▲ 8월에 완성 예정인 수상 건축물(사진:프로보크)

 
GE 풍력 타워 구축용 콘크리트 3D프린터·소재 개발, 효율성↑
비용절감·디자인·친환경 장점, 안정성·단열 적합성 등 극복해야

 

■48시간 만에 건축되고 비용 최대 50% 절약하는 수상 건축물

체코에서 3D프린팅 기술로 세계 최초의 수상 건축물을 출력하는 프로젝트가 진행돼 눈길을 끌고 있다. 제작자 Michal Trpak과 Erste 그룹 및 3D프린팅업체 Prvok는 3D프린팅 기술을 사용하여 기존 방식보다 약 7배 빠르게 집을 지을 수 있다고 소개했다.

초당 약 15cm를 쌓아올릴 수 있으며 총 48시간 동안 약 40제곱미터의 집을 지을 수 있다. 전형적인 건축에서는 평균 65명의 근로자가 필요하지만 이 방법으로 집을 완성하는데 총 25명의 근로자만 필요하며 비용도 기존 건물의 건축 비용의 최대 50%를 절약할 수 있다.

 

Scoolpt 로봇 팔은 새롭게 개발된 콘크리트 소재로 집을 짓게 되는데, 3D프린팅을 통해 출력된 건축물은 28일 후 일반적인 콘크리트와 동등한 강도를 나타낸다고 한다. 오는 8월 체코 블타바강에 완성된 시제품을 띄워서 두 달 동안 전시할 계획이다.

3552644236_9bde0QNv_3.bmp▲ 적층제조 방식으로 제작된 부유식 해상풍력 터빈의 앵커

 

■해상에 떠다니는 바람을 붙잡을 수 있는 혁신적인 앵커

퍼듀 대학교(Purdue University)의 연구원 팀과 RCAM Technologies 기업은 갯가재에서 영감을 받아 3D프린팅을 사용하여 부유식 해상 풍력 터빈의 앵커를 보다 저렴하고 친환경적인 앵커로 만들 계획이다.

 

부유식 터빈은 전력을 생성하기 위한 새로운 방법이다. 현재까지는 대규모 부유식 풍력 발전기로 이루어진 단지가 운영되고 있지 않지만, 전문가들은 부유식 터빈이 해상풍의 활용 범위를 크게 확장할 수 있어 육지보다 효율적으로 전력을 생산할 수 있다고 예측하고 있다.

 

부유식 풍력 터빈을 해저에 고정시키는 앵커는 일반적으로 강철로 만들어진다. 현재 Purdue 대학 팀은 3D프린팅을 사용하여 벌집 모양 같은 얇은 여러 층으로 이루어진 콘크리트 앵커를 제작하는 중이다. 앞서 기술한 바와 같이 표면은 새우나 게, 가재와 같은 절지동물의 껍질과 유사한 구조로 제작되어 있어 충격에 강하고 충격하중을 분산시킬 수 있어 외부 표면이 쉽게 부서져도 균열이 전파되지 않는 원리를 이용했다.

 

이러한 벌집 형태의 앵커는 수압의 영향을 적게 받아 기존의 앵커보다 비교적 해저에 자연스럽게 안착하여 고정될 수 있어 비용 절감과 해저 생태계에 미치는 영향이 적어 친환경적이다.

 

아직까지 3D프린팅 기술의 건설분야 적용은 타 산업에 비해선 미미한 실정이다. 앞에서 소개 하였듯이 건설분야에 적용하였을 때의 이점은 인건비 절감, 디자인의 다양화, 환경 친화적인 재료 등의 사용이 있다.

 

하지만 극복해야 할 문제점들도 있다. 3D프린팅으로 건설된 건축물에 대한 안정성, 단열·보온 적합성에 관한 의문점 등은 주택을 설계하고 건설하는데 요구되는 기술과 인력들을 와해시킬 가능성이 크다.

 

3D프린팅은 아직 모든 산업분야에서 초기단계이지만 잠재적인 이점이 크기 때문에 관련 기술 발전이 거듭되고 있다. 머지않아 3D프린팅으로 완성된 안전한 집에서 살 수 있는 시기가 곧 다가올 것으로 보인다.