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건축물 신속조형을 위한 3D 프린터 기술 현황 및 개발방향
Status and Direction of Development on the 3D Printing Technology for BRP(Building Rapid Printing) 원문보기

한국공간구조학회논문집 = Journal of the Korean Association for Spatial Structures, v.15 no.3, 2015년, pp.61 - 68  

김동현 (세종대학교 건축학과) ,  이재홍 (세종대학교 건축공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A study on BRP(Building Rapid Printing) technology is in an initial stage although general 3d printers are being developed in a great speed and with fruitful outputs. Even some laboratories in advanced countries have difficulties in their research due to many technological restrictions and have not ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 현재 활발히 전개되고 있는 3D 프린터의 미개척 활용분야로서 건축물 신속 프린팅을 대상으로 이를 실용화하기 위해 필요한 구체적인 개발방향을 제시하였다. 개발방향을 도출하기 위하여 전 세계 동일분야에서 가장 앞서가고 있는 연구를 조사, 분석하였으며 이를 통해 향후 3D 프린터가 건축분야에 도입될 경우 가장 먼저 개발되어야 할 현안을 여섯 가지로 제시하고 각 분야별로 구체적인 개발대상과 목표를 제시하였다는데 본 논문의 의의가 있다고 할 수 있다.
  • 본 논문에서는 건축물 신속조형을 위한 3D 프린터의 기술 현황 및 개발방향에 대해 논의하고자 한다. 2장에서는 현재 3D 프린터 기술 자체에 초점을 맞춘 업계 용어 중 건축분야 입장에서 필요한 것을 선정하고 선두 연구그룹이 사용하고 있는 용어를 추가로 정의한다.
  • 본 논문에서는 현재 활발히 전개되고 있는 3D 프린터의 미개척 활용분야로서 건축물 신속 프린팅을 대상으로 이를 실용화하기 위해 필요한 구체적인 개발방향을 제시하였다. 개발방향을 도출하기 위하여 전 세계 동일분야에서 가장 앞서가고 있는 연구를 조사, 분석하였으며 이를 통해 향후 3D 프린터가 건축분야에 도입될 경우 가장 먼저 개발되어야 할 현안을 여섯 가지로 제시하고 각 분야별로 구체적인 개발대상과 목표를 제시하였다는데 본 논문의 의의가 있다고 할 수 있다.
  • 이 방식은 시멘트 모르타르 출력 후 구조물 보강에 대한 후처리를 요한다. 본 프로젝트는 구조물을 출력하는데 앞서 고성능 프린팅 콘크리트를 위한 프린팅재료의 배합에 중점을 두었다. 여러 배합의 물성치 및 압출성능 등을 놓고 각 배합의 특성에 대한 비교분석을 수행하였다12, 13).

가설 설정

  • : 건설 재료를 3D 프린터로 분사하기 위해서는 제작 방식에 대한 요소기술 개발이 우선 수반되어야 한다. 이를 위한 핵심기술 중 하나는 노즐이라 할 수 있다.
  • : 우선 3D 프린팅 기술로 출력하려는 구조물의 목표 크기를 정한 후 개발방향을 설정해야 한다. 분할 출력하여 조립식 구조물로 가는 방식과 현장에서 일괄 출력하는 방식으로 나뉘어 설정할 수 있으며 이에 더하여 단층 및 복층, 연면적 등을 고려하여 목표를 설정해야 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
경사기능재료란? 재료를 적층하여 구조물을 구축하는 측면에서는 경사기능재료(FGMs: Functionally Graded Materials) 용어를 언급할 수 있다. 경사기능재료는 조성이 서로 다른 재료를 적층하여 복합재료 부재를 구성할 시에 이질재료 간의 잔류응력으로 인해 탈락되는 것을 방지하고자 개발된 진보 기술로 두 재료의 가장 적합한 특성을 병합하는 형식을 말한다. 건축 부재는 건물의 내 ․ 외부 환경의 차이로 인해 벽체 내 ․ 외부의 표면에 서로 다른 특성을 요구하는 경우가 있으며, 부재의 특정 면에 강화된 내화 성능을 요구하는 경우도 있다.
습윤 건축 재료를 압출(Extrusion)하여 적층하는 방식에 필요한 네가지 특성은? [Table 1]의 네 가지 특성을 살펴보면 빌딩 프린팅에 대한 요소기술을 추출할 수 있다. 우선 Pumpability에 대응하는 것으로 이송 시스템 자체의 압송성과 이를 제어하는 3D 프린터의 소프트웨어 알고리즘 기술이다. 두 번째 Printability는 압출기능을 담당하는 노즐 기술로 대응할 수 있으며 적층 과정 또한 3D 프린터의 소프트웨어 알고리즘으로 제어한다. 세 번째 Buildability는 재료기술로 대응할 수 있는데, 시멘트 모르타르와 같은 습윤 재료는 출력 시 하단 층과 상단 층이 최적의 조건으로 적층되어야만 부재로의 역할이 가능하도록 일체화 할 수 있으며 양생완료 시까지 자중 및 외부하중에 의해 전도되지 않도록 해야 한다. 이 모든 조건이 완벽하게 구비되었을 때의 시간이 프린팅 가능 시간이며 이는 구조물의 크기 및 재료공급 상황에 따라 변동될 수 있다.
건축용 3D 프린터 카머메이커는 어떤 기법을 사용하였나? 1 (a)]는 가열된 노즐을 사용하여 플라스틱 조형 재료[Fig. 1(b)]를 녹여 쌓아 올리는 방식인 FDM(Fused Deposition Modeling) 기법을 사용하였으며 완성된 형태 또한 건축물이 아닌 의자 혹은 조형물에 그쳤다. 오히려 2000년대 후반부터 이미 다수의 연구그룹에서 3D 프린팅 기술을 실제 건축분야에 적용하려는 노력이 이어지고 있었으며, 개념 정립단계부터 실제 콘크리트를 프린팅 하는 기술을 재현해낸 단계까지 전 세계적으로 폭 넓게 빌딩 프린팅(Building Printing) 기술을 발전시키고 있었다.
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참고문헌 (13)

  1. S.K. Choi, "3D Printing Technology and Architectural Application", Architecture, Vol.58, No.02, pp.17-25, 2014 

  2. Development direction of 3D printer industry, Ministry of Science, ICT and Future Planning, 2014 

  3. http://3dprintcanalhouse.com 

  4. J.G. Lee, J.H. Park, B.H. Cho, "Structural Performance Tests of Slab Systems for Modular Building Structures", Journal of Architectural Institute of Korea, Vol. 25, No. 2, pp.19-28, 2009 

  5. Lim, Sungwoo, et al. "Developments in construction-scale additive manufacturing processes." Automation in construction 21, pp.262-268, 2012 

  6. http://www.yhbm.com/ 

  7. http://www.contourcrafting.org/ 

  8. Khoshnevis, Behrokh, et al. "Lunar contour crafting-a novel technique for ISRU-based habitat development." 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit-Meeting Papers. 2005. 

  9. http://www.d-shape.com/ 

  10. Cesaretti, Giovanni, et al. "Building components for an outpost on the lunar soil by means of a novel 3D printing technology." Acta Astronautica 93, pp.430-450, 2014 

  11. http://www.buildfreeform.com/ 

  12. Le, Thanh T., et al. "Mix design and fresh properties for high-performance printing concrete." Materials and structures 45.8, pp.1221-1232, 2012 

  13. Le, Thanh T., et al. "Hardened properties of high-performance printing concrete." Cement and Concrete Research 42.3, pp.558-566, 2012 

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