[논문]건축물 3D 프린팅 설계지원도구 개발

이동윤; 서명배; 주기범

doi:10.5762/kais.2020.21.10.94

건축물 3D 프린팅 설계지원도구 개발
Development of Design Support Tool for Building 3D printing 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.10, 2020년, pp.94 - 105

이동윤 (한국건설기술연구원 미래융합연구본부) , 서명배 (한국건설기술연구원 미래융합연구본부) , 주기범 (한국건설기술연구원 스마트건설혁신본부)

초록
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최근 3D 프린팅 기술이 발전함에 따라 건축분야에도 3D 프린팅 기술을 접목하여 건축 기술 혁신과 생산성을 높이고자 많은 연구들이 진행되고 있다. 해당 분야의 주된 연구들은 일반적으로 3D 프린터 개발, 건축물 3D 프린터에 적합한 재료 개발에 관한 것들이다. 장비와 재료분야에 비해 건축물 모델링 도구의 대표적인 BIM 데이터를 건축물에 대한 3D 프린팅에 적합하게 적용될 수 있도록 하는 설계지원도구에 관한 연구는 미비하다. 또한 기존 3D 프린팅 슬라이싱 프로그램은 제조업 중심으로 상용화되어 있어, 건축용 3D 프린팅에 적용하기에 적합하지 않는 부분이 나타난다. 따라서 본 연구에서는 건축물 3D 프린팅에 적합한 설계지원도구를 개발하고자 한다. 개발된 설계지원도구는 임의의 모델링 데이터를 기반으로 검증을 하였다. 검증 결과, 벽체패턴 생성은 오류가 발생하지 않고 정확하게 모델링되는 것으로 나타났으며, 공기산출은 본 연구에서 제시한 수식이 유효한 것으로 나타났다. 또한 본 연구에서는 STL 파일 출력 시 에러를 최소화하기 위해 최대 가장자리 길이를 100mm로 정하여 출력하는 것으로 검토하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, most studies of 3D printing in construction have focused on the development of 3D printers and materials suitable for construction 3D printers. In comparison, there has been little research on design support tools that enable representative BIM data of building modeling tools to be applied to 3D printing. In addition, existing 3D printing slicing programs are commercialized around manufacturing, showing that they are unsuitable for construction 3D printing. Therefore, this research aims to develop a design support tool for 3D printing for buildings. The developed design support tool was validated based on arbitrary BIM data. Verification showed that wall pattern generation was modeled accurately without errors, and a calculation of the construction period showed that the formula presented in this study was valid. Furthermore, the maximum length of the mesh split was set to 100mm to minimize errors when converting to STL files.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. Handy Tool
그림 Fig. 2. Slicer
그림 Fig. 3. Errors found when converting to STL andmodified Revit model using MeshMixer
그림 Fig. 4. Errors found when converting to STL and modified Revit model using Rhino 3D
그림 Fig. 5. API's menu configuration and procedure
그림 Fig. 6. Wall pattern application algorithm
그림 Fig. 7. Calculation of construction period
그림 Fig. 8. Wall pattern automatic application function
그림 Fig. 9. Excel reviewing the calculation of construction period
그림 Fig. 10. Review conversion to STL

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이때 통상적인 출력시간 소요일을 기준으로 결과값의 적정성 검토한다. 공기산출 윈도우 기능의 경우 출력된 화면을 바탕으로 오류 여부를 판단하도록 하며, 본 논문에서는 이에 관한 검토를 별도로 진행하진 않았다. 마지막으로 3D프린팅을 위한 가장 마지막 단계인 STL파일로의 출력과정에서 새성된 모델이 STL파일로 형상의 오류없이 제대로 저장되는지를 판단하기 위해 테스트 모델을 선정하였다.
단, 본 논문에서는 로그인 창, 환경설정 등의 세부적인 UI화면 개발에 대한 내용은 현재 오류사항에 따른 인터페이스 개선작업을 진행하고 있어 추후 연구에서 제시하고자 한다. 따라서 본 논문에서는 핵심 인터페이스 설계의 개념만 제시하였다.
3D 프린터로 설계모델을 출력하기 위해서는 설계된 파일이 STL 파일로 변환되는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서 3D 모델링 도구를 선정하기 위해 STL 파일로 변환하는 것에 오류가 적은, 호환성의 적절성을 기준으로 판단하였다. STL과의 호환성 판단은 Revit과 Rhino 3D, Fusion 360 프로그램을 대상으로 실시하였다.
이와 같은 문제점을 극복하기 위해서는 대형 목적물, 모르타르기반 재료, 구조적 안전성 등 건축의 특성을 반영한 슬라이싱 기능, 공정 및 원가 산출 기능, 설계지원 기능 등이 포함되고, 타 유형의 3D 프린팅의 장비와 호환성이 높은 3D 프린팅 설계지원 도구 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 건축분야 3D 프린팅 사례들을 통해 도출된 3D 프린팅 슬라이싱 프로그램의 필요기능을 바탕으로 건축물 3D 프린팅 설계지원도구를 개발하고자 한다.
이러한 경우 프린터기는 연속적으로 작업을 수행하게 되며, 이로 인해 기계자체의 부하가 발생할 수 있다. 따라서 프린터기 운용시간에 제약을 둠으로서 유휴시간을 확보하여 기계의 정상동작을 확보하고자 하는데 그 목적이 있다.
벽체 패턴 자동 적용 기능은 벽체 패턴 자동 적용을 위한 알고리즘과 인터페이스에서 구동하기 위한 방법을 제시한다.
본 연구는 건축물 3D 프린팅 설계지원도구를 개발하는 것으로, 건축분야 3D 프린팅 주요방식인 거푸집 프린팅 방식, 유닛단위 프린팅을 통한 조립방식, 현장에서 직접 출력하는 방식[7] 중에서 현장에서 직접 출력하는 방식을 대상으로 설계지원도구를 개발한다. 또한 본 연구의 3D 프린터 타입은 가장 일반적으로 사용되는 겐트리 타입을 대상으로 한다.
응용프로그램 개발에 있어, 인터페이스 설계 및 구성이 핵심적이라 할 수 있다. 본 연구에서는 Application Programming Interface(API) 개발을 위한 작업 절차를 계획하고 메뉴를 구성하였으며, 로그인 창, 환경설정, 벽체패턴 자동설정, 공기산출 등을 구현하는 UI화면을 개발하였다. 단, 본 논문에서는 로그인 창, 환경설정 등의 세부적인 UI화면 개발에 대한 내용은 현재 오류사항에 따른 인터페이스 개선작업을 진행하고 있어 추후 연구에서 제시하고자 한다.
본 연구에서는 건축물 3D 프린팅 설계지원도구 개발의 필요성을 인식하고, 이에 따른 설계지원도구를 설계하고, 개발하였다. 이를 위해 기존 3D 프린팅 설계도구를 건축물 3D 모델링 소프트웨어, 핸디 툴, 슬라이서로 분류하여 고찰하였으며, 고찰한 결과를 참고하여 설계지원 도구의 적합한 모델링 도구를 선정하였다.
해당 연구에서 설계지원도구의 주요기능으로 BIM 데이터 불러오기, STL 파일의 무결성 검토, 3D 프린팅 장비 사양 입력 및 선택, 3D 모델의 출력가능성 검토, 인필 패턴 선택 및 적용, 출력기간 및 물량 산출, 세부 조정 기능 등 7가지의 기능을 제시하였다. 본 연구에서는 사전연구에서 도출된 7가지 기능에서 핵심적인 기능을 선정하고, 구체화시켜 설계지원도구를 개발하고자 한다. 핵심기능은 건설 3D 프린팅 경험이 있는 설계 전문가 3인에게 2차례의 자문을 거쳐 선정되었다.
5). 본 연구에서는 전체 메뉴 구성 중 벽체 패턴 자동 적용되는 것과 공기산출 및 공정추정에 관한 내용을 중점적으로 개발하였으며, 이에 관한 내용을 중심으로 기술하였다.

제안 방법

API개발을 위한 작업 절차를 계획하였으며, 그 전체 메뉴 구성은 로그인, 환경설정, 3DP작업, STL파일 저장 등으로 구성하였다(Fig. 5). 본 연구에서는 전체 메뉴 구성 중 벽체 패턴 자동 적용되는 것과 공기산출 및 공정추정에 관한 내용을 중점적으로 개발하였으며, 이에 관한 내용을 중심으로 기술하였다.
Rhino 3D의 STL 출력 기능을 테스트하기 위해 앞에서 모델링된 물결패턴을 가지는 모델을 STL파일 형태로 저장하고 이를 Autodesk사의 MeshMixer에서 모델 형상이 깨지지 않고 에러 없이 파일이 열리는지에 대한 테스트를 진행하였다. 테스트는 Rhino 3D에서 모델링 순서를 위해 사용된 예제파일을 STL파일 출력 대상 모델로 사용한다.
테스트를 위한 데이터는 한국건설기술연구원에서 2017년에 제작한 철도분야 BIM 라이브러리 중 PSC BEAM 교량을 대상으로 Export를 진행하였다. STL 파일은 Binary로 설정하였고 저장한 후 MsehMixer에서 로딩한 후 에러 검토를 진행하였다. 순서는 다음과 같다.
다음으로 Rhino 3D를 테스트한 결과이다. 같은 방식으로 MeshMixer에서 데이터를 불러와 데이터 분석작업을 진행하였다. 진행한 결과, Rhino 3D는 넙스(Nurbs) 기반 저작툴이기 때문에 Autodesk Revit 보다는 데이터 로딩이 우수한 것으로 나타났다.
3 공기 산출 및 공정추정 모듈 개발에 정의되어 있다. 공기산정에서 가장 기본이 되는 것은 쿨타임을 정의하기 위한 레이어 수이며, 이 설정을 바탕으로 검증을 수행한다. 검증에 사용된 값은 벽체 높이 2,500mm, 전체 부피 15,000,000,000mm³(실제 15,549,915,072mm³이며 억단위 생략), 노즐 폭 40mm, 노즐이동 속도 20mm/sec, 쿨타임 240분, 쿨타임을 위한 레이어 수 25로 설정하였다.
공기산출 및 공정추정 모듈은 건축물 시공의 주재료인 콘크리트의 특성을 반영하고, 적층되는 레이어 수, 운용 시간, 재료량 추가 등에 따른 공기산출 및 공정추정이 가능한 수식을 제시한다.
이를 위해 기존 3D 프린팅 설계도구를 건축물 3D 모델링 소프트웨어, 핸디 툴, 슬라이서로 분류하여 고찰하였으며, 고찰한 결과를 참고하여 설계지원 도구의 적합한 모델링 도구를 선정하였다. 그리고 설계지원도구를 설계하기 위해 선행연구에서 도출된 기능을 바탕으로 전문가들과의 자문을 통해 핵심기능을 도출하였다. 핵심기능은 핵심 인터페이스 설계와 벽체 패턴 자동 적용 기능, 공기 산출 및 공정추정 모듈 기능 등이다.
마지막으로 3D프린팅을 위한 가장 마지막 단계인 STL파일로의 출력과정에서 새성된 모델이 STL파일로 형상의 오류없이 제대로 저장되는지를 판단하기 위해 테스트 모델을 선정하였다. 그리고 이를 STL파일로 출력한 후 외부 프로그램에서 STL파일을 다시 불러와 형상을 검토함으로써 STL파일 출력에 대한 기능 검증을 수행하였다.
연구의 방법은 다음과 같다. 기존 건축 3D 프린팅 설계도구에 대하여 모델링 소프트웨어, 핸디 툴, 슬라이서 등을 고찰하고, 건축물 3D 프린팅 설계지원도구 설계를 위해 개념 정의 및 핵심기능 선정, 모델링 도구 선정을 한다. 이후 설계에서 제시된 기능을 포함한 설계지원도구를 개발하고 선정된 핵심기능 중심으로 검증한다.
해당 프로세스 중 설계 및 설계검토를 수행하기 위해 AutoCAD Revit(이하 Revit), Rhino 3D 등과 같은 건축 3D 모델링 소프트웨어, MakePrintable, MeshFix 등과 같은 핸디 툴, 3DprinterOS, Ultimaker Cura와 같은 슬라이서 프로그램을 이용한다. 다음으로 기존 건축 3D 프린팅에서 사용되는 상용화된 건축 3D 모델링 소프트웨어와 핸디 툴, 슬라이서를 고찰하였다.
첫째, 기존 건축 3D 프린팅 설계도구의 고찰을 건축 3D 모델링 소프트웨어, 핸디 툴, 슬라이서을 대상으로 수행한다. 둘째, 본 연구의 건축물 3D 프린팅 설계지원 도구의 정의하고, 핵심 기능 및 3D 모델링 도구를 선정하여 설계지원도구를 설계한다. 셋째, 설계된 설계지원도구를 바탕으로 핵심 인터페이스를 설계를 수행하고, 벽체 패턴 자동 적용 기능, 공기산출 및 공정추정 모듈 기능 그리고 공정산출 기능을 개발하여 3D 프린팅 설계지원도구를 제시한다.
그 결과, 벽체 패턴 자동 적용은 간섭 및 오차없이 생성되었으며, 공기산정도 본 연구에서 제시한 방식이 유효한 것으로 나타났다. 또한 STL 파일 출력도 최대가장자리 길이값을 건축물에 맞게 제시하여 에러값을 최저로 할 수 있도록 제시하여 검토하였다.
공기산출 윈도우 기능의 경우 출력된 화면을 바탕으로 오류 여부를 판단하도록 하며, 본 논문에서는 이에 관한 검토를 별도로 진행하진 않았다. 마지막으로 3D프린팅을 위한 가장 마지막 단계인 STL파일로의 출력과정에서 새성된 모델이 STL파일로 형상의 오류없이 제대로 저장되는지를 판단하기 위해 테스트 모델을 선정하였다. 그리고 이를 STL파일로 출력한 후 외부 프로그램에서 STL파일을 다시 불러와 형상을 검토함으로써 STL파일 출력에 대한 기능 검증을 수행하였다.
셋째, 설계된 설계지원도구를 바탕으로 핵심 인터페이스를 설계를 수행하고, 벽체 패턴 자동 적용 기능, 공기산출 및 공정추정 모듈 기능 그리고 공정산출 기능을 개발하여 3D 프린팅 설계지원도구를 제시한다. 마지막으로 개발된 설계지원도구를 검증하기 위해 예시를 통해 벽체패턴 자동 적용 기능과 공기산정, STL 파일 출력 등을 검토한다.
벽체 패턴 자동 적용 기능의 테스트는 Rhinp 3D에서 3D 모델링을 진행한 후 벽체 패턴을 적용하여 확인하는 것으로 진행하였다. 공기 산정의 경우 앞서 4장에서 정의된 수식에 대한 검증을 실시한다.
건축 3D 모델링 소프트웨어는 국내에서 가장 많이 활용되고 있는 Revit, Rhino 3D, TEKLA, SketchUP, 3Ds Max, ZBrush 등 모델링의 방식에 따라 다양한 프로그램들이 존재한다. 본 연구에서는 3D 프린팅 시장에서 많은 사용자층을 보유하고 있는 Revit과 Rhino 3D, Fusion 360을 중심으로 고찰하였다.
핵심기능은 핵심 인터페이스 설계와 벽체 패턴 자동 적용 기능, 공기 산출 및 공정추정 모듈 기능 등이다. 선정된 핵심기능을 중심으로 설계지원도구를 개발하였으며, 개발된 기능은 임의로 모델링된 데이터를 활용하여 검증을 실시하였으며, 3D 프린팅 기술에서 중요하게 고려되는 STL 파일 출력 검토도 함께 진행하였다. 그 결과, 벽체 패턴 자동 적용은 간섭 및 오차없이 생성되었으며, 공기산정도 본 연구에서 제시한 방식이 유효한 것으로 나타났다.
둘째, 본 연구의 건축물 3D 프린팅 설계지원 도구의 정의하고, 핵심 기능 및 3D 모델링 도구를 선정하여 설계지원도구를 설계한다. 셋째, 설계된 설계지원도구를 바탕으로 핵심 인터페이스를 설계를 수행하고, 벽체 패턴 자동 적용 기능, 공기산출 및 공정추정 모듈 기능 그리고 공정산출 기능을 개발하여 3D 프린팅 설계지원도구를 제시한다. 마지막으로 개발된 설계지원도구를 검증하기 위해 예시를 통해 벽체패턴 자동 적용 기능과 공기산정, STL 파일 출력 등을 검토한다.
우선, Revit을 테스트하였다. 진행 방법은 Revit으로 모델링 된 3D 모델을 활용하여 STL로 변환하고 오류검증용 툴에서 모델을 불러와서 에러를 체크하는 순서로 진행하였다.
6과 같이 물결패턴 정의 시 폭방향으로 최상단과 최하단을 항상 1과 –1로 입력하고, 길이방향으로 최대 1의 값이 되도록 입력한다. 이렇게 단위 크기로 정의된 패턴은 입력받은 노즐폭과 자동계산된 벽체폭에서 노즐폭을 뺀 값 및 패턴 길이를 사용하여 단위화된 패턴값에 곱하여 패턴을 자동으로 생성하는 알고리즘을 적용하였다. 이러한 정의방식은 사용자가 어떠한 패턴 형태를 입력하더라도 프로그램 상에서 이를 고려할 수 있다.
본 연구에서는 건축물 3D 프린팅 설계지원도구 개발의 필요성을 인식하고, 이에 따른 설계지원도구를 설계하고, 개발하였다. 이를 위해 기존 3D 프린팅 설계도구를 건축물 3D 모델링 소프트웨어, 핸디 툴, 슬라이서로 분류하여 고찰하였으며, 고찰한 결과를 참고하여 설계지원 도구의 적합한 모델링 도구를 선정하였다. 그리고 설계지원도구를 설계하기 위해 선행연구에서 도출된 기능을 바탕으로 전문가들과의 자문을 통해 핵심기능을 도출하였다.
기존 건축 3D 프린팅 설계도구에 대하여 모델링 소프트웨어, 핸디 툴, 슬라이서 등을 고찰하고, 건축물 3D 프린팅 설계지원도구 설계를 위해 개념 정의 및 핵심기능 선정, 모델링 도구 선정을 한다. 이후 설계에서 제시된 기능을 포함한 설계지원도구를 개발하고 선정된 핵심기능 중심으로 검증한다.
우선, Revit을 테스트하였다. 진행 방법은 Revit으로 모델링 된 3D 모델을 활용하여 STL로 변환하고 오류검증용 툴에서 모델을 불러와서 에러를 체크하는 순서로 진행하였다. 특히 Revit에서는 STL 파일로 데이터를 저장하는 기능이 존재하지 않아서 별도로 제공되는 Add-In 프로그램인 ”STL Exporter for Revit“을 활용하였다.
첫째, 기존 건축 3D 프린팅 설계도구의 고찰을 건축 3D 모델링 소프트웨어, 핸디 툴, 슬라이서을 대상으로 수행한다. 둘째, 본 연구의 건축물 3D 프린팅 설계지원 도구의 정의하고, 핵심 기능 및 3D 모델링 도구를 선정하여 설계지원도구를 설계한다.
테스트 결과, Rhino 3D와 Fusion 360이 STL과의 호환성이 좋은 것으로 나타났으며, 둘 중 일반적으로 3D 모델링으로 많이 사용하는 Rhino 3D를 본 연구에서의 3D 모델링 도구로 선정하였다.
테스트진행 시 도구에서 지원하는 세부제어 옵션의 “최대가장자리 길이”의 값을 0~100mm까지 변화시켜 출력되는 STL 모델을 살펴보았다.
패턴 모델링이 제대로 수행되었는지를 확인하기 위해 부분적으로 확대하여 모델링 형상을 체크한다. Fig.
본 연구의 사전연구로서 박형진 외 2인(2017)은 건축물 3D 프린팅 설계지원도구 개발을 위한 요구기능을 도출하였다[6]. 해당 연구에서 설계지원도구의 주요기능으로 BIM 데이터 불러오기, STL 파일의 무결성 검토, 3D 프린팅 장비 사양 입력 및 선택, 3D 모델의 출력가능성 검토, 인필 패턴 선택 및 적용, 출력기간 및 물량 산출, 세부 조정 기능 등 7가지의 기능을 제시하였다. 본 연구에서는 사전연구에서 도출된 7가지 기능에서 핵심적인 기능을 선정하고, 구체화시켜 설계지원도구를 개발하고자 한다.
일반적으로 건축물 3D 프린팅 출력 프로세스는 건축물 설계, 설계검토, 모형 제작, 실제 출력 등의 단계로 구성된다. 해당 프로세스 중 설계 및 설계검토를 수행하기 위해 AutoCAD Revit(이하 Revit), Rhino 3D 등과 같은 건축 3D 모델링 소프트웨어, MakePrintable, MeshFix 등과 같은 핸디 툴, 3DprinterOS, Ultimaker Cura와 같은 슬라이서 프로그램을 이용한다. 다음으로 기존 건축 3D 프린팅에서 사용되는 상용화된 건축 3D 모델링 소프트웨어와 핸디 툴, 슬라이서를 고찰하였다.

대상 데이터

따라서 본 연구에서 3D 모델링 도구를 선정하기 위해 STL 파일로 변환하는 것에 오류가 적은, 호환성의 적절성을 기준으로 판단하였다. STL과의 호환성 판단은 Revit과 Rhino 3D, Fusion 360 프로그램을 대상으로 실시하였다. 선정 경과는 다음과 같다.
공기산정에서 가장 기본이 되는 것은 쿨타임을 정의하기 위한 레이어 수이며, 이 설정을 바탕으로 검증을 수행한다. 검증에 사용된 값은 벽체 높이 2,500mm, 전체 부피 15,000,000,000mm³(실제 15,549,915,072mm³이며 억단위 생략), 노즐 폭 40mm, 노즐이동 속도 20mm/sec, 쿨타임 240분, 쿨타임을 위한 레이어 수 25로 설정하였다. 일반적으로 이와 유사한 형태의 프린팅은 4~7일 정도 소요되는 것으로 파악되었으며, 이 범위 내의 값이 나오면 적절한 것으로 판단한다.
본 연구는 건축물 3D 프린팅 설계지원도구를 개발하는 것으로, 건축분야 3D 프린팅 주요방식인 거푸집 프린팅 방식, 유닛단위 프린팅을 통한 조립방식, 현장에서 직접 출력하는 방식[7] 중에서 현장에서 직접 출력하는 방식을 대상으로 설계지원도구를 개발한다. 또한 본 연구의 3D 프린터 타입은 가장 일반적으로 사용되는 겐트리 타입을 대상으로 한다.
Rhino 3D의 STL 출력 기능을 테스트하기 위해 앞에서 모델링된 물결패턴을 가지는 모델을 STL파일 형태로 저장하고 이를 Autodesk사의 MeshMixer에서 모델 형상이 깨지지 않고 에러 없이 파일이 열리는지에 대한 테스트를 진행하였다. 테스트는 Rhino 3D에서 모델링 순서를 위해 사용된 예제파일을 STL파일 출력 대상 모델로 사용한다.
특히 Revit에서는 STL 파일로 데이터를 저장하는 기능이 존재하지 않아서 별도로 제공되는 Add-In 프로그램인 ”STL Exporter for Revit“을 활용하였다. 테스트를 위한 데이터는 한국건설기술연구원에서 2017년에 제작한 철도분야 BIM 라이브러리 중 PSC BEAM 교량을 대상으로 Export를 진행하였다. STL 파일은 Binary로 설정하였고 저장한 후 MsehMixer에서 로딩한 후 에러 검토를 진행하였다.

데이터처리

공기 산정의 경우 앞서 4장에서 정의된 수식에 대한 검증을 실시한다. 검증 방법으로는 입력 값들을 가정하고 실제 규모에 가까운 검증 모델을 선정하여 엑셀 수식 결과값을 통해 검증한다. 이때 통상적인 출력시간 소요일을 기준으로 결과값의 적정성 검토한다.

이론/모형

4.1 핵심 인터페이스 설계

설계지원도구는 Rhino 3D를 기반으로 개발되었다. Rhino 3D는 API개발을 위해 다양한 언어를 지원해주고 있으며, 대표적으로 VB, Phyton, C#, C/C++ 등이 있다.
특히 Revit에서는 STL 파일로 데이터를 저장하는 기능이 존재하지 않아서 별도로 제공되는 Add-In 프로그램인 ”STL Exporter for Revit“을 활용하였다.

성능/효과

MeshMixer로 데이터를 로딩하고 “Analysis”를 수행한 결과 약 2,360여개의 에러가 발견되었다.
일반적으로 이와 유사한 형태의 프린팅은 4~7일 정도 소요되는 것으로 파악되었으며, 이 범위 내의 값이 나오면 적절한 것으로 판단한다. 계산을 위해 가정한 값을 사용하여 엑셀에서 계산을 수행한 결과 4.5일로 계산되어 본 연구에서 제시된 방식이 유효한 것으로 검증된다(Fig. 9).
선정된 핵심기능을 중심으로 설계지원도구를 개발하였으며, 개발된 기능은 임의로 모델링된 데이터를 활용하여 검증을 실시하였으며, 3D 프린팅 기술에서 중요하게 고려되는 STL 파일 출력 검토도 함께 진행하였다. 그 결과, 벽체 패턴 자동 적용은 간섭 및 오차없이 생성되었으며, 공기산정도 본 연구에서 제시한 방식이 유효한 것으로 나타났다. 또한 STL 파일 출력도 최대가장자리 길이값을 건축물에 맞게 제시하여 에러값을 최저로 할 수 있도록 제시하여 검토하였다.
0은 모델링할 때의 크기를 그대로 사용하는 것인데 곡면이 생성되어있고, 이 곡면의 내부 surface 분할이 매우 적은수로 되어있다면 STL변환 시 반드시 에러가 발생된다. 따라서 최대 가장자리 길이를 100mm정도로 한다면 일반적인 건축물 규모에 대해서 무리없이 변환이 가능할 것으로 판단된다. 이 값이 클수록 에러가 발생될 확률이 커지며, 이 값이 작을수록 STL 파일의 용량이 커지며, STL파일 변환 시 변환 시간이 과하게 소요된다(Fig.
본 연구에서 건축물 3D 프린팅 설계지원도구를 건축설계에서 많이 사용되는 모델링 도구를 활용하여 개발한 것은 모든 겐트리 타입의 3D 프린팅 기술에 적용할 수 있다는 것에 큰 의의가 있다. 또한 3D 프린팅이란 새로운 기술을 건축물에 적용함에 있어 공정관리 중 주요핵심인 공기산출을 할 수 있는 방식을 제안한 것은 향후 3D 프린팅을 이용한 건축물 출력에 있어 설계단계에서 정량적인 공정관리를 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
같은 방식으로 MeshMixer에서 데이터를 불러와 데이터 분석작업을 진행하였다. 진행한 결과, Rhino 3D는 넙스(Nurbs) 기반 저작툴이기 때문에 Autodesk Revit 보다는 데이터 로딩이 우수한 것으로 나타났다. Fusion 360도 같은 방식으로 테스트를 진행하였다.

후속연구

다만, 본 논문에서 제시한 설계지원도구는 핵심기능에 대해서만 제시하고 있기 때문에 사용자와 관리자 등의 개인설정 관리 및 서버 로그인 기능, 건설공사 표준품셈과 일위대가와 연계된 공정관리 및 물량산출 기능 등이 추가 연구개발이 필요하다. 또한 본 연구에서 선정한 Rhino 3D 뿐만 아닌 Revit과 같은 상용화된 프로그램과 연계할 수 있는 기능 등을 도출하여 추가적인 개발이 요구된다.
본 연구에서는 Application Programming Interface(API) 개발을 위한 작업 절차를 계획하고 메뉴를 구성하였으며, 로그인 창, 환경설정, 벽체패턴 자동설정, 공기산출 등을 구현하는 UI화면을 개발하였다. 단, 본 논문에서는 로그인 창, 환경설정 등의 세부적인 UI화면 개발에 대한 내용은 현재 오류사항에 따른 인터페이스 개선작업을 진행하고 있어 추후 연구에서 제시하고자 한다. 따라서 본 논문에서는 핵심 인터페이스 설계의 개념만 제시하였다.
또한 본 연구에서 선정한 Rhino 3D 뿐만 아닌 Revit과 같은 상용화된 프로그램과 연계할 수 있는 기능 등을 도출하여 추가적인 개발이 요구된다. 따라서 향후 연구에는 앞서 언급한 기능과 다양한 3D 프린팅 타입에 맞는 설계지원도구 개발을 진행할 것이다.
본 연구에서 건축물 3D 프린팅 설계지원도구를 건축설계에서 많이 사용되는 모델링 도구를 활용하여 개발한 것은 모든 겐트리 타입의 3D 프린팅 기술에 적용할 수 있다는 것에 큰 의의가 있다. 또한 3D 프린팅이란 새로운 기술을 건축물에 적용함에 있어 공정관리 중 주요핵심인 공기산출을 할 수 있는 방식을 제안한 것은 향후 3D 프린팅을 이용한 건축물 출력에 있어 설계단계에서 정량적인 공정관리를 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
다만, 본 논문에서 제시한 설계지원도구는 핵심기능에 대해서만 제시하고 있기 때문에 사용자와 관리자 등의 개인설정 관리 및 서버 로그인 기능, 건설공사 표준품셈과 일위대가와 연계된 공정관리 및 물량산출 기능 등이 추가 연구개발이 필요하다. 또한 본 연구에서 선정한 Rhino 3D 뿐만 아닌 Revit과 같은 상용화된 프로그램과 연계할 수 있는 기능 등을 도출하여 추가적인 개발이 요구된다. 따라서 향후 연구에는 앞서 언급한 기능과 다양한 3D 프린팅 타입에 맞는 설계지원도구 개발을 진행할 것이다.

질의응답

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	제조업에서 시작된 3D 프린팅 기술은 어떤 기술인가요?	최근 4차 산업혁명기술 중의 하나인 3D 프린팅 기술이 산업전반에 확산되고 스마트시티 및 건설자동화 관련 기술에 대한 시장의 수요가 증가됨에 따라 Building Information Modeling(BIM)을 기반으로 3D 프린팅 기술을 건설에 접목하는 연구들이 국내외에서 활발히 진행 중이다[1]. 제조업에서 시작된 3D 프린팅 기술은 국가에서 추진 중인 건설 자동화 기술 중 무인시공 자동화 기술의 핵심기술 중의 하나로 스마트 시티 기반 기술로 활용될 가능성이 매우 높으며 재난 및 재해지역의 급속 시공, 저개발국가의 대형 주택단지 보급, 극한지 시공 등 신규시장 개척이 가능한 신기술이다[2].
	최근 4차 산업혁명기술 중의 하나는 무엇인가요?	최근 4차 산업혁명기술 중의 하나인 3D 프린팅 기술이 산업전반에 확산되고 스마트시티 및 건설자동화 관련 기술에 대한 시장의 수요가 증가됨에 따라 Building Information Modeling(BIM)을 기반으로 3D 프린팅 기술을 건설에 접목하는 연구들이 국내외에서 활발히 진행 중이다[1]. 제조업에서 시작된 3D 프린팅 기술은 국가에서 추진 중인 건설 자동화 기술 중 무인시공 자동화 기술의 핵심기술 중의 하나로 스마트 시티 기반 기술로 활용될 가능성이 매우 높으며 재난 및 재해지역의 급속 시공, 저개발국가의 대형 주택단지 보급, 극한지 시공 등 신규시장 개척이 가능한 신기술이다[2].
	건축 3D 프린팅은 설계도구를 이용하는 것에 있어 어떠한 역할이 요구되나요?	건축에서의 3D 프린팅은 설계 도구를 이용하는 것에 있어, 단순 디자인의 역할 뿐만 아닌 공정관리 및 물량산출 등의 관리적 역할이 요구되기도 한다. 이에 따라 건축설계단계에서부터 사용되는 BIM이 3D 프린팅에 핵심적이 설계도구의 역할로 나타나고 있다[5].

참고문헌 (17)

K. B. Ju, M. B. Seo, H. J. Park, "A Development of Work Breakdown Structure and Link to Standard Estimation System for 3D Printing Building", Journal of the Korea Academia-Industrial, Vol.19, No.12, pp.702-708, Dec. 2018. DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2018.19.12.702
T. A. M. Salet, F. P. Bos, R. J. M. Wolfs, Z. Y. Ahmed, "3D concrete Printing - A structural Engineering Perspective", Proceedings of the 2017 fib Symposium, pp.51-57, Jun. 2017. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-59471-2
D. Lee, D. Lee, H. Cho, K. I. Kang, "Production Process and Mock-up Test of Freeform Concrete Segments using LOM type 3D Printer", Journal of the Korea Institute of Building Construction, Vol.18, No.1, pp.89-98, Feb. 2018. DOI: http://dx.doi.org/10.5345/JKIBC.2018.18.1.089
Y. W. D. Tay, B. Panda, S. C. Paul, N. A. Noor Mohamed, M. J. Tan, "3D Printing Trends in Building and Construction Industry: A Review", Journal of Virtual and Physical Prototyping, Vol.12, NO.3, pp.261-276, Apr. 2017. DOI: https://doi.org/10.1080/17452759.2017.1326724

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J. J. Yeon, "A Study Converting BIM Data into 3D Printing Data", Master's thesis, University of Seoul, Seoul, Korea, pp.19-20, 2015.
H. J. Park, M. B. Seo, K. B. Ju, "A Study on Development of Design Support Tool for Building 3D Printing", Journal of the Korea Academia-Industrial, Vol.20, No.12, pp.182-189, Dec. 2019. DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2019.20.12.182
S. J. Jung, T. H. Lee, "Study of Trends in The Architecture and The Economic Efficiency of 3D Printing Technology", Journal of Korea Academia-Industrial Cooperation Society, Vol.15, No.10, pp. 6336-6343, Oct. 2014 DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2014.15.10.6336

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H. J. Park, M. B. Seo, K. B. Ju, "A Development of Work Item and Duration Estimation Method for 3D Printing based Building", Journal of the Korea Academia-Industrial, Vol.18, No.12, pp.200-207, Dec. 2017. DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2017.18.12.200
Autodesk Revit, https://www.autodesk.co.kr/products/revit/overview (accessed Aug. 27, 2020)
Rhino 3D, https://www.rhino3d.com/6/features (accessed Aug. 27, 2020)
Fusion 360, https://www.autodesk.com/products/fusion-360/overview (accessed Aug. 27, 2020)
MakePrintable, https://makeprintable.com/features (accessed Aug. 27, 2020)
MeshFix, https://github.com/MarcoAttene/MeshFix-V2.1 (accessed Aug. 27, 2020)
Meshmixer, http://help.autodesk.com/view/MSHMXR/2019/ENU/ (accessed Aug. 27, 2020)
NetFabb, https://www.autodesk.co.kr/products/netfabb/overview (accessed Aug. 27, 2020)
3DprinterOS, https://www.3dprinteros.com/best-3d-printing-software-for-manufacturers/ (accessed Aug. 27, 2020)
Ultimaker Cura, https://ultimaker.com/ko/software/ultimaker-cura (accessed Aug. 27, 2020)

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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