초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
자연모사형 블럭과 채널방식의 체결기법을 도입한 건설자동화 기술 개발

◼ 전체 내용
⦁ 3D 프린터를 이용하여 두 가지 이상의 재료로 구성된 패턴을 가지는 자연모사형 모듈블럭을 제작하고, 이를 현장에서 적층 및 체결할 수 있는 건설기법을 제안함
⦁ 제안한 모듈블럭의 역학적 성능 향상과 고성능 에폭시를 이용한 체결 방법은 교량 등의 대형구조물의 건설에 사용될 수 있을 것으로 예상함
⦁ 다양한 생물에서 발견되는 패턴이 역학적 성능을 향상시키는 원리에 대해 조

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
자연모사형 블럭과 채널방식의 체결기법을 도입한 건설자동화 기술 개발

◼ 전체 내용
⦁ 3D 프린터를 이용하여 두 가지 이상의 재료로 구성된 패턴을 가지는 자연모사형 모듈블럭을 제작하고, 이를 현장에서 적층 및 체결할 수 있는 건설기법을 제안함
⦁ 제안한 모듈블럭의 역학적 성능 향상과 고성능 에폭시를 이용한 체결 방법은 교량 등의 대형구조물의 건설에 사용될 수 있을 것으로 예상함
⦁ 다양한 생물에서 발견되는 패턴이 역학적 성능을 향상시키는 원리에 대해 조사하고, 이를 모사하여 건설 블럭의 크기에 적합하도록 패턴을 디자인함
⦁ 패턴의 모양을 결정하는 다양한 변수의 영향을 효율적으로 고려하기 위해, 수치해석적 기법을 도입하여 패턴의 형상과 블럭의 성능 간의 상관관계에 대한 연구를 수행하고 실험을 통하여 검증함
⦁ 체결부 구조에 따른 체결성능의 평가를 위하여 수치해석과 실험을 수행함

◼ 1년차
ㅇ 목표
3D 프린팅용 블럭과 체결 구조 제안 및 성능 예측 해석
ㅇ 내용
⦁ 자연에 존재하는 패턴이 역학적 성능을 향상 시키는 원리 조사
⦁ 향상시키고자 하는 역학적 특성에 따른 패턴 디자인
⦁ 패턴에 따른 블럭의 역학적 성능 예측을 위한 수치해석 모델 개발
⦁ 유동 채널형 체결부의 재료 선정
⦁ 수치해석을 이용한 체결부의 형상 및 크기 최적화

◼ 2년차
ㅇ 목표
개발된 블럭 및 체결 구조 제작 및 성능 검증
ㅇ 내용
⦁ 패턴을 포함한 건설용 블럭 실험체 제작
⦁ 패턴에 따른 성능 향상 검증 실험
⦁ 개발한 수치해석 모델의 성능 예측 정확성 평가
⦁ 유동채널형 체결부를 이용한 블럭 간 체결성능 실험

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
◯ 활용방안
⦁ 극서지, 극한지 및 우주 공간에서의 대형구조물 건설에 적용
- 3D 프린팅 건설기술은 수작업을 최소화하여 자동화가 가능하다는 장점이 있음
- 사람이 직접 현장장업하기 힘든 곳에서도 작업 가능할 것으로 기대됨
- 기존 3D 프린팅으로 제작된 부재에 비하여 높은 역학적 성능을 갖는 모듈화된 블럭을 활용하면, 높은 내구성 확보가 가능하므로 극한 환경에서 활용성이 우수할 것으로 기대됨
⦁ 패턴화된 블럭의 성능 예측 수치해석 기법
- 추후 다른 목적을 위한 자연 모사 패턴을 개발하는 연구는 지속적으로 이루어질 것으로 예상됨
- 본 연구에서 개발하고자 하는 수치해석 기법 개발은 향후 있을 연구개발 프로세스에도 직접적으로 활용 가능함
⦁ 고성능 블럭의 타 산업에 적용
- 본 연구 개발은 건설을 위한 3D 프린터 제작보다는 3D 프린팅용 고성능 블럭 및 체결 구조 개발에 초점을 맞추고 있기 때문에, 해당 블럭은 항공, 철도, 선박 등의 대형구조물에도 적용이 가능할 것으로 사료됨

◯ 기대 효과
⦁ 기술적 측면
(1) 작업 인력의 숙련도 의존성 탈피
(2) 극한 환경에서 건설기술 확보
(3) 응용기술로 타 산업의 R&D 영향 기여
- 기존의 재래식 건설기법이 작업인력의 숙련도에 의존함에 비하여, 3D 프린팅 건설기법은 높은 수준의 자동화가 가능할 것으로 사료됨
- 본 연구진이 제안한 기술을 활용하면 건설블럭을 이용하여 현지에서 건설용 부재를 직접 생산하기 힘든 극한지(extreme environment) 등에서의 건설을 효율적으로 수행하는 것이 가능함.
- 본 연구 개발 내용을 콘크리트가 아닌 다른 재료에 적용할 경우, 항공, 철도, 선박, 로봇공학 및 의과학 등의 다양한 분야에서 광범위하게 적용 가능할 것으로 예상됨

⦁ 경제적ㆍ산업적 측면
(1) 건설비용 저감
(2) 새로운 산업 창출
(3) 해외에 기술수출 가능성
- 3D 프린팅은 4차 산업 혁명의 주요 기술로서, 자동화를 통해 건설에 소요되는 비용과 시간을 대폭 감소시킬 수 있으며, 이는 건설비용 저감하는 효과가 있음
- 또한, 건설에 직접적으로 필요한 노동자들의 숫자가 감소하는 대신 건설블럭의 품질을 관리하고, 현장으로 운송하거나, 현장에서 3D 프린터를 가동하는 새로운 산업이 창출될 것으로 기대됨
- 기존 건설방식에 비해 현장타설용 거푸집이 필요 없기 때문에, 이와 관련된 인명 피해와 재산 피해도 감소할 것으로 예상됨
- 세계적으로도 개발되고 있는 기술로써 기술 개발을 선도하고 지적 재산권을 확보할 경우, 해외에 기술수출 역시 가능함

⦁ 사회적 측면
(1) 재난지역 시설물 제공
(2) 극한지 건설을 통한 건설 지역 확대
(3) 층간소음으로 인한 갈등 및 사회적 갈등 해결 비용 감소
- 3D 프린터를 이용한 건설 자동화 기술은 같은 구조의 구조물을 빠른 시간 내에 다수 제작하는데 최적화되어 있음
- 해당 기술은 자연재해 및 사회 재난으로 인해 피해가 발생한 경우에 빠르게 독립적인 공간을 제공할 수 있음
- 건설에 인력이 직접적으로 투입되지 않으므로 기존에는 고려하지 않은 지역에도 구조물을 건설할 수 있으며 이와 같은 방식의 새로운 건설기술은 새로운 형태의 스마트시티를 건설하는데 기여할 수 있음
- 고성능 블럭의 한 가지 목표인 음향 분산 블럭의 경우 층과 층 사이의 슬라브에 적용될 경우, 음파를 옆으로 분산시켜 층간소음을 저감시킬 수 있음
- 기존의 층간소음 저하 방안은 대부분 슬라브 위에 설치되기 때문에 그 효과가 상대적으로 미비한 반면, 본 연구에서 개발하는 블럭의 경우 슬라브 전체에 패턴을 부여하므로 그 효과가 더욱 클 것으로 예상됨
- 사회적으로 층간소음으로 인해 발생하는 문제와 이를 해결하기 위한 사회적 비용 감소에 크게 기여할 것으로 기대됨

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• 목차 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 1) 연구개발의 개요 ... 7
• 2) 연구개발 추진 필요성 ... 8
• 3) 연구개발과제의 최종 목표 ... 13
• 4) 연구개발과제의 연차별 목표 ... 17
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 19
• 1) 1차년도 연구개발 과정 및 내용 ... 19
• 2) 2차년도 연구개발 과정 및 내용 ... 24
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 39
• 1) 연구수행 결과 ... 39
• 2) 목표 달성 수준 ... 85
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 88
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 89
• 1) 연구개발성과의 기여 정도 ... 89
• 2) 연구개발성과의 기대효과 ... 89
• 6. 연구개발성과 관리 및 활용 계획 ... 91
• 1) 연구성과 총괄 ... 92
• 2) 연구개발성과의 향후 5년간(활용보고서 제출기간) 성과활용 목표·계획 ... 95
• 끝페이지 ... 102