"미래 건설: 건설 분야 3D 프린팅의 잠재력 탐구"
컴퓨터 지원 디지털 파일에서 3차원 고체 제품을 만드는 것을 적층 가공이라고도 하는 3D 프린팅이라고 합니다.
초기에 “3D 프린팅”이라는 용어는 잉크젯 프린터 헤드를 사용하여 파우더 베드에 바인더 재료를 층층이 쌓는 공정을 의미했습니다. 그러나 현재 정의에는 선택적 레이저 용융 및 전자빔 적층 가공을 포함한 광범위한 적층 가공 공정이 포함됩니다.
1980년대 초 일본 발명가 고다마 히데오는 3차원 플라스틱 모델을 만들기 위한 두 가지 적층 기술을 개발하여 적층 가공이라는 아이디어를 탄생시켰습니다. 그는 광경화성 열경화성 폴리머를 사용하여 3D 프린팅 구조물을 만들었습니다.
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3D 프린터란 무엇입니까?
간단히 말해서 3D 프린터는 용융 플라스틱, 분말 및 콘크리트를 포함한 다양한 재료로 3D 품목을 생산하기 위해 3D 기술로 구동되는 CAD (Computer Aided Design)를 사용합니다. 탁상에 맞는 작은 건물 모델에서 크기와 디자인이 다양한 3D 프린터를 사용하여 3D 프린팅 주택을 만들 수 있습니다. 3D 프린터는 세 가지 기본 범주로 제공되며 모두 약간 다르게 작동합니다.
3D 프린터의 유형
· 광조형 (SLA 프린터) – 광조형 (SLA) 기술을 사용하는 3D 프린터는 액체 레진을 플라스틱으로 바꿀 수 있습니다.
· 선택적 레이저 소결 (SLS 프린터) – SLS 프린터 (선택적 레이저 소결): 이러한 프린터는 레이저를 사용하여 고분자 분말 입자를 고체 구조로 소결합니다.
· FDM (Fused deposition modeling) 프린터 – 이러한 프린터는 가열된 노즐을 통해 용융 열가소성 필라멘트를 방출하여 레이어링된 물체를 만듭니다. 3D 건축 방식은 이러한 프린터가 가장 자주 사용되는 곳입니다.
3D 프린팅은 건축 산업에 어떻게 적용됩니까?
1980년대 이후 3D 프린팅 기술에 대한 여러 질문이 제기되었습니다. 그러나 재료의 연속적인 층을 겹쳐서 3차원 물체를 구축할 수 있도록 하는 방법 자체의 발전은 증가된 관련성을 부여했습니다. 이 건축 방법은 매우 적응력이 뛰어나며 특정 프로젝트 요소뿐만 아니라 주택 또는 생활 공간, 사무실, 교량, 벽, 모듈식 구조, 보강 몰드, 기둥, 도시 가구 및 장식 요소와 같은 다양한 복잡한 구조물을 전체적으로 구축하는 데 사용할 수 있습니다.
이 기술을 건설에 구현하는 데 필요한 지식의 상당 부분은 설계 단계에서 비롯됩니다. 이 분야는 이미 컴퓨터 지원 제조에 대한 전문 지식을 보유하고 있으며 BIM (Building Information Modeling)이 건축 사업에서 번성하고 있기 때문에 3D 프린팅 기술의 통합이 덜 어렵습니다. 3D 프린터는 CAD 또는 BIM 프로그램에서 필요한 정보를 얻고 기계는 신호에 따라 재료 수준을 오버레이하기 시작합니다. 이것은 모래, 섬유, 지오 폴리머 및 콘크리트의 혼합물과 같은 다양한 재료를 사용하여 수행 할 수 있으며 가장 인기가 있습니다.
Research and Markets의 설문 조사에 따르면 3D 프린팅은 지난 10년 동안 매우 긍정적인 방식으로 발전하여 건설 산업에서 시장 가치가 2028년까지 최대 USD $ 1,034,096.7 천에 이를 것으로 예상됩니다. 이는 2021년에서 2028년까지의 연평균 성장률을 91.5% 증가시킵니다.
전 세계 건설 분야의 3D 프린팅
건설 및 더 나은 인프라에 대한 수요가 점점 더 많아지고 있으며 특히 대도시에서 그렇습니다. 인구의 3%만이 도시에 거주했던 1800년과 비교하여 1900년에는 도시에 거주하는 사람이 15% 더 많았습니다. 세계 경제 포럼은 2050년까지 세계 인구의 2/3가 주요 도시에 거주할 것으로 예상하며 현재 55%의 점유율에서 증가할 것입니다.
3D 프린팅 사용을 지원하는 수많은 정부 이니셔티브가 현재 전 세계적으로 구축되고 있습니다. 2030년까지 건물 25%를 3D 프린팅 기술로 만들어야 하는 두바이는 이 경쟁에서 선두를 달리는 도시 중 하나입니다.
전시 1
전시 2
건설 분야의 3D 프린팅에 사용할 수 있는 기술
로봇 암 압출기
로봇 암 압출기는 현재 시장에 나와 있는 3D 프린팅 기술에서 인기가 있습니다. 이 기술을 윤곽 제작이라고 합니다. 데스크톱 FDM 3D 프린터와 유사하게 작동합니다. 레일은 로봇 암이 노즐에서 나오는 콘크리트를 압출하면서 층별로 통과할 수 있는 패턴으로 설정됩니다. 이 XL 건물 3D 프린팅 방법이 가장 인기가 있습니다.
모래를 이용한 3D 프린팅
SLS (Selective Laser Sintering) 및 Jet Fusion과 같은 산업용 3D 프린팅 프로세스는 여기에 설명된 3D 절차와 유사합니다. D-Shape 3D 프린터로 테스트한 첫 번째 사람은 이탈리아 건축가 Enrico Dini였습니다. 기계는 바인더를 사용하여 구조물의 모양을 시멘트하기 전에 표면을 모래 분말로 코팅합니다. 이것은 금속 3D 프린터의 작동과 유사합니다.
금속 기술
WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing)은 교량과 같이 더 많은 스트레스를 받는 구조물을 위해 네덜란드 스타트업 MX3D에서 개발했습니다. 산업용 로봇과 용접기가 회사에서 결합되었으며, 그 결과 이 작업용으로 특별히 제작된 소프트웨어에서 작동하는 3D 프린터가 되었습니다. 로봇은 3D 프린팅 금속 구조물에 대한 6축 구성을 가지고 있습니다.
건축용 3D 프린팅의 이점
· 향상된 설계 유연성 – 복잡한 디자인을 만드는 것은 3D 프린팅으로 해결할 수 있는 중요한 건축 문제입니다. 복잡하고 어려운 디자인을 수행하도록 프로그래밍할 수 있는 컴퓨터 프로그램은 건물 3D 프린터에서 사용됩니다.
· BIM에 대한 적응 – BIM 3D 기술을 사용하면 건물 정보 모델링이 건물 설계를 변환했습니다. 실제로 건설되기 전에 거대한 건물과 구조물의 이미지를 표시합니다. 이 획기적인 발전은 BIM과 통합하고 거의 완벽한 정확도로 복잡한 설계를 실행하여 건설 3D 프린팅으로 발전할 수 있습니다.
· 인적 오류 감소 – 3D 프린팅의 기초는 인간의 영향에서 벗어난 사전 프로그래밍된 자동화된 작업입니다. 이것은 본질적으로 사람으로 인해 발생하는 실수를 제거합니다. 또한 3D 프린터는 많은 사람의 감독이 필요하지 않습니다.
· 친환경 건물 건설 지원 – 가장 인기 있는 건물 유형은 빠르게 친환경으로 바뀌고 있습니다. 건설 회사는 기후 변화에 대한 인식이 높아짐에 따라 친환경 건설 방법을 사용하기 시작했습니다. 버려지고 용도가 변경된 건축 자재를 사용하여 3D 프린팅 구조물을 생산함으로써 3D 프린터는 이러한 노력에 중요한 역할을 할 수 있습니다.
3D 프린팅 구조물의 단점
· 높은 전력 소비 – 3D 프린터는 다른 기존 건설 기술보다 더 많은 전기를 사용합니다. 이러한 높은 용량으로 전기를 생산하는 데 드는 환경 비용 외에도 전력에 대한 이러한 큰 수요를 충족하는 데는 비용이 많이 듭니다.
· 3D 프린터는 비싸다 – 기술이 아직 초기 단계에 있기 때문에 현재 3D 프린팅을 사용하는 것은 경제적으로 실현 가능하지 않습니다. 건물 구조물을 위한 3D 프린팅 시설을 설정하는 데 필요한 초기 투자는 상당하며 현재 구성에서는 기본 건설 부문에 구현하기에는 너무 비쌉니다.
· 재료 부족 – 일반적인 건물 공급품은 3D 프린터와 함께 사용할 수 없습니다. 아직 널리 사용되지 않는 특수 재료가 3D 프린터에 필요합니다. 희소성 및 고가 프린터로 인해 재료 비용이 크게 증가하기 때문에 대규모 건물에 사용하는 것은 실현 가능하지 않습니다.
건설 분야의 3D 프린팅 시장 규모
1. 모스크바의 3D 프린팅 가족 주택
미국 기술 회사 Apis Cor는 모스크바에 3D 프린팅 주택을 건설했습니다. 이 집은 주택 건설에 자동화를 사용한 최초의 종류이며 다른 콘크리트 구조물과 동일합니다. 총 건설 비용은 $10,000 미만이었습니다.
2. 두바이에서 세계에서 가장 큰 3D 프린팅 건물
최근 중동, 특히 UAE에서 새로운 기술 발전이 있었습니다. 기네스북은 이미 에미레이트 타워 단지가 세계에서 가장 큰 3D 프린팅 건물이라는 주장을 확인했으며, 이 3D 프린팅 추세를 이어가고 있습니다. Apis Cor에서 건설한 2층 건물은 표면적 640m2, 높이 9.5m입니다.
3. 북미 및 카리브해의 3D 프린팅 주택
전 세계 커뮤니티와 비영리 단체는 저렴한 주택 위기를 해결하기 위해 콘크리트 3D 프린팅 기술을 사용하고 있습니다. 예를 들어 비영리 단체인 New Story는 기록적인 24시간 만에 멕시코 최초의 3D 프린팅 주택을 건설했습니다. 그 이후로 회사는 2,000채의 주택이 있는 지역을 건설했으며 모두 3D 프린팅 건설 기술을 사용하여 건설되었습니다.
미래
전 세계적으로 증가하고 있는 프로젝트는 3D 프린팅 구조가 건설 부문을 괴롭히는 여러 문제를 해결할 혁신적이고 산업을 변화시키는 기술이 될 가능성이 있음을 보여줍니다. 야심 수준은 엄청납니다. 예를 들어 두바이의 새로운 구조물의 25%는 2030년까지 3D 프린팅될 것으로 예상됩니다. 완곡하게 말하자면 건설 부문에서 3D 프린팅의 사용은 유망한 미래를 가지고 있습니다.
결론
건설 산업은 3D 프린팅에 여전히 많은 오랜 문제가 있음에도 불구하고 혁신을 위한 준비가 되어 있습니다. 전통적인 건설 방법은 비효율적이고 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸리며 환경적으로 해로울 수 있습니다. 3D 프린팅의 정확성, 속도 및 안정성 덕분에 토목 엔지니어는 이러한 문제를 해결하고 살기 좋은 구조물을 더 쉽고 저렴하게 설계하고 건설할 수 있는 수많은 기회를 갖게 되었습니다.
작성자: Sonu Kumar Sah
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