New 3D Printed Housing Solutions Could Revolutionize Construction Sector(VIDEO) 자동화 건축 로봇시스템 '메시몰드 3D(Mesh Mould 3D) 3D 프린팅' 기술
New 3D Printed Housing Solutions Could Revolutionize Construction Sector(VIDEO)
통합된 산업용 로봇 사용
연속적인 메시 구조, 우주에서 쉽게 삼차원 인쇄 가능
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Gramazio Kohler Research의 연구원들은 스위스 연방기술연구원(Swiss Federal Institute of Technology (ETH Zurich))과 협력하여 건축 분야에서 3D 인쇄 하우징 해결안에 대한 증가하는 수요에 대처할 수 있는 자동화 건축 로봇 시스템인 첨단 메시 몰드 3D(Mesh Mould 3D) 삼차원 인쇄기술을 개발하였다.
예를 들면, 파리에서 Iridescence Print라고 불리는 대형 건축물을 설치하는 데에 3D 인쇄 건축 구조물을 사용하면 많은 재료를 사용하지 않고 쉽게 만들 수 있다는 것을 보여주고 있다. 공간적인 제한도 이러한 구조물에서 방해가 될 수 있지만 삼차원 인쇄 건축물에서의 가장 최근의 발전에 의해 많이 가능하게 되었다. Mesh Mould 3D 인쇄 기술은 소비자 제조 압출 도구와 함께 통합된 산업용 로봇을 사용한다. 이 도구의 도움과 함께 연속적인 메시 구조들이 우주에서 쉽게 삼차원으로 인쇄될 수 있다.
재료들의 2D 수평 층상을 포함하는 가장 일반적인 3D 인쇄 공정과 비교해볼 때 Mesh Mould 3D 인쇄 방법은 복잡하고 대형 규모의 구조물을 만드는데 보다 적합하다. 전자는 시간이 걸리는 공정인 반면에 후자는 많은 시간과 자원을 절약할 수 있다. 이는 Mesh Mould 3D 인쇄 방법에서 재료가 구체적인 공간으로 직접 이송되기 때문이다. 새로운 공정은 기존의 층층으로 제조되던 방법을 재정립하여 실제적인 건축에 응용할 때 3D 인쇄의 영역을 맞추는데 효율적으로 조절할 수 있게 해준다. 건축의 경우에 Mesh Mould 기술은 거푸집 공사 제조에 적용될 수 있다. 거푸집 공사는 영구적이거나 일시적인 성형 방법으로 콘크리트가 벽 및 패널과 같은 구조물을 만드는데 사용된다. 콘크리트는 형상이 정해진 가벼운 거푸집 및 무거운 구조물로 나누는 핵심 건축 재료이다.
첨단 Mesh Mould 3D 인쇄 기술에 의해 현장직원들은 로봇 팔을 사용하여 고분자를 쉽게 압출할 수 있고 건축 현장에서 맞춤형의 복잡한 거푸집을 만들 수 있다. 이 공정은 어떠한 재료도 낭비하지 않고 다양한 거푸집을 만드는데 사용될 수 있다. “기존의 ‘하나의 크기로 모든 것을 해결하는 방법’에서 ’유연하고, 로봇을 이용하는 현장의 조립 방법‘에 기반한 새로운 제조공정으로의 패러다임 전환은 기하학적인 단순함, 표준화 및 반복에 연계되기 보다는 다양성과 차별성을 주는 대체가능한 구조상을 제공할 수 있다”는 것을 보여준다. Mesh Mould 3D 인쇄 기술과 함께 Kohler 및 Gramazio는 In-Situ Fabricator라고 불리는 첫 번째 자동화 건축 로봇의 개발을 검토하였다. Mesh Mould 3D 인쇄 기술과 유사하게 이 로봇도 산업용 로봇 팔에 기반을 두고 있으며 사전에 프로그램이 된 구조물로 벽돌을 정리할 수 있다.
“실제로 건축현장에 가서 현장의 지역 조건에 적합하여 다양할 수 있는 디자인을 만드는, 기존의 기준이 없는 디자인을 제조할 수 있는 첫 번째 장비”라고 Kohler는 말한다. 2D 레이저 영역의 파인더는 로봇에 통합되어 건축 현장에서 3D 모델을 만들 수 있다. 달리 말하면 로봇은 예상치 못했던 상황을 받아들이고 지형적인 위치를 알 수 있다. 예를 들어, 디자인에서 마지막 순간의 변화 혹은 건축 도구를 갑자기 떨어뜨리는 현상을 로봇이 잘 조절할 수 있다. 또한, 이들 건축 로봇들은 건축물을 시작하기 전에 계획을 세우는데 필요한 시간을 최소화할 뿐만 아니라 건축 공정을 보다 우수하고 보다 빠르게 할 수 있는 것과 같은 많은 다른 장점들도 제공해준다. 진정으로 이들 가장 최근의 혁신은 실제적으로 인부들이 더 이상 건축 현장에 필요하지 않게 해주지만 이것이 본 연구의 핵심은 아니라고 주장한다.
이는 건축에서 결과나 흐름의 판도를 뒤바꿔 놓을 만한 중요한 역할을 한 사건이 될 것이라고 생각한다. 앞으로 5~10년 이내에 우리는 건축현장에서 모바일 로봇을 볼 것이지만 이들이 사람을 대신하지는 않을 것이다. 로봇들은 실제적으로 사람들과 협력하여 각 기술에서 최고를 함께 엮게 될 것이다. 그럼에도 불구하고 Situ Fabricator 및 the Mesh Mould 3D 인쇄 기술 모두의 실현을 입증하기 위해 부가적인 연구가 필요하다. 이 연구는 로봇에 의해 인쇄된 것이 건축 현장에서 유용하다는 것이 입증되고 현장에서 독특하고 비일상적인 디자인을 만들 수 있게 도와줄 수 있다는 것을 분명하게 보여준다. 이 분야에서의 최근 발전과 함께 실제 현장에 대한 사용이 조만간에 실현될 것이다.
출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
By Beth Ellison
Gramazio Kohler Research, in collaboration with researchers from the Swiss Federal Institute of Technology (ETH Zurich), has developed an advanced Mesh Mould 3D printing technology, and an autonomous construction robotic system that could meet the growing demand for 3D printed housing solutions for construction sites.
Over the years, there have been some major developments in the field of 3D printed construction. For instance, a large-scale architectural installation in Paris called Iridescence Print showed how 3D printed architectural structures can be easily created without using large amounts of material. Spatial restrictions could also be prevented in such structures. This latest advancement provides vast possibilities in the realm of 3D printed construction.
The Mesh Mould 3D printing technology uses an industrial robot which is integrated with a custom-made extrusion tool. With the help of this tool, continuous mesh structures can be easily 3D printed in space.
Compared to the most common 3D printing process, which involves 2D horizontal layering of materials, the Mesh Mould 3D printing method is much better suited to building complex, large-scales structures. The former is a time-consuming process, while the latter saves significant amount of both time and resources. This is because in the Mesh Mould method, the material is brought directly to the specified space. The new process redefines the traditional layer-based methods, and can be effectively leveraged to tap the scope of 3D printing in practical architecture applications.
In terms of construction context, the Mesh Mould technology can be applied to formwork fabrication. Formwork is a permanent or temporary mould to which concrete is added to create structures like walls and panels. Concrete is a core construction material that is often divided into a shape-defining, lightweight formwork and a heavy structural mass.
With the advanced Mesh Mould 3D printing technology, construction staff can easily extrude the polymers using a robotic arm, and then build customized and intricate formwork right at the construction site. This process can be used to produce a variety of formworks without wasting any material.
“A shift away from this outdated ‘one size fits all’ ideology towards a new fabrication paradigm based on flexible, robotic in-situ fabrication could promote an alternative tectonic that encourages variation and differentiation instead of being bound to geometric simplification, standardization, and repetition,” wrote Fabio Gramazio and Matthias Kohler. “The feasibility of non-standard fabrication…leaves little doubt over its potential at the construction scale.”
In addition to the Mesh Mould 3D printing technology, Kohler and Gramazio reviewed the development of the the first autonomous construction robot called In-Situ Fabricator. Similar to the Mesh Mould 3D printing technology, this robot is also based on an industrial robot arm, and can arrange bricks into pre-programmed structures.
“It’s the first machine that can actually go on construction sites and build non-standard designs, meaning designs which can vary and adapt to the local conditions directly in the building site,” said Kohler.
A 2D laser range finder is integrated in the robot, allowing it to create a 3D model of the construction site. In other words, the robot can adapt to unexpected situations and knows its geographical location; for instance, last-minute changes in design, or sudden drop of construction tools are taken care by the robot.
Moreover, these construction robots provide a number of other advantages, such as minimizing the time required for planning before starting the construction, as well as offering a better and faster construction process. Indeed, these latest innovations indicate that actual human workers would no longer be needed at the construction site, but Kohler claimed that this is not the main focus of the study:
I think this will become a game-changer in construction, I believe so. I think that in the next five to ten years we are going to see mobile robots on the construction site, but they’re not going to replace humans. They’ll actually collaborate with humans, so the best of each kind of skills come together.
Nevertheless, additional studies are required to validate the feasibility of both the Situ Fabricator and the Mesh Mould 3D printing technology. This research clearly shows that mesh structures that are robotically printed can prove useful on the construction site, and may help create unique, unusual designs on-site. Given the recent advancements in this field, real-world implementation will be a reality in the near future.
http://www.azom.com/news.aspx?newsID=44688
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