3D 프린팅 기술의 건설현장에의 적용
현대건설이 건설현장에 스마트화에 박차를 가하고 있다.
이제 AI BIM라는 용어는 더 이상 상상의 단어가 아니라 바로 건설현장의 현실로 다가섰다.
산업분야 중 가장 보수적이라고 하는 건설분야가 대형건설사 중심으로 자동화가 이루진다는 것은 고무적인 현상이 아닐 수 없다.
앞으로 이런 시스템 없이는 경쟁에서 살아남을 수 없기 때문이다.
현대건설에서는 가장 발전적이고 미래 지향적인 스마트 자동화기술인 3D프린팅 분야의 건설현장 접목에 대해 상세히 필요성과 효과에 대해 기술했다.[편집자주]
우리가 일반적으로 생각하는 ‘프린팅(printing)’이란 문자나 그림을 ‘인쇄’하는 것을 의미할 텐데요. ‘3D 프린팅’은 노즐을 통해 평면이 아닌 3차원의 입체를 만들어낸다는 점에서 기존의 개념과는 많이 다릅니다. 4차 산업혁명 시기의 ‘제조기술 혁신’으로 불리고 있죠. ‘3D 프린팅’은 입체를 만드는 데 필요했던 공정인 ‘재료 깎기’에서 벗어나 ‘재료 쌓기’를 통해 결과물을 생산합니다. 최근 관련 기술이 발전함에 따라, 주변에서 흔하게 볼 수 있는 생활용품부터 의료 및 기계 부품에 이르기까지 다양하고 정교한 제품을 3D 프린터를 통해 생산하는 것이 가능해졌습니다.
이러한 3D 프린팅의 발전은 건설분야에도 영향을 미치고 있습니다. 3D 프린터는 잉크 대신 플라스틱, 금속 등 입체물을 만들 수 있는 재료를 사용해왔는데요. 최근에는 기술 개발을 통해 더욱 다양한 재료 사용이 가능해졌습니다. 구조물을 세울 때 많이 사용하는 콘크리트, 시멘트, 석고 등의 재료를 활용하게 되면서 건설업에서도 3D 프린팅을 활용할 가능성이 확대된 거죠. 여기에 노즐을 공중에 매달거나 프린터의 크기를 대형화한 시도는 크기의 한계마저 극복하게 했습니다.
현대건설은 이러한 3D 프린팅의 가능성을 알아보고 미래 관련 기술 개발에 발 빠르게 움직이고 있습니다. 최근 비정형 외관을 가진 건축물이 국가와 지역의 랜드마크로 자리 잡으면서 정형화되지 않은 곡선형 외관에 대한 시공 기술이 중요해짐에 따라 자유롭고 정교한 형태 구현이 가능한 3D 프린터를 활용하게 된 것입니다.
현대건설은 비정형 시공 기술을 선점하기 위해 2019년부터 대형 3D 프린팅 개발에 매진해온 ㈜쓰리디팩토리와 함께 3D 프린팅 연구에 착수해 비정형 거푸집 제작 기술에 박차를 가하고 있습니다. 기존 거푸집에 사용되는 소재인 합판, 스틸 등은 비정형 형상을 정밀하게 구현하기 위해서 높은 제작 비용과 보다 긴 제작 기간이 소요됐습니다. 이에 반해 3D 프린팅으로 제작한 거푸집은 일반 플라스틱은 물론 고강도의 탄소섬유, 유리섬유 등 다양한 소재를 활용할 수 있으며 재료의 혼합을 통해 최적의 강도와 탄성을 가진 새로운 소재로 만들어집니다. 복잡한 곡면 등 다양한 형상 구현도 가능하죠.
또한, 대형 3D 프린터를 사용하면 가로 2.5m, 세로 5m, 높이 1.5m 크기의 거푸집을 한 번에 제작할 수 있습니다. 최대 0.001mm 이내로 가공 오차를 줄일 수 있어 정밀한 제작이 가능하죠. 제작 기간이 단축되어 경제적이며, 더불어 높은 품질을 확보할 수 있다는 장점이 있습니다.
현대건설은 TBM(Tunnel Boring Machine, 첨단 기계식 터널 굴착 장비)으로 굴착한 터널 내벽의 마감재(Segment) 제작에 사용되는 거푸집을 3D 프린팅 기술로 제작하는 연구를 진행 중입니다. 기존에는 세그먼트 형상별로 철제 거푸집이 필요했으나, 3D 프린팅을 활용하면 목적에 따라 다양한 형상의 비정형 채움재를 제작할 수 있어 보다 쉽게 교체하거나 조립할 수 있습니다. 하나의 거푸집으로 다양한 형상의 곡면형 세그먼트를 효과적으로 제작할 수 있다 보니 높은 품질 완성도와 제작 비용 절감 효과를 기대할 수 있죠
‘3D 프린팅’ 거푸집 기술은 현재 기술개발 단계에 있습니다. 현대건설은 2021년 올해 비정형 소형구조물을 대상으로 그 활용성을 테스트할 예정인데요. 기술 검증이 완료되면 추후 시범 현장에도 적용해볼 계획입니다.
사실 우리 일상에서도 3D 프린팅 상용화 사례를 어렵지 않게 찾을 수 있습니다. 현대건설이 시공한 힐스테이트 레이크 송도 2차에는 3D 프린팅을 활용한 비정형 조경구조물을 만나볼 수 있습니다. 이 구조물은 폭 1m, 높이 1m, 길이 8m 크기의 옥외용 벤치로, 각기 다른 형상으로 이루어진 약 200개의 부재를 3D 프린팅으로 층층이 쌓아 가공하여 제작했습니다.
3D 프린팅은 4차 산업혁명의 핵심 기술로 손꼽히며 미래를 변화시킬 혁신 기술로 평가받고 있습니다. 건설업에서도 3D 프린팅과 관련된 새로운 시공기술 개발을 통해 활용 범위를 점점 넓혀 가길 기대해봅니다.
미니 인터뷰.
현대건설 기술연구소 융합기술연구팀 이현주 책임연구원
Q. 3D 프린팅을 통해 미래건설은 어떻게 변화하게 될까요?
3D 프린팅 기술은 향후 로보틱스 기술 등과 융합하여 미래 건설분야를 선도하는 새로운 건축 모델이 될 것으로 생각합니다. 기존 방식으로 제작하기 어려운 비정형 부재나 외장재 등을 비롯하여 복잡한 구조물에 이르기까지 3D 프린팅 기술로 경제적이고 효과적으로 구현할 수 있어, 창의적이고 혁신적인 디자인이 더욱 많아질 것입니다. 현장에서 3D프린팅과 건설 자동화 로봇이 사람을 대신하여 3D 도면에 따라 자율적으로 건축물을 지을 날도 머지않은 것 같습니다.
현대건설
Why This 3D-Printed House Will Change The World
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