철콘 빔 대체 3D 프린팅 플라스틱 빔 개발...시공성 등 장점 수두룩 The 3D printed plastic beam alternative to reinforced concrete.
스페인 발렌시아 폴리테크닉 대학(UPV)의 연구팀이 재활용 플라스틱으로 만든 3D 프린팅 철근 콘크리트 빔을 개발했다.
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매우 강하지만 철근 콘크리트 빔은 금속을 많이 함유하고 있어 매우 무겁다. 결과적으로, 이러한 빔을 운반하는 것은 종종 어렵고 상당한 양의 에너지가 필요합니다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 연구원들은 레고 벽돌처럼 조립되어 제자리에서 콘크리트를 만들 수 있는 3D 프린팅 플라스틱 빔을 설계하고 특허를 냈는데, 이 빔은 기존의 철근 콘크리트나 금속 빔보다 최대 80%나 가볍다.
호세 라몬 알비올 UPV 고등기술건축학교(ETSIE) 교수는 "우리의 목표는 현재의 철근 콘크리트 구조물에 대한 대안을 제안하는 것"이라며 "이들은 부품 전체 길이로 제작돼 고가 설치가 필요하고 운반이 어려운 곳에 투입하도록 구성돼 있다"고 말했다.
인체 뼈에서 영감을 받은 3D 프린팅 빔
UPV 팀은 기존의 철근 콘크리트나 금속 빔을 대체할 수 있도록 조립할 수 있는 플라스틱 블록을 3D 프린팅하는 작업에 착수했다. 기존 빔에 비해 상당한 무게 절감을 달성하기 위해 연구자들은 3D 프린팅 블록을 사람 뼈의 내부 폴리머 프로필 구조에 모델링했다.
골격의 후두엽(Epiphysis) 또는 끝부분(end parts)에서 발견되는 전형적인 치골구조는 부분적으로 해면층(sunphy layer)으로 구성되어 있으며, 골격의 다공성 골조와 두껍고 컴팩트한 외층을 가지고 있다. 연구자들은 이러한 기하학적 구조를 3D 인쇄 블록에 복제하여 강도와 강성을 제공하면서도 부품의 무게를 최대한 가볍게 유지했다.
이 블록들은 또한 건설 과정의 지속 가능성을 개선하기 위해 재활용 플라스틱을 원료로 사용하여 만들어졌다.
"이것은 벌집형 구조로서, 사용된 플라스틱을 줄일 수 있고, 따라서 무게가 줄어들어 구조 강성을 유지할 수 있다,"라고 Albiol은 말했다.
레고 블록 접근법
UPV 팀은 지난 3년간 3D 프린팅 빔을 개발해 왔으며 2020년 10월 이 시스템에 특허를 얻었다.
빔 구성요소를 플라스틱으로 인쇄함으로써 얻는 가중치 절감의 이점 외에도, 연구자 시스템의 주요 신기성은 모듈화에 있다. 이 모듈화에서 3D 인쇄된 블록은 현장에서 함께 조립되어 콘크리트 층과 함께 설치되는 세로 빔을 형성할 수 있다.
이에 따라 보를 운반·설치하는 데 대형 트럭과 크레인이 필요 없어 인건비와 자재비 등을 절감할 수 있게 됐다.
UPV의 José Luis Bonet(ICITECH)은 "이 시스템은 또한 비용이 많이 드는 거푸집 작업을 하지 않아도 되므로 작업 중인 인프라 공사에서 상당히 경량감을 가지고 작업 할 수 있다"며 "더 나아가 이 솔루션은 필요한 노동력과 보조 자원을 줄여준다"고 말했다. 상당한 시간과 비용 절감으로 이어집니다."
또한 3D 프린팅의 활용은 장소에 구애받지 않고 전체 빔을 제작하고 현장에서 조립할 수 있으며, 필요할 경우 개별 프로젝트의 필요에 맞게 빔을 맞춤 제작할 수 있다.
UPV의 미겔 산체스 시스템 및 컴퓨터 정보학부(DISCA)는 "현장에서 빔을 사용자 정의할 수 있도록 각 빔의 특성을 각 적용 지점의 구조적 요구에 맞게 조정할 수 있다"며 "빔 제조를 위한 고분자 재료 재활용 가능성도 감소된다"고 덧붙였다. 탄소 저감 효과도 상당히 크다."
황기철 콘페이퍼 에디터
Ki Chul Hwang Conpaper editor
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