"대량 맞춤화를 통한 형태의 자유": 3D 프린팅의 기술적 과제

ArchDaily에서 3D 프린팅 태그를 검색해 보면 이 기술이 믿을 수 없을 만큼 빠른 속도로 발전했다는 것이 분명합니다. 초기에 우리는 이 개념을 미래에 대한 먼 가능성이나 소규모 사례로 관찰했다면, 최근 몇 년 동안 우리는 전체 인쇄 건물과 점점 더 복잡한 볼륨이 생산되는 것을 관찰했습니다. 컴퓨터 파일을 읽어 개발된 제작은 콘크리트 또는 기타 건축 자재를 이용한 적층 가공을 통해 수행되며 건설 기술을 널리 보급할 수 있는 효율적인 프로세스를 제공하는 데 많은 어려움이 있습니다. 예를 들어 Huizenprinters 컨소시엄이 인쇄한 전시관은 이러한 과정을 잘 보여줍니다.

이 프로세스는 2018년 로봇 적층 제조 개발을 위한 초기 콘크리트 개발 테스트로 시작되었습니다. 팀에 따르면 “당시에는 로봇 공학과 재료 혼합에 대한 지식이 아직 부족했고, 높이가 30cm에 불과해 무너질 정도였다”고 합니다. 컨소시엄은 건설 회사 Heilijgers BV, Van der Kamp BV 콘크리트 공급업체, Blueways 혁신 전문가 및 De WAR 창의적 혁신 커뮤니티로 구성됩니다. 이미 언급한 것 외에도 Jelle Feringa와 Summum Engineering도 프로젝트에 참여하여 구조 설계, 파라메트릭 모델링 및 엔지니어링을 제공했습니다.

새로운 형태의 생산에는 새로운 사고방식이 필요합니다

프로젝트의 중심 초점이 학습이었기 때문에 생성된 모든 지식을 출판하여 추가 연구 및 유사한 계획에 기여하기로 결정했습니다. 그룹은 수많은 지식 공유 이벤트와 결과를 게시한 웹사이트를 통해 배운 내용을 공유하기로 결정했습니다. 이 정보는 전통적인 저작권이 아닌 카피레프트 원칙에 따라 출판되었습니다. “정보 공유는 혁신을 가속화하는 데 매우 중요합니다. 발명은 기존 아이디어를 새로운 방식으로 결합하는 것에 불과하며, 아이디어를 수집하는 데에는 개방형 커뮤니티보다 더 좋은 방법이 있을까요? 이 프로젝트에서 우리는 공유와 동일 공유라는 크리에이티브 커먼즈 4.0 원칙에 따라 작업합니다.” De WAR의 Harmen Zijp는 말했습니다.

모든 프로토타입 제작 과정에서 예상되는 것처럼 프로젝트 과정에서 수정해야 할 몇 가지 문제가 발생했습니다. 창고의 온도 변동이나 너무 큰 부품을 프린팅할 수 없는 문제 등의 문제로 인해 프로세스에 많은 혁신이 이루어졌습니다. 프로젝트의 보도 자료에 설명된 대로:

"그 후 수년간 기술을 개발하고 설계 및 제조 전략을 업데이트했습니다. 기계와 소프트웨어를 여러 번 반복한 결과 콘크리트 경화를 강력하게 가속화하는 프로세스가 개발되었습니다. 프린트 헤드에 촉진제를 추가하면 콘크리트 혼합물이 단 몇 분 만에 설정되므로 매우 복잡한 디자인을 제작할 수 있습니다.

지붕을 인쇄하는 것이 가장 큰 도전이었습니다. 획기적인 발전은 전체 구조를 8개 부분으로 분할하면서 이루어졌습니다. 이론상으로는 문제가 해결되었지만 실제로는 인쇄에 있어서 매우 복잡한 기하학이 탄생했습니다. 길고 얇은 인쇄물은 수축 균열의 위험을 증가시켰는데, 이는 혼합 설계 조정, 경화 컴파운드 사용 및 완료 후 인쇄물을 덮음으로써 완화되었습니다. 이중 곡률로 인해 좌굴 가능성이 발생했습니다. 리브 구조가 도입되었습니다. 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지의 높이 차이가 매우 큽니다(80%). 그로 인한 경사로 인해 운송이 어려워졌습니다. 또한 이 형태는 프린트 헤드의 해당 방향에 따라 비평면 인쇄 전략이 필요하다는 것을 의미했습니다. 간단히 말해서, 하나의 주요 문제를 해결하면 수많은 새로운 과제가 발생했고 모두 체계적으로 해결되었습니다."

3D로 프린팅된 콘크리트 구조물에는 거푸집이 필요하지 않으며, 거푸집의 수명이 짧은 경향이 있기 때문에 그 자체로 자재 사용량이 더욱 줄어듭니다. 또 다른 문제는 3D 프린팅된 부품이 압축을 통해서만 작동하므로 구조에 강철을 통합할 필요가 없다는 것입니다. 잠재적으로 가격이 저렴해지고 탄소 배출량이 적어지는 것 외에도 철거 시 콘크리트 재활용이 훨씬 간단해집니다. 미래에는 인쇄에 재활용 콘크리트 골재가 포함될 것으로 예상됩니다.