3D 프린팅, 건설 산업의 게임 체인저인가? 2020년 최신 동향

사진 출처: Branch Technology

3D 프린팅은 건설 산업에서 혁신적인 힘으로 부상하고 있으며, 더 빠른 시공, 낮은 비용, 전례 없는 설계 자유도를 약속합니다. 아직 초기 단계이지만, 이 기술은 더 지속 가능하고 효율적이며 회복력 있는 인프라로 나아가는 명확한 길을 제시합니다.

건설 산업에서 3D 프린팅이 제공하는 이점

오늘날 건설 부문은 폐기물, 제한된 설계 유연성, 노동력 부족, 물류 난제 등 시급한 과제에 직면해 있습니다. 3D 프린팅은 다음과 같은 방식으로 이를 해결합니다.

설계 유연성

기존 공법과 달리 적층 제조는 층별로 쌓아 올리는 방식으로, 복잡한 기하학적 형태, 유기적인 곡선, 맞춤형 파사드 등 이전에는 불가능했던 설계를 구현할 수 있습니다.

자재 폐기물 감소

각 층에 필요한 자재만 적층하므로 잉여 자재를 최소화합니다. 재활용 또는 현지 조달 원료와 결합하면 환경 발자국을 크게 줄일 수 있습니다.

노동 집약적 작업 감소

자율 또는 반자율 프린터가 반복 작업을 사람에서 기계로 전환하여 근로 시간을 단축하고 현장 사고 위험을 낮춥니다.

공기 단축

현장 3D 프린터는 프리캐스트 거푸집이 필요 없어 일정을 단축하고 운송 비용을 절감합니다. 많은 부품의 제작 기간이 주 단위에서 일 단위로 빨라집니다.

건설 분야의 주요 3D 프린팅 기술

각기 다른 적층 방식이 특정 건설 니즈에 부합합니다.

콘크리트 압출

Contour Crafting의 Behrokh Khoshnevis가 개척한 페이스트 압출 방식은 로봇 팔이나 크레인을 이용해 콘크리트, 세라믹, 폴리머를 압출합니다. ICON, CyBE, Apis Cor 등 선두 기업들이 공정을 지속적으로 개선하며 견고한 주조형 구조물을 제공합니다.

와이어 아크 적층 제조(WAAM)

WAAM은 전기로 금속 와이어를 녹여 기판 위에 비드 단위로 층을 쌓습니다. 알루미늄, 강철, 티타늄을 다룰 수 있어 교량(MX3D의 강철 교량 등) 같은 대형 하중 지지 부품에 적합합니다.

거푸집용 바인더 제팅

바인더 제팅은 분말 소재를 액체 바인더로 결합해 콘크리트 주조용 복잡한 금형을 만듭니다. 이 방식은 복잡한 언더컷과 정교한 파사드를 구현하면서 제작 시간을 획기적으로 단축합니다.

실제 프로젝트로 보는 3D 프린팅

3D 프린팅 벽체

중국의 WinSun은 100미터 길이의 프린터로 속이 빈 시멘트-모래-섬유 벽체를 제작해 5층 아파트와 12,000평방피트 빌라를 건설했습니다. 이 벽체들은 현장으로 운반되어 보강 및 조립되었으며, 인력과 자재 사용을 크게 줄였습니다.

두바이의 야심찬 비전

두바이는 신축 건물의 25%를 3D 프린팅으로 짓겠다는 목표를 세웠습니다. 2019년 Apis Cor은 두바이 자치단체와 협력해 현지에서 조달한 석고 기반 혼합물로 건축학적으로 복잡한 2층 건물을 현장 출력했습니다. 야외 프린팅으로 가혹한 기후에도 견디는 내구성을 입증했습니다.

교량

마드리드에는 세계 최초의 3D 프린팅 콘크리트 교량이 있습니다. 네덜란드에서는 800개 프린팅 블록을 3개월에 걸쳐 조립한 8미터 자전거 교량이 들어섰습니다. MX3D의 강철 교량은 센서를 장착하고 20톤 하중 테스트를 통과한 뒤 암스테르담 운하에 설치될 예정입니다.

인테리어 디자인

런던의 Bottlepot 매장은 지속 가능한 폴리머로 완전 3D 프린팅된 인테리어를 선보이며, 적층 제조가 폐기물을 줄이면서 예술적 표현을 가능케 함을 보여줍니다.

건축 모형

3D 프린팅은 모형 제작에 혁신을 가져와 신속하고 비용 효율적인 프로토타입으로 설계 반복을 가속화하고 개발 시간을 단축합니다.

건축 부품

영국 시공사 Skanska는 6 Bevis Marks 비즈니스 센터의 폴리머 클래딩 노드를 3D 프린팅으로 제작해 대규모 파사드 요소에도 적용 가능함을 입증했습니다.

3D 프린팅 거푸집

Gate Precast는 Oak Ridge 국립연구소와 협력해 BAAM 기술로 탄소섬유 강화 ABS 금형을 출력, 42층 뉴욕 빌딩에 적용했습니다. 각 금형은 8~11시간 만에 출력되고 8시간 가공 후 최대 200회 콘크리트 타설이 가능해 목재 금형 대비 10배 수명을 자랑합니다.

확산의 걸림돌

장밋빛 전망에도 불구하고 3D 프린팅은 여러 과제에 직면해 있습니다.

• 품질 보증 – 프린팅 주택이 전통 공법만큼 내구성이 있을까? 화재, 내진, 수명 기준 충족을 위한 지속적인 테스트가 필수적입니다.
• 규제 공백 – 건축 법규가 신소재와 신공정을 수용하도록 진화해야 합니다.
• 전문 인력 필요 – 운영자와 설계자에게 전문 교육이 필요해 초기 투자 비용이 증가합니다.
• 소재 한계 – 현재 원료가 제한적이며, 콘크리트 배합과 바이오 기반 복합소재 연구가 진행 중입니다.

건설 분야 3D 프린팅의 미래

완전 프린팅 건물은 장기적 목표입니다. 단기적으로는 적층 제조가 복잡한 부품(조인트, 파사드, 거푸집) 제작에 강점을 발휘하며, 설계 자유도를 활용해 폐기물을 줄일 것입니다. 현장 프린팅은 산업을 지속 가능성, 유연성, 자동화 방향으로 점진적으로 이끌 것입니다.