3D 프린팅은 건축을 영원히 변화시킬 것을 약속합니다

테네시 대학교 스마트 구조 연구소 소장

James Rose는 이 기사의 혜택을 받을 수 있는 회사 또는 조직에서 일하거나 컨설팅하거나 주식을 소유하거나 자금을 지원받지 않으며 학술 임명 외에는 관련 제휴 관계를 공개하지 않았습니다.

테네시 대학교는 The Conversation US의 회원으로서 자금을 제공합니다.

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건축에서는 새로운 재료가 거의 등장하지 않습니다.

수세기 동안 목재, 벽돌, 콘크리트는 지구상 대부분의 구조물의 기초를 형성했습니다.

1880년대에 강철 프레임의 채택은 건축을 완전히 변화시켰습니다. 철강 덕분에 건축가들은 더 큰 창문이 있는 더 높은 건물을 설계할 수 있었고, 오늘날 도시의 스카이라인을 정의하는 초고층 건물이 탄생했습니다.

산업 혁명 이후 건축 자재는 주로 대량 생산되는 요소로 제한되었습니다. 강철 빔부터 합판 패널까지 이 표준화된 부품 키트는 150년 넘게 건물의 설계 및 건설에 정보를 제공해 왔습니다.

이는 "대규모 적층 제조"라는 기술의 발전으로 곧 바뀔 수도 있습니다. 철골 프레임을 채택한 이후로 건물이 생각되고 건설되는 방식을 변화시킬 수 있는 잠재력을 가진 개발은 없었습니다.

데스크탑 3D 프린팅과 같은 대규모 적층 제조에는 한 번에 한 레이어씩 객체를 만드는 작업이 포함됩니다. 점토, 콘크리트, 플라스틱 등 인쇄 재료는 유동 상태로 압출되어 최종 형태로 경화됩니다.

테네시 대학교 스마트 구조 연구소 소장으로서 저는 이 신기술을 적용하는 일련의 프로젝트에 참여하는 행운을 누렸습니다.

이 기술의 광범위한 채택에 대한 몇 가지 장애물이 여전히 존재하지만, 자연의 기하학적 구조에서 영감을 받은 형태로 건물이 전적으로 재활용 재료 또는 현장에서 조달된 재료로 건축되는 미래를 예견할 수 있습니다.

그 중에는 광범위한 소비자 제품에 사용되는 일반적인 플라스틱인 재활용 ABS 폴리머로 인쇄된 야외 구조물인 Trillium Pavilion이 있습니다.

구조물의 얇은 이중 곡선 표면은 이름이 같은 꽃의 꽃잎에서 영감을 받았습니다. 이 프로젝트는 학생들이 디자인하고 Loci Robotics가 인쇄했으며 녹스빌의 체로키 농장에 있는 테네시 대학교 연구 공원에 건설되었습니다.

대규모 적층 가공의 최근 사례로는 Mario Cucinella Architects가 디자인하고 이탈리아의 작은 마을인 Massa Lombarda에서 인쇄된 450제곱피트(41.8제곱미터) 규모의 프로토타입 주택인 Tecla가 있습니다.

건축가들은 지역 강에서 가져온 점토로 Tecla를 인쇄했습니다. 이 저렴한 소재와 방사형 기하학적 구조의 독특한 조합으로 대체 하우징의 에너지 효율적인 형태가 탄생했습니다.

미국으로 돌아온 건축 회사인 Lake Flato는 건설 기술 회사인 ICON과 제휴하여 텍사스 오스틴에 있는 "House Zero"라는 이름의 주택의 콘크리트 외벽을 인쇄했습니다.

185.8제곱미터(2,000제곱피트) 규모의 주택은 3D 프린팅 콘크리트의 속도와 효율성을 보여주며, 구조는 곡선형 벽과 노출된 목재 프레임 사이의 기분 좋은 대비를 보여줍니다.

대규모 적층 제조에는 디지털 디자인, 디지털 제조, 재료 과학이라는 세 가지 지식 영역이 포함됩니다.

먼저 건축가는 인쇄될 모든 구성 요소의 컴퓨터 모델을 만듭니다. 그런 다음 설계자는 소프트웨어를 사용하여 구성 요소가 구조적 힘에 어떻게 반응하는지 테스트하고 이에 따라 구성 요소를 조정할 수 있습니다. 이러한 도구는 또한 설계자가 인쇄하기 전에 구성 요소의 무게를 줄이고 복잡한 기하학적 교차점을 부드럽게 만드는 등 특정 설계 프로세스를 자동화하는 방법을 파악하는 데 도움이 될 수 있습니다.

그런 다음 슬라이서라고 알려진 소프트웨어가 컴퓨터 모델을 3D 프린터용 지침 세트로 변환합니다.

3D 프린터가 상대적으로 작은 규모로 작동한다고 가정할 수도 있습니다. 휴대폰 케이스와 칫솔 홀더를 생각해 보세요.