특집 I Special Feature 으로빠르게제조하는기술 로정의된다 ( 그림 1 참조 ). 또한, 3D 프린팅기술의바른이해를돕기위해관련용어변화를정리해보면 3D 프린팅과같은개념으로주로통용되는용어로는신속조형기술 RP(Rapid Prototyping) 가있다. 말그대로빠르

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매리 금
5 years ago
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3D 프린팅기술과건축적활용 3D Printing Technology and Architectural Application 최성권 Choi, Sung-Kwon 서일대산업디자인과조교수 Assistant Professor, Seoil University rapiddesign@naver.

이에앞서 2012년영국의경제주간지 이코노미스트 (economist) 는 3차산업혁명을 (The third industrial revolution) 이라는특별리포트를통해 3D 프린팅기술이내연기관과컴퓨터에이어 3차산업혁명을이끌것으로예측하였다. 하지만이러한 3D 프린팅기술은일반대중들이느끼는갑작스런출현은아니다. 1982년미국의찰스 W. 헐 (Charles W.

1 3D 프린팅기술과건축적활용 3D Printing Technology and Architectural Application 최성권 Choi, Sung-Kwon 서일대산업디자인과조교수 Assistant Professor, Seoil University 머리말최근들어각종매체와국제적보고서들은연일 3D 프린팅기술에대해수많은전망지표들을제시하면서 3D 프린팅기술이가져올미래의삶과제조업변화에대해얘기하고있다. 도무관하지않다. 이에앞서 2012년영국의경제주간지 이코노미스트 (economist) 는 3차산업혁명을 (The third industrial revolution) 이라는특별리포트를통해 3D 프린팅기술이내연기관과컴퓨터에이어 3차산업혁명을이끌것으로예측하였다. 하지만이러한 3D 프린팅기술은일반대중들이느끼는갑작스런출현은아니다. 1982년미국의찰스 W. 헐 (Charles W. Hull) 박사는처음으로지금의 3D 프린터의제조원리가되는스테레오리소그라피 (stereolithography) 를발명한다. 이후 1984년에는처음으로작동되는광경화수지적층방식일명 SLA(stereolithography) 방식 3D 프린터를제작한다. 1986년특허등록이완료된후지금의 3D 시스템즈사 (Systems) 를설립, 1988년드디어 SLA 250이라는상업용장비를출시하게된다. 대략 30년이넘는절대짧지않은역사를가진기술이다. 한국의경우는 1989년대우자동차에첫상업용 RP(Rapid Prototyping=3D Printer) 장비가설치운용되었고약 25년이라는활용역사를가지고있다. 이러한이유로우리는 3D 프린팅기술이무엇이며앞으로어떠한분야에활용가능성이있는지를찾고, 미래의변화에대처하기위한준비를위해현상황을파악하는것은중요한문제로볼수있다. 3D 프린팅기술의이해 3D 프린팅이란? 컴퓨터로설계된 3D 모델링또는디지털 3차원스캐너를통해획득된솔리드 (solid) 상태의모델데이터를한층한층 (layer by layer) 기계적적층을통하여손으로직접만질수있는물리적형상 (physical model) 결국, 최근에 3D 프린팅기술이대중에게까지크게알려지게된것은바로 2013년 2월 13일미국오바마대통령이연두교서에서 3D 프린팅기술은거의모든것을만들수있는제조의혁명을가져다줄잠재력을지닌기술 로언급한시점에서세계적인쟁점이되었다. 이와동시에미국의세계적인가전쇼인 국제전자제품박람회 CES 2013 에서대중을위한보급형 3D 프린터가대거등장한이유에서도찾을수있다. 여기에이러한배경에는국제적보고서들의전망과기술및재료, 관련인프라증대와 그림 1. 레이어바이레이어 (Layer by Layer) 적층조형개념도 ( 출처 : 최성권저, 신속조형기술 RP 활용가이드. 혜지원, 2011) 17

특집 I Special Feature 으로빠르게제조하는기술 로정의된다 ( 그림 1 참조 ). 또한, 3D 프린팅기술의바른이해를돕기위해관련용어변화를정리해보면 3D 프린팅과같은개념으로주로통용되는용어로는신속조형기술 RP(Rapid Prototyping) 가있다. 말그대로빠르게시제품 (prototype) 을제작하는기술로주로산업용 3D 프린팅기술이나장비를지칭한다.

2 특집 I Special Feature 으로빠르게제조하는기술 로정의된다 ( 그림 1 참조 ). 또한, 3D 프린팅기술의바른이해를돕기위해관련용어변화를정리해보면 3D 프린팅과같은개념으로주로통용되는용어로는신속조형기술 RP(Rapid Prototyping) 가있다. 말그대로빠르게시제품 (prototype) 을제작하는기술로주로산업용 3D 프린팅기술이나장비를지칭한다. 이와함께좀더대중적이고이해하기쉬운용어가바로 3D 프린팅 으로인식하면된다. 하지만 2012 이러한용어들은국제적인표준용어로어느정도통일되고있는데미국 ASTM의인터내셔널 F42 커미티 (American Society for Testing and Materials, International F42 committee) 에서과거신속조형기술 (RP) 이라는용어에서적층가공기술또는관련산업을통칭하여 AM(Additive Manufacturing) 이라는용어로공식용어화되었다. 또한, 추가적으로대중에게친숙한지금의 3D Printing 이라는용어도동시공식용어화되었다. 사실여기서중요한점은바로 RP 즉빠르게프로토타입과같은모형 (mock-up) 을만들수있는단품제조의수준에서이제바로사용가능한수준의제품을직접소량또는대량생산할수있는 AM(Additive Manufacturing) 이라는직접제조생산개념이들어갔다는것이다. 이것은앞으로 3D 프린팅기술과산업이어떻게발전할지를보여주는작은단서이기도하다. 3D 프린팅방식및기술현황 3D 프린팅기술은 1987년미국 3D 시스템즈사에의해광경화성수지적층방식인 SLA가처음상용화시스템으로나온이후새로운조형방식들이지속적으로개발연구되어현재 20여가지의조형방식들이상용화되었다. 우선 3D 프린팅기술은조형재료에의한분류와조 Liquid-based Solid-based Powder-based 그림 2. 조형재료에의한 3D 프린팅기술의분류 형방식에의한분류로구분된다. 조형재료에의한분류는 1991년 JP Kruth의 RP 분류기준에준하여볼수있다. Kruth는특히재료의초기형태에주목하여액상 (liquid) 재료, 낱알과같은알갱이재료 (discrete), 종이나판재와같은솔리드재료 (solid sheets) 로분류하였다. 하지만이러한분류는절대적인기준은아니다. 현재는이러한맥락과비슷하며크게, 1) 액형기반 AM시스템 (Liquid- Based AM Systems) 2) 고체형기반 AM시스템 (Solid- Based AM Systems) 3) 분말기반 RP시스템 (Powder- Based AM Systems) 로분류된다 ( 그림 2 참조 ). 또한이러한재료를사용하는다양한조형방식이개발되었다. 조형방식은기계적인제작방식을말하며결과물또한서로다른물리적특성들을가지게된다 ( 표 1 참조 ). 다음표 2에제시된 9가지의방식이산업적으로가장많이활용되는방식이다. 특히전세계적산업용으로가장 표 1. AM(=3D Printing) 방식별명칭과제조사 방식 세부명칭 제조사 Stero Lithography Apparatus 3D Systems(USA) / CMET(JAPAN) SLA 광경화수지조형방식 DWS(ITALY) Selective Laser Sintering SLS 선택적레이저소결조형방식 3D Systems(USA) / EOS(GERMANY) Fused Deposition Modeling Stratasys(USA) + Makerbot(USA) FDM 용융수지압출적층조형방식 > Fortus, Dimension, Roplicator 3DP 3D System(USA) + Zcorp(USA) 3D Dimensional Printing > Projet5500X,Projet 160, Projet260c 분말에잉크젯프린팅조형방식 VoxelJet(GERMANY) Laminated Object Manufacturing Cubic Technologies(USA) LOM 박막시트재료커팅접착적층조형방식 Solido(Israel) / KIRA(JAPAN) / Mcor(USA) Photopolymer Jetting Technology Poly Jet 잉크젯 + 광조형방식혼합방시 Stratasys(USA) + Objet(Israel) ModelMaker > InkJet3D Plotting MM 잉크젯프린팅방식 Stratasys(USA) + SolidScape(USA) MultiJet Modeling 3D System(USA) MJM 다중노즐프린팅방식 > Projet3500X, 3510SD, 3510CPX DLP Digital Light Processing 마스크투영이미지경화방식 Envisiontec(GERMANY) > Perfactory, Ultra 표 2. AM(=3D Printing) 방식별특징비교 1=Excellent 2=Very Good 3=Good 4=Average 5=Fair 6=Poor 방식 정밀도 표면마감제작속도재료강도재료컬러 투명도 재료유연성 AM Process Accuracy Surface Finish Speed Material Strong Material Colors Semitransparent Flexible Materials SLA Partial Partial SLS NO NO NO FDM Partial NO 3DP Full Color NO NO LOM NO NO NO Polyjet Partial MM NO NO NO MJM Partial DLP Partial 18 建築 I 제 58 권제 02 호 I 2014 년 02 월호

최근에는특허가만료된 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식을보급용기술로만들어가정용 3D 프린터의제작과보급이활발하게이루어지고있다. FFF(Fused Filament Fabrication) 방식으로도불리는데완제품또는 DIY형태로 $200~$5,000 미만으로소비자에게판매되고있다. 현재이러한보급용 3D 프린터는 2013년현재 www.

3 많이활용되는방식은 SLA, FDM, SLS, DLP 순이다. 한국의경우도마찬가지이다. SLA 방식은파트의정밀도와표면조도가특히우수하고, FDM 방식의경우표면조도는떨어지지만, 내구성 ( 강도 ) 이좋아자동차부품테스트용으로도적합하다. SLS의경우는나일론계폴리아미드 (polyamide) 수지로탄성과유연성이매우우수하고, 제작된파트가가볍고견고하며, 열에도강하여기능성파트에도매우유리하다. 마지막으로 DLP방식은정밀도가매우우수하고완전연소가되는수지사용이가능하여주물제작용귀금속원본제조, 정밀부품제조, 보청기 (hearing aid) 산업에적합하며한국의경우특히주얼리산업에서독보적인활용도를보이고있다. 최근에는특허가만료된 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식을보급용기술로만들어가정용 3D 프린터의제작과보급이활발하게이루어지고있다. FFF(Fused Filament Fabrication) 방식으로도불리는데완제품또는 DIY형태로 $200~$5,000 미만으로소비자에게판매되고있다. 현재이러한보급용 3D 프린터는 2013년현재 18개국 62개사가제품을제작하고있을정도로폭발적인증가세를보이고있다. 사용되는재료는 ABS, PLA( 생분해성플라스틱 ) 가주이며다양한컬러재료와가격이저렴한것이특징이다. 물론앞서제시된산업용 3D 프린터장비에는못미치지만한국의경우 ( 주 ) 캐리마의 DLP방식의프린터를비롯 ( 주 ) 로킷의에드슨, 오픈크리에이터 (opencreator) 의멘델, 고산대표가운영하는에이팀 (A-team), 주승환대표가운영하는윌리봇 (willybot), 솔리시스등의 FFF방식 3D 프린터를 제조판매하고있다. 이러한보급용의 3D 프린터의확산은창의적작업에도움을주는것은물론 3D 프린팅산업에대중화에도이바지할것으로본다. 물론보급용의경우는초기렙랩 (RepRap) 과같은오픈소스를이용하여개발되었기에시스템적인불안정성이남아있기에지속적인업그레이드와사후관리체계가중요할것으로본다 ( 그림 3 참조 ). 2014년 4월에는 FDM 특허보다더욱강력한선택적레이저소결방식인 SLS(Selective Laser Sintering) 방식의특허가풀릴예정이다. 이방식은나일론과같은분말에레이저를조사하여소비자가바로사용할수있는직접상품을제조할수있는기술이다. 특히독일, 미국, 일본, 프랑스와같은기술선진국의전유물이었던 SLS 방식은앞으로 FDM방식과는차원이다른 1인제조시대를열게해줄것으로예측된다. 특히재료비와장비가저렴해지면일반인들조차도 1인직접상품을제조판매하는 1인기업의탄생이가속화될것이다 ( 그림 4 참조 ). 보급용과같은 3D 프린터들은대부분데스크톱에적합한하드웨어외관을가진다. 이와반대로앞서제시된다양한방식의산업용 3D 프린터들은하드웨어타입또한매우다양한형태로발전하고있다. 산업용 3D 프린터는초기대부분박스타입이주를이루었으나최근들어서는기존에산업용로봇타입과자동차엔진블록과같은대형주물사를동시에여러개 3D 프린팅할수있는대형컨베이어타입도등장하고있다. 앞으로도 3D 프린팅하드웨어들은좀더작게좀더크게양방향의다양한방 그림 3. 보급용 3D 프린터큐브와큐브엑스모델 ( 출처 : 미국 3D 시스템즈사제공 ) 그림 4. SLS 공정으로직접생산된스마트폰용사운드증폭기 ( 출처 : 한국 제공 ) 19

이러한 3D 프린팅기술에는하드웨어못지않게빼놓을수없는중요한것이있는데그것은바로소프트웨어와재료를들수있다. 특히사용할수있는재료의종류와한계치는곧활용분야의한계로이어지기때문이다. 다행스러운것은 3D 프린팅재료들은하드웨어방식의발전과함께지속적으로발전하여현재우리가가장많이활용하는대부분의재료가 3D 프린팅재료로구비되어생산되고있다.

4 특집 I Special Feature 식과기존 CNC 기술과 3D 프린터의단점을보완한과도기적하이브리드 3D 프린터도속속등장할것으로예측된다 ( 그림 5 참조 ). 이와함께컨설팅기관인가드너 (Gartner) 가최초로내놓은소비자및기업용 3D 프린터시장전망에따르면, 2013년 10만달러미만 3D 프린터의전세계출하량은 49% 증가한총 5만 6,507대에이를전망이다. 한국의경우는현재산업용장비추정 2013년현재 1,300여대가설치되어있는것으로나타났다. 이러한 3D 프린팅기술에는하드웨어못지않게빼놓을수없는중요한것이있는데그것은바로소프트웨어와재료를들수있다. 특히사용할수있는재료의종류와한계치는곧활용분야의한계로이어지기때문이다. 다행스러운것은 3D 프린팅재료들은하드웨어방식의발전과함께지속적으로발전하여현재우리가가장많이활용하는대부분의재료가 3D 프린팅재료로구비되어생산되고있다. 3D 프린팅이가능한재료들은물론 3D 프린터의기계적특성을고려한재료들이대부분이다. 3D 프린팅이가능한재료는산업적으로가장많이사용 박스타입 (Box Type) 로봇타입 (Robot Type) 컨베이어타입 (Conveyor Type) 그림 5. 산업용 3D 프린터하드웨어타입비교 스테인레스스틸, 청동, 티타늄 금속 플라스틱 고무 ABS, PLA, Epoxy, PC, Nylon Etc. 종이왁스나무시멘트세라믹모래또는주물사설탕소금초코렛음식 고기 그림 6. 3D 프린팅사용재료 인체조직 바이오잉크 20 建築 I 제 58 권제 02 호 I 2014 년 02 월호

되는고분자화합물인플라스틱, 금속, 고무, 실리콘, 종이, 왁스, 나무, 시멘트, 콘크리트, 세라믹, 모래또는주물사등다양하다. 특히금속의경우분말로투입되기에분말의종류에따라스테인레스스틸, 청동, 티타늄, 마징스틸, 알루마이드등다양한금속파트제작이가능하다. 이에더하여앞으로는우리가먹는음식을프린팅해주는푸드프린터가속속등장할것으로예측된다.

건축분야에서의 3D 프린팅기술활용현황 3D 프린팅의활용은사용되는방식이나재료에다양성만큼이나활용도가광범위하다. 미국홀러스어소시에이츠 (Wohlers Associates) 의테리홀러스리포트 2013(Terry Wohlers Report) 에따르면다음과같다 ( 그림 7 참조 ).

5 되는고분자화합물인플라스틱, 금속, 고무, 실리콘, 종이, 왁스, 나무, 시멘트, 콘크리트, 세라믹, 모래또는주물사등다양하다. 특히금속의경우분말로투입되기에분말의종류에따라스테인레스스틸, 청동, 티타늄, 마징스틸, 알루마이드등다양한금속파트제작이가능하다. 이에더하여앞으로는우리가먹는음식을프린팅해주는푸드프린터가속속등장할것으로예측된다. 현재과자, 설탕, 소금, 초콜릿은물론고기까지도제작이가능한시점에와있다. 또한인간의피부나혈관에서인체장기까지바이오 3D 프린팅영역도급속히발전하고있다. 언젠가는지금의금속임플란트 (implant) 들도배양을통해자신의생체재료로프린팅하는시대가도래할것으로전문가들은조심스럽게예측하고있다 ( 그림 7 참조 ). 건축분야에서의 3D 프린팅기술활용현황 3D 프린팅의활용은사용되는방식이나재료에다양성만큼이나활용도가광범위하다. 미국홀러스어소시에이츠 (Wohlers Associates) 의테리홀러스리포트 2013(Terry Wohlers Report) 에따르면다음과같다 ( 그림 7 참조 ). 가장활용도가넓은영역은소비재제품과가전, 자동차, 우주항공, 의료와덴탈, 산업과비즈니스등이다. 특히상단건축분야에서의활용도 3.9% 라는비중있는활용도를보여주고있다. 이는컨설팅기관인가드너가얼마 전가장영향이큰분야순위와도어느정도일맥상통하는분포이다. 가드너는우선 3D 프린팅이소비재및제조산업에가장큰영향을미치며건설, 교육, 에너지, 정부, 의약품, 군, 소매, 통신, 교통및유틸리티산업에는중간정도의영향을, 은행및금융보험산업에는미비한영향을미칠것으로내다보았다. 그렇다면건설, 건축분야에서현재 3D 프린팅기술은어떻게활용되고있고미래의도전과제는무엇인지를살펴본다. 건축분야에서가장활발하게 3D 프린팅기술이활용되는부분은지형지물과인테리어를포함한건축모형분야이다. 건축모형은건물의생김새를직접눈으로확인하고실제적인디자인적, 구조적인명확성을건축가나클라이언트에보여줄수있다. 사실건축모형은 3D 프린팅외의방법으로도충분히제작이가능하다. 하지만과거와달리건물의외형이비선형적형식일경우 3D 프린팅은가장빠른제작방법이된다. 다만 3D 프린팅을위해서는 3D 모델링데이터가모두두께를가진솔리드 (solid) 데이터이어야한다. 지금은이러한개념들이생기고 3D 모델링과정부터 3D 프린팅제작을위한고려가되어일부설계되지만과거에는다시작업해주어야하는어려움이있었다. 앞으로 BIM(Building Information Modeling) 이보다활성화되면해석이나시뮬레이션시각화범위까지가능할것으로본다. 건축모형의경우앞서제시된 3D 프린팅방식중어떤것을사용해도대부분가능하다. Architectural 3.9% Government/military 5.2% Academic institutions 6.8% Other 3.6% Motor vehicles 18.6% Aerospace 10.2% Medical/dental 16.4% Industrial/business 13.4% Consumer products/electronnics 21.8% 그림 7. 3D 프린팅기술활용분야 ( 출처 : Wohlers Report 2013) 그림 8. SLS 방식으로제작된건축모형 ( 출처 : Seoul Commune 2026, Towers in the Park, massstudies, 2006.) 21

특집 I Special Feature 아래제시된건축모형은가벼우면서내구성이뛰어난나일론재료가사용된건축모형으로제작방식은 SLS로분말에레이저를쏘아선택적소결을하여제작되었다 ( 그림 8 참조 ). 다만건축모형의제작에는반드시고려해야할부분이있다.

아래모형은그러한살두께를조정하여제작된모형이다. 제작방식은폴리젯 (Polyjet) 으로잉크젯프린터노즐에서나오는재료가자외선에의해순간경화되면서형상을조형하는방식으로정밀도가우수한모형제작이가능하다. 단강도가약하다는단점이있다 ( 그림 9 참조 ).

수작업으로제작하기에는거의불가능한형상으로치수조립정밀도와표면조도가우수하여그림과같이수십개의파트를조립하여제작도가능하다 ( 그림 10 참조 ). 이외에도건축모형은 3DP 방식인잉크젯프린팅방식을사용하면컬러로도출력이가능하다.

영국러프버러대 (Loughborough University) 의건축학과 Russ Harris 교수는포스터 (Poster) 파트너스건축사무소와공동연구를진행했다.

6 특집 I Special Feature 아래제시된건축모형은가벼우면서내구성이뛰어난나일론재료가사용된건축모형으로제작방식은 SLS로분말에레이저를쏘아선택적소결을하여제작되었다 ( 그림 8 참조 ). 다만건축모형의제작에는반드시고려해야할부분이있다. 바로스케일변화에따른기둥두께, 처마의살두께, 표피패널의두께와같이축소시너무얇아지는경우이다. 이러한경우프린팅시부러지거나출력자체가되지않을수있다. 이러한부분은모형제작자가미리염두에두고변경해주어야하는번거로운작업영역중의하나이다. 아래모형은그러한살두께를조정하여제작된모형이다. 제작방식은폴리젯 (Polyjet) 으로잉크젯프린터노즐에서나오는재료가자외선에의해순간경화되면서형상을조형하는방식으로정밀도가우수한모형제작이가능하다. 단강도가약하다는단점이있다 ( 그림 9 참조 ). 아래제시되는건축모형은액상기반의 3D 프린팅기술로빛에반응하는광경화성수지에레이저를주사하여 경화된파트를제작하는 SLA방식이사용되었다. 수작업으로제작하기에는거의불가능한형상으로치수조립정밀도와표면조도가우수하여그림과같이수십개의파트를조립하여제작도가능하다 ( 그림 10 참조 ). 이외에도건축모형은 3DP 방식인잉크젯프린팅방식을사용하면컬러로도출력이가능하다. 지금까지건축모형분야에서의 3D 프린팅기술의활용을알아보았다. 다음은모형수준이아닌건축분야의실제적인연구동향을알아본다. 영국러프버러대 (Loughborough University) 의건축학과 Russ Harris 교수는포스터 (Poster) 파트너스건축사무소와공동연구를진행했다. 연구실에실제대형콘크리트프린터를제작하고, 일명프리폼구조체 (freeform construction) 연구를진행하였다. 결과물로나온것이 1톤짜리콘크리트벤치이다. 빌드볼륨은약 2m 2.5m 5m 건축시설물의일부를 3D 프린터로제작한사례이다. 특히이들은 AMRG(The Additive Manufacturing Research Group) 라는연 그림 9. 폴리젯방식으로제작된국회의사당역출구캐노피모형 ( 출처 : NUDL-as team of Junglim Architecture, Korea, 2009) 그림 10. SLA 방식으로제작된더라스트하우스 (The Last House) 수직형납골당모형 ( 출처 : System-Lab Architecture, Korea, 2006) 22 建築 I 제 58 권제 02 호 I 2014 년 02 월호

구그룹으로알려져있다. 이들연구중에는비정형건축에사용될수있는곡면과크기가다른콘크리트재료의패널들을만들어낸것이다. 이는앞으로비정형건축의패널제작에사용될수있는응용기술로볼수있다 ( 그림 11 참조 ).

이프린터는사람의개입없이도풀-사이즈샌드스톤 (full-size sandstone) 빌딩을건축할수있다고한다 ( 그림 12 참조 ).

이기술은발명한사람은미국남가주대비터비공대 (University of Southern California, Viterbi School of Engineering) 의베록코쉬네비스 (Dr.

이방식은 3D 프린터의원리로콘크리트를분사하여구조체를만들고중간에로봇기술에의해골조나기타부속품을결합해가며구조물을완성하는방식으로매우현실적인시스템이다. 그림에보이는가스통처럼생긴통이콘크리트저장장치이다. 보충은레미콘이와서충진하는형식이다.

다음은 USC(University of Southern California) 대학의로보틱컨스트럭션시스템 (Robotic Construction System) 인컨투어크라프팅 (Contour Crafting) 3D

7 구그룹으로알려져있다. 이들연구중에는비정형건축에사용될수있는곡면과크기가다른콘크리트재료의패널들을만들어낸것이다. 이는앞으로비정형건축의패널제작에사용될수있는응용기술로볼수있다 ( 그림 11 참조 ). 다음은디-셰이프 (D-Shape) 프린터를개발한 Enrico Dini 라는이탈리아발명가의건물 3D 프린터를소개한다. 이프린터는사람의개입없이도풀-사이즈샌드스톤 (full-size sandstone) 빌딩을건축할수있다고한다 ( 그림 12 참조 ). 특히디-셰이프 3D 프린터는새로운로봇빌딩 (robotic building) 시스템으로모래재질에자신들이제작한바인딩을분사, 결합하여돌과같이견고한형상을제작하는방식이라고한다. 이기술은발명한사람은미국남가주대비터비공대 (University of Southern California, Viterbi School of Engineering) 의베록코쉬네비스 (Dr. Behrokh Khoshnevis) 교수로산업시스템엔지니어링과도시환경엔지니어링및 CRAFT(Center for Rapid Automated Fabrication Technologies) 디렉터이기도하다. 이방식은 3D 프린터의원리로콘크리트를분사하여구조체를만들고중간에로봇기술에의해골조나기타부속품을결합해가며구조물을완성하는방식으로매우현실적인시스템이다. 그림에보이는가스통처럼생긴통이콘크리트저장장치이다. 보충은레미콘이와서충진하는형식이다. 특히중간에로봇팔이추가적으로장착되어있어골조나천장을만들수있도록되어있다 ( 그림 13 참조 ). 다음은 USC(University of Southern California) 대학의로보틱컨스트럭션시스템 (Robotic Construction System) 인컨투어크라프팅 (Contour Crafting) 3D 프린팅기술이다. 마지막으로 디지털그로테스크 (Digital Grotesque) 라는제목의인터리어작업물이다. 여기에사용된기술은잉크젯방식중에하나인독일의복셀젯사의샌드 3DP 기술이사용되었다. 사용된재료는모래성분으로원래 그림 11. 콘크리트 3D 프린터로제작된 1 톤짜리콘크리트벤치와프린터 ( 출처 : 영국러프버러대, 2010) 그림 12. 샌드스톤디 - 셰이프 3D 프린터로제작된빌딩과프린터모습 ( 출처 : Concrehp reservair Filler maherial Nozzle Trowel Outer layers 그림 13. 컨투어크라프팅로보틱컨스트럭션원리도 ( 출처 : 그림 14. 복셀젯사의 3DP= 잉크젯방식 3D 프린터모습 23

특집 I Special Feature 그림 15. 복셀젯사의 3DP= 잉크젯방식으로제작된실내건축물 ( 출처 : www.michael-hansmeyer.com) 는엔진블록과같은주물제작시사용되는모래재료이다. 3D 프린팅시에는별도의바인더가분사되어딱딱하게모래알갱이들이교결된다.

특히마이클한스마이어는컴퓨터를활용한건축 (Computational Architecture) 연구에집중하고있다. 이작품이시사하는바는매우크다. 앞으로 3D 프린팅은실외는물론실내의인테리어환경까지완전히새롭게바꾸는도구가될것으로예측된다. 특히컴퓨터를이용한알고리즘, 파라메트릭, 제너러티브모델링기술이잘활용된다면아마도수년안에실내장식의혁명이일어날것이다.

나아가자신이모델링한건물을손쉽게짓고생활하는사람들도나타날것이다. 이러한꿈만같은현실이바로 3D 프린팅기술에있다고본다. 마치금형으로는도저히제작불가능한형상도이제제품으로상품화되듯전통적인제조방식으로제작할수없는반복적이며기하학적구조물도제작이가능한시대가오고있다. 이와함께앞으로보다광범위하게전개될 BIM 시대에도대처하는방법의하나가될것이다.

8 특집 I Special Feature 그림 15. 복셀젯사의 3DP= 잉크젯방식으로제작된실내건축물 ( 출처 : 는엔진블록과같은주물제작시사용되는모래재료이다. 3D 프린팅시에는별도의바인더가분사되어딱딱하게모래알갱이들이교결된다. 모델링방법은면의다면분할을통해나타나는형상을 3차원으로형상화하여매우그로테스크한느낌의조형건축물이탄생하였다 ( 그림 14~15 참조 ). 특히실제사이즈로제작하기위하여각각의유니트를나누어별도로 3D 프린팅하였다. 제작자는마이클한스마이어 (Michael Hansmeryer) 와벤자민딜렌버거 (Benjamin dillenburger) 이다. 특히마이클한스마이어는컴퓨터를활용한건축 (Computational Architecture) 연구에집중하고있다. 이작품이시사하는바는매우크다. 앞으로 3D 프린팅은실외는물론실내의인테리어환경까지완전히새롭게바꾸는도구가될것으로예측된다. 특히컴퓨터를이용한알고리즘, 파라메트릭, 제너러티브모델링기술이잘활용된다면아마도수년안에실내장식의혁명이일어날것이다. 맺음말 3D 프린팅기술의건축적활용을위해서는아직가야할길이멀지만분명한것은 3D 프린팅과로봇기술이결합되면근미래에소규모의주택을짓거나인테리어벽체나비정형패널을만드는일은분명현실이될것으로본다. 또한도심에흔한버스정류소같은구조물은아마도차량에장착된건축용 3D 프린터들이활용될수도있을것이다. 또한환경을생각한다면생분해성플라스틱소재를이용한건축물로 3D 프린팅이가능할것이다. 나아가자신이모델링한건물을손쉽게짓고생활하는사람들도나타날것이다. 이러한꿈만같은현실이바로 3D 프린팅기술에있다고본다. 마치금형으로는도저히제작불가능한형상도이제제품으로상품화되듯전통적인제조방식으로제작할수없는반복적이며기하학적구조물도제작이가능한시대가오고있다. 이와함께앞으로보다광범위하게전개될 BIM 시대에도대처하는방법의하나가될것이다. 이러한이유로이시점에서디지털제조기술의현황을살피는일은의미가있다고본다. 이를통해건축계의작은변화가시작되는계기가되길바란다. 끝으로미래경쟁력확보를위해서건축, 건설교육에서도창의적디자인과실험정신, 컴퓨팅정보화및모델링능력이더욱중요시되어야한다고본다. 참고문헌 1. Wohlers Report 2013, State of the Industry Annual Worldwide Progress Report, Terry Wohlers Associates, Inc. 2. Rapid Prototyping / Principles and Applications / Second Edition, Chua C.K., Leong K. F. and Lim C. S World Scientific 3. Rapid Manufacturing, An industrial Revolution for the Digital Age Editors N. Hopkinson, R.J.M. Hague and P.M. Dickens / Loughborough University, UK, John Wiley & Sons, Ltd 4. 산업디자이너를위한신속조형기술 RP 활용가이드, 최성권저, 헤지원, CAD & Graphics, 가드너시장전망, Page 90, 2013 년 11 월호 FABRICATED, The New World of 3D Printing, Hod Lipson, Melba Kurman, Copyrighted Material, Abstract Three dimensional (3D) printing is defined as a technology to use a 3D modeling designed by a computer or a solid state of model data produced by a digital 3D scanner and to convert into a physical model which is directly touchable by hand 24 建築 I 제 58 권제 02 호 I 2014 년 02 월호

9 through a mechanically stacked formation (layer by layer). The 3D printing technology was invented by Charles W. Hull in US, and the first commercial 3D printing equipment was made available in For the last 26 years it has made a rapid development in many areas such as processing, material, software and related infrastructure, so as to emerge as a key technology that will bring an innovation in conventional manufacturing processes and a great change in future life that we never imagined in the past. The biggest change in the manufacturing industry is to make a mold production of any shape possible, which was impossible in the past without the 3D printing technology, if a 3D digital modeling process of the shape is possible. In addition, the initial level of modeling techniques now available has reached to a level of making a directly usable product, so as to properly make a 1:1 customized production or a small quantity batch production for a variety of products in near future. These phenomena will be reflected as an increase in the number of pro-sumers and individual manufacturing enterprises who make production and consumption at the same time. On top of it, an easy digital data storage and transformation and a long-distance transportation innovation will bring an economic benefit soon by significantly reducing the heavy long-distance shipping and warehousing costs that result from the traditional manufacturing supply chain logistics.the 3D printing technology is also an essential technology to meet the environmentally safe management bases like global lowcarbon green growth and sustainable production movements for the protection of global environment. 3D printer give wings to the rapid popularization of 3D printing technology in many application fields. Those applications of the 3D printing technology are in a very wide range covering electrical and electronic consumer products, automotive, aerospace, medical and dental devices, military equipment, architectural models and education tools. In particular, the present discussion is made specifically in the field of architectural BIM (Building Information Modeling) and its related 3D printing technology on which an active research has been made recently. Additionally, the 3D printing technology is developed from a level of the past architectural modeling production up to that of the current and future architectural buildings where moon rocks are used to make a moon base construction. Therefore, in this paper new possibilities of the 3D printing technology are studied on future architecture and construction fields, manufacturing of plastic and metal subsidiary materials and setting-up of concrete buildings using the concrete printer. Currently, approximately 20 kinds of 3D printing methods and systems are in active use, including some exemplary schemes like SLA, SLS, FDM, DLP, POLYJET, etc. along with a variety of materials like metal, plastic, rubber, silicon, wood, ceramic and concrete. Recently, bio-diverse and human 3D printing researches have been on-going to make human body tissue, skin, blood vessels and even organs. Besides, a food printer has also appeared to 3D digitally print foods like chocolate, cookies, pizza, etc. The prevalence of a diffusion-type 25

<4D6963726F736F667420576F7264202D204954B1E2C8B9BDC3B8AEC1EE2DB0ADB9CEC8A3>

<4D6963726F736F667420576F7264202D204954B1E2C8B9BDC3B8AEC1EE2DB0ADB9CEC8A3> IT 기획시리즈 3D 프린팅 산업 동향 1) 강민호 한국과학기술정보연구원 ReSEAT 프로그램 전문연구위원 gcwang@kisti.re.kr 박종규, 박세환 한국과학기술정보연구원 1. 서언 2. 3D 프린팅 기술개발 동향 3. 3D 프린팅 특허성 관련 이슈 4. 3D 프린팅 글로벌 시장 동향 5. 결언 1. 서언 3D 프린팅 기법을 이용한 제품제조 기술의 기본