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3D 프린팅으로 만든 주택
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3D 프린팅으로 만든 주택
  • 이성주 기자
  • 승인 2021.04.26 08:49
  • 댓글 0
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ⓒMighty Buildings
ⓒMighty Buildings

[프롤로그=이성주] 3D 프린팅 기술이 처음 등장했을 당시 4차산업혁명의 핵심 기술로 기대를 모으며 산업 전반에 걸쳐서 제조 기술의 큰 변화를 가져올 것이라고 예상됐다.

3D 프린팅이란 3차원 형상을 구현하기 위해 전자적 정보를 자동화된 출력장치를 통해 입체화하는 기술이다. 분말·액체·고체 형태의 특정 소재를 3D 프린터를 통해 분사 및 적층하는 적층 제조 방식으로 3차원 형태의 입체물을 제작한다.

먼저 제작하고자 하는 물체의 3차원 디지털 도면을 만들고 매우 얇은 단면(약 0.015 ~ 0.1mm)을 켜켜이 쌓아 올려 형상을 만들어 내기 때문에 일반 제조공정으로는 복잡한 과정을 거쳐야만 생산 가능한 모형이나 내부에 공간이 있는 구조 등의 제품을 쉽게 생산할 수 있는 장점이 있다.

이처럼 복잡한 설계를 자유롭게 만들고 맞춤 제작 및 첨단 경량 소재를 사용할 수 있는 등의 장점으로 거의 모든 업종에서 설계와 생산의 혁신이 가능해져 4차산업혁명의 핵심으로 손꼽히게 된 것이다.

국내에서도 정부가 제조업 혁신을 견인할 3D 프린팅 산업 발전 전략 수립을 위한 목표를 위해 과학기술정보통신부가 국가 차원의 중장기적 기술확보를 전략적으로 추진 중이다. 하지만 선진국 대비 기술경쟁력이 아직은 부족한 것이 현실이다.

그중에서도 건축 부분에서는 특히 열세이다. 3D 프린팅 건축 기술은 미국과 유럽, 중국 등을 중심으로 확산·보급 중에 있다. 반면에 우리나라 같은 경우에는 본격적인 기술개발이 불과 4~5년 전에 시작되었다.

◇ 美 3D 프린팅으로 만드는 주택

미 캘리포니아주 오클랜드를 기반으로 하는 건축 기업 마이티 빌딩스(Mighty Buildings)는 지난해 8월 3D 건축 프린터로 벽과 바닥뿐만 아니라 천장, 지붕까지 집의 외관 전체를 3D 프린터로 제작한 두 채의 시범주택을 완공했다. 특히 이 주택은 천장과 지붕까지 3D 프린터로 제작한 것이 특징이다. 이를 통해 전체 건축 과정의 80%를 자동화한 것으로 알려져서 주목을 받았다.

자동화의 비결에는 이 회사가 개발한 'LSM(Light Stone Material)'이라는 이름의 건축 소재가 숨어있다. LSM은 인조대리석(Corian)과 같은 가벼운 합성 석재로, 콘크리트보다 4배 가볍고 열효율이 뛰어나며 방수·방화 기능도 갖췄다. 이 건축 소재를 3D 프린팅에 넣어 노즐을 통해 뽑아낸다.

해당 소재는 자외선 빛에 노출되는 즉시 딱딱하게 굳어서 스스로의 무게를 지탱할 수 있게 된다. 이를 반복하면서 옆으로 넓혀가면 지붕을 만들 수 있는 것이다. 전체 건축 과정 중에서 자동화되지 않은 20%는 창문, 배관, 전기 공사와 같은 부분뿐이다.

이러한 기술을 바탕으로 최근에는 주택 단지 개발에도 착수했다. 지난달 10일 LA타임스 보도에 따르면 주택 개발업체인 팔라리(Palari)는 마이티 빌딩스의 3D 프린팅 기술을 바탕으로 ‘랜초 미라지’라는 사막 도시에 주택 단지가 개발 중이다. 코첼라 벨리 커뮤니티(Coachella Valley Community)라는 이름의 주택 단지는 5에이커의 면적에 15개의 친환경 주택을 포함하고 있다. 기본적인 주택은 1,450제곱피트(약 135제곱 미터, 40평) 부지에 침실 3개, 욕실 2개, 수영장이 포함되어 있다.

◇ 지속가능한 건축의 가능성

이번 3D 프린팅 건축은 지속가능한 건축의 가능성을 보여줬다. 기존의 건축은 건축 과정에서 불필요한 재료와 인력 소모가 심한 편이었다. 또 건설업은 자동화가 어려워 생산 인력의 이동이 필요할 뿐만 아니라 건축 시 필요한 재료를 모두 건축 장소로 이동하고 건축 이후에 남은 재료와 폐기물들도 운송해야 하는 등 탄소발자국(카본 풋프린트) 높은 편*이었다.

반면에 3D 프린팅 건축은 대부분의 과정을 자동화하면서 인건비 및 재료비를 크게 절감할 수 있게 되었다. 마이티 빌딩스 측이 밝힌 3D 프린팅 주택 건축비용은 일반 주택보다 55%에 불과하다.

또한 버리는 재료가 없고 여러 재료를 쓸 필요가 없기 때문에 재료가 적게 들어간다. 마이티 빌딩스에 따르면 일반적으로 건축물의 벽체에는 10여 가지 재료가 사용되지만 3D 프린팅으로 건축을 할 경우에는 한 가지 재료(LSM)만 사용된다.

배관과 전선이 들어갈 통로도 건축과 동시에 만들어진다. 여기에 지붕, 바닥, 벽 전체를 한꺼번에 통으로 만들기 때문에 따로따로 제작해 결합하는 방식에 비해 지붕과 바닥, 벽 사이에 틈이 생기지 않아 열이 새어나가는 것을 막아준다. 그렇기 때문에 에너지 효율 면에서도 일반적인 건축물보다 좋다.

이러한 장점을 보여준 3D 프린팅 건축 기술은 향후 건축의 지속가능성을 보여주는데 앞장설 것으로 기대를 모으고 있다.

* 건설업은 세계 에너지 소비의 약 30%, 이산화탄소 배출의 50%를 차지



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