신도리코 블로그에서 처음 인사 드리는 <3D 프린팅 솔루션> 코너입니다. 오늘날 3D 프린팅 기술의 발전으로 다양한 산업군에서 적용되고 있는데요. 3D 프린팅 솔루션에서는 건설, 의학 분야 등 각 산업에서 쓰이는 3D 프린팅 기술 현황을 소개 드리려 합니다. 그 첫 번째 시간으로 오늘은 건설 산업 분야에 적용한 3D 프린팅 기술 사례로 3D 프린팅 주택에 대한 이야기를 해보겠습니다.

 

3D 프린팅 주택 기술의 등장

 

3D 프린팅 기술

 

3D 프린팅은 3D 도면을 활용해 3차원 물체를 만드는 기술을 말하는데요. 분말을 원료로 하거나 녹였다가 굳힐 수 있도록 고안된 플라스틱 수지, 콘크리트, 금속, 모래 등을 원료로 쓰는 등 그 방식은 다양합니다. 가장 대표적인 기술로 ‘광경화 적층 방식(Photo Curing Process)’은 빛으로 원료를 굳혀 입체 모형을 만드는 기술입니다. 또 다른 방식으로 ‘폴리젯(Polyjet)’은 광경화 소재를 사용해 노즐에서 플라스틱 수지를 분사한 후 자외선램프에 반응해 액체에서 고체로 변화하는 특수 플라스틱 수지를 활용해 적층 하는 방식입니다.

 

그 외에도 ‘레이저 소결 방식(Laser Sintering Process)’도 대형 제조업 현장에서 많이 볼 수 있는데 이는 분말 형태의 소재를 베드(bed)에 도포한 후 레이저를 이용해 원하는 부분만 굳히는 기술입니다. 이를 ‘선택적 레이저 소결(SLS, Selective Laser Sintering)’이라고 부르고 SLS 방식의 3D 프린터가 이에 해당합니다. 또 FDM(Fused Deposition Modeling, 용융 적층 모델링) 방식의 3D 프린터는 노즐에 열이나 압력을 가해 원료를 뽑아내는 압출형 방식의 3D 프린터이며 가장 널리 알려져 있기도 하지요.

 

3D 프린팅 주택 기술

 

어느덧 3D 프린팅 기술이 발전해 건설 분야에도 응용되고 있습니다. 콘크리트, 시멘트, 석고 등 재료를 활용해 건설업에서도 3D 프린팅을 활용할 수 있게 되었는데요. 3D 프린팅 건축 기술은 3차원 설계도를 기반으로 원재료를 층층이 쌓아올려 사물을 출력하는 대형 3D 프린터를 활용해 골조와 벽체를 뽑아 내기도 합니다.

 

일반적으로 건물을 짓거나 아파트를 건설하는 데 걸리는 기간은 짧게는 몇 개월부터 길게는 몇 년까지도 소요되는데요. 그렇다면 3D 프린팅 건축은 얼마나 걸릴까요? 바닥 기초 작업을 제외한 대부분의 공정을 자동화할 수 있어 비용이나 시간, 재료, 노동력까지도 절감할 수 있게 되는 것인데요.

 

▲3D 프린팅 주택 부품 (이미지 출처: Mighty Buildings)

 

▲마이티빌딩의 캘리포니아 오클랜드 3D 프린팅 주택 (이미지 출처: Mighty Buildings)

 

2021년 7월 미국의 캘리포니아주 남부에 미국 최초로 3D 프린팅 주택 단지가 들어설 예정이라는 발표가 났습니다. 마이티빌딩(Mighty Building)이라는 스타트업이 짓는 이 집들은 대형 3D 프린터가 철근 콘크리트나 목재가 아닌 LSM(Light Stone Material)이라는 특수 소재를 활용해 짓는 집이라고 하죠. 이 업체에 따르면 약 6m 높이의 프린터가 초당 120mm의 속도로 벽과 바닥을 만들고, 필요한 부분에 자외선을 비추면 곧바로 굳는다고 합니다. 약 32㎡ 넓이의 주택 골조라면 24시간인 하루 만에 완성할 수 있다고 합니다. 다 짓는 데 걸리는 기간은 약 2~4 주 안에 가능하다고도 합니다.

 

3D 프린팅 주택 현황

 

3D 프린팅 주택 사례는 해외에서 속속 등장하고 있는데요. KOTRA 해외시장뉴스에 따르면 미국 택사스에 본사를 둔 건설회사 아이콘(ICON)이 2020년 개발업체 3Strands와 협력해 오스틴 지역에 무려 4채의 3D 프린팅 다층 건물을 지었다고 하죠. 또 2021년에는 미국 주택시장에 첫 3D 프린팅 주택을 상장했다고 합니다. 아이콘은 이전에도 비영리단체인 Mobile Loaves & Fishes와 협력해 텍사스주 오스틴에 노숙자를 위한 400sqft 넓이의 소형 단층 주택을 지어 수백명의 가족에게 저렴한 주택을 프린트해 제공하고 있다고 합니다.

 

▲아이콘이 오스틴에 건설한 첫 3D 프린팅 주택 (이미지 출처: ICON)

 

아이콘은 오스틴에 3D 프린팅 주택을 지으면서 어떻게 빠른 시간 안에 축조해 나가는 지 영상으로도 공개한 바 있는데요. 아이콘의 건설 역량은 단층 건물을 빠르고 경제적이며 최대한 자유롭게 설계할 수 있도록 고안된 Vulcan 3D 프린터를 중심으로 하고 있기 때문이라고 합니다. 이 3D 프린터는 전력 수급이 예측되지 않는 상황이나 기술 지원이 부족한 장소에서도 작동할 수 있도록 고안됐다고 합니다.

 

또 앞에서 잠깐 언급했던 마이티빌딩은 부동산 개발업체 팔라리 그룹(Palari Group)과 함께 남부 캘리포니아 팜스프링스 근방 코첼라 벨리의 고급 커뮤니티인 란초 미라지 5에이커 부지에 15채의 3D 프린팅 주택을 건설, 2022년 봄쯤 완공할 예정이라고 밝혔습니다. 이 주택은 일반 주택보다 가격이 45%나 저렴하며 내화성과 내수성이 우수한 석재 복합재료로 만들어진다고 합니다. 또 해당 주택에서 필요한 모든 에너지는 태양열과 배터리로 공급된다고 하네요.

 

▲마이티빌딩이 캘리포니아에 건설중인 3D 프린팅 주택 단지. (이미지 출처: Mighty Buildings)

 

3D 프린팅 건설시장 전망

 

앞서 살펴본 사례처럼 건설분야에 3D 프린팅 기술을 적용하면 시간, 노력, 건축자재, 폐기물 등 경제적 자원들이 절감되고 효율적으로 건축 프로젝트를 진행할 수 있다는 점에서 앞으로도 지속적이고 유망한 분야라고 보여집니다. 조사기관 Grand View Research에 의하면 글로벌 3D 프린팅 건설시장 규모는 2019년에 460만 달러로 평가됐으며 2020년부터 2027년까지 114.8%의 연평균 성장률(CAGR)을 보일 것으로 전망되고 있습니다. 이와 관련해 미국 시장에서 건축용 3D 프린터도 활발하게 선보이고 있다고 합니다.

 

▲건설용 3D 프린터 ‘ICON Vulcan Ⅱ’ (Photo: ICON)

 

미국 주택시장은 캘리포니아주의 경우 거주 인구도 많고 인구 유입이 많아 주거 비용이 수십 년째 상승세로 노숙자 문제도 심각하다고 하는데요. 늘어나는 주택수요를 충족하면서 비용은 낮출 수 있는 방안으로 3D 프린팅 주택이 그 대안이 될 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.

 

한국 역시 좁은 땅 면적에 인구가 모여 있는 인구 과밀도 현상으로 주택 부족 문제와 집값 상승 문제에 자유로울 수 없는데요. 국내에서도 3D 프린팅 건축 기술이 상용화되게 되면 이런 주택 문제 해결에 기여할 수 있을 것 같습니다.

 

한국에서도 전문연구기관과 건설사, 대학 등이 3D 프린팅 건설에 대한 연구와 제조를 위해 매진하고 있는데요. 뉴스에 따르면 한국건설기술연구원이 국토교통부의 도시건축연구사업 과제의 하나로 3D 프린팅 건축사업에 착수해 콘크리트 건축물 완공을 목표로 진행 중이라고 합니다.

 

그 외에도 현대건설, 반도건설 등 국내 건설업체들도 3D 프린팅 건설 관련 기술 연구와 상용화를 위해 빠른 속도를 내고 있다고 하네요.

 

조만간 국내에서도 첫 3D 프린팅 주택이 ‘프린트’되어 나오는 날이 오게 될 것 같은데요. 나날이 발전하고 있는 3D 프린팅 기술로 앞으로 어떤 형태의 3D 프린팅 건축물이 등장하게 될지 기대됩니다. 다음 시간에도 흥미롭고 유익한 3D 프린팅 솔루션 코너로 돌아오겠습니다.

 

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