3D 프린팅 하우스 친환경 주택,3D 프린팅 건설 기술 개발

미국 건설사 아이콘의 건설용 3D 프린터 출력 모습 출처 : 아이콘

3D 프린팅 건설은 미래 건설 신사업으로 크게 자리잡을 것이라는 인식이 높다.

건설업계에 따르면 전통 건축 방식을 대신해 ▲비용 절감 ▲공사기간 단축 ▲다양한 디자인 실현 ▲건축 폐기물 감축 ▲이산화탄소 배출 감소 등의 장점이 있는 3D 프린팅 건축 방식이 각광받고 있다.

3D 프린팅 건설은 컴퓨터 등에서 생성된 3D 모델 정보에 따라 건축용 3D 프린터가 노즐을 통해 콘크리트, 금속, 폴리머, 모르타르 등 재료를 짜내 적층 형태로 쌓아올리면서 구조물을 구현하는 방식이다. 프린터로 문서를 인쇄하듯 건축물을 인쇄해 내는 셈이다.

실제 사람이 건축하는 것보다 빠르게 건물을 지을 수 있어 해외에서는 3D 프린팅 건설 기술이 재난 지역이나 이재민이 많은 곳, 분쟁 지역 등의 주거 시설을 신속하게 준비하는 데에 유용하다는 평가를 받고 있다.

또 코로나19 사태 등의 문제로 공사비가 급등하고, 건축자재 수급난과 인력난이 가중되는 상황에서 이를 해결할 차세대 기술로 주목 받는다.

3D 프린터가 3D 모델을 기반으로 정확하게 자재를 생산해 건축하기 때문에 낭비가 적고, 또 실제 사람이 해야할 일을 3D 프린터가 대신 해주기 때문에 전문인력을 구하는 어려움을 덜 수 있는데 따른다.

이를 두고 국내외 전문가들은 3D 프린팅 기술이 특히 전 세계적으로 대두되고 있는 저소득층 주택부족 현상을 해결할 새로운 기술혁명이라고 관측한다.

유현준 홍익대 건축도시학 교수는 "150년 전 철근콘크리트, 엘리베이터, 강철 등 기술혁명으로 해결했던 것은 효과가 다 됐다"며 "3D 프린터는 20세기 초반 철근콘크리트의 도입과 비슷한 혁명적 건축기술이 될 가능성이 있다"고 말했다.

국내보다 앞서 이미 미국, 중국, 유럽 등 해외에서는 3D 프린팅 기술을 이용한 3D 프린팅 주택사업이 활발하며, 상용화 단계에 들어서고 있다.

미국 건설사 아이콘의 경우 지난해 미국 텍사스 오스틴 지역에 93~186㎡ 면적의 주택 4채를 3D 프린팅 기술로 1주일 만에 완공한 데 이어 현재 또 추가로 텍사스 오스틴에 3D 프린팅 주택 100가구 단지를 조성하는 프로젝트를 진행하고 있다. 이는 3D 프린팅 주택 단지로는 세계 최대 규모다. 아이콘은 건축비 4000달러(약 450만원) 정도로 한 채를 지어 저렴한 값에 공급한다는 목표다.

미국의 건설사 마이티빌딩스가  캘리포니아 팜스프링스 근처 코첼라밸리의 고급 주택지 랜초미라지에 3D 프린팅 주택 15채를 공급할 예정이다. 공사기간은 2~4주에 가격은 랜초미라지 일반 주택 시세보다 약 30~45%까지 저렴할 것으로 예상된다.

미국 건설사 아이콘이 텍사스 오스틴에 조성 중인 100가구 규모 3D 프린팅 주택 단지 모습. 출처 : 아이콘

건설업에서의 탄소배출은 대부분 콘크리트 산업에서 나온다.

시멘트 생산에서만 매년 이산화탄소 약 25억톤이 발생하며 이는 전 세계 총량의 약 8%에 달한다고 알려졌다.

미국 메인대학교 첨단구조복합소재센터(University of Maine Advanced Structures and Composites Center, 이하 ASCC)는 세계 최초 바이오 기반 재료로 만든 친환경 3D프린팅 주택 '바이오홈3D(BioHome3D)'를 지난 21일(현지시간) 공개했다.

현재 미국 메인주는 저소득 가구의 심각한 주택 부족 문제에 직면해 있다. 메인주에 거주하는 저소득 가구 60% 이상이 소득 절반 이상을 집값으로 지출하고 있으며 관련 적자는 매년 증가하고 있다. 이와 같은 상황은 노동력 부족과 공급망 중심의 재료가격 상승으로 점점 악화하고 있다.

미국 메인주 주지사 자넷 밀스(Janet Mills)는 이번 개발을 통해 당국의 심각한 주택 부족 사태를 혁신적이고 지속가능한 방법으로 해결할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 

공개된 프로토타입은 약 17평으로 3D프린팅 바닥, 벽, 지속가능한 방법으로 재배한 목재 섬유와 제재소에서 남은 생물학적 수지로 만든 지붕이 특징이다. 침실 1개, 욕실 1개 구조 방갈로 스타일로 지어졌다. 

이 주택은 2019년 세계 최대 3D프린팅 보트를 생산한 ASCC 연구진이 제조했다. 프로토타입은 모듈 총 4개로 인쇄된 후 현장으로 이동해 약 반나절 만에 조립됐다. 연구진은 추후 몇 달간 테스트를 통해 프로토타입이 눈, 열, 습도, 추위 등에 얼마나 강한지 관련 성능을 모니터링할 예정이다.

센터에 따르면 주택은 100% 재활용 가능하며 콘크리트 사용을 최소화해 건설 폐기물 또한 거의 나오지 않는다. 주택 자체는 콘크리트 기초 위에 있지만 대부분 제재소에서 남은 목재 폐기물로 인쇄했기 때문이다. 

센터 측은 "3D프린팅 주택을 위한 많은 기술을 개발했지만 대부분 콘크리트를 사용해 프린팅한다"면서 "반면 이번에 개발한 주택은 다른 3D주택과 달리 목재 섬유로 바닥, 벽, 지붕 등 전체를 출력했다. 사용한 재료는 100% 재활용 가능하기 때문에 오랜 시간이 흐른 뒤에도 주택을 완전히 재활용할 수 있다"고 설명했다.

이어 "해당 지역 제재소에는 120만톤이 넘는 목재 폐기물이 있다. 이를 친환경 3D주택을 인쇄하는 데 사용할 수 있다"며 "탄소배출량을 줄이고 효율성을 개선하며 지속가능한 제조 신기술을 도입한 사례"라고 덧붙였다.



집을 인쇄할 수 있는 시대가 오다니 ㄷㄷ