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분야별 매뉴얼

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전자통신/디지털 제작

콘크리트 3D프린터(대형) 개발

Step 1 : 콘크리트 3D프린터(대형) 개발

안녕하세요. 


기술이 공유되지 않으면 미래의 사회는 지금보다 더욱 폐쇄적이고 불평등한 사회가 될 것입니다. 카피레프트(copyleft)는 개인의 지적재산권을 중시하는 기존의 카피라이트(copyright)에 대항해 사회적 공유를 강조하는 정신이자 운동입니다. DIY연구소는 카피레프트(copyleft) 정신과 운동의 확산을 위하여 연구한 내용을 무료로 배포하고 있습니다. 오늘은 서울 한양대학교 건설환경공학과와 공동개발하며 재성토목관 연구실에서 제작을 계획하다 중단된 콘크리트 3D프린터(대형) 개발내용을 공유합니다. 프레임 크기는 3,000 (W) x 3,120 (D) x 2,120 (H) mm 였습니다. 현재는 루나콘크리트를 열로 녹여 프린팅하는 건축용 대형 3D프린터 개발을 연구하고 있습니다. 미국 NASA에서는 우주정착 도전 프로젝트로서 세기의 도전(Centennial Challenges)을 진행중입니다. 화성 현지정착 도전을 위하여 진행하고 있으며 9단계중 올해까지 2단계가 마무리 되었습니다. 나사는 우주에서 현지 조달할수 있는 재료를 사용하여 돔을 제작할수 있는 대형 3D프린터가 필요한 상황입니다. 달이나 화성 현지에서 조달할 수 있는 재료를 사용해야 하므로 물을 이용하여 양생하는 일반 콘크리트를 사용할 수 없고, 달의 흙을 복제한 현무암 계열의 복제토와 플라스틱 원료, 우주인들이 사용한 쓰레기를 혼합해 만든 폴리머인 루나 콘크리트를 재료로 사용하고자 합니다. 우리나라 전통의 원형흙집을 화성에 3D프린터로 지을수 있는 방안을 개발하고자 합니다.



 

 


 

 





☞ 3D프린터 설계제작 (교보문고)

 

DIY연구소 김경현 배상 (010 8604 6802)



[교육내용]

 

☞ 1. 3D프린터 설계제작

☞ 2. 3D프린터 프로그램 

☞ 33D프린터 전자의수 제작

☞ 4CORE XY 3D프린터 구동방식과 조립

☞ 5. Prusa i3 3D프린터 조립 

☞ 6. Prusa i3 3D프린터 배선 

☞ 7. 3D프린터 전기조립 기초 

☞ 8. Fun i3 3D프린터 조립

☞ 9. 3D프린터 오픈소스 RepRap

☞ 10. 20만원대 교육용 3D프린터 개발

☞ 11. 3D프린터 전기자전거 개발

☞ 12. 원노즐 듀얼 3D프린터 개발

 

1. NASA 화성기지 3D프린팅 챌린지

 

미국 NASA에서 우주정착 도전 프로젝트로써 세기의 도전(Centennial Challenges) 진행중이다. 화성 현지정착 도전을 위하여 9단계를 진행할 예정으로 센티널 챌린지는 올해까지 2단계가 마무리되었다. 

 

  

2단계는 총 3차에 걸친 경쟁으로 우리나라도 참가하였다. 3차 경쟁은 나사에서 제시한 1.5M급 돔을 제작하는 과제로 이의 구현하기 위해서는 1.5M 급 대형 3D프린터와 우주재료가 필요하다. 지구에서 사용할 단순한 돔이라면 큰 3D프린터로 가능하겠지만, 사용하는 재료가 우주에서 현지 조달할수 있는 재료를 사용 하여야만 한다. 즉, 달이나 화성 현지에서 조달할 수 있는 재료를 사용해야 한다. 이는 물을 이용하여 양생하는 일반 콘크리트를 사용할 수 없다는 것이다. 이에 달의 흙을 복제한 현무암 계열의 복제토와 폴리머(플라스틱 원료, 우주인들이 사용한 플라스틱 쓰레기)를 혼합하여 만든 루나 콘크리트가 사용된다. 루나콘크리트는 펠릿형태와 분말형태가 있으며, 대회에는 펠릿형태가 사용되었다. 

 

 

또 하나의 난제는 새로운 재료인 루나콘크리트를 열로 녹여서 프린팅하는 건축용 대형 3D프린터 개발이다. 새로운 재료인 루나콘크리트를 열로 녹여 프린팅 한다는 것은 어려운 난재 이기도 하다. 2단계 1차 경쟁에서는 루나콘크리트를 이용하여 원형기둥을 제작하는 과제가 있었는데, 참가한 76개팀중 한국을 포함한 6팀만이 성공하였다. 

 

 

 

3차 경쟁은 돔 제작으로 윗부분이 평평해 제작시 써포터가 발생하기에 이를 자동 제거하거나, 써포터 없이 출력해야하는 과제였다. 이는 달이나 화성에 3D프린터만 보내고, 지구에서 원격제작 해야하는 전제 때문이다. 건축적 라아멘 구조를 서포터 기둥 없이 출력하기 위하여 공간적층(space lamination layer) 등의 새로운 기법들이 필요하다. 공간적층 아치용으로 사용 가능한 3D프린터 Gcode의 새로운 코딩이 필요하다. 

 

 

2단계 3차 경쟁에서 1위는 Foster Partners Branch 팀이 차지했으며 3차 경쟁의 1위 상금은 250,000 만달러로 2억8천만원 정도이다. 내년 2018 년부터 진행되는 3단계에서는 2.5M 건축물이 진행되며, 2019 년에는 10M급이 진행되며 상금도 2배가 된다. 미국 연방정부 자금이기에 외국팀에게는 상금을 주지 않는다. 

 

 

 

각 단계에서 새로운 참가자들이 참여가 가능하고, 팀들도 새로이 구성되어 새롭게 진행되는 센티널 챌리지는 3단계부터는 세계적인 기업체들이 참여할것으로 보인다. 3단계에서는 실물크기의 건축물이 진행되므로 화성뿐만 아니라 지구에서도 활용가능한 새로운 기술이 대거 등장할 것으로 보인다. 

 

 

 

2. 제작을 계획하다 중단된 콘크리트 3D프린터(대형) 프레임 : 3,000 (W) x 3,120 (D) x 2,120 (H) mm



 

 

 




3. 서울 한양대학교 건설환경공학 재성토목관 연구실

 

 


4. 지구용 콘크리트 3D프린터(대형) 개발



ERDC(Engineer Research and Development Center)에 의하면 미육군공병단 연구센터는 현지에서 유용한 자재를 이용하고 최소한의 인력으로 3D프린터를 사용하여 병영 건설하는 기술을 개발중이다. 콘크리트 3D프린터로 막사를 짓게되면 반영구적으로 사용할 수 있고, 일반적 합판 건축방식에 비해 현장에 배송되어야 하는 재료를 절반으로 줄일수 있다. 콘크리트 프린터의 가장 알맞는 재료 및 설계과정이 연구중이며, 여러 테스트과정을 거쳐 완성된 콘크리트 3D프린터를 2017년 시연을 목표로 하고있다. 미 육군이 3D프린팅 기술을 활용하면 작전지역에 빠르게 막사를 건축하여 실전에서도 매우 효과적으로 사용될 것이다. 우리나라는 산이 많아 경사지에서도 프린팅이 가능한 3D프린터가 필요할 것이다.

4.1. 지구용 콘크리트 3D프린터 설치과정

 


4.2. 지구용 콘크리트 3D프린터 설치완료

 

4.3. 지구용 
콘크리트 3D프린트 출력완성

 

4.4. 지구용 
여러대 설치된 콘크리트 3D프린트

 

5. 화성용 루나콘크리트 3D프린터(대형) 개발

 



화성에서 사용할 콘크리트 3D프린터는 사용하는 재료가 우주에서 현지 조달할수 있는 재료를 사용 하여야만 한다. 즉, 달이나 화성 현지에서 조달할 수 있는 재료를 사용해야 한다. 이는 물을 이용하여 양생하는 일반 콘크리트를 사용할 수 없다는 것이다. 이에 달의 흙을 복제한 현무암 계열의 복제토와 폴리머(플라스틱 원료, 우주인들이 사용한 플라스틱 쓰레기)를 혼합하여 만든 루나 콘크리트가 사용된다. 루나콘크리트는 펠릿형태와 분말형태가 있으며, 화성용으로는 펠릿형태의 루나콘크리트를 열로 녹여서 프린팅하는 건축용 대형 3D프린터(대형)를 개발하고자 한다. 


5.1. 화성용 루나콘크리트 3D프린터 설치과정 (※ 설계중)
5.2. 화성용 콘크리트 3D프린터 설치완료 (※ 설계중)
5.3. 화성용 루나콘크리트 3D프린트 출력완성 (※ 설계중)
5.4. 화성용 여러대 설치된 루나콘크리트 3D프린트 (※ 설계중)

 

 

 

 

 

 

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