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Nikkei X-TECH_2024.6.13

흙으로 만드는 3D프린터 주택
2025년 판매 개시를 목표로

구마모토(熊本) 현 야마가시(山鹿)의 산골짜기에 견학을 희망하는 사람들이 끊이지 않는 3D프린터 주택이 있다. 그 이름은 ‘Lib Earth House ‘model A’’. 구마모토 현을 중심으로 단독주택을 시공·판매하는 리브워크(Lib Work)가 개발했다.

이 주택은 높이 약 3m, 연면적 약 15㎡의 원통형 단층 건물이다. 외벽의 사선 격자무늬가 아래에서 위로 향해 좁아진다. 리브워크가 올 1월말에 발표한 이래 약 3개월간 100건 이상의 문의가 들어왔다고 하는 화제의 3D프린터 주택이다.

특징은 흙을 주원료로 한 재료를 쌓아 벽을 조형한 것과 구조를 목조로 한 것이다. 이탈리아 WASP의 건설 3D프린터를 사용. 조형에 사용하는 재료 개발 및 구조 검토 등은 영국 에이럽(Arup)의 도쿄 사무소와 협력해 진행했다.

조형에 사용한 재료의 약 70%는 흙으로, 나머지는 왕겨와 짚, 석회, 시멘트 등이 차지한다. 리브워크에 따르면, 흙을 주원료로 한 3D프린터 주택은 국내 최초이다. 리브워크의 세구치(瀨口) 사장은 “CO₂ 배출량을 가능한 한 억제할 수 있는 방법을 모색했다”라고 말한다.

대형 건설회사인 오바야시구미(大林組)와 콘크리트 제조사 아이자와(會澤)고압 콘크리트(홋카이도), 스타트업인 폴리우즈(Polyuse, 도쿄), 세렌딕스(SERENDIX, 효고 현)도 3D프린터 건축의 시공 실적을 가지고 있지만, 모두 모르타르(Mortar)로 조형했다.

모르타르를 사용하는 3D프린터 건축은 목조 건축물에 비해 제조 시 많은 CO₂를 배출한다. 리브워크의 세구치 사장은 “신규 사업 도전이 CO₂ 배출량을 늘리는 원인이 되어서는 안 되었다. 목조 주택 사업을 전개하는 당사에게 모르타르를 사용하는 선택지는 없었다”라고 설명한다.

-- 대(大)단면 집성재를 구조체로 --
3D프린터로 인쇄하는 것은 비구조 부재인 토벽이다. “벽 자체는 진도 5 이상의 흔들림까지 견딜 수 있지만, 주택의 구조체로 하기에는 약하다”라고 리브워크 설계과의 니시다(西田) 씨는 말한다. 그래서 리브워크는 구조체에 150mm×300mm의 대단면 집성재로 구성된 문형 프레임을 채택하였다.

“이번에는 건축 확인이 불필요한 지역이기 때문에 신청을 하지 않았지만, 특수한 구조가 아니기 때문에 건축 확인이 필요해도 문제는 없을 것이다”라고 리브워크 설계과의 나가노(永野) 과장은 말한다.

시공 순서는 다음과 같다. 우선 3D프린터를 현지에 설치하고, 직경 약 4m의 원주 위에 원호 형태의 토벽 총 3개를 간격을 띄어 인쇄했다. 벽의 두께는 480mm로, 강도를 유지하면서 재료 사용량을 줄이기 위해 중공(中空) 부분을 마련했다.

인쇄가 끝나면 3D프린터를 철거하고, 토벽 사이에 대단면 집성재의 문형 프레임을, 토벽의 중공 부분에는 목제 지주를 각각 설치. 이 문형 프레임 3개와 지주 3개로 만든 9각형의 꼭지점을 목제 횡가재(橫架材)로 연결했다. 이후 바닥과 천장을 설치하고 마지막으로 개구부를 마무리해 완성했다. 토벽 인쇄에 걸린 시간은 총 72시간, 건물 전체의 시공 기간은 약 2개월이었다. 나가노 과장은 “보급 단계가 되면, 공기를 더 짧게 할 수 있을 것이다”라고 말한다.

-- 다음 목표는 '살 수 있는 집을 실현' --
과제는 문형 프레임의 배치와 장착이다. 니시다 씨는 “3D프린팅의 오차로 인해 토벽 사이에 문형 프레임이 잘 들어가지 않는 부분이 있어 시공에 어려움을 겪었다”라고 말한다. 곡면 형상의 조형은 3D프린터의 강점이지만, 곡면의 벽과 목재와의 접합 부분을 정밀도 높게 조립하는 것은 쉽지 않았다. “건물의 평면 형상을 직사각형으로 하거나 토벽과 문형 프레임과의 여유 공간을 크게 만드는 것 등을 통해 과제를 해결해 갈 계획이다”(니시다 씨)라고 한다.

또한 이번에는 토벽 표면을 그대로 두었기 때문에 시공 후 흙이 건조해져 표면에 균열이 생겼다. 구조상의 문제는 없지만, 상품으로서의 퀄리티를 높이기 위해 향후에는 균열을 막는 도료 등을 이용해 표면을 마무리하는 것을 검토 중이다.

리브워크는 올 12월까지 새로운 3D프린터 주택을 완성시킬 예정이다. 연면적은 100㎡ 정도로, 거실 외에 주방이나 화장실, 욕실 등도 마련한다. 세구치 사장은 “실제로 살 수 있는 3D프린터 주택을 실현하겠다”라고 말하며, 새로운 3D프린터 주택을 선보인 뒤 2025년에 일반 판매를 시작할 계획이라고 한다.

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