일본산업뉴스요약

건설 부재에도 3D프린터 이용
오바야시구미, 교량의 부재로 실험

오바야시구미(大林組)사는 건설 부재에 이용되는 3D프린터 기술을 발표했다. 지금까지 3D프린터는 건물의 모형 제작에 사용되는 정도였지만, 작은 교량의 부재도 제작할 수 있게 되었다. 전문 기술자 부족을 해결할 수 있을 것으로 전망되는 가운데, 그 능력은 어느 정도인지 살펴보았다.

-- 거푸집 불필요, 실용화를 향한 첫 걸음 --
도쿄 기요세(淸瀨) 시의 오바야시구미 기술연구소의 바이오톱(Biotope) 정원에는 작은 아치형 교량이 설치되어 있었다. “프린터가 제조한 부재를 조립해 만든 것이다.”라고 기술연구소의 가네코(金子) 상임연구원은 설명. 외관 상 위화감은 느낄 수 없었다.

-- 새로운 재료 개발 --
건설 부재는 범용 로봇 암을 이용해 찍어낸다. 개발 과제는 로봇 암의 노즐에서 뿜어져 나오는 재료에 있었다고 한다. 현재 시멘트 및 수지를 생산하는 Denka사와 새로운 재료 개발을 추진하고 있다. 시멘트는 일반적으로 석탄과 석고, 물 등이 들어가지만, 새로운 재료에는 점성을 높일 수 있는 특수한 증점제(Thickener)를 배합했다. 이것은 노즐에서 뿜어져 나와 단시간 안에 굳는 ‘틱소트로피(Thixotropy)성’을 가지고 있다. 이 재료는 압력이 가해지는 노즐에 도달할 때까지는 유동성이 있지만, 뿜어져 나오면 1시간 이내에 건조된다고 한다.

소프트아이스크림을 짜내는 것처럼 노즐로부터 재료가 천천히 내보내지면서 로봇 암이 오른쪽에서 왼쪽으로 움직인다. 원하는 루트대로 움직이도록 사전에 프로그램을 설정해 한 층씩 쌓아나간다. 재료에는 짧은 섬유를 배합해 층과 층 사이의 연결을 강화시켰다.

교량의 부재가 된 블록은 약 15분만에 완성되는 것이다. 폭과 높이는 각각 50cm로, 깊이는 25cm이다. 한 개의 층을 제작하는데 20초 정도가 소요, 50층이 쌓여 하나의 블록이 완성된다. 6개의 블록을 조립한 것이 바이오톱에 설치된 교량이다.

프린터를 이용해 건설 부재가 만들어진다면, 공장 현장에서 콘크리트를 굳히는 거푸집이 필요 없어질 가능성이 있다. 건설 현장에서는 전문 거푸집 기술자가 목제 판을 이용해 거푸집을 설치한다. 부재를 3D프린터로 직접 제조할 수 있게 된다면 향후, 거푸집 작업이 필요 없는 건설 현장이 등장할 수도 있다.

건설 기술자의 감소가 전망되고 있는 가운데, 건설 현장이 아닌 사전에 공장에서 제작되는 ‘프리캐스트 콘크리트(Precast Concrete)’를 활용하는 등, 건설회사들은 생산성 향상을 위한 기술 개발을 강화하고 있다. 그 일환으로 3D프린터 연구가 추진되고 있다.

-- 자갈을 섞는 것이 과제 --
그러나 건설 현장에서의 실용화까지는 아직 멀었다. 이번 프린터 기술은 그 첫 걸음에 불과한 것으로, 극복해야 할 과제가 많다. 예를 들어, 프린터가 제조할 수 있는 부재의 종류이다. 이번에 제조된 재료 외에 실제 콘크리트에 가까운 재료로 부재를 제조하기 위해서는 자갈을 섞어 강도를 높여야 할 필요가 있다. 이를 위해서는 노즐의 크기를 바꾸는 등을 검토해야 할 필요가 있다.

가네코 상임연구원은 “어느 정도 크기의 부재를 제조할 수 있는가도 앞으로의 테마이다”라고 말한다. 이번에 제조된 블록의 크기는 로봇 암의 가동 범위 안에 있다. 앞으로, 생물의 뼈 등의 구조를 모방해 부재를 가볍고 튼튼하게 만드는 ‘생체모방기술(Biomimetics)’을 도입한 설계도 검토해나갈 계획이다.

오바야시구미는 생산성을 높일 수 있는 시스템을 조속히 구축하기 위해 첨단 기술을 연이어 도입하고 있다. 시공 관리자의 교육에 가상현실(VR)시스템을 도입, 산악 터널 공사의 굴착 작업 평가에 인공지능을 활용했다. 차세대 고속통신규격 ‘5G’를 이용한 원격 시공 실험도 시행했다.

3D프린터, 붐은 잠시 주춤
향후 수요 확대

3D프린터는 일본에서 치구(治具; 공작기계에서 절삭 공구가 정확하게 가공할 수 있도록 가공물의 위치를 잡아주는 도구) 및 인공 기관의 시작(試作) 등에 사용되고 있다. 2013년경부터 붐이 일어나 크게 주목 받았지만 현재는 그 반동기(反動期)로, 수요는 많지 않다.

시장조사 전문업체 IDC Japan사에 따르면, 3D프린터 본체의 판매, 유지보수, 수탁 조형 서비스 및 조형 재료 분야에서의 2016년 국내 3D프린팅 시장은 2015년 대비 1.5% 증가한 328억엔이었다.

IDC 재팬사는 3D프린터가 마법 상자처럼 무엇이든지 만들어낼 수 있는 것이 아니라는 인식이 확고히 자리잡게 되면서 앞으로는 용도와 목적이 명확한 구입이 진행될 것으로 전망하고 있다.

미타니(三谷) 시니어 마켓 분석가는 프린트 본체 제조사들과 관련 기업들의 3D프린터의 새로운 기술 및 재료 개발이 시장 확대를 위해 필요하다고 지적한다. 해외에서는 고기능 수지와 금속 분말 등 새로운 재료가 등장해 항공, 자동차, 의료 분야에 보급되고 있어, 3D프린터 이용이 확대 될 여지가 많을 것으로 전망된다.

해외 건설 분야에서는 3D프린터를 이용해 간단한 오두막을 제작한 사례도 있지만, 아직까지 시행착오 단계에 있다고 할 수 있다. 3D프린터를 어떻게 사용해나갈 것인가를 놓고 세계의 수위를 향한 경쟁이 펼쳐지고 있다.

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