건축/환경에너지

닛케이 아키텍쳐_260226호 (p50-53)

대형 건설사들, 생산성 향상과 시장 개척에 매진
‘3D 프린터 성장기’의 토대 마련

대형 건설사들이 건설용 3D 프린터 기술 개발에 매진하고 있다. 시미즈건설, 다이세이건설, 오바야시구미 3사는 모두 3D 프린터가 건설 현장에 보급되는 미래상을 그리고 있다. 인력 부족을 배경으로 시공 자동화와 노동 절감을 추진하고 있다.

“건설용 3D 프린터를 현장에서 일상적으로 사용할 수 있는 기술로 만들고 싶다.” 대형 건설사의 기술 개발자들은 이같이 입을 모은다. 시미즈건설, 다이세이건설, 오바야시구미 3사는 2010년대 이후 자체적으로 3D 프린터를 개발하며 실적을 쌓아 왔다. 그럼에도 3D 프린터는 아직 도입기를 벗어나지 못했다는 것이 각 사의 공통된 인식이다.

건설 현장에 로봇을 도입하는 흐름과 마찬가지로, 언젠가는 3D 프린터가 당연하게 활약하는 ‘성장기’가 도래할 것을 내다보고 있다. 시공 자동화를 목표로 연구개발은 점점 더 활기를 띠고 있다.

-- 재료 분사 방식으로 철근 포함 구조체 구현 --
시미즈건설이 그리는 미래는 건설 현장에 다수의 3D 프린터가 배치되어 자동으로 시공하는 모습이다. 하지만 실현까지는 아직 갈 길이 멀다.

2026년 시점에서 가장 보급이 진행된 재료 압출형 3D 프린터에는 약점이 있다. 층을 가로지르는 방향으로 철근을 배치할 수 없어, 구조체를 만들기 위해서는 추가 배근과 콘크리트 타설에 인력이 필요하다는 점이다.

시미즈건설은 3D 프린터가 어려워하는 철근 포함 구조 부재 시공에 도전하고 있다. 2025년에는 ‘재료 분사형 3D 콘크리트 프린팅 시스템’을 개발했다.

문형 프레임 상부에서 로봇 암을 매달아 9자유도의 천장 매달림형 갠트리 로봇을 구축했다. 이를 철근이 포함된 대형 곡면 부재 시공에 적용한다. 사전에 조립한 철근에 시멘트계 재료를 분사하여 구조체를 형성한다. 동시에 미국 카네기멜론대학의 시마다(嶋田) 교수 연구실과 함께 재료 분사 시뮬레이터도 개발했다. 형상 제어가 어려운 재료 분사 방식의 과제를 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 해결했다.

시미즈 건설기술연구소 사회시스템기술센터의 오구라 다이키 인프라기술그룹장은 “3D 프린터는 재료, 디자인, 하드웨어, 소프트웨어가 결합되어 힘을 발휘한다”고 말했다. ‘네 가지 요소를 모두 자체 제작할 수 있는 것이 우리 회사의 강점이다’(오구라 씨)

시미즈건설 기술연구소 사회시스템기술센터의 오구라(小倉) 인프라기술그룹장은 “3D 프린터는 재료, 디자인, 하드웨어, 소프트웨어가 결합되어야 힘을 발휘한다. 이 네 가지 요소를 모두 자체 제작할 수 있는 것이 우리 회사의 강점이다”라고 말한다.

하드웨어 개선뿐만 아니라 새로운 재료 개발에도 적극적이다. 시미즈건설은 2020년에 개발한 섬유 보강 모르타르 ‘LACTM’을 기반으로 신소재를 실용화했다. 오사카-간사이 엑스포에서는 모래 대신 조개껍데기를 혼합해 제작한 ‘HOTABENCH’를 행사장에 설치했다.

-- 디자인과 기능성을 겸비한 기둥 --
다이세이건설도 3D 프린터를 활용한 시공의 노동 절감을 모색하고 있다. 2026년 사이타마현 삿테시에서 가동되는 ‘다이세이건설 그룹 차세대 기술연구소’의 연구관리동에 3D 프린터로 제작한 기둥 부재를 도입했다.

핵심은 시공을 간소화하면서도 기둥의 디자인성과 기능성을 높이고, 환경 성능까지 갖춘 부재로 완성하는 것이다. 3D 프린터로 물결 모양의 층을 쌓아 올려 벚나무 껍질을 표현한 기둥 외피를 형성했다. 이 외피는 거푸집 역할도 하며, 내부에는 코어가 되는 철근 콘크리트 기둥을 타설했다.

외피 내부에 세퍼레이터를 설치할 수 있도록 해, 외부 지지대 없이 코어 타설이 가능하도록 했다. 탈형과 양생이 필요 없어 기존 공법에 비해 공기를 8일 단축할 수 있었다.

외피와 코어 사이에는 공조 및 조명 설비를 수납할 수 있도록 했다. 외피 재료에는 탈탄소 콘크리트를 사용해 환경 친화성도 확보했다.

다이세이건설 기술센터 사회기반기술연구부의 기노무라(木ノ村) 콘크리트 DX 팀장은 “조형물의 디자인성을 높이는 것뿐 아니라 현장에서 사용하기 쉬운 기술로 발전시키지 않으면 3D 프린터는 보급되지 않는다”라고 말한다.

현장에 3D 프린터를 반입해 시공하는 온사이트 프린팅 검증도 중요하다. 이 회사는 차세대 기술연구소 내에서 거푸집을 프린트해 벤치 등으로 활용 가능한 벽을 제작했다.

온사이트 프린팅의 과제 중 하나는 3D 프린터의 위치 설정이다. 높은 정밀도의 출력에는 정확한 위치 설치가 필수적이다. 측량에는 많은 시간이 소요되기 때문에, 다이세이건설은 3D 프린터에 장착한 카메라와 마커를 활용해 위치 좌표를 자동 보정하는 시스템을 개발했다. 기존에는 반나절 이상 걸리던 설치 작업이 약 90분으로 단축됐다.

-- 외주로 양산 체제를 구축 --
오바야시구미가 중시하는 점은 다른 두 회사와는 다소 다르다. 3D 프린터로 자유로운 형상의 구조물을 제작하는 기술은 어느 정도 확립됐다. 이에 따라 기술 개발뿐 아니라 양산 체제 구축에 중점을 두고 있다.

오바야시구미는 사이타마현에 있는 닛폰흄(NIPPON HUME)의 프리캐스트 콘크리트 공장에 자사 개발 3D 프린터를 설치해 양산 체제를 구축하려 하고 있다. 자체적으로 프리캐스트 부재를 대량 생산하는 데에는 한계가 있기 때문에, 수요 증가를 내다보고 프리캐스트 제조 노하우를 가진 일본흄에 협력을 요청했다.

향후에는 닛폰흄의 다른 공장에도 3D 프린터를 설치해 생산 거점을 확대할 계획이다. 오바야시구미 기술본부 기술연구소의 사카가미(坂上) 과장은 “3D 프린터는 다품종 소량 생산에 적합하다. 비용과 구조 측면에서 유리한 사례가 많다. 잠재 수요를 발굴하면서 적용 사례를 늘려가고 싶다”라고 강조한다.

시장 개척에도 적극적이다. 오바야시구미는 고객에게 3D 프린터 활용을 적극 제안하고 있다. 2024년에는 복합시설 ‘요코하마 심포스테이지’에 3D 프린터로 제작한 벤치를 설치했다. 2025년에는 나라현 ‘이코마산조 유원지’의 티켓 매표소를 제작했다.

-- 독자 개발한 대형 헤드로 ‘문·담장’ 양산화 --
다이와하우스공업은 건설용 3D 프린터로 제작하는 문·담장의 양산화에 착수했다. 우선 2026년 봄 이후에 3D 프린터로 만든 문·담장을 실제 주택에 적용할 계획이다.

문·담장 제작에는 로봇기업 화낙(FANUC)의 로봇 암에 공작기계 제조사 에스.라보(S.lab, 교토시)와 다이와하우스가 공동으로 개발한 대형 헤드를 장착한 독자적인 3D 프린터를 사용한다. 헤드만 약 130kg에 달하며, 국내 최대 규모라고 한다.

이 3D 프린터는 히터로 녹인 펠릿을 압출해 적층하는 방식이다. 수지 펠릿의 용융량을 늘려 토출 속도를 높이기 위해, 헤드에 대형 히터를 내장해 문·담장의 제작 시간을 크게 단축했다. 프린터 가동 시간이 짧을수록 생산 비용을 절감할 수 있다.

문·담장의 크기는 폭 1300mm × 깊이 120~150mm × 높이 1500mm이다. 이 크기를 약 19시간에 걸쳐 조형한다. 다이와하우스공업 비즈니스솔루션본부 건축기술연구소의 박재홍 연구원은 “시판 3D 프린터로는 30시간이 걸리던 인쇄 공정을 10시간 이상 단축할 수 있었다”라고 자신감을 보인다.

-- 폐기물 기반 저비용 원료 채택 --
양산화를 위해 다이와하우스는 재료인 펠릿도 자체 개발했다. 원료는 크게 3가지다. 폐기물인 콘크리트 슬러지에 이산화탄소(CO₂)를 고정해 만든 인공 탄산칼슘, 주택 등을 시공할 때 남는 글라스울, 그리고 재생 폴리프로필렌이다. “개발한 펠릿은 대부분이 폐기물 유래 원료다. 일반적인 3D 프린터용 수지 펠릿과 비교해 재료비를 절반 이하로 줄일 수 있다”(박재홍 연구원).

그럼에도 디자인 자유도가 높은 것이 3D 프린터 문·담장의 강점이다. 다이와하우스는 그동안 주문 주택을 주력으로 해왔지만, 앞으로는 분양주택에도 힘을 쏟을 계획이다. 박재홍 연구원은 “획일화되기 쉬운 분양주택의 디자인 다양성을 높이기 위해 우선 외부 공간의 문·담장에 3D 프린터를 적용해 나갈 것이다”라고 말했다.

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닛케이 아키텍쳐_260226호_목차

Special Feature
・초진화! 건설용 3D 프린터
고급 주택부터 타워, 역사(驛舍)까지 용도 확대

• 최신 사례 (1)
2층짜리 3D 프린터 주택 등장, 기초부터 구조체까지 1대로 시공

• 최신 사례 (2)
3D 프린터 거푸집으로 50m 대형 지붕 구현, 숲 속에 물결치는 곡면 슬래브 등장

• 가격 전략
인기는 550만 엔인가 6000만 엔인가, 3D 프린터 주택 가격 양극화

• 사진으로 보다
재료별∙3D 프린터 총집합

• 대형 건설사의 R&D
생산성 향상과 시장 개척에 매진, ‘3D 프린터 성장기’의 토대 마련

• 해외의 톱 러너
세계 최고 높이의 3D 프린터 건축, 32개의 기둥으로 지지하는 ‘하얀 거탑’

• 정책 동향과 과제
건축기준법 제20조 인증 생략으로 보급 가속화될까, 건설 3D 프린터 인재는 부족

도쿄 해상도
・제9회 롯폰기
도시 기능을 업그레이드, ‘제2 롯폰기 힐즈’는 2030년 목표

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• News Technology 【기술】
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설계: MAP

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・에코하우스의 오해 2030 제2회
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・오에 후토의 초(超) 건축사론 제4회
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・시공성을 높인 재생 목재 데크
• 태양광 발전으로 개폐하는 어닝
• 붙박이장의 습기나 냄새 배출용 환기팬
• 수팽창 부직포를 적용한 물막이 자재
• 높이 32mm의 케이블 프로텍터

저자에게 묻다
・르 코르뷔지에의 사랑스러운 ‘악’

독자로부터/편집부에서
・독자로부터
내진 성능을 높이고 개방감은 유지

• 비주택에 목재를 사용하기 쉽게

• 편집부에서
3D 프린터는 아직 진화 도중

 -- 끝 --
 

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