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R&D최종보고서

연구과제 상세정보
과제고유번호 201515CTAP-C077284-02
연구사업명 국토교통기술촉진연구사업
연구과제명 건축물 신속조형을 위한 3D 프린터 핵심부품 및 프린팅 알고리즘의 원천기술 개발
총 연구기간 2014-07-11 ~ 2016-07-10
연구책임자 이재홍
당해년도
참여 연구원수
3명 총 연구기간
참여 연구원수
6명
당해년도
연구비
정부 : 200,000,000 원
기업 : 0 원
계 : 200,000,000 원
총연구비 정부 : 400,000,000 원
기업 : 0 원
계 : 400,000,000 원
연구기관명 세종대학교산학협력단
등록 발간번호 11-1613000-001534-01
ISBN 979-11-951950-5-3
주요 내용 본 연구는 사물의 조형과 제조에 차세대 발전방향을 제시하고 있는 3D 프린팅 기술을 건축분야에 도입하여 기존 건축의 패러다임을 바꿀 수 있는 건축물 프린팅 기술을 개발하는 것을 궁극적인 목표로 함. 이를 위해 3D 프린터 핵심부품 및 프린팅 알고리즘의 개발과 3D 프린팅 된 건축부재의 활용성 확보를 세부목표로 설정함. 최종적으로 실용화 가능한 수준의 3D프린팅 건축부재 제작기술을 개발하여 지적재산권을 확보하고 기술상용화시대를 대비하여 핵심기술을 선점하고자 함

[최종목표]
- 본 연구의 궁극적인 최종목표는 최근 사물의 조형과 제조에 차세대 발전방향을 제시하고 있는 3D 프린팅 기술을 건축분야에 도입하여 건축물을 프린팅할 수 있는 혁신적인 기술을 개발하는 것임
- 이에 대한 기초연구로서 본 연구에서는 구체적으로 ‘건축물 신속조형을 가능하게 하는 3D 프린터 핵심부품 및 프린팅 알고리즘의 개발과 3D 프린팅 된 건축부재의 활용성 확보’를 최종 목표로 하고 있음
- 연구 범위는 3D 프린터에 사용가능한 건축재료의 DB를 구축하고 그에 따른 핵심부품의 개발 및 Rapid prototype을 위한 알고리즘의 개발을 시작으로 최종적으로는 건축부재를 제작하여 특허 출원 및 기술상용화를 목표로 함
- 본 연구가 성공적으로 이루어질 경우 시간과 인력 등을 대폭 감축시켜 건축산업에 혁신을 가져올 건축물 신속조형(Building Rapid Printing)기술의 실현을 위한 가장 핵심적인 기술을 확보하는 것임
- 건축기술과 3D 프린터 기술의 융합은 중장기적으로 1) 해당분야의 고부가가치기술로의 전환, 2) 신기술 유입에 따른 인력구조개선, 3) 신제품 개발, 신사업, 신시장 창출이 가능한 고부가가치의 주조산업으로의 발전에 중요한 기술로 자리매김할 것임

[연구내용 및 범위]
O 건축부재용 3D 프린팅 재료의 성능평가 및 최적화
- 3D 프린팅에 사용 가능한 건축재료 선별 및 선별 재료의 물성치 성능평가 및 최적화
- 건축부재용 3D 프린팅 재료의 타당성 분석
O 건축화 신속조형을 위한 프린팅알고리즘 연구
- 신속조형을 위한 프린팅 알고리즘의 주요 변수 도출 및 DB구축
- 프린팅 부재의 유형별/재료별/크기별 최적화 프린팅 알고리즘 개발 및 타당성 검토
O 3D 프린터 핵심부품 개발
- 프린터의 내구성 및 사용성 향상을 위한 부품개발
- 프린팅의 정밀도 및 속도 증가를 위한 부품 개발 및 개발된 프린터의 경제적 타당성검토
O 3D 프린팅된 건축부재의 구조실험
- 3D 프린팅용 건축부재의 재료성능평가 및 최적화를 바탕으로 재료별 건축부재의 구조실험
- 프린팅 알고리즘에 따른 건축부재의 구조실험
O 3D 프린팅된 건축부재의 활용성 검토
- 건축적 적용을 위한 부재별 Mock-up test 실시 및 타당성 검증
- 건축재료의 경제적 활용성 및 개인주문생산 방식의 대응성 검토
O 3D 프린팅 시스템의 건설공정 시뮬레이션
- 공정 간 커뮤니케이션 오류 최소화를 위한 건설공정 시뮬레이션
- 기존 공법 대비 3D 프린팅 시스템의 에너지저감 시뮬레이션
- 건설생산프로세스 단순화에 따른 경제적 타당성 검토

(1) 1차년도


건축부재용 3D 프린팅 알고리즘 및 재료연구


- 프린팅 알고리즘 기술이란 건축물을 부분적으로 분리하여 프린팅하고 프린팅된 부재를 기존의 결합방식과는 다른 방식으로 결합함으로써 큰 규모의 건축물을 한꺼번에 프린팅하는 효과를 구현하는 알고리즘을 말함
- 3D 프린팅 재료최적화기술이란 3D프린팅 재료의 프린팅 순서 및 속도, 온도를 최적화하여 기존 건축재료에 필적하는 물성치와 마감을 갖도록 하는 기술을 말함

(2) 2차년도


3D 프린팅된 건축부재의 Mock-up test 및 활용성 연구


- 3D 프린팅된 건축부재의 경우 기존건축부재를 대체하기 위해서는 적정한 구조적 성능을 지녀야 하며 내구성 및 심미성 등 각종 건축재료로서의 물성을 가져야 하므로 이를 목업으로 테스트 함
- 3D 프린팅된 건축부재를 실제로 기존 건축공정 속에 활용하기 위해서는 각종 공정별 상황을 사전에 시뮬레이션 하여 문제점을 미리 파악하는 것이 중요함
- 3D 프린팅된 건축부재는 디지털 파일 형태로 존재하므로 도면으로 지어지는 기존 건물과는 달리 새로운 프로세스를 거쳐 건축현장에 적용되어야 하므로 이를 시뮬레이션 하여 공정을 고도화 함.
색인어 한글 신속조형 3D 프린팅 건설공정시뮬레이션 프린팅알고리즘
영문 Rapid Prototype 3D Printing Construction Simulation Printing Algorithm
최종보고서 2_최종보고서 보완본.pdf
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