| 최종목표 |
본 연구는 비정형벽체를 제작하고 설치하는 연구로 다양한 디자인의 시대적 요구에 반해 시공성, 경제성, 품질문제를 해결하기 어려워 실제 건축에서 적용하기 어려웠던 공법을 로봇프린팅 기술과 매트릭스프레임 방식의 연구를 통하여 조립형시공, 시공기간 및 비용 저감, 디지털제작방식으로 기존의 비정형벽체 문제를 해결하고 일반 설계사와 시공사에서 쉽게 시도 될 수 있도록 설계 및 시공법 개선을 연구한다.추가 연구로 직접 보이지 않는 구조체 부분에 폐플라스틱을 활용, 제작하여 가장 재료소비가 큰 산업인 토목, 건축분야에 재료순환시스템을 제시하여 건축폐기물 감소와 활용의 대안 제시 연구를 포함한다.1. (비정형벽체 설계를 위한) 매트릭스프레임 설계자동화2. (로봇프린팅 장비운용을 위한) 로봇암을 활용한 자유형압출 3D프린팅 시스템 개발3. (조립형 시공법을 위한) 매트릭스프레임 비정형벽체 시공공법 개발
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| 연구내용 및 범위 |
■ 연구의 배경 - 미래의 건축환경 준비를 위한 디지털미래기술 적용과 그린환경문제 해결 방향으로 변화가 예상되며 새로운 방식의 건설시장 창출이 필요■연구의 방향 - 특수공법으로 진행되던 비정형벽체 공사방식을 일반건축 공법으로 적용 될 수 있도록 설계자동화, 제작효율화, 조립형시공법으로 시공성, 경제성, 품질문제를 해결을 목표로 하며, 폐플라스틱을 활용한 매트릭스프레임 제작으로 환경문제 해결대안 제시■ 성과 지표 - 로봇프린팅 방식의 비정형벽체 제작시공 기술이 해외(미국,유럽)에서 선도하고 있으나 국내에서는 전통적 가공방식만 활용되어 국내기술과 해외기술의 격차가 큼.본 연구의 성과는 기존 가공방식의 성능을 월등히 개선하며 해외 선진기술을 추격하는 방식으로 진행 예정■ 핵심 기술 요소 - 비정형벽체의 매트릭스 프레임을 생산하고 비정형 벽면과 결합하여 설치하기 위해 매트릭스 프레임의 설계·형상 데이터를 3D프린터에 입력하기 위한 비정형모델링 기술과 프레임 자동화 설계 알고리즘 기술, 3D프린팅 출력을 위한 생산시스템 및 기술, 비정형 벽면에 매트릭스프레임을 설치하기 위한 시공기술의 연구가 필요하며 다음 3가지 핵심기술을 지정하여 과제 추진1. 매트릭스프레임 설계자동화 기술- 비정형벽체의 구조를 자동으로 설계 및 모델링하는 기술로 사용자 설정(모델링)으로 형성된 비정형 벽면에 최적의 크기, 형상 구조 프레임 디자인 및 설계자동화 기술2. 로봇암을 활용한 자유형압출 3D프린팅 시스템- 형태의 제약이 없는 3D프린팅 기술로 자유형압출 3D프린터의 모듈 및 사양을 개발하고 로봇 프린팅의 출력 방식 세팅 기술- 매트릭스 프레임의 강도, 품질을 유지하면서 생산 및 접합 오차를 최소화 할 수 있는 생산 최적화 기술과 프레임에 적합한 재료(폐플라스틱)로 성과물을 제작하는 기술3. 매트릭스프레임 비정형벽체 시공 기술- 비정형벽체의 시공품질과 시공속도 향상을 위한 최적 시공 방식에 관한 연구로 구조적 결함이 없는 프레임과 비정형 벽면, 마감재의 접합방식 및 시공프로세스 개발 기술1차년도○ 연구개발내용 및 범위 - 주관연구기관(순천향대학교 산학협력단 ) 1. 로봇암에 적용 가능한 펠릿 익스트루더 개발 2. 자동 재료 공급 장치 모듈 개발 3. 폐플라스틱으로 출력 가능한 3D프린팅 구동 시스템 구축 4. 로봇암과 압출 시스템의 연동 및 제어 시스템 설정 최적화 - 공동연구기관(디에스그룹) 1. 매트릭스프레임 개념 정립 2. 로봇프린팅 방식으로 시공 가능한 디자인 도출 및 모델링 3. 매트릭스프레임 프로토타입 도출 - 공동연구기관(지인디자인) 1. 매트릭스프레임 구조 분석 2. 매트릭스프레임과 벽면(마감재)의 접합부 및 접합방식 개발(프레임 조인트, 패널 조인트 등) 3. 로봇프린팅 기술을 적용한 비정형벽체 시공 프로세스 개발2차년도 ○ 연구개발목표 - 주관연구기관(순천향대학교 산학협력단) : 3D프린팅 출력 품질 최적화 및 생산 데이터베이스·매뉴얼 구축 - 공동연구기관(㈜종합건축사사무소 디에스그룹) : 비정형 매트릭스프레임 설계자동화 알고리즘 개발 - 공동연구기관(지인디자인㈜) : 매트릭스프레임을 적용한 비정형벽체 시험시공 및 검증 ○ 연구개발내용 및 범위 - 주관연구기관(순천향대학교 산학협력단) 1. 형태의 제약 및 보조출력물로 인한 재료의 낭비 등 기존 FDM방식 3D프린팅 기술의 단점 보완을 위한 기술 도출 및 시스템 구축 2. 출력 품질 향상을 위한 3D프린팅 기술 및 설정 값 최적화 3. 재료별(폐플라스틱) 테스트 데이터베이스 구축·활용 4. 테스트 데이터베이스를 바탕으로 한 검증된 데이터 매뉴얼화 - 공동연구기관(디에스그룹) 1. 비정형 벽면에 적용 가능한 프레임 자동화 설계 최적화 2. 형태의 제약이 적은 자유형압출 3D프린팅 기술에 적용 가능한 알고리즘 개발 3. 비정형 매트릭스프레임 설계자동화 알고리즘 플러그인 제작 - 공동연구기관(지인디자인) 1. 폐플라스틱을 활용한 로봇프린팅 기술 비정형벽체 테스트 모델 시험시공 2. 비정형 벽면(마감재), 매트릭스프레임, 재료(폐플라스틱), 시공공법의 적합성 검증
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