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과제현황 목록

과제기본정보

소형 건축물 및 비정형 부재 대상 3D 프린팅 설계, 재료 및 장비 개발6년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 도시건축연구사업 과제번호 21AUDP-B121595-06
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 시공 자동화기술 적용분야 건설업
2순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 건축시공기술 실용화대상여부 실용화
3순위 건설 교통 | 시설물 설계 해석기술 | 설계 정보화기술 과제유형 개발
과제명 소형 건축물 및 비정형 부재 대상 3D 프린팅 설계, 재료 및 장비 개발
주관연구기관 한국건설기술연구원
총괄연구 책임자 성명 주기범
소속 한국건설기술연구원 직위 -
기관 대표번호 031-910-0114 FAX -
총 연구기간 2016-11-15 ~ 2021-12-31
당해연도 연구기간 2021-01-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
6차년도 1,621,000,000 66,920,000 511,070,000 577,990,000 2,198,990,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 - 본 과제에서 제시된 건축물 3D 프린팅 기술은 현행 건설 방식을 자동화된 디지털 건축으로 전환하고, 생산자-공급자-소비자를 직접 연결시킬 수 있는 새로운 패러다임의 기술로 정의함
- 기술적으로는 설계기술, 건축용 3D 프린팅 재료 및 장비 기술 개발을 통해 새로운 건축상품(소형건축물, 비정형 구조재/비구조재 및 내?외장재 등)을 생산하고 혁신된 건축방식을 활용하여 공기단축 및 공사비 절감을 달성하고자 함
- 본 연구단에서 개발될 3D 프린팅 설계/시공기술, 건설복합재료, 수직골조 적증제조 장비와 비정형 부재제작 장비를 활용할 경우 비정형지붕, 내장재, 외장재, 정형/비정형 수직부재, 비정형 구조제 등의 시공할 수 있음
- 특히 3D프린팅 장비를 활용하여 소형건축물의 골조를 현장에서 직접 시공하는 기술과, 대형 비정형 부재를 시공하는 기술은 본 연구단의 최대 강점임
최종목표 ? 목표 : 소형 건축물 및 비정형 부재 대상 3D 프린팅 설계, 재료 및 장비 개발 [ 소형건축물(100m2)기준 기존 골조시공시간 60% 단축, 5일 이상 → 2일 이내 ]
- 건축물 3D 프린팅 설계기술 개발 및 테스트베드
? (정성) 건축물 3D 프린팅 설계기술 및 테스트베드 수행
? (정량) 3D 프린팅 건축상품(10종 이상) 개발 및 설계/시공기술 통합 플랫폼 개발
- 건축물 3D 프린팅용 건설 복합재료 제조기술 및 표준화
? (정성) 건축물 3D 프린팅용 건설 복합재료 제조기술 개발 및 표준화
? (정량) 연속 적층고 3m 이상, 압축강도 60Mpa을 충족하는 3D 프린팅 재료 기술
- 건축물 3D 프린팅 장비 개발
? (정성) 소형건축물 및 비정형 부재 3D 프린팅 건설 장비 개발
? (정량) 3mx3mx3m 조립형 비정형 부재 및 10mx10mx3m 일체형 소형건축물 시공 장비
연구내용 및 범위 ? (1세부) 건축물 3D 프린팅 설계기술 개발 및 테스트베드 수행
- 건축용 3D 프린팅 상품기획 및 설계기술 개발
? 소형 건축물 및 비정형 부재 대상 3D 프린팅 상품 기획
? 소형 건축물 및 비정형 부재 대상 3D 프린팅 설계기술 개발
? 보강재를 고려한 소형건축물/비정형부재 3D 프린팅 시공법 개발
- 소형 건축물 및 비정형 부재 대상 3D 프린팅 구조 안정성 기술 개발
? 3D 프린팅을 이용한 건축물의 구조 안전성 평가를 위한 가이드라인 제시 및 기술 개발
? 비정형 부재를 포함하여 다양한 사용자 요구에 부합하는 3D 프린팅 건축설계를 위한 “재료 선별-최적 구조시스템 선정 -안전성 평가”의 통합 구조설계 플랫폼 제안
- 소형건축물 및 비정형 부재 대상 3D 프린팅 시공 모니터링 시스템 개발
? 3D 프린팅 시공에 대한 실시간 공정율 및 오류 상태 확인
? 3D 스캐닝을 통한 일 단위 품질관리 실현
? 3D 프린팅 설계 정보 (소재, 장비, 공법)의 DB화로 시공시 완료된 구조물의 정보 제공
? 생산된 구조물의 생산 이력 관리를 통하여 유지관리 제공
- 소형건축물, 비정형 부재 시공성 검토 및 테스트베드 구축
? 3D 프린팅 테스트베드 구축
? 3D 프린팅 기획 제품 사전 시공성 평가 매뉴얼 개발
? 3D 프린팅 건축물의 시공 전처리 및 후처리 공정 작업 표준 매뉴얼 개발
? 3D 프린팅 제품 유지관리 지침서 개발
- 소형 건축물, 비정형 부재 대상 테스트베드 설계 및 설계가이드 작성
? 3D 프린팅에 적합한 소형 건축물 및 비정형 부재의 계획안 제시
? 3D 프린팅 테스트베드용 소형 건축물 및 비정형 부재의 상세설계도 작성
- 건축물 3D 프린팅 제도개선 및 사업화 전략 수립
? 3D프린팅기술력 확보를 위한 선진국수준의 관련법제마련
? 3D프린팅기술을 활용한 국내외시장에서 경쟁력있는 사업화전략제시

? (2세부) 건축물 3D 프린팅용 건설 복합재료 제조기술 및 표준화
- 3D 프린팅용 건설 복합재료 활용 내?외장재 및 표준 개발
? 3D 프린팅용 건설 복합재료 활용 내·외장재 제조기술 확립
? 3D 프린팅용 건설 복합재료 관련 신뢰성 평가기법 및 표준개발
- 외장재용 3D 프린팅 건설 복합재료 개발
? 외장재용 3D 프린팅 건설 복합재료 개발
- 3D 프린팅 외장재 현장 제조기술 개발
? 3D 프린팅 외장재 현장제조기술 개발
- 구조재용 3D 프린팅 콘크리트 복합재료 개발
? 건축 구조재용 3D 프린팅 콘크리트 제조기술 개발
- 3D 프린팅 콘크리트용 화학혼화제 개발
? 3D 프린팅 콘크리트 물성 제어용 특수혼화제 개발
- 3D 프린팅 콘크리트 제품 품질관리 공정기술 개발
? 3D 프린팅 콘크리트 공장제품 품질관리 기술 개발

? (3세부) 건축물 3D 프린팅 장비 개발 (실내, 실외 시공 가능 장비 개발)
- 비정형 부재 3D 프린팅 장비 및 생산기술 개발
? 3x3x3 m3 조립형 비정형 건축물 제조를 위한 완전 자동형 3D 프린팅 장비 및 비정형 부재 정밀시공기술개발
- 소형 건축물 수직골조 on-site/off-site 겸용 적층제조 장비
? 소형 건축물 수직골조 구조물을 압출적층제조로 직접 시공할 수 있는 on?site/off?site 겸용 장비시스템 개발
- 건축물 3D 프린팅 장비의 핵심 부품 및 건설복합재료 압출성 평가 플랫폼 개발
? 건축물 3D 프린팅용 건설복합재료를 위한 정량압출장치와 재료 압출성 평가를 위한 압출 이송 플랫폼 개발을 통한 장비 및 재료 개발 지원
- 비정형 건축물의 가설구조 시스템 구축을 위한 3D 프린팅 장비 및 생산기술 개발
? 비정형 건축물의 가설구조 시스템 구축을 위한 3D 프린팅 장비 및 생산기술개발
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
6차년도 - 3D 프린팅 건축상품 개발
- 3D프린팅 건축물 원가/공기 산정 모듈 개발
- 3D프린팅 건축물 설계 플랫폼 설계
- 상용화(10m x 10m x 3m) 3D 프린팅을 위한 시공법 개발
- 사업화전략수립#2
- 기계요소설계 기반 모듈건축 구조시스템 개발
- 3D프린팅 기획 상품 시공성 평가 매뉴얼 초안 작성 및 테스트 베드 설계도서 검토
- 3D 프린팅 기반 설계를 위한 설계안 상세 작성
- 3D 프린팅용 건설 복합재료 활용 내장재 제조기술 개발
- 3D 프린팅용 건설 복합재료 관련 신뢰성 평가 및 표준 분석
- 외장재용 3D 프린팅 결합재 개발
- 3D 프린팅 콘크리트용 골재 구성방안 도출
- 3D 프린팅 콘크리트 기본배합 설계
- 3D 프린팅 콘크리트용 유동화제 및 증점제 개발
- 3D 프린팅 핵심장비 프로토타입 개발 및 비정형 건축부재 제품화 기술
- 장비의 설계 인자 심화 도출 및 반자동형 장비 프로토 설계
- 비정형 부재 정밀시공 기술 프로토타입 제작, 소형 모형 시험 및 성능 개선
- 기존 거푸집 구조성능 평가
- 격자구조 폴리머 강화상 구조물, 거푸집 인서트 3D 프린팅 기술 제조 및 pre-casting
- 폴리머-세라믹 복합소재를 이용한 FDM-SM 하이브리드 적층제조 기술
- 장비 기능별, 임무별 상세설계 (조립, 이동, 설치, 분해)
- 3D 프린팅용 건설 복합재료 정량압출장치 프로토타입 개발
- 기존 가설구조시스템 안전성 평가
- 3D 프린팅 활용한 건축상품 생산 및 검증
- 3D 프린팅기반 건축물 원가산정 및 내역 모듈
- 3D 프린팅기반 건축물 공사기간 산정 모듈
- 사용자별(설계자, 시공자, 발주자 등) 요구사항 분석/정의
- 시스템 아키텍쳐 설계 및 모듈별 사용자 인터페이스 구축
- 상용화 3D 프린팅 부분 모델 제작
- 상용화 3D 프린팅 부분 모델 성능실험
- 2(재료)·3(장비)세부와 피드백을 통한 상용화 3D 프린팅 시공법 개선(II)
- 신건축기획상품에 대한 시장성 조사 분석
- 3D프린팅 건축기술보급관련 법제도 및 관행에 대한 실태조사
- 건식공법을 이용한 경량구조시스템의 구조성능평가 기법 조사
- 래티스-튜브방식으로 설계가능한 구조시스템 분류
- 부재 형상 및 구조 요구성능/기능에 따른 최적 단위 모듈 구성
- 기계요소설계 기반 3D 프린팅 모듈건축 구조시스템 개발
- 원가산정 및 공사기간 산정 모듈 활용 3D 프린팅 기반 기획 상품 20건에 대해 분석
- 일반 공법 적용시 원가, 공사기간, 완성품 오차범위등 일반 공법의 기술 현황 및 사례 분석
- 시장경쟁력 확보가 가능한 상품 기획을 위한 시공성 평가 매뉴얼 작성
- 테스트 베드 설계도서를 대상으로한 시공성 및 설계의 적합성 검토
- 3D 프린팅 테스트베드 기본설계도서 작성
- 3D 프린팅 테스트베드 실시설계 수행을 위해 필요한 상세 설계계획 및 요구정보(건축, 구조, 설비, 재료 등) 작성
- 3D 프린팅 내장재 최적 배합 개발
- 3D 프린팅 내장재 제조기술 개발
- 국내외 3D 프린팅용 건설 복합재료 관련 신뢰성 평가기법 개발 및 표준화 동향 및 현황 분석
- 외장재용 3D 프린팅 결합재(시멘트, 알루미노실리케이트계, 폴리머 등 활용) 개발
- 외장재용 3D 프린팅 결합재 물성평가 및 성능 검토
- 3D 프린팅 콘크리트용 골재 최적화
- 3D 프린팅 콘크리트 기본배합 설계 및 기본물성 시험평가 수행
- 3D 프린팅 콘크리트 압출/성형성 확보를 위한 화학혼화제 개발
- 반자동 장비의 설계 인자 심화 도출
- 반자동 장비의 설계도면 및 프로토타입 개발
- 비정형 부재 대응 거푸집 시공 프로토타입 제작
- 표면마감 범위 최적화 알고리즘 개발
- EPS Unit Layout 대응형 가설재 배치위치 알고리즘 개발
- 기존 비정형 거푸집 해석적 모델 실험적 구조성능 평가 실시
- 실험결과와 유한요소해석 비교 및 분석을 통한 성능평가 기술 보완 및 수정
- 격자구조 폴리머 구조물 적층성형 공정 최적화
- 폴리머 구조체를 함입한 콘크리트 구조제 제조
- On-site/off-site 겸용 소형건축 수직골조 적층제조 장비 설계
- 시공현장 접근성, 이동성, 설치/해체 고려한 장비 파티셔닝
- 압출기 이송속도 제어를 위한 기계부 요소 세부사양
- 3차원 운동을 위한 기계부 및 frame 구성 요소 설계
- 장비의 회로부 구성요소 설계
- 압출기 운동 제어를 위한 소프트웨어
- 3D 모델의 2차원 슬라이싱 및 적층경로 설계 소프트웨어
- 세라믹-폴리머 복합소재를 이용한 하이브리드 적층제조기술
- 압출성과 성형성을 최적화한 공정변수의 도출
- 적층-가공 전략기술의 최적화
- 정량압출장치 하드웨어 부품 선정 및 설계
- 재료 압출성 테스트를 위한 정량압출장치 프로토타입 제작
- 최대 압출량 등 프로토타입의 기본 성능 실험
- 기존 가설구조시스템 구조 안전성 평가
연구성과 기술적 기대성과 - 비정형 건축물 시공시간 단축 및 비정형 디자인 시공의 기술적 한계 극복
- 초기 시장형성 단계인 세계 3D 프린팅 건축물 분야에서 국내 업체들의 초기 시장 선점
- 다양한 건축상품(소형건축물, 비정형부재) 의 경제성 높은 생산기술에 활용
사회 경제적 파급효과 - 다양한 건축상품의 맞춤형 공급 요구에 대한 적시생산과 경제성을 제공
- 건축물 전 생애주기 단계에서 에너지 소비 절감을 달성
- 핵심 원천기술의 자립화 및 기술 수출을 통해 국가 이미지 제고 가능
활용방안 - 건축 3D 프린팅 기반의 플랫폼은 기술개발-사업화-인력양성-기술보급-상품유통 측면을 동시에 추구하는 실용화 기술로 활용
- 소형 건축물 및 비정형 부재의 저가격 공급기술 보편화 기술 활용
- 극한지, 재난재해지역, 저개발국가 등 급속 시공기술로 활용
- 연구단 보유기술과 중기/장기 전략기술개발 전략을 통해 연구단 운영과정에 조기 사업화
- 요소기술간 협업을 통해 건축 3D프린팅-BIM의 전체맥락에서 다양한 분야의 요소기술 전문가를 양성 (대학, 연구소, 기업)
- 소형건축물을 대상으로 한 포괄적 상품군의 개발이후 공간규모를 확장하는 건축물간 연계 개발전략 추진
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 3D 프린팅 급속시공 건축용 3D 프린팅 재료 건축용 3D 프린팅 장비 플랫폼
영문 3D Printing Rapid Construction Material for 3D Printing Equipment for 3D Printing Platform
최종보고서
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최종보고서 2. (별지서식 6)_최종보고서-총괄.pdf   다운로드
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