| 1차년도 |
1-1 로봇프린팅 방식 매트릭스프레임 프로토타입 도출 및 개발2-1 로봇암 장착용 펠릿 3D프린터 모듈 개발 및 구동시스템 구축3-1 매트릭스프레임 시공공법 개발(프레임 조인트, 패널조인트)
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1-1 로봇프린팅 방식 매트릭스프레임 프로토타입 도출 및 개발- 매트릭스프레임 개념 정립- 로봇프린팅 방식으로 시공 가능한 디자인 도출 및 모델링- 매트릭스프레임 프로토타입 도출2-1 로봇암 장착용 펠릿 3D프린터 모듈 개발 및 구동시스템 구축- 로봇암에 적용 가능한 펠릿 익스트루더 개발- 자동 재료 공급 장치 모듈 개발- 폐플라스틱으로 출력 가능한 3D프린팅 구동 시스템 구축- 로봇암과 압출 시스템의 연동 및 제어 시스템 설정 최적화3-1 매트릭스프레임 시공공법 개발(프레임 조인트, 패널조인트)- 매트릭스프레임과 벽면(마감재)의 접합부 및 접합방식 개발(프레임 조인트, 패널 조인트 등)- 로봇프린팅 기술을 적용한 비정형벽체 시공 프로세스 개발
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
○ 기술적 측면● 건설·기계·재료·소프트웨어·프로세스가 융합된 로봇프린팅 기술은 비정형 구조물 생산을 위한 장비, 재료(폐플라스틱) 압출을 위한 익스트루더, 각 모듈이 통합된 장비 및 기계, 장비를 제어하기 위한 소프트웨어, 건설과 4차 산업 기술이 융합한 건설프로세스 및 시공 공법이 필요하며 이를 통해 각 요소별 신개념 기술 창출이 가능하며 세부 내용은 다음과 같다. - 비정형 건축물 및 사용자 맞춤형 건축물 등 국내 건설업의 고부가가치 영역 기술우위 확보- 건설용 3D프린팅 요소기술 및 단위상품의 개발이 가능하게 되며, 국외 선도 기술에 대한 후발주자로서 선도 기술과 동등한 기술수준 도달 가능- 설계자동화와 시공 시스템의 통합 프로세스를 구현하는 차세대 건설기술의 확립- 복잡한 형상의 자재. 부재, 접합부 등 건축 구성요소를 3D프린팅함으로써 보다 정밀한 고품질의 비정형벽체 시공 가능 - 로봇프린팅 기술 개발을 통해 구조물을 자동으로 설계하고 비정형벽체 시공 시스템을 최적화하는 기술을 보유함으로써 국내 건설업의 기술력을 한 단 계 발전 가능- 로봇프린팅 기술은 기존의 모듈화 건설과는 달리 부재 제작 공정이 필요하지 않고 로봇 시스템을 이용하여 신속하게 구조물을 제작하며 고도화 및 복잡화 된 건축물의 제작 용이- 기존의 방식으로는 실현 불가능한 복잡한 디자인의 시공 가능- 로봇프린팅 기술에 의하여 최적화된 건축 설계자동화를 통해 나온 디자인에 대한 수정 및 시공 시 유연한 대처 가능
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| 사회 경제적 파급효과 |
○ 경제적ㆍ산업적 측면● 건설 산업의 신 시장 개척 및 차세대 건설인력 배출이 가능하고 건축 설계 및 시공 프로세스 과정을 단축 시켜 비용·시간 절감이 가능하며 세부 내용은 다음과 같다.- 설계, 구조검증, 시공 단계에 이르는 프로세스 과정을 단축시켜 고속시공을 가능케하고 시간과 비용을 절감.- 건축·건설의 한계를 극복할 수 있는 로봇프린팅 기술개발이 성공하면 침체된 건설경기 활성화, 신 시장 창출 등으로 영역이 대폭적으로 확대될 것임.- 개발된 로봇프린팅 기술은 건설 생산성 향상 및 고부가가치 건설시장 구축을 위한 기반 기술로 활용가능 하며 자재 생산 프로세스 및 설계 디자인 수정·보완에 용이하므로 품질 안정화 및 생산성 향상 가능.- 비정형 건설 시공의 효율 증대로 인한 공사비 절감 및 생산성 향상 ○ 사회적 측면● 국외에 비해 국내 건설 분야에 3D프린팅 기술은 아직 시작 단계에 불구하며 모듈화 및 조립 방식의 건축물 프린팅이 아닌 로봇프린팅 통합 프로세스 시스템 연구는 유선 및 비정형 건축물을 통한 부가가치 향상에 일조할 것으로 판단되며 세부 내용은 다음과 같다.- 비정형 건축 로봇프린팅 기술은 4차 산업 기술에 부응하는 최첨단 융복합 산업으로 선도 국가에 기술 의존도를 낮추고 개발 결과로 인한 관련 핵심 기술의 자립화 및 기술 수출을 통해 국가 이미지 제고에 기여.- 로봇프린팅 요소기술 및 비정형벽체 구성요소의 개발은 3D프린팅 기반 비정형건축물 구현이 가능하게 되고, 3D프린팅 기반 비정형건축물 구현은 차세대의 와해성 기술과 융합되어 신규 산업 창출 기여. - 3D프린팅 된 건축부재를 이용하여 기존 건축생산시스템을 대체할 수 있는 자동화 및 맞춤형 제작 시스템 개발로 새로운 생산시스템으로의 건설사업 패러다임 전환- 로봇프린팅 기술개발은 기존 건설산업 체재의 변화 유도가 가능하며 IT융합 건설의 한 분야로써 국내 기술 선점 가능.- 다양한 비정형 건축물에 활용하여 도심과 건축물의 부가가치를 향상
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| 활용방안 |
■ 활용 방안 - 건축 3D프린팅 관련 공모전 및 학술 대회 등에 참가하여 기술력을 검증하고, 시제품 제작 및 사업화 실현 가능성 높음.- 로봇프린팅 기술을 적용한 설계자동화 알고리즘 및 시공 공법은 비정형벽체를 효율적으로 생산 및 시공이 가능하며 일부 건설 현장 적용 가능- 현재 건설 패러다임은 콘크리트 재료를 위주로 사용하지만 미래 지향적으로 본 건설 패러다임은 환경 친화적인 재료의 선택과 재료의 낭비 등 환경 문제를 기반으로 움직일 것으로 판단되며 본 연구의 기술을 바탕으로 확장 가능성 높음.- 건축 트렌드를 반영한 비정형 건축의 수요 측면에서 디자인 수정 및 변경, 상품의 가격 하락, 시공 공기 및 공정 단축, 유지·보수의 편리함 등을 가능하게 하여 고부가가치 비정형 건축 상품을 실현시킬 수 있음 ○ 시험시공 계획- 본 연구는 기초원천 연구과제로 TRL 4까지 적용하는 것을 목표로 하나 각 기술의 실험실 성능평가 후 비정형벽체를 유사환경에서 시험시공(TRL 6)하는 것까지 연구를 진행하려 함.- 단계별 시험시공 연구성과 검증(1차 : 3D프린팅파크, 2차 : 충남혁신파크)● 본 연구는 최종결과물을 통해 일부 공간을 시험시공하여 성능을 검증하고 시설물의 유지를 통해 내구성을 검토하려함.● 비정형벽체 설계는 ㈜종합건축사사무소 디에스그룹이 담당하며, 비정형 벽면 및 매트릭스프레임 생산은 순천향대학교 산학협력단에서, 시공은 지인디자인㈜에서 담당하여 수행할 예정임.- 1차 시험시공(3D프린팅 파크)● 비정형벽체(2x5m) 시험시공 예정● 교내 조성된 3D프린팅파크 내에 비정형벽체의 강도, 내후성 등을 검증 할 수 있는 테스트베드 구축- 2차 시험시공(충남혁신파크)● 비정형벽체(3x10m) 시험시공 예정● 충청남도에서 추진중인 충남혁신파크는 대형 3D프린팅과 업사이클링 특화모델로 조성되고 있으며 본 연구 성과물의 기능,성능,구조적 검증을 위한 테스트베드로 활용.● 이에 순천향대학교 산학협력단은 시험시공을 통해 연구의 내용을 검증하고, 충청남도에서 추진중인 충남혁신파크는 4차산업기술 및 업사이클링 기반으로 프로그램 운영 및 창업 지원 등을 실현하고자하여 시험시공은 두 기관의 협력 및 실현의지가 매우 높음. ○ 제품화 방안 - 건축분야의 3D프린팅 기술은 대체적으로 콘크리트 소재를 활용한 기술에 대해 연구 개발이 진행되고 있으며 플라스틱을 활용한 3D프린팅 기술은 아직 초기적용단계로 구조체, 시설물, 조형물 생산 등에 대한 3D프린팅 기술이 도입 되고있는 시점임. - 본 연구는 일부 비정형벽체를 대상으로 하지만 추후 비정형벽체의 일반 시공 현장에서도 적용 가능 할 수 있는 범용성과 확장성을 추구함.- 또한 본 연구는 설계자동화, 매트릭스 프레임 및 비정형 벽면 생산, 시공기술을 통합한 프로세스를 개발하기 때문에 비정형벽체로 상품화 할 수 있는 가능성이 높음.- 신재영 신재영 외 4인, 국내 건축분야 3D프린팅 기술의 실무 도입에 관한 인식, 2017의 연구에서는 3D프린팅 건축상품을 설문을 통해 상품성이 있을 것으로 기대되는 건축상품을 조사하였고 디자인담장, 벽, 커튼월, 타일, 창호재 등 마감재 부분이 심미성에 있어 상품성이 높게 나타난 것으로 보아 비정형벽체에 대한 상품성이 높을 것으로 예측됨.- 본 연구의 결과물을 통해 후속과제를 진행하여 비정형벽체의 일부가 아닌 비정형 파고라, 파빌리온 등 공공시설물로 확대시켜 상용화 모델을 구축할 계획임. ○ 사업화 방안- 본 연구기술의 사업화를 위해서는 비정형벽체에 대한 현장적용 실적 및 검증이 필요하며 적용을 위한 실무적 네트워크가 구축되어야 함.- 주관연구기관인 순천향대학교 산학협력단은 이러한 공공시설물의 설치가 필요한 다양한 공공기관과 MOU를 맺고 있으며 공공기관의 수요에 따라 다양한 비정형 벽면 및 매트릭스 프레임을 본 연구기술을 통해 제공할 수 있음.- 본 연구팀은 다양한 네트워크와 협력체계를 통해 연구의 결과물을 사업화 할 수 있는 인프라를 구축하고 있으며 3D프린팅 분야의 연구역량을 바탕으로 실현 가능한 사업계획의 수립이 가능함.
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