3D 콘크리트 프린팅이 상업용 건축에 획기적인 영향을 미치고 있나요?

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아프리카의 학교, 기록적인 높이의 풍력 터빈, 재난에 강한 군대 숙소, 모래로 만든 호텔, 달의 건설 프로젝트에는 공통점이 무엇입니까?

"3D 프린팅"이라고 말씀하셨다면 맞습니다. 하지만 그것이 전체 내용을 말해주지는 않습니다. 이러한 프로젝트를 차별화하는 점은 3D 콘크리트 프린팅(3DCP) 기술로 가능한 것의 한계를 확장한다는 것입니다. 콘크리트를 이용한 3D 프린팅은 네덜란드 아인트호벤의 상업용 주택 프로젝트부터 아랍에미리트 두바이의 최초 공식 상업용 건물에 이르기까지 전 세계에서 광범위하게 테스트되었습니다. 콘크리트의 연성이지만 단단하게 굳는 특성과 극한의 기후와 험난한 지형을 견딜 수 있는 3D 프린터의 기계 암을 갖춘 3DCP는 상업용 건설 산업에 많은 이점을 제공합니다.

GE의 BOD 2 3D 프린터를 사용하여 제작한 3D 프린팅 콘크리트 풍력 터빈 베이스입니다. 이미지 제공: COBOD.

세계 인구의 70% 이상이 콘크리트 구조물에 살고 있으며 콘크리트와 시멘트에 대한 수요는 계속 증가할 것으로 예상됩니다. 심지어 재생 에너지를 활용하는 풍력 터빈도 오래 지속되려면 콘크리트와 강철이 필요합니다. 그럼에도 불구하고 시멘트 산업은 지구를 천천히 가열하는 세계 이산화탄소(CO2) 배출량의 8%를 담당하고 있습니다. 오늘날의 과학자들은 지구 온난화가 1.5도를 넘지 않도록 과감한 조치를 취해야 한다는 점에 동의합니다. 이 온도가 1.5도를 넘으면 재앙적인 결과가 초래됩니다. 그렇다면 콘크리트에 크게 의존하는 세상에서 엔지니어는 어떻게 탄소 배출을 줄이고 콘크리트를 더욱 친환경적으로 만들 수 있을까요?

3D 콘크리트 프린팅의 이점과 적층 제조 방법이 어떻게 기후 변화를 완화하기 위한 실행 가능한 솔루션이 될 수 있는지 자세히 살펴보겠습니다.

내구성과 안전성은 모든 건설 프로젝트에서 매우 중요하지만, 광범위한 공공 사용을 목적으로 하는 상업용 건물의 경우 위험은 더욱 커집니다. 예를 들어 다리를 생각해 보세요. 2018년에는 폭우가 쏟아지면서 제노바의 모란디 다리가 무너져 수십 대의 차량이 나락으로 떨어졌습니다. 이 다리는 이탈리아의 가장 중요한 고속도로 중 하나였으며 프랑스와 연결되어 이탈리아 인프라 상태에 국제적인 관심을 불러일으켰습니다.

3DP 브리지는 2016년부터 개념적으로 존재해 왔지만, 전 세계의 최근 프로젝트에서는 적층 가공 방식을 현실화하고 있으며, 중국과 네덜란드는 이 분야의 선구자입니다. 176개의 시멘트로 지탱되는 가장 긴 3D 프린팅 콘크리트 다리가 중국에서 발견되었으며, 이 다리는 상하이 운하를 건너 승객을 실어 나릅니다. 동시에 암스테르담은 세계 최초의 3D 프린팅 강철 다리를 자랑합니다. 공공 안전을 지속적으로 유지하기 위한 노력의 일환으로 움직임, 온도 및 진동을 모니터링하는 데 도움이 되는 여러 센서가 교량에 부착되어 있습니다.

적층 제조의 이점은 잘 문서화되어 있습니다. 3D 프린터를 사용하면 엔지니어는 구조물을 제조하는 데 필요한 정확한 양의 재료만 사용하거나 '추가'하여 자원을 최대화하고 폐기물을 최소화합니다. 적층 제조된 보도를 테스트한 겐트 대학에서는 3DP 구조에 재료가 덜 필요하고 환경에 미치는 영향도 줄어든다는 사실을 발견했습니다.

해병대 제1해병물류그룹 제7공병지원대대 소속 해병대가 캘리포니아 캠프 펜들턴에서 훈련하는 동안 3D 프린터를 사용하여 만든 콘크리트 교량 지지대를 확보하기 위해 협력하고 있습니다. 해병대 사진.

3D 프린터는 더 빠르게 제작할 수 있을 뿐만 아니라 작업자의 부담을 최소화하고 재료 낭비를 줄이면서 정밀도를 극대화합니다. 미 해병대가 3D 콘크리트 프린팅을 사용하여 빈 공간을 건너기 위한 맞춤형 다리를 만드는 것은 아무것도 아닙니다.

대량의 콘크리트를 만드는 데는 많은 전력이 필요하며, 콘크리트의 핵심 성분인 시멘트 제조 과정에서 더 많은 CO2가 배출됩니다. 재생 가능한 전력망은 배출량을 50%까지 줄일 수 있지만 전환에는 시기적절하고 비용이 많이 듭니다. 실제로 에너지 전환 투자는 2050년까지 연간 4조 4천억 달러로 증가해야 합니다. 그 동안 건설 프로세스를 재고하고 보다 지속 가능한 재료를 사용하는 것이 중요합니다.