3D 프린팅 콘크리트는 금형을 사용하는 것보다 잠재적으로 더 빠르고 환경 친화적일 수 있지만, 3D 프린터가 실제로 작동하는 방식을 수용하도록 설계를 최적화하는 것은 이전에는 어려운 작업이었습니다. MIT의 과학자들은 인간이 힘들게 설계를 재작업할 필요가 없도록 프로세스를 더 빠르고 쉽게 만드는 데 도움이 되는 획기적인 방법을 방금 발표했습니다. 그들은 적층 제조 저널에 연구 결과를 발표했습니다.
팀은 보스턴에 있는 Autodesk 기술 센터에서 대규모 3D 프린터로 작업했으며 센터 기술자의 전문 지식을 활용하여 이전 모델링 프레임워크의 한계를 찾아냈습니다. 그들은 이러한 프레임워크로 생성된 것으로 추정되는 최적화된 디자인 중 다수가 실제로 3D 프린터로 제작될 수 없다는 것을 이미 알고 있었지만 특히 세 가지 요인으로 인해 작동이 불가능하다는 사실을 발견했습니다. 프린터는 이전 프레임워크에서는 제대로 처리되지 않았던 연속적인 라인으로 인쇄해야 하며, 프린터의 노즐도 회전할 수 있는 정도가 제한되어 있습니다. 프린팅 비드의 두께 또한 일관된 한계인 것으로 밝혀졌습니다.
팀은 프레임워크의 이러한 제한 사항을 고려하여 프린터용 디자인에 필요한 시간을 며칠에서 몇 분으로 단축할 수 있었습니다. 팀이 노트북에서 디자인을 작성했기 때문에 전문적인 하드웨어도 필요하지 않았습니다.
어떤 사람들은 MIT의 인쇄 속도가 불가능할 것이라고 생각했습니다.
팀의 최신 프레임워크의 중심에는 매우 복잡한 수학이 많이 있습니다. 실제로 너무 복잡해서 이번 연구의 공동 저자인 Zane Schemmer는 “5년, 10년 전으로 돌아가면 우리가 사용한 솔버, 심지어 3년 전이라도 이러한 문제를 해결할 수 없었다”고 말했습니다. 이제 팀은 더 빠른 속도가 가능할 뿐만 아니라 실제로 현실적이라는 것을 입증했습니다. 작업의 효율성을 입증하기 위해 그들은 Autodesk 프린터를 사용하여 2.3미터 길이의 콘크리트 다리를 건설했습니다.
브리지를 프린트하기로 한 날 센터에 도착한 후 팀은 문제를 발견했습니다. 그들은 브릿지 디자인의 크기를 약간 줄여야 했는데, 이전에는 인쇄 작업을 상당히 지연시켜야 했던 작업이었습니다. 대신, 새로운 프레임워크를 사용하여 디자인을 업데이트하는 데 약 10분밖에 걸리지 않았습니다.
브리지는 쉽게 인쇄할 수 있을 뿐만 아니라 팀이 예상한 만큼 강력했습니다. 공동 저자인 Hajin Kim-Tackowiak은 이 다리가 2,000파운드 이상의 무게를 편안하게 지탱할 수 있을 정도로 “과도하게 설계”된 것으로 밝혀졌다고 말했습니다. Kim-Tackowiak은 이 프레임워크가 훨씬 더 강한 교량을 설계할 수 있다고 말하면서 “200,000파운드 이후에만 물리학에 대해 생각하기 시작할 수 있다”고 덧붙였습니다.
이번 연구 결과는 미래의 3D 프린터를 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다
오늘날 엔지니어가 프린터에 바로 사용할 수 있는 디자인을 만드는 데 걸리는 시간을 단축할 뿐만 아니라 팀에서는 이들 작업이 향후 3D 프린터 브랜드가 제품을 개선할 수 있는 영역을 조명하는 데 도움이 될 수 있다고 말합니다. 특히 프린터가 놓을 수 있는 비드의 폭이 디자인을 만드는 데 필요한 재료의 양에 놀라울 정도로 큰 차이를 만들었다고 합니다.
그들이 만든 다리는 4cm 비드를 사용하여 건설되었지만 1cm 비드를 놓을 수 있는 프린터가 있었다면 필요한 콘크리트 양을 최대 76%까지 줄일 수 있다는 것을 발견했습니다. 그들의 계산에 따르면, 이 더 좁은 비드는 교량의 안전성도 손상시키지 않았을 것입니다. 일회성 디자인을 만드는 데 프린터를 사용했을 때 재료가 가장 많이 절약되었으며, 팀에서는 자연 재해 후 인프라를 재구축하는 데 프린터를 사용하는 경우 특히 도움이 될 수 있다고 말했습니다.
유망한 혁신임에도 불구하고 3D 프린팅 콘크리트의 몇 가지 주요 단점은 여전히 남아 있습니다. 가장 큰 것 중 하나는 현재 철근 콘크리트를 인쇄할 수 있는 방법이 없다는 것입니다. 하지만 팀에서는 이제 이 문제를 해결하는 데에도 관심을 돌리고 있다고 말합니다. 한편, 3D 프린팅된 대규모 인프라가 당장은 일반화되지 않더라도 3D 프린팅 주택은 이미 현실이 되고 있습니다.
