1. 서론

1.1 연구의 배경 및 목적**

최근 건축물의 탈정형화 추세에 따라 불규칙하고 복잡

한 형태의 비정형 건축물들이 건설되고 있다(박한회 외, 2

019). 또한, 4차 산업 혁명과 더불어 3D 프린팅 기술이 이

러한 비정형 건축물의 구현을 위해 활용되고 있다. 3D 프

린팅 기술을 건축물 제작에 활용하는 방식은 직접 부재나

건축물을 출력하는 방식과 비정형 거푸집을 출력하는 방

식으로 나뉘어진다. 두 방식 중 직접 부재나 건축물을 출

력하는 방식은 낮은 정밀도로 인한 접합부 시공문제가 발

생하기도 하며, 입면적인 자유곡면 구현에 있어 제한적이

라는 한계점이 존재한다(김균태 외, 2017). 한편, 3D 프린

팅 기술 중 재료를 절삭한 후 적층하여 형상을 구현하는

기술인 S-LOM(Sloped-Laminated Object Manufacturing)

방식을 활용하여 비정형 거푸집을 출력하는 방식은 자유

로운 입면 형상의 구현과 쾌속 조형이 가능하다는 장점이

있다.

기존에는 S-LOM 방식을 활용하여 EPS(Expanded Polyst

* 고려대학교 대학원 석사과정

** 고려대학교 대학원 박사과정

*** 고려대학교 건축사회환경공학과 교수, 공학박사

(Corresponding author : Department of Architecture & Civil Engineering, Korea University, hhcho@korea.ac.kr)이 연구는 2020년도 국토교통부 도시건축연구사업의 연구비 지원

에 의한 결과의 일부임. 과제번호:20AUDP-B121595-05

yrene) 소재의 비정형 거푸집 제작 시, EPS 판넬 간 적층

결합에 실리콘 접착제가 활용되었다. 하지만 실리콘 접착

제를 활용하는 방식은 습식공법으로, 경화시간만큼 대기시

간이 발생하며 EPS 판넬 사이에 실리콘 접착제의 두께만

큼 공간이 발생하게 되어 콘크리트가 누출될 염려가 있다.

이러한 문제점을 개선하고자 선행 연구에서 핀 고정 결

합 장비가 개발되었으나 제작비용이 비싸다는 문제점이

존재한다(김하림 외, 2019). 또한, 현장 이송을 고려하여

약 20개의 EPS 판넬은 적층결합 되어 하나의 EPS 모듈을

구성하게 되는데, 기존 핀 고정 결합 장비는 이러한 모듈

간 결합이 불가능하다는 한계점이 있다.

따라서, 본 연구에서는 EPS 모듈 간 결합과 분해가 가

능하며, 장비 제작비용을 저감 시킬 수 있는 기존 핀 고정

결합 장비의 개선방안을 제시하고자 한다.

1.2 연구의 범위 및 수행 절차***

본 연구는 비정형 건축물을 대상으로, S-LOM 방식 3D

프린팅 기술을 통해 EPS 비정형 거푸집 제작 시 활용되는

기존 핀 고정 결합 장비를 개선하는 것을 연구의 범위로

하였다.

본 연구는 다음과 같은 순서로 진행하였다.

1) 기존에 개발된 핀 고정 결합 장비를 통한 적층결합

방식을 고찰하고 한계점을 제시한다.

2) 핀 고정 결합 장비의 개선방안 및 결합 메커니즘을

제시한다.

3) 기존의 방식과 개선된 방식의 경제성을 비교한다.

2020년 춘계학술발표대회 : 일반부문

Sloped-LOM 방식 3D 프린터를 통해 제작된

EPS 거푸집의 모듈 간 결합 방안 연구

A Study on the Inter-module Coupling Method for EPS Concrete Form Produced by Sloped-LOM Type 3D Printing Technology

○김 하 림* 안 희 재** 조 훈 희*** 강 경 인***

Kim, Harim Ahn, Heejae Cho, Hunhee Kang, Kyung-In

Abstract

Recently, the construction of freeform buildings is increasing, and 3D printing technology is being used to construct these freeform buildings. In the process of manufacturing freeform concrete forms using S-LOM method, one of 3D printing technologies, silicone adhesive was mainly used to bond EPS panels. However, since silicon adhesives have limitations in quality and manufacturing time. In order to overcome these limitations, pin-fixed coupling equipment was developed in previous studies. However, the existing equipment has disadvantages that it is impossible to combine modules and the production cost is high. Therefore, we proposed an improvement method of the existing pin-fixed coupling equipment to improve productivity of manufacturing freeform concrete forms using S-LOM 3D printing technology.

키워드 : Sloped-Laminated Object Manufacturing, 3D 프린팅, EPS 거푸집, 모듈 간 결합

Keywords : Sloped-Laminated Object Manufacturing, 3D Printing, EPS Freeform Concrete Forms, Inter-Module Coupling

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2020년 대한건축학회 춘계학술발표대회논문집제40권 제1호(통권 제73집) 2020. 04. 24

2. 장비 개선을 통한 모듈 간 결합 방식 제시

2.1 기존 핀 고정 결합 장비를 통한 적층결합 방식

선행 연구에서 개발된 핀 고정 결합 장비는 미리 천공

된 EPS 판넬들을 적층한 후, 핀을 관통시키고 플레이트로

체결하여 EPS 판넬 간 결합을 하는 방식이다(그림1).

그림1. 기존 핀 고정 결합 장비

하지만 기존 핀 고정 결합 장비는 EPS 판넬 간 결합은

가능하지만, EPS 모듈 간 결합은 불가능하여 모듈 간 결

합에 여전히 실리콘 접착제가 활용된다. 따라서 EPS 비정

형 거푸집의 재사용이 불가능하고, 장비의 제작비용 또한

과도하게 비싸다는 한계점이 존재한다.

2.2 핀 고정 결합 장비 개선방안

개선된 핀 고정 결합 장비는 파이프, 플레이트, 전산 볼

트, 너트로 구성된다. 그림 2는 개선된 핀 고정 결합 장비

를 통해 2개의 EPS 모듈이 결합된 모습을 나타낸 것이다.

파이프와 플레이트에는 나사선이 존재하여 기존의 핀 고

정 결합 장비와 동일하게 EPS 판넬이 결합 된다. EPS 판

넬 간 결합이 된 모듈은 전산 볼트가 파이프 내부를 관통

한 후 최상단부와 최하단부의 플레이트 및 너트와 체결되

어 모듈간 결합이 된다. 개선된 장비의 경우, EPS 비정형

거푸집 탈형 시 모듈 단위로 분해가 가능하여 인력과 시

간이 적게 소요되고, EPS 거푸집의 손상이 최소화되어 EP

S 거푸집의 재사용이 가능할 것으로 예상된다.

그림2. 개선된 핀 고정 결합 장비 결합 메커니즘

개선된 핀 고정 결합 장비는 기성품을 활용하여 제작이

가능하여 기존 핀 고정 결합 장비 대비 제작비용의 절감

이 가능하다. 높이 600mm의 모듈 제작에 사용되는 핀 고

정 결합 장비 제작비용을 비교해 본 결과, 개선된 핀 고정

결합 장비는 기존 핀 고정 결합 장비에 비해 장비 제작비

용이 89% 절감되는 것으로 나타났다(표1).

3. 결론

S-LOM 방식의 3D 프린팅 기술을 활용한 EPS 비정형

거푸집 제작에 기존 핀 고정 결합 장비를 활용하는 경우,

모듈 간 결합이 불가능하고 장비 제작비용이 비싸다는 한

계점이 존재한다. 따라서 본 연구는 기존 핀 고정 결합 장

비의 개선방안을 제시하였으며, 기존 장비와의 구성 부품

가격 비교를 통해 기존 핀 고정 결합 장비 대비 장비 제

작비용을 89% 절감시킬 수 있다는 것을 확인하였다. 개선

된 핀 고정 결합 장비는 EPS 거푸집의 재사용을 가능하

고, 장비 제작비용 및 EPS 거푸집 탈형 작업에 소요되는

인력과 시간을 저감시킴으로써 거푸집 공사의 생산성 향

상에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

하지만 본 연구는 개선방안에 대한 개념도를 제시한 수

준으로, 장비의 성능에 관한 시험이 수행되지 않았다. 따

라서 향후 연구에서는 개선된 장비를 활용한 EPS 거푸집

제작 mock-up test를 수행하여 장비의 성능 및 EPS 거푸

집 재사용 가능 여부를 직접 확인하고 기존 장비 대비 EP

S 거푸집 탈형 작업에 대한 소요시간을 정량적으로 비교

하도록 하겠다.

참고문헌

1. 박한희, 김동현. (2019). 비정형 건축 형상정보의 효과적

인 전달을 위한 도면표현요소 연구, 대한건축학회 논문

집 - 계획계, 35(9), 89-99.2. 김균태, 전영훈. (2017). 3D 프린터를 이용한 비정형 건

축 구조물 시공법의 기술적 한계 분석, 한국건축시공학

회 학술발표대회 논문집, 17(2), 201-202.

3. 김하림, 안희재, 이동윤, 조훈희, 강경인. (2019). LOM 방

식 3D Printing 기술을 이용한 EPS 거푸집 층간 결합

장비 시작품 개발, 대한건축학회 학술발표대회 논문집, 39(1), 410-411.

기존 핀 고정 결합 장비 구성 부품

구분 핀 플레이트

사진

제작비용/1EA (￦) 23,000 55,000

모듈당 제작비용 (￦) 133,000

개선된 핀 고정 결합 장비 구성 부품

구분 파이프 플레이트

사진

제작비용/1EA (￦) 4,167 4,500

구 분 전산 볼트 너트

사 진

제작비용/1EA (￦) 1,800(￦/m) 97

모듈당 제작비용 (￦) 14,441

표1. 핀 고정 결합 장비 구성 부품 가격 비교

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