디 셰이프

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디 셰이프는 층별 프린팅 공정으로 층별로 층을 이룬 바인더 제트를 이용해 모래를 무기 바닷물과^[1] 마그네슘 기반의 바인더로^[2] 묶어 돌과 같은 물체를 만드는 대형 3차원 프린터다.모놀라이트 UK Ltd의 설립자인 엔리코 디니가 발명한 D-Shape 프린터의 첫 번째 모델은 스키, 자동차, 비행기 제작에 접착제로 흔히 쓰이는 에폭시 수지를 바인더로 사용했다.Dini는 2006년에 이 모델에 특허를 냈다.^[3]디니는 에폭시 문제를 겪은 후 바인더를 현재의 마그네슘 기반 바인더로 바꾸고 2008년 9월 다시 프린터에 특허를 냈다.^[4]디니는 앞으로 프린터를 활용해 본격적인 건물 조성을 목표로 하고 있다.

기술 설명

현재 버전의 D-Shape 3-D 프린터는 가로 6m, 세로 6m의 알루미늄 프레임 안에 있다.프레임은 각 빔에서 지정된 길이를 반복적으로 이동한 다음 제자리에 고정하는 스테퍼 모터를 통해 인쇄 공정 중 4개의 수직 빔을 따라 위쪽으로 이동하는 사각 베이스로 구성된다.베이스의 전체 수평 6m에 걸쳐 있는 것은 각각 20mm 간격으로 300개의 노즐을 가진 프린터 헤드다.프린터 헤드는 프린터 헤드와 수직으로 흐르는 알루미늄 빔에 의해 베이스에 연결된다.^[5]

과정

실제 인쇄 과정이 시작되기 전에, 설계자가 컴퓨터에 3-D 모델을 만들 수 있는 소프트웨어인 CAD에 인쇄할 객체의 3-D 모델을 만들어야 한다.모델이 완료되면 CAD 파일이 프린터 헤드로 전송된다.인쇄 공정은 단단한 산화마그네슘(MgO)^[6]과 혼합된 5~10mm 두께의 모래 층이 프레임으로 둘러싸인 부분에 프린터 헤드에 의해 고르게 분포될 때 시작된다.프린터 헤드는 3-D 모델을 2-D 슬라이스로 분할한다.그 다음, 아래쪽 슬라이스부터 시작하여 머리는 염화마그네슘이 포함된 용액으로 이루어진 무기 결합액을 25 DPI (1.0 mm)의 분해능으로 퇴적시킨다.^[7]바인더와 모래는 화학적으로 반응하여 사암 물질을 형성한다.재료가 완전히 굳는 데는 약 24시간이 걸린다.그 재료는 소렐 시멘트의 구성으로 닮았다.

노즐은 20mm 떨어져 있기 때문에 채워야 할 부분이 있다.이러한 간격을 채우고 모래가 바인더에 균일하게 노출되도록 하기 위해, 프린터 헤드를 고정하는 빔의 전기 피스톤은 프린터 헤드가 프린터의 움직임 방향에 수직인 방향으로 이동하도록 강제한다.레이어 인쇄를 마치려면 D자형 4회 앞뒤 스트로크가 필요하다.레이어가 완료된 후 수직 빔의 스테퍼 모터는 베이스를 위쪽으로 이동시킨다.프린터 헤드 바로 위의 속이 빈 틀에서 반복적으로 재충전되는 새 모래가 프레임 영역으로 분산되어 다음 층을 만든다.^[8]인쇄하는 동안, 과잉 모래는 고형화 모래의 지지대 역할을 하며, 이후의 인쇄에도 재사용할 수 있다.인쇄 과정은 연속적이며 원하는 구조가 완전히 인쇄되어야만 중단된다.

프린터가 작업을 마친 후, 최종 구조물은 모래에서 압출되어야 한다.작업자들은 삽을 이용해 여분의 모래를 꺼내 최종 제품을 공개한다.모래와 혼합된 산화마그네슘은 바인더와의 반응 동안 모래가 불활성화되기 보다는 활성 참여자가 되게 한다.모래가 불활성화되면 모래가 서로 약간만 결합된다는 점에서 결과 물질은 콘크리트와 더 비슷하겠지만, MgO 때문에 최종 제품은 미세결정 구조를 가진 광물성 물질이다.장력에 대한 저항성이 낮고 그 결과 철근이 필요한 콘크리트에 비해 D-Shape의 구조물은 장력 저항성이 상대적으로 높아 철근이 필요하지 않다.^[9]전체 건축 공정은 현재 건축 공사에 사용되는 재료인 포틀랜드 시멘트를 사용하여 전통적 수단으로 동일한 구조물을 건설하는 데 드는 비용의^[10] 1/4에서 1/3에서 1/2이 소요될 것으로 보고되고 있다.^[11]

수상 및 성과

NYC 워터프런트 건설 경진대회

디 셰이프는 2012년 가을 뉴욕시 경제개발공사(NYCEDC) 주최로 뉴욕시 수변건설경연대회에 진출해 경쟁업체들이 뉴욕의 퇴화된 교각과 해안선 구조 강화를 위해 혁신적인 솔루션을 만들어야 했다.'디지털 콘크리트'라고 불리는 디 셰이프의 아이디어는 각 부두나 인프라에 대해 3D 스캔을 한 다음 각각의 특정 조각에 대한 서포트 재킷을 인쇄하는 것이었다.디 셰이프는 1등 당첨자였고, 이 아이디어로 5만 달러를 받았으며, 이는 뉴욕시가 29억 달러를 절약할 것으로 추산된다.^[12][13]

라디올라리아

디 셰이프는 2009년 가장 높은 인쇄 조각품인 라디올라리아를 성공적으로 만들었다.^[14]이탈리아의 건축가 안드레아 모간테가 창작하고 광물 골격이 복잡한 단세포 유기체인 방사선 전문의로부터 영감을 받은 조형물 '라디오리아'는 대형 프리폼 구조물을 프린팅하는 D-Shape의 능력을 보여준다.현재 판본은 이탈리아 폰테데라의 원형 로터리 안에 들어갈 예정인 실물 크기의 라디올라리아 3m 크기 모형뿐이다.^[15]

디 셰이프의 미래

현재, 제이크 웨이크 워커와 마크 웹은 엔리코 디니와 그의 발명품에 관한 다큐멘터리 "집을 인쇄하는 남자"를 제작하고 있다.^[16]디 셰이프는 인쇄 능력으로 주목받았지만 아직 진행 중인 작품이다.작은 돌로 만든 오두막인 트룰로를 인쇄해 실제 집을 인쇄하는 데 가까워졌지만, 더 크고 복잡한 건물을 인쇄하려는 디니의 꿈을 현실로 만들기 위해서는 프린터를 수정해야 한다.^[17]

월계수

유럽우주국(ESA)^[18]은 D-Shape의 능력 때문에 달 기지를 만들기 위해 프린터를 사용하는 데 관심을 가져왔다.ESA는 달 분진이라고도 알려진 달의 퇴석으로부터 달 기지를 건설하기 위해 D-Shape를 사용하는데 관심이 있는데, 이 3-D 프린터는 사람의 개입 없이 현장에 기지를 건설할 수 있기 때문이다.이는 기계만 달로 가져가면 되기 때문에 건축자재를 달 표면에 가져와서 기지를 만드는 비용이 줄어들기 때문에 유리하다.D-Shape는 달 분진 시뮬레이션으로 달 베이스용 부품을 인쇄하는 데 성공했으며, 달 환경에서 프린터가 어떻게 작동하는지 확인하는 테스트도 받았다.^[19]

참조

외부 링크

• Discovery Channel Covering D-Shape [1]