3D프린팅 적용 소형 건축물 특성에 관한 연구 = A Study on the Characteristicsof Small Buildings with 3D Printing

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 3D프린팅 기술이 소형 건축물에 적용될 때 나타나는 형태·시공·재료 측면의 특성을 체계적으로 파악하기 위해 수행되었다. 최근 건축 분야에서는 자동화 시공, 디지털 제작, 지속가능 재료 활용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그중 3D프린팅 기술은 이러한 변화에 대응할 수 있는 핵심 기술로 주목받고 있다. 특히 소형 건축물은 규모가 작고 공정 위험이 상대적으로 낮아 새로운 공법을 실증하기 적합한 대상이며, 실제로 국내외에서 다양한 시범 프로젝트가 우선적으로 진행되고 있다. 그러나 기술 적용 방식과 재료·장비 구성, 형태 구현 전략 등이 사례마다 상이하여, 이를 비교·정리하는 연구의 필요성이 제기된다.
본 연구는 2015년부터 2024년까지 실증된 25개 소형 3D프린팅 건축 사례를 조사 대상으로 선정하였다. 선정 과정에서는 실증성, 기술 정보의 투명성, 소형 규모, 재료 다양성, 장비 및 출력 방식의 명확성 등을 기준으로 삼았다. 분석은 설계·형태, 생산·시공, 재료·환경의 세 영역으로 구성된 프레임을 적용하여 진행하였으며, 사례 기술 서술–항목별 비교–상관관계 분석의 순서로 절차를 구성하였다.
분석 결과, 설계·형태 측면에서는 곡면·비정형 구조, 셸 및 중공 벽체 기반 구조 시스템, 단일 셀 반복형 공간 구성 등 3D프린팅 고유의 조형적 표현이 광범위하게 활용되었다. 적층 패턴이 구조적 강성·단열 성능과 직접적으로 연계되는 등 형태와 성능이 통합적으로 작동하는 경향도 확인되었다. 생산·시공 측면에서는 현장 일체 출력과 공장 사전 제작이 병행되고 있었으며, 장비 유형(갠트리형·로봇암형·모바일형)과 자동화 수준이 형태 복잡성, 시공 방식, 공정 효율성에 중요한 변수로 작용하였다. 재료·환경 측면에서는 콘크리트가 가장 널리 사용되었으나, 점토·지오폴리머·플라스틱 등의 적용 사례도 꾸준히 증가하고 있었다. 특히 재료 물성, 점도·양생 조건, 적층 안정성 등은 출력 경로 계획과 시공 전략에 밀접하게 연결되며, 일부 사례에서는 재료 절감과 거푸집 제거를 통해 폐기물·탄소 저감을 실현하는 경향도 관찰되었다.
종합하면, 소형 건축물에서의 3D프린팅 기술 적용은 설계 단계의 비정형성을 확대하고, 시공 자동화를 강화하며, 재료 효율성과 환경성을 고도화할 수 있는 가능성을 보여준다. 동시에 출력 품질 관리, 장기 내구성 검증, 장비·재료·설계의 통합 제어 체계, 중·대형 규모로의 확장성 등은 향후 해결해야 할 기술적 과제로 나타났다. 본 연구는 이러한 특성들을 체계적으로 정리함으로써, 3D프린팅 기반 소형 건축물의 현황을 객관적으로 파악하고 향후 연구 방향과 기술 발전의 기반을 마련하는 데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

목차 (Table of Contents)

• 1 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.1.1 소형 건축물의 개념 1
• 1.1.2 기존 시공 방식의 한계 2
• 1.1.3 건축 3D프린팅 기술 3
• 1.1.4 연구의 필요성과 목적 4
• 1.1.5 기존 연구 대비 차별성 4
• 1.2 연구 범위 6
• 1.2.1 연구 범위 6
• 1.2.2 연구 절차 7
• 2. 이론적 배경 9
• 2.1 디지털 건축 기술 9
• 2.1.1 디지털 시공 기술 동향 9
• 2.1.2 디지털 설계 기술과의 연계성 10
• 2.1.3 디지털 건축에서의 소형 건축물 11
• 2.2 건축 3D프린팅 개요 13
• 2.2.1 3D프린팅 개요 13
• 2.2.2 건축 3D프린팅 기술 동향 14
• 2.3 선행 연구 고찰 16
• 2.3.1 건축 3D프린팅 관련 주요 연구 16
• 2.3.2 건축용 3D프린팅 장비·재료 동향 17
• 3. 연구 모델 설계 및 사례 선정 18
• 3.1 연구 모델 설계 18
• 3.1.1 연구 모델 설정 18
• 3.1.2 연구 가설 및 분석 방향 선정 19
• 3.1.3 연구 예상 결과 19
• 3.2 분석 항목 선정 21
• 3.2.1 예비 분석 항목 선정 21
• 3.2.2 FGI 기반 분석 항목 선정 23
• 3.3 사례 선정 기준 도출 25
• 3.3.1 예비 사례 선정 기준 25
• 3.3.2 FGI 기반 사례 선정 기준 도출 28
• 3.3.3 사례 선정 기준 29
• 3.4 사례 조사 31
• 3.4.1 사례 수집 방법 31
• 3.4.2 사례 조사 개요 33
• 3.4.3 사례 조사 34
• 3.5 소결 47
• 4. 3D프린팅 건축 특성 분석 49
• 4.1 사례 분석 49
• 4.1.1 사례 분석 목적 49
• 4.1.2 분석 체계 49
• 4.1.3 사례별 자료 구성 및 분석 절차 51
• 4.2 설계·형태 분석 53
• 4.2.1 구조체 구성 53
• 4.2.2 비정형성 55
• 4.2.3 공간 구성 57
• 4.3 생산·시공 분석 60
• 4.3.1 제작 방식 60
• 4.3.2 공정 자동화 수준 63
• 4.3.3 구축 방식 65
• 4.4 재료·환경 분석 68
• 4.4.1 재료 특성 68
• 4.4.2 재료 사용 방식 71
• 4.4.3 환경성 74
• 4.5 항목 간 상관관계 77
• 4.5.1 설계·형태와 생산·시공 간의 관계 77
• 4.5.2 생산·시공과 재료·환경 간의 관계 80
• 4.5.3 설계·형태와 재료·환경 간의 관계 83
• 4.6 소결 86
• 5. 결론 88
• 참고문헌 95
• 부록 91
• ABSTRACT 99
• 감사의 글 102