[김종대의 철태만상(1)] 3D로 만든 6톤짜리 철 다리

2015년에 처음 발표된 3D로 만든 철 다리는 네덜란드 적층 건설 전문가 MX3D가 도시의 홍등가에 있는 오데젝츠 아흐테뷔르흐발(Oudezijds Achterburgwal) 운하에 설치했다.

임페리얼의 엔지니어들은 이 다리에 방대한 규모의 센서 네트워크를 설치했다. 보행자가 길이 12m의 이 다리를 통행할 경우 구조물은 어떤 변화를 일으키는지 모니터링하고 분석할 수 있도록 했다.

연구원들은 수집된 데이터를 통해 교량의 상태를 실시간으로 측정하고, 이 다리가 수명이 다하는 기간 동안 교량이 어떻게 변하는지 모니터링한다. 3D로 인쇄된 강철이 어떻게 노화되는지 이해하기 위한 과정이다.

임페리얼의 스틸 스트럭처 그룹은 인도교를 설치하기 위해 3D로 인쇄된 철 다리의 샘플을 테스트하고 디지털 트윈 컴퓨터 시뮬레이션을 만드는 단계로 진전시켰다. 토목 환경공학 분야의 전문가들은 보행자의 통행을 처리할 수 있을 만큼 크고 강한 3D로 인쇄된 금속 구조물은 이전에 건설된 적이 없다고 말한다.
그런 이유로 테스트 과정의 3D로 만들어낸 철 다리가 일반에게 공개된 것은 환상적인 일이다. 사실 철 다리를 설치하기 위해서는 철강재의 생산에서부터 이를 자르고 붙여야 하는 여러 공정을 거쳐야 한다. 그런데 복잡한 과정을 없애 버린 3D 철 다리의 구현은 놀라운 발전이다.

이 다리의 구상을 현실화하기 위해 자금을 댄 곳은 대영 도서관에 기반을 둔 앨런 튜닝 인스티튜트이다. 추가 지금은 영국 리서치 앤 리서치 앤 이노베이션이다. 3D로 만든 다리의 테스트 작업은 가드너 교수와 동료 크레이그 뷰케넌이 주도했다.

가드너 교수는 3D 프린팅을 건설 산업에 엄청난 기회를 제공하여 재료의 특성과 모양을 훨씬 더 자유롭게 할 것이라고 장담한다. 이 자유는 다양한 도전을 할 수 있게 만들면서 구조물 관련 엔지니어들이 새로운 방식으로 생각해야 할 것이라고 조언한다.

뷰캐넌 박사는 4년 넘게 연구하면서 마이크로미터 규모에서 미터 규모로 인쇄할 수 있는 연구를 지속하고 있다. 3D 교량 하중 테스트를 위한 일이다. 이 도전은 임페리얼팀에 의해 네덜란드 암스테르담과 엔스헤데(Enschede)의 실제 3D인쇄 교량건설 과정에서 이루어졌다.

임페리얼 연구원은 데이터 중심 엔지니어링의 구조 엔지니어, 수학자, 컴퓨터 과학자 및 통계학자로 구성되었다. 이 프로그램은 앨런튜링연구소(Alan Turing Institute)의 마크 지롤라미(Mark Girolami) 교수가 이끌고 있다. 지롤라미 교수는 3D 프린팅이 엔지니어링 분야의 주요 기술이 될 것으로 전망하고 있다. 그러나 잠재력을 최대한 실현하기 위해서는 테스트와 모니터링을 위한 적절한 접근 방식을 개발해야만 한다.

3D 프린팅과 디지털 트윈 기술을 결합하면 어떻게 될까. 앨런튜닝연구소에 따르면 인프라 설계 프로세스를 가속화하여 환경 영향과 건축적 자유, 그리고 제조비용을 가장 적게 들이면서도 최적의 효율적인 구조물을 설계할 수 있다고 설명한다.

3D로 만든 다리에서 캡처한 데이터는 튜닝 연구원과 함께 데이터를 분석을 원하는 전 세계모든 연구원에게 제공된다고 한다. 연구원들의 노력으로 3D로 만든 철 다리가 3년 전 공개되기에 이르렀다. 공개된 일자는 2021년 7월 15일.

조리스 라만(Joris Laarman)이 설계하고 임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)과 앨런 튜링 연구소(Alan Turing Institute)가 개발한 세계 최초의 3D 프린팅 철골 구조물은 언론의 주목을 받으며 암스테르담 중심부에서 공개됐다. 이날 네덜란드 여왕도 참석했다.



여왕은 직접 3D로 만든 세계 최초의 철 다리를 공식으로 개통했다. 최근 몇 년 동안 3D 프린팅은 건설과 건축 분야에서 인기를 얻어왔다. 많은 사람들이 이 새로운 기술을 실험한 것도 확인됐다. 그리고 많은 기업들이 3D 프린팅 구조물을 생산하기 시작했다.

그러나 네덜란드의 수도 암스테르담은 세계 최초로 강철로만 만들어진 3D 프린팅 다리를 설치함으로써 철 다리 구조물에 새로운 역사를 썼다. 네덜란드 막시마 여왕은 오우데지즈 아흐테르부르흐발 부두에 위치한 보행자 전용 다리를 건넜다.

3D 프린팅으로 제작된 이 다리는 암스테르담 홍등가에서 가장 오래된 운하 위를 가로지르는 미래지향적이고 현대적인 다리로 부각됐지만 이 철 다리가 해야 할 역할은 따로 있다.

3D로 만든 다리의 모양은 둔탁하다. 이 철 다리는 마치 쇳물을 부어 굳힌 조형물 같다. 3D 프린팅된 이 다리는 스테인리스 스틸로만 제작되었다. 무게는 무려 6톤이 넘는다. 길이는 12m에 불과하지만 보행에 지장이 없을 정도로 잘 구조되어있다.

이 3D로 만든 다리에는 여러 개의 센서가 내장되어 있다. 수리가 필요한 시기를 표시하고 보행자 수를 기록한다. 다리의 구조가 어떤 영향을 받는지 세세히 기록된다. 이 스마트 다리는 연구자와 암스테르담 시가 데이터를 사용하여 도시 환경에서 사물인터넷(IoT) 시스템의 역할을 탐구할 수 있는 살아있는 실험실로 만든 것이다.

이 구조물을 설계한 네덜란드 로봇 공학 회사인 MX3D의 보고서에는 이 프로젝트의 시작은 2015년이라고 밝혔다. 혁신적인 대규모 로봇 3D 프린팅 기술로 금속 다리를 인쇄할 것을 제안하면서 시작된 셈이다. 당시 MX3D의 목표는 디지털 도구가 건축에 어떻게 활용될 수 있는지 보여주자는 것이었다.

암스테르담시의 보고서에는 이 3D 프린팅 철교가 2018년 10월 네덜란드 디자인 위크 아인트호벤에서 처음 전시되었다고 밝혔다. 이 다리는 네덜란드 디자인 어워드 등 여러 상을 수상했다. 이 프로젝트 팀도 유럽연합 집행위원회로부터 2018 스타츠 프라이즈를 수상했다.

이 인상적인 구조물은 오래된 다리가 복원되는 동안 향후 2년간 도심에 남아있을 예정이다. 3D 프린팅은 최근 몇 년 동안 다양한 산업 응용 분야를 발견했다. 2020년, 캘리포니아의 한 회사는 3평방피트의 주택을 350시간 이내에 24D 프린팅하는 프로세스를 개발했다. 그리고 팬데믹 기간 동안 의료 용품 부족으로 인한 격차를 메우기 위한 방법으로 3D 프린팅이 조사되었다.

3D로 만든 철 다리가 도시 곳곳의 운하와 같은 곳이 손쉽게 설치될 날이 머지않은 것 같다.


김종대 글로벌이코노믹 철강문화원장