T-BOX 3D 프린팅 실험실

도쿄대학교: 기술과 건축의 만남

학생들의 창의적 혁신을 위한 환경을 조성하는 3D 프린터

건축물교육

3D 프린팅의 부상은 제조와 건설에서 자동차와 항공에 이르는 수많은 산업을 재편하고 있습니다. 과거에는 몇몇 사람들이 새롭거나 틈새 시장용 솔루션으로 간주했던 기술이 이제 성숙한 기술이 되어, “신속한 프로토타이핑”에서 “적층 제조”로 전환되고 있습니다.

이제 3D 프린팅은 전 세계 대학에 보급되어, 학생과 교수진이 혁신적인 건축을 연구하고 "삶의 미래"를 위한 새로운 기준을 만들 수 있게 하는 기술 솔루션을 제공하고 있습니다.

최근 도쿄대학교 부설 Sekisui House – Kuma Lab의 T-BOX는 건축학과의 연구 요구 사항을 충족하기 위해 Ultimaker를 선택했고, 덕분에 학생들은 자신의 설계에 대한 3D 모델링 데이터를 준비하고, 프로토타입을 프린트하고, 설계 실습에서 프로토타입을 활용하고 있습니다. T-BOX는 2021년 10월에 사용할 수 있도록 공개되었습니다.

우리는 Sekisui House – Kuma Lab의 책임자 프로젝트 조교수인 Toshiki Hirano와 이야기를 나눠, 학생들이 대학에서의 일상생활에 3D 프린팅을 어떻게 활용하며 Ultimaker가 이들의 노력이 결실을 맺는 데 얼마나 중요한 역할을 하는지를 알아보았습니다.

실험실에서 3D 프린터와 함께 있는 Toshiki Hirano
도쿄대학교 Sekisui House – Kuma Lab의 책임자이자 프로젝트 조교수인 Toshiki Hirano

T-BOX: 모든 것의 시작

T-BOX 프로젝트는 2020년 6월 건축가인 Kengo Kuma가 디지털 제조에 다양한 장비를 사용하는 일종의 워크샵으로 만들었습니다. 주 목적은 디지털 기술과 건축 간의 관계를 탐구하는 일이었습니다.

'“T-BOX에는 다양한 의미가 있습니다.” Hirano가 프로젝트 이름에 대해 설명합니다. “’T’는 University of Tokyo(도쿄대학교)의 Tokyo, 기술(technology)과 도구 상자(toolbox)를 의미합니다. 이후 우리는 T-BOX를 다양한 디지털 제작 장비를 지원하는 ‘도구 상자(tool box)’라고 생각하기 시작했습니다.”

창의적인 인재를 육성하는 시설
도쿄대학교는 기술을 이용하여 건축의 미래를 탐색하지만, 프로젝트를 시작할 수 있도록 도움을 준 Sekisui House는 "삶의 미래"를 모색합니다. 협업의 주된 목적은 이러한 상호보완적 역량을 통해 T-BOX에서의 미래 인재 개발을 지원하는 것입니다.

과거에는 건축학과에 디지털 제작 도구를 제공하는 생산 시설이 없었습니다. 학생들은 자체적으로 3D 프린터를 구매하거나, 전통적인 방식인 모델 수제작을 선택할 수밖에 없었습니다. 이제 건축과 학생들은 T-BOX를 이용해 프로토타입을 쉽게 제작하고 프레젠테이션에 활용할 수 있습니다.

Hirano는 “이 시설은 학생들이 자신의 공예품을 개선하고, 제조나 디지털 제작에 대해 배우는 것처럼 성장을 위한 다른 통로를 탐색하는 데 도움이 될 것입니다.”라고 말합니다. “사실 T-BOX는 건축학과 학생의 전유물이 아닙니다. 누구든 시설을 방문해 Ultimaker 3D 프린터를 사용할 수 있습니다. 모두를 환영하죠. T-BOX는 창의적 인재를 육성하여 미래를 위해 더 잘 갖춰진 인력이 될 것입니다.”

T-BOX 내부: 심층 분석

현재 T-BOX에는 Ultimaker 3D 프린터 6대가 있습니다. 단일 실험실에 여러 3D 프린터가 있는 시설은 캠퍼스에서 여기가 유일하며, 그래서 Hirano는 이곳이 디자이너의 필수 시설이 되리라 믿어 의심치 않습니다.

Ultimaker를 선택한 이유를 묻자, Hirano는 이렇게 대답합니다. “디지털 제작이 인기를 끌면서, 저는 외국의 비슷한 시설을 방문해 보았습니다. 미국건축대학교(American University of Architecture)에 갔더니 Ultimaker 3D 프린터를 사용하고 있었습니다. 대다수 학생들은 Ultimaker가 생산하는 제품의 품질에 익숙하고, 사용하기 쉽다는 말을 자주 했습니다.”

“Ultimaker는 다양한 필라멘트를 다룰 수 있으며, 프린트 정확도와 속도가 탁월하고 응답성이 뛰어나기 때문에 탁월한 선택지입니다. 데이터를 입력하는 순간 콘셉트가 프린트되기 시작됩니다. 그래서 사전 기술적 지식이 없더라도 작품을 직관적으로 만들 수 있죠. 또한 고급 조정이 필요하다면 매개변수를 쉽게 조정하여 요구사항을 충족할 수 있습니다.”라고 추가적으로 말했습니다.

지난 10년 동안 건축에 3D 프린팅을 어떻게 도입했는지 질문하자, Hirano는 순순히 인정합니다. “솔직히 말하면 저는 3D 프린터를 반드시 사용해야 할 때만 사용했습니다. 그 어느 때보다도 세상이 디지털화되면서, Ultimaker의 제품을 비롯한 3D 프린터는 전 세계 수많은 산업에서 중요성이 커지고 있습니다. 의심의 여지 없이, 3D 프린팅은 건축학과 학생들을 위한 설계 주기의 새로운 부분이 되고 있습니다.”

3D로 프린팅한 건축 모델을 들고 있는 Toshiki Hirano
3D로 프린팅한 자신의 건축 모델을 선보이는 Toshiki Hirano

무한한 자유

현재 T-BOX 실험실에서는 흰색 PLA 재료를 사용하지만, Hirano와 그의 학생들은 현재 활용할 수 있는 다양한 Ultimaker 및 타사 필라멘트를 바탕으로 이미 수많은 가능성을 탐색하고 있습니다. “ABS 재료의 경우, 우리는 다양한 재료를 이용해 건물 구조의 연결 부위를 3분의 1 크기로 프린트하고 실제로 이를 사용하는 방안을 생각하고 있습니다. 무엇보다도, 우리는 다양한 재료를 다양한 목적으로 사용하여 스스로 도전하려 합니다.” 라고 Hirano는 말합니다.

물론 모델 제작은 언제나 건축가 작업 과정의 일부였습니다. 학생들은 스티렌 보드 등을 이용해 손으로 모델을 만들곤 했습니다. 하지만 단순한 모양 밖에 만들 수가 없었죠. “우리의 목표는 아이디어를 제한하는 관습적 규범에서 벗어나는 것입니다.” 라고 Hirano가 말합니다. “우리는 3D 프린터를 이용해 설계를 혁신하여, 아무 제한 없이 아이디어를 실제 제품으로 변환하길 원합니다. 우리는 형상의 복잡성에 구속되고 싶지 않습니다.”

“3D 프린터는 단순한 모델 제작용 도구가 아닙니다. 건축과 설계에 대해 자유롭게 생각할 수 있게 해주는 도구입니다.”

디지털 제작 설비

3D 프린터에 더해, T-BOX에는 레이저 커터와 CNC 가공 장치를 비롯한 디지털 제조 장비가 있어 모든 리소스, 기술과 방법을 결합하여 의미 있는 무언가를 만들 수 있습니다.

Hirano는 많은 디지털 제작 시설이 학생들에게 장비 사용 방법을 교육하는 데 어려움을 겪는다고 말합니다. “T-BOX에서 우리는 학생들이 장비를 최대한 자유롭고 자발적으로 사용하길 원합니다. 최소한의 안전 및 사용 지침을 설정했지만, 학생들이 직원에 의존하지 않고도 장비를 사용할 수 있길 원하죠. 우리는 학생들이 다양한 기능을 탐색하길 원하지만, 어떠한 질문에도 대답해 줄 것입니다. 학생들은 온라인으로 예약한 후 방문하기만 하면 됩니다.”

이것은 건축, 교육 및 적층 제조 분야에서 관심을 끌고 있는 대표적인 모범 사례입니다. T-BOX 사용 사례를 살펴보던 Ultimaker CEO인 Jürgen von Hollen은 이렇게 말했습니다. "도쿄대 같은 우수한 교육 기관이 3D 프린팅의 중요성을 인정하고, 학생들의 창의적 영감을 온전히 끌어내어 전문가가 되었을 때 최대한의 영향을 발휘하게 한다는 사실을 접하니 너무나 기분이 좋습니다."

T-BOX에서 프린트한 모델

T-BOX에서 프린트한 모델 중 특히 시선을 사로잡는 것은 2021년 런던 Design Biennale 전시회에 출품된 설치 작품의 10분의 1 크기 3D 프린트 모델입니다. 이 작품은 개별적으로 프린트하여 결합한 6개 부분으로 구성됩니다. 도쿄와 런던의 다양한 개체를 3D 스캐닝한 후 3D 데이터로 전환한 결과를 확인할 수 있습니다.

대표적인 예는 도쿄의 마네키네코, 카미나리몬, 매미, 자판기, 타이야키, 도넛 및 기타 개체입니다. 런던에서는 런던 지하철 좌석, 우편함, 펍 등의 다양한 도시 구성 요소를 3D로 스캔하고 수집한 후 결합했습니다.

실제 작품에서는 스티로폼 블록을 CNC로 조각한 후 금형으로 사용하여 일본 종이를 부착했습니다. 마지막으로 작품을 런던으로 옮긴 다음 전시회에 출품했습니다.

“이 작품은 3D로 스캔한 복잡한 형상 대문에 프린트하기가 상당히 어렵습니다. 저는 Ultimaker로 프린트했고, 덕분에 세부적인 표현까지 아름답고 정교하게 프린트할 수 있었습니다.”

3D 프린트된 모델
London Biennale 전시회에 출품된 1/10 크기 3D 프린트 모델

프린트하기 어렵지 않았냐고 묻자, Hirano는 “쉽지는 않았습니다. 이 작품의 스캔 데이터 원본은 거의 1테라바이트에 달했고, 축소 모형에서도 패널 하나가 300MB에 육박했습니다. 슬라이싱 과정에서 착오가 발생하지는 않을까 염려했지만, Ultimaker Cura에 넣고 슬라이스했을 때 한 번도 멈추지 않았습니다. 이 사실은 Ultimaker가 세부 표현이 많은 중요한 프로젝트에 이상적인 제품이라는 증거가 되었죠.”라고 말했습니다.

“제어 소프트웨어는 출력품의 품질을 보장하는 데 결정적인 역할을 합니다. 다양한 디지털 제작 장치를 접해 보니, 몇몇 장치는 너무 복잡해서 활용하기 힘들다는 생각이 들었습니다. Ultimaker Cura는 단순하면서도 직관적인 장치를 만들어 이러한 복잡함을 제거합니다. 미리 설정된 매개변수가 있어 초보자도 사용 방법을 쉽게 배울 수 있죠. 소프트웨어에 어느 정도 익숙해지면, 필요에 맞게 상세한 매개변수를 설정할 수 있어 반응성이 대단히 우수합니다.”

“종합하자면 Ultimaker는 다양한 기술과 경험 수준에 맞게 설계되었습니다. 처음 사용하는 사용자와 매일 사용해야 하는 사용자를 포함한, 누구에게나 완벽한 3D 프린팅 시스템이라 생각합니다.”

Ultimaker 2+ Connect 및 Ultimaker S3 프린터
Ultimaker 2+ Connect 및 Ultimaker S3 프린터가 있는 도쿄대학교 실험실

미래로의 전진

Hirano와의 대화가 끝나갈 때, 우리는 T-BOX의 미래에 대해 질문하기로 했고 0가장 먼저 누가 수혜자가 되리라 생각하는지 물어보았습니다.

“T-BOX는 전공에 상관없이 모든 사람에게 도움이 됩니다. 하지만 콘크리트 거푸집을 보강해야 하는 졸업생에게 이 시설이 특히 유용할 것입니다. 또한 학생들은 복잡한 형상의 금형을 설계하고 크기를 축소해 볼 수 있습니다. 작은 가구와 액세서리를 설계하고 만들 때도 T-BOX를 사용할 수 있죠. 가능성은 무궁무진합니다.”

예산과 공간이 문제가 되지 않는다면 몇 가지 다른 도구를 추가하고 싶습니다.

다른 도구를 추가하는 문제에 대해, Hirano는 예산과 공간이 문제가 되지 않는다면 몇 가지 도구를 추가할 계획입니다. “대형 프로젝트를 처리할 수 있는 로봇 암과 더 큰 3D 프린터가 대표적입니다. 하지만 지금 있는 것으로도 충분합니다. 마침내 우리 대학에 전 세계 표준 디지털 제작 장치를 도입하여, 학생과 교수진이 기존 관습에서 벗어날 수 있도록 지원하게 된 것 같습니다.”

“제 다음 과제는 기존 3D 프린터를 사용하여, 건축학과 전체에 작품 혁신이라는 디지털 제작의 가치를 가르치는 것입니다. Ultimaker 제품을 사용하는 새로운 방식이나 방법을 계속 탐색하고, 학생들도 같은 작업을 하도록 격려할 것입니다.”

T-BOX 실험실에 있는 Toshiki Hirano
도쿄대학교의 T-BOX 실험실에 있는 Toshiki Hirano

언제나 학생이 가장 중요하지만, Hirano는 어떤 식으로든 시설을 대중에 공개할 계획입니다. “점진적으로 모든 장비를 일반 대중이 사용할 수 있게 할 계획입니다. 모든 사람이 3D 프린터를 사용할 수 있게 하려면 준비를 해야 합니다. 물론, 우리는 새로운 창의적 아이디어를 탐색하길 원하는 사람과 이러한 경험을 공유할 것입니다.”

교육 분야의 3D 프린팅 관련 상세 정보

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