태풍·지진·해일 등은 인간이 극복하지 못한 자연재해들이다. 그렇지만 단순히 자연재해로만 치부할 수 없는 일로, 피해를 최소화하기 위해 끊임없이 노력해 왔다. 최근 각광받고 있는 3D 프린팅 기술이 태풍·지진 피해 예방에 효과적이라는 연구가 있어 주목된다.
미국 퍼듀대학교Purdue University 토목공학과 얀 올렉 교수의 연구팀은 3D 프린팅으로 태풍·지진의 파괴적 영향을 감소시키는 연구를 진행했다. 건축에 많이 사용되는 콘크리트의 경우, 압력에는 강하지만 인장력과 유연성이 떨어져 순간 강한 힘이 집중되는 자연재해에 취약성이 있다.
올렉 교수의 연구팀은 자연 생태계에서 영감을 얻어 건축재료의 단점 보완에 나섰다. 3D 프린팅 기법으로 곤충의 외골격에 있는 미세 구조를 적용함으로써 가벼우면서 충격과 균열에도 효과적으로 대응할 수 있도록 한 것이다.
올렉 교수는 “자연의 생물들은 생존을 위해 약점을 보완해야 한다”며 “절지 동물의 외골격은 강한 힘을 받아도 내부를 보호할 수 있는데, 이를 3D 프린팅으로 재현할 수 있다면 기존 건축 재료의 단점 보완이 가능하다”고 말했다. 이어 그는 “3D 프린팅은 각 유형의 디자인에 대한 금형을 만들 필요가 없으므로 이전에 불가능했던 고유한 특성을 얻을 수 있다”고 덧붙였다.
예를 들어 벌집 모양의 허니컴 구조는 무게를 줄이고, 강도를 높인다. 이를 통해 자연재해 시 발생하는 강한 힘과 압력에 탄력적으로 대응하는 구조물이 가능한 것이다.
올렉 교수의 연구팀은 3D 프린팅을 통한 시멘트 구조로 ‘Honeycomb’, ‘Compliant’, ‘Bouligand’ 등 세 가지의 디자인 아키텍처를 발표했다. Bouligand는 균열 방지에 효과적이며, Compliant는 시멘트 구조물을 마치 스프링과 같은 특성을 지니도록 한다. Honeycomb 구조의 경우, 경량화 뿐 아니라 외부 힘에 대한 대응력도 뛰어나다.
