02. Digital Architecture_02


2차원 제작

CNC 재단(혹은 2차원 제작) 가장 일반적으로 사용되는 제작 기술이다. 플라즈마 아크[1], 레이저 , 분사수와 같은 다양한 재단 기술은 절삭헤드와 관련해 판형 재료의 2 운동을 수반하고 움직이는 절삭헤드, 움직이는 판대 또는 둘의 조합을 충족해야 한다. 플라즈마 아크 재단에서 전기아크는 고온(25,000)에서 가스를 플라즈마로 가열하며 절단구에 압축된 화구를 통과하고, 절단부의 열을 통과하면 가스로 전환된다. 이름이 의미하듯이 분사수는 고도로 압축된 물의 분사가 고형의 연마용 미립자들과 섞이고, 통로에 재료의 빠른 부식을 일으키고 매우 깨끗하고 정확하게 절단되며 작은 화구를 높은 유압으로 통과하도록 밀어 넣어진다. 레이저 재단기는 재단되는 재료를 녹이거나 태우기 위해 고도로 가압된 기체(이산화탄소) 분사와 함께 적외선의 고강도 광선을 사용한다. 그러나 이러한 기술들 사이에는 재단될 있는 최대 두께나 재료의 종류에 있어서 차이가 있다. 레이저 재단기는 에너지를 흡수 있는 재료만을 재단할 있고, 워터젯은 거의 모든 재료를 재단할 있다. 레이저 재단기는 재료를 비용 효율 면에서 16mm까지 재단할 있고, 워터젯은 훨씬 두꺼운 재료도 재단할 있다. 예를 들면 38cm 두께의 티타늄까지도 재단할 있다.



[1] 플라즈마의 방전을 일으키는 가스의 전자적 분해 (용접 등에 사용됨)



감산 제작

감하는 제작은 입체로부터 전자적, 화학적, 또는 기계적으로 감소시키는(다축 밀링[1]) 과정을 사용하여 재료의 지정된 체적의 제거를 수반한다. 밀링은 축상으로 구속된 면이나 볼륨을 가질 있다. 밀링은 선반과 같은 굴대로 속박된 장비에서 밀링된 재료의 일부는 회전 운동의 축을 가지고 있고, 밀링 헤드는 이행적 운동의 축을 가지고 있다. 밀링 기계를 구속하는 면은 이전에 논의되었던 절단기계와 개념적으로 동일하다. 2 밀링 라우터[2]에서 회전하는 드릴 날은 재료의 2차원적 도안을 벗기기 위해 X축과 Y축을 따라 움직인다.

3차원 객체의 밀링은 2차원 재단을 그대로 확장시켜 놓은 것이다. 드릴 비트를 높이고 낮추는 기능을 추가함으로써, 세번째, Z축을 따라 움직이도록 함으로써 3축의 밀링 기계는 재료를 볼륨적으로 벗겨낼 있었다. 3 밀링의 본질적 제약 때문에 기계로 제작될 있는 형태의 범위도 제한적이다. 예를 들어 figure 3.13에서 보이는 역재단은 3 밀링 장비들로는 해낼 없는 것이다. 그럼 형태들을 위해서는 4 또는 5 장비들이 사용된다. 4 방식에서는 객체를 붙들고 있는 절삭선반이나 절삭헤드가 회전하는 추가적인 (A-axis) 제공되고, 5 방식에서는 회전축(B-axis) 하나 추가된다. 이런 식으로, 절삭헤드는 역재단 수행할 있고 사실상 밀링으로 만들어낼 있는 형태의 범위를 넓히고 있다.

절삭헤드에 끼워진 드릴 비트는 직경이 다른 크기일 있다. 비트는 자재를 제거하는 사용되고 작은 비트는 마감용으로 사용된다. 밀링은 평삭되는 자재의 경도나 다른 성질에 따라 다른 회전 속도로 진행될 있다. CNC 밀링에서, 전용 컴퓨터 시스템은 암호화된 명령 체계를 사용해 기계의 움직임을 제어하여 기능을 수행한다. 밀링 기계로 전송되는 CNC 명령들을 생성하는 이른바 후처리 소프트웨어가 형태를 가져온다. CNC 명령이 움직임, 연합, 방추형 드라이브의 작동, 냉각제 공급, 공구의 변경과 다른 조작상의 변수들을 제어한다. 형태의 밀링이 다양한 방법으로 완성될 있음에 따라, 종종 훈련된 운영자에 의해 실행되는 적절한 도구 경로 생성하는 것은 특히 4 또는 5 기계에게는 사소한 일이 아니다. 도구 경로 자체는 CNC 프로그램으로 표현되고 이것은 기계를 실행하기 위해 암호화된 명령들의 연속일 뿐이다. CNC 프로그램은 각각 문자 번지[3] 관련된 수적 가치를 지닌 단어들을 포함한 명령어들로 구성된다. 예를 들어 기계가공 도구의 움직임을 제어하는 이른바 예비 기능들은 종종 철자 “G” 나타내어 진다. 전형적인 CMC 프로그램에서 단어들 대부분은 예비 기능들이다. 이것 때문에, CNC 암호는 종종 CAM(컴퓨터기반 제작) 연산자들 사이에서 “G-code” 언급된다.

CNC 다축 밀링은 가장 래된 디지털 제작 기술 하나이다. 건축 모형을 생산하기 위해 CNC 밀링 기계를 사용한 조기 실험들은 1970년대 영국에서 실행되었다. 시카고의 SOM 같은 영국의 대형 건축회사들은 건축 모형과 시공 조립 연구의 생산에서 CNC 밀링 기계와 레이저 커터[4] 광범위하게 사용해왔다. Barcelona Sagrada Familia Church 기둥과 뉴욕 Cathedral of Saint John the Divine 석재들과 같은 시공부품들을 생산하기 위한 자동 밀링 기계들은 1980년대 후반과 1990년대에 사용되었다. Los Angeles 있는 Frank Gehry Walt Disney Concert Hall ( 프로젝트가 금속 외피로 디자인되기 ) 석조건축물을 생산하기 위한 CAD/CAM 포괄적인 사용을 의미한다. 1:1 스케일의 모형에서 이중곡면형의 석판은 Italy에서 CNC 평삭된 , 그것들이 철구조 위에 위치되고 고정될 Los Angeles 수송되었다. Gehry 사무소는 Bilbao 프로젝트의 석재피복에도 같은 제작 기술을 사용하였다.

CNC 밀링은 최근 건축 산업에서 새로운 방식으로 적용되어 왔다. – 2000 독일, Dusseldorf Gehry 사무실의 건축물들 하나에 지어진 것처럼, 이중곡면형의 콘크리트 부재의 기성 주조나 현장 주조의 형태와 Bernard Franken “Bubble” BMW pavilion(1999) 따르면 New York 있는 Gehry Conde Nast Cafeteria project에서처럼 복잡한 곡면의 합판 유리 패널을 생산하기 위해. Dusseldorf 있는 Gehry 프로젝트(Zollhof Towers)에서, 강화 콘크리트로 만들어진 내력 외벽 패널의 물결모양은 경량의 폴리스틸렌(스티로폼) 블록재를 사용하여 만들어졌고, 블록재들은 CATIA에서 형태가 만들어졌고 콘크리트 주조로 형태가 355개의 각기 다른 곡면 주형을 생산하도록 CNC 평삭되었다.



[1] 평삭

[2] 평삭 기계

[3] 기억 장치의 데이터가 적혀 있는 자리; 그 번호

[4] 레이저 재단기



첨가제 제작

첨가제 제작은 밀링의 반대 과정에서 겹겹의 방식으로 자재를 더함으로써 증식하는 형태 형성을 수반한다. 그것은 종종 켜로 제조업, 자유형 입방체 제작, 빠른 원형화, 또는 탁상용 제작으로 불린다. 모든 부가적 제작 기술은 디지털 모형이 2차원적 켜들로 나눠지는 것과 같은 원리를 공유한다. 켜의 정보는 제작 기계의 처리 선단으로 옮겨지고 물리적 결과물은 겹겹이 증진적으로 산출된다.

입체 석판인쇄술에 근거한 상업 시스템이 1988 3차원 시스템이 도입된 이래로, 많은 필적할만한 기술들이 재료의 다양성과 , , 또는 화학제품에 기초한 경화 과정의 범위를 활용하며 시장에 나타났다. 입체 석판인쇄술은 레이저 광선에 노출되면 응고하는 액상 중합체에 기초한다. 레이저 빔은 빛에 민감한 액상 중합체 통에서 모형의 단면을 투사한다. 얇은 입체 켜는 레이저 광선이 가해진 부분에서 생성된다. 잠긴 단에 위치한 굳은 부분은 조금씩 안으로 잠기고 레이저 빔은 다음 ( 디지털 모형의 단면) 투사한다. 과정은 모형 전체가 성될 때까지 반복된다. 과정을 끝에 굳은 모형과 단은 위로 올려지고 모형은 불필요한 액체를 제거하고 강화시키기 위해 경화된다.

Selective Laser Sintering에서, 레이저 빔은 입체를 만들기 위해 금속분을 겹겹이 녹인다. 3차원 프린팅에서 세라믹분의 켜들은 객체를 형성하도록 접착된다. 규격에 맞게 잘려지거나 롤로 판재(종이나 플라스틱) 접착하거나 층판재가공(LOM) 과정에서 레이저 재단한다. 융해 침전 모델링 (FDM)에서, 단면은 냉각하면 응고하는 플라스틱 섬유를 녹여서 생산한다. 다중 사출 제작 (MJM) 제작된 출력 헤드를 사용하여 녹은 열가소성 밀랍 재료를 한번에 켜씩 매우 얇은 켜로 침전시켜 3차원 객체를 만든다. 비싼 장비와 생산기간, 생산될 있는 객체의 제한된 크기 때문에 첨가제 제작 과정은 건축 디자인과 생산에 응용하는 것이 제한적이다. 디자인에서 이들은 주로 복잡한 곡선형 기하학 모델의 제작을 위해 사용된다. 시공에서 이들은 외피 주물에 사용될 패턴을 만들어서 경량 트러스 구조의 철재와 같은 일련의 부품들을 생산하는데 사용된다.

그러나 최근에 몇몇 숏크리트 기반의 실험적 기술들은 규모의 건물 부품들을 디지털 데이터에서부터 바로 제작한다. University of Southern California Behrokh Khoshnevis 최근에 발명하여 특허 contour crafting이라 불리는 첨가제 기술은 매우 세련된 건물의 상당히 빠른 층별 제작을 가능하게 한다. Contour crafting 객체의 외피를 형성하는 사출 성형과 객체의 심형을 만들기 위한 주조 또는 분사에 기초한 충전 과정을 결합하는 혼성 자동 제작 기법이다. 점토나 회반죽 같은 액상 재료를 구체화하는데 수세기간 사용되어온 편날의 컴퓨터 제어 삽이 콘크리트 또는 다른 충전재로 채워질 켜의 단면의 외곽(테두리) 만든다. 재료의 침전이 컴퓨터로 제어됨에 따라, 정확한 양의 다른 재료들과 다양한 센서, 난방장치와 같은 다른 요소들이 원하는 위치에 정확하게 첨가될 있고 완전 자동 방식으로 구조에 삽입될 있다.


조형적 제작

형태를 제한하는 조형적 제작 기술력에서 열이나 중기는 재료에 적용되어 재료를 축이나 면에 한해 개형이나 변형을 통해 원하는 형태로 만들도록 한다. 예를 들어 개형된 재료는 철을 탄성한도를 넘도록 연마하거나 달군 연화 상태에 증기 굴절 보드 등에서 구부리는 과정을 통해 영구적으로 변형시킬 있다. 이중 곡선형의 복합 면들은 높이 조절 가능하고 수치 제어되는 (유리 성형이나 플라스틱 판재 또는 곡면 타출된 금속의 생산에 사용될 있는) 배열로 접근된다. Bernhard Franken BMW 여러 전시관에 디자인한 것처럼 곡면은 철이나 나무 같은 탄성 재료의 가는 막대기, 튜브 또는 줄들을 수치 제어로 굴곡시킴으로써 제작된다.


조립

부품이 디지털로 제작된 뒤에 대지에서 그것들의 조립은 디지털 기술로 증대될 있다. 디지털 3차원 모델은 부품의 위치를 정밀하게 결정하고 부품을 위치로 옮기고, 최종적으로 부품을 적절한 위치에 고정시킨다. 전통적으로 건설자들은 치수와 좌표값을 도면에서부터 가져오고, 줄자, 측량주와 다른 장비들을 이용해서 대지에 건물 부품을 위치시켰다. 전기 측량과 레이저 위치결정 같은 새로운 디지털 기반의 기술들은 건물 부품의 위치를 정확하게 결정하기 위해 점차 전세계적으로 사용되고 있는 추세이다. 예를 들어, Annette LeCuyer Frank Gehry Guggenheim Mueum in Bibao 줄자 없이 지어졌다. 제작 중에 구조 부품은 구조의 인접한 켜와의 교차점이 표시되고 바코드 되었다. 대지에서 바코드는 CATIA 모델의 부분의 좌표값을 밝히기 위해 사용되었다. CATIA 연결된 레이저 측량 장비는 조각을 컴퓨터 모델에 의해 정의된 위치에 정확하게 위치시키는 것을 가능하게 했다.”라고 설명했다. 유사한 과정이 Gehry EMP project in Seattle에도 사용되었다. LeCuyer 말한 대로, 이러한 과정들은 항공 산업에서는 일반적인 실무 절차이지만 건축에서는 상대적으로 새로운 것이다.

디지털 3차원 모델에서 추출된 기하학적 데이터는 건축대지에서 다양한 업무를 자동으로 처리할 있는 시공 로봇을 조작하는데 사용된다. 일본에서는, 강철 빔을 위치시키기 위한 Shimizu’s Mighty Jack, Kajima 보강재를 다루는 로봇, 콘크리트 타설을 위한 Obayashi-Gumi 콘크리트 입착기, Takenaka 자가등반 검사기, 도장을 위한 Taisei 기둥 도장 로봇, Shimizu 단열재 분사 로봇과 같은, 부품을 옮기고 고정하는 로봇 장비의 수는 증가하고 있다.

머지 않은 미래에 건축가들이 디자인 정보를 시공기기로 바로 전송하여 자동으로 완성된 건물로 조립하게 것으로 예상된다. Shimizu Manufacturing system by Advanced Robotics Technology 약자인 SMART 시스템은 세계 최초로 디지털 기반의 자동 시공 시스템으로 실제로 실물 크기의 건물 프로젝트에 적용되었다. 일본 나고야의 20층의 Juroku Bank에서 Shimizu SMART 시공기기는 자동으로 철구조 프레임을 세우고 용접하고, 콘크리트 바닥 패널과 내외벽을 위치시키고 설치했다. SMART 시스템은 컴퓨터화된 정보 관리 시스템을 사용하여 건물 부품의 확인, 수송과 설치의 완전 자동화가 가능함을 보여주었다.

일본 구조 회사들의 이러한 실험들은 건축 산업에서의 피할 없는 디지털 혁명의 선구자이다. 건축 실무의 근본적인 재개념화는 오늘날 기술적으로 가능하다; 건축 산업에서 경제적 사회적 현실의 제약은 단순히 변화의 과정이 혁명적이라기 보다는 진화적일 것이고 수십 년에 걸쳐 일어날 것이다.

 

 


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