건축 자재를 레고 블록처럼 쉽게 조립하고 분리할 수 있다면 어떨까요?이러한 재구성 가능한 벽돌은 건물의 수명이 끝나면 분해되어 새로운 구조로 재조립되며, 이는 동일한 물리적 건축 블록을 사용하여 여러 세대의 건물에 공급할 수 있는 지속 가능한 주기입니다.

이것이 바로 가능한 한 건물의 자재를 재사용하고 용도를 ​​변경하여 새로운 자재의 제조를 최소화하고 비용을 줄이는 것을 목표로 하는 순환 건축의 기본 아이디어입니다.건설 산업의 "내재 탄소"는 제조부터 철거까지 건물 건설 전반에 걸쳐 모든 과정과 관련된 온실가스 배출을 의미합니다.

이제 원형 건축의 환경적 잠재력에 영감을 받은 MIT 엔지니어들은 3D 프린팅 및 재활용으로 만든 새로운 종류의 재구성 가능한 석조물을 개발하고 있습니다.유리.MIT 스핀오프인 Evenline에서 제공하는 맞춤형 3D 유리 프린팅 기술을 사용하여 팀은 LEGO 벽돌처럼 서로 맞물리도록 설계된 각각의 숫자 8 모양의 튼튼한 다층 유리 벽돌을 만들었습니다.

기계적 테스트에서 단일 유리 벽돌은 콘크리트 블록과 유사한 압력을 견뎌냈습니다.구조적 시연으로 연구원들은 서로 맞물린 유리 벽돌로 된 벽을 만들었습니다.그들은 3D 프린팅 가능한 유리 벽돌이 건물 정면과 내부 벽을 위한 재활용 벽돌로 여러 번 재사용될 수 있다고 생각합니다.

MIT 기계공학과 조교수인 케이틀린 베커(Kaitlyn Becker)는 “유리는 재활용성이 매우 높은 재료입니다."우리는 유리를 가져와 구조물의 수명이 다한 후 분해하여 새로운 구조물로 재조립하거나 프린터에 다시 끼워 완전히 다른 모양으로 바꿀 수 있는 석조물로 바꾸고 있습니다. 이 모든 것이 구축됩니다.지속 가능한 순환 건축 자재에 대한 우리의 아이디어에 동참했습니다."

MIT 대학원생이자 MIT 미디어 연구소와 링컨 연구소의 연구원이자 Evenline의 설립자이자 이사인 Michael Stern은 "유리는 구조적 재료로서 사람들의 두뇌를 약간 손상시킵니다."라고 말합니다."우리는 이것이 건축 분야의 한계를 뛰어넘을 수 있는 기회임을 보여주고 있습니다."

Becker와 Stern은 동료들과 함께 유리 벽돌 디자인을 자세히 설명합니다.공부하다일지에 등장유리 구조 및 엔지니어링.MIT 공동 저자로는 수석 저자인 Daniel Massimino와 Charlotte Folinus, 그리고 Evenline의 Ethan Townsend가 있습니다.

잠금 단계

새로운 원형 벽돌 디자인에 대한 영감은 부분적으로 MIT의 Glass Lab에서 비롯되었습니다. 그곳에서 당시 학부생이었던 Becker와 Stern은 처음으로 유리 부는 기술과 과학을 배웠습니다.

나중에 용융된 재활용 유리를 인쇄할 수 있는 3D 프린터를 설계한 Stern은 "나는 이 소재가 매우 매력적이라고 ​​생각했습니다."라고 말합니다. 그는 기계공학과에서 공부하는 동안 이 프로젝트에 착수했습니다."나는 유리 인쇄가 어떻게 그 자리를 찾고 흥미로운 일을 할 수 있는지 생각하기 시작했습니다. 건축도 가능한 경로 중 하나였습니다."

한편, MIT에서 교수직을 수락한 Becker는 제조와 디자인의 교차점과 혁신적인 디자인을 가능하게 하는 새로운 프로세스를 개발하는 방법을 탐구하기 시작했습니다.

Becker는 "유리와 유리의 광학적 특성, 재활용성과 같은 흥미로운 특성을 지닌 까다로운 재료의 설계 및 제조 공간을 확장하게 되어 매우 기쁩니다."라고 말했습니다."오염되지 않는 한 유리는 거의 무한정 재활용할 수 있습니다."

그녀와 Stern은 팀을 이루어 3D 프린팅 가능한 유리를 전통적인 벽돌처럼 튼튼하고 쌓을 수 있는 구조용 벽돌 단위로 만들 수 있는지, 그리고 어떻게 만들 수 있는지 알아보았습니다.새로운 연구를 위해 팀은 Evenline 유리 프린터의 최신 버전인 Glass 3D Printer 3(G3DP3)을 사용했습니다. 이 장치는 분쇄된 유리병을 용융된 인쇄 가능한 형태로 녹인 다음 프린터가 층상 패턴으로 증착하는 용광로와 쌍을 이룹니다.

팀은 일반적으로 유리 불기 스튜디오에서 사용되는 소다석회 유리를 사용하여 프로토타입 유리 벽돌을 인쇄했습니다.그들은 LEGO 벽돌의 스터드와 유사하게 각 인쇄된 벽돌에 두 개의 둥근 못을 통합했습니다.장난감 블록과 마찬가지로 나무못을 사용하면 벽돌을 서로 맞물려 더 큰 구조물로 조립할 수 있습니다.

벽돌 사이에 배치된 또 다른 재료는 유리 표면 사이의 긁힘이나 균열을 방지하지만 벽돌 구조를 해체하고 재활용할 경우 제거할 수 있으며 벽돌을 프린터에서 다시 녹여 새로운 모양으로 만들 수도 있습니다.팀은 블록을 8자 모양으로 만들기로 결정했습니다.

"8자 모양을 사용하면 벽돌을 제한하는 동시에 약간의 곡률이 있는 벽으로 조립할 수도 있습니다"라고 Massimino는 말합니다.

디딤돌

팀은 유리 벽돌을 인쇄하고 벽돌이 부서지기 시작할 때까지 벽돌을 압착하는 산업용 유압 프레스에서 기계적 강도를 테스트했습니다.연구원들은 가장 강한 벽돌이 콘크리트 블록이 견딜 수 있는 것과 비슷한 압력을 견딜 수 있다는 것을 발견했습니다.그 가장 강한 벽돌은 대부분 인쇄된 유리로 만들어졌으며, 벽돌 바닥에 별도로 제작된 연동 기능이 부착되어 있었습니다.

이러한 결과는 대부분의 석조 벽돌이 인쇄되거나 주조되거나 다른 재료로 별도로 제조될 수 있는 연동 기능을 갖춘 인쇄된 유리로 만들어질 수 있음을 시사합니다.

"유리는 작업하기 복잡한 재료입니다"라고 Becker는 말합니다."다른 재료로 만들어진 연동 요소는 현 단계에서 가장 유망한 것으로 나타났습니다."

이 그룹은 인쇄된 유리로 벽돌의 맞물림 기능을 더 많이 만들 수 있는지 조사하고 있지만 이것이 디자인 규모를 확대하는 데 방해가 되는 것으로 보지는 않습니다.유리 벽돌의 잠재력을 보여주기 위해 그들은 서로 맞물린 유리 벽돌의 곡선 벽을 만들었습니다.다음으로, 그들은 점차적으로 더 크고 자립형 유리 구조물을 만드는 것을 목표로 하고 있습니다.

"우리는 재료의 한계가 무엇인지, 어떻게 확장할 수 있는지에 대해 더 많이 이해하고 있습니다"라고 Stern은 말합니다."우리는 건물의 디딤돌을 생각하고 있으며 인간이 상호 작용할 수 있고 두 번째 디자인으로 재구성할 수 있는 임시 구조인 파빌리온과 같은 것부터 시작하고 싶습니다. 그리고 이러한 블록이많은 삶을 살아요."

추가 정보:Daniel Massimino 외, 연동 유리 벽돌 유닛의 적층 가공,유리 구조 및 엔지니어링(2024).DOI: 10.1007/s40940-024-00279-8

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