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[IT뉴스]“굳었는지 한쪽 면만 봐도 안다”…UNIST, 3D 프린팅 건축 비파괴 검사법 선봬

온카뱅크관리자

2026-11-02 09:17:26

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 단면 부착형 아크릴 도파관으로 초기 강도 추정 초음파 감쇠 분석해 적층 가능 시점 판별 시편 손상 없이 연속 측정 가능…출력 속도 제어 
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 초음파로 진단하는 3D 프린팅 콘크리트 초기 강도. AI제작 이미지=UNIST
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 프린팅 건축 과정에서 출력물 한쪽 면에만 센서를 붙여 아래층 콘크리트가 굳은 정도를 실시간에 가깝게 확인하는 비파괴 검사 기술이 개발됐다. 시편을 부수거나 구조물 양쪽에 장비를 설치하지 않고도 다음 층을 쌓을 시점을 정확히 판단할 수 있어 공정 안정성을 높일 전망이다.
 울산과학기술원(UNIST)은 지구환경도시건설공학과 신명수 교수 연구팀이 외부 부착형 판형 도파관(waveguide)을 이용해 3D 프린팅 콘크리트의 초기 강도(그린강도)를 추정하는 초음파 검사법을 개발했다고 2일 밝혔다.
 3D 프린팅 건축은 거푸집 없이 콘크리트를 층층이 쌓아 구조물을 짓는 기술이다. 거푸집 제작과 해체에 드는 시간과 비용을 줄이고 곡선 등 복잡한 형상을 구현할 수 있다. 다만 안정적인 시공을 위해서는 먼저 출력된 아래층이 무너지지 않고 위층의 무게를 버티는 능력인 ‘적층성’을 확보해야 한다. 이를 결정하는 핵심 지표가 완전히 굳기 전 단계의 버티는 힘인 초기 강도다.
 기존에는 초기 강도를 확인하기 위해 별도 시편을 직접 눌러 파괴하는 압축시험을 주로 썼다. 이 방식은 프린팅 도중 강도 변화를 연속적으로 추적하기 어렵다. 초음파를 이용한 기존 비파괴 검사 역시 센서를 콘크리트 내부에 묻거나 시편 양쪽 면에 밀착해야 해, 아직 무른 출력물의 모양을 변형시킬 우려가 있었다.
 연구팀은 압전센서(PZT) 2개(송신기·수신기)를 단 아크릴 도파관을 출력물 한쪽 표면에 수직으로 부착하는 방식을 고안했다. 초음파 진동이 무른 상태보다 단단하게 굳은 콘크리트 내부로 더 잘 빠져나가는 원리를 응용했다. 콘크리트가 굳을수록 송신기에서 보낸 초음파 에너지가 콘크리트 쪽으로 더 많이 흡수돼 수신기에 도달하는 신호가 약해진다. 이 초음파 감쇠 정도를 분석하면 현재의 초기 강도를 역산할 수 있다.
 연구팀은 알루미늄과 아크릴 도파관을 비교한 예비시험을 거쳐 신호 감소 폭이 뚜렷한 100킬로헤르츠(kHz) 주파수의 아크릴 도파관을 최종 채택했다. 이후 일반 배합과 셀룰로오스 마이크로섬유(길이 0.4mm·2mm)를 섞은 배합 등 세 종류의 콘크리트를 대상으로 제작 후 10분부터 120분까지 초음파 측정과 일축 압축시험을 병행했다.
 수신 신호에서 재료 변화에 민감한 유도파(S0 모드)를 추출해 분석한 결과, 시간이 지날수록 진폭은 줄고 상대 감쇠량은 증가했다. 배합에 따른 강도 발달 차이도 뚜렷하게 구분됐다. 초음파 지표와 실제 압축시험으로 측정한 초기 강도 간의 결정계수는 0.927~0.975를 기록했다. 결정계수가 1에 가까울수록 두 수치의 상관성이 높다는 의미다. 실제 3D 프린터로 출력한 3층 규모 시편에서도 시간이 흐를수록 수신 초음파가 약해지는 동일한 경향이 확인됐다.
 이 기술을 적용하면 초음파로 추정한 초기 강도와 상부 적층 하중을 비교해 구조물의 적층성을 비파괴 방식으로 평가할 수 있다. 목표 강도에 도달하는 초음파 감쇠 수준을 기준으로 삼아 다음 층을 올리는 시점과 프린터 출력 속도를 조절하는 공정 제어에도 활용 가능하다.
 신명수 교수는 “출력물 한쪽 면에서만 콘크리트 경화 상태를 연속 확인할 수 있어 프린터의 적층 속도를 정밀하게 제어하는 데 유용할 것”이라며 “현재 소형 3층 출력물에서 검증을 마친 단계로, 실제 건축물 규모에 적용하기 위한 후속 연구를 이어갈 계획”이라고 말했다.
 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐으며, 국제학술지 ‘시멘트 앤드 콘크리트 컴포지츠(Cement and Concrete Composites)’ 11월호에 게재됐다.
 울산=장지승 기자 jjs@sedaily.com
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