건축 분야에서도 3D프린팅의 활용도가 높아졌다. 3D프린팅으로 만들어진 재료의 강도는 콘크리트, 강철 등과 다르지 않으면서 환경과 에너지 절감 효과가 크기 때문이다.  

나노셀룰로스(Nanocellulose)는 최근 건축계에서 적극적으로 연구되는 원료다. 식물 세포벽에서 발견되는 셀룰로스는 강도가 높고 표면 에너지로 인해 접착력도 뛰어나며 탄소 배출량도 낮다. 목재 섬유에서 파생됐지만 나노셀룰로스는 공정 방식에 따라 목재보다 인장 강도(Tensil Strength)가 커진다. 인장 강도는 영구 변형이나 파괴 직전에 재료가 버틸 수 있는 최대한의 인장 응력을 말한다. 보통 목재의 인장 강도가 50~250MPa인 것에 비해 나노셀룰로스 섬유(cellulose-fibre materials)는 110~1430MPa 범위다.  

이러한 발전 가능성을 토대로 스웨덴 우메오 대학(Umeå University) 연구진은 2015년부터 나노셀룰로스를 원료 삼아 3D프린팅으로 건축 자재를 개발해 오고 있다. 개발된 재료는 플러스 프로젝트(+Project)를 통해 실제 건축물에 적용 가능성을 실험하고 있다. 출입문의 빗물 제거부터 주거용 구조물에 이르기까지 적용 범위가 넓다.  

스웨덴의 찰머스 공과대학(Chalmers University of Technology)과 발렌버그 목재과학센터(Wallenberg Wood Science Center) 연구진은 무열(Heat-Free) 나노셀룰로스 원료를 개발했다. 나노셀룰로스와 조류를 재료로 한 하이드로겔 소재다. 이는 열을 사용하지 않고 3D 프린터의 공기압만 활용해 액체 상태로 원료를 유지할 수 있다. 압력이 해제된 후 재료가 굳어져 재료 모양이 유지되는 방식이다. 실온에서만 작업이 가능해 에너지 절감 효과가 커 지속 가능한 건축 자재 개발에 나노셀룰로스와 3D 프린팅이 어떻게 활용될 수 있는지를 보여준다.  

바이오 기반의 새로운 건축자재의 장점에도 불구하고 자연적인 생분해는 여전히 극복해야 할 과제다. 연구진은 “아직 완전히 알려지지 않은 새로운 바이오 기반 재료의 특성으로 인해 건축 연구자들은 기능적 품질뿐만 아니라 사용자의 수용 측면에서도 이러한 신제품 설계에 대한 대안적 접근 방식을 확립해 나가야 한다”고 설명했다.

이 글은 ARCHITECT 매거진에 실린 ‘Revolutionizing Construction: The Rise of 3D-Printed Nanocellulose’를 정리했다.