3D 프린터로 지어지는 집과 호텔, 그리고 마트

3줄 요약

건설업계가 3D 프린팅 기술을 빠르게 채택하면서 세계 곳곳에서 3D 프린터로 지어진 건축물들이 모습을 드러내고 있습니다. 특히 주택 분야에서 그 활용도가 높아지고 있어요.
3D 프린팅 기술의 강점은 적은 비용을 들여 빠르게 건물을 올릴 수 있다는 점입니다. 또한 환경 친화적이기도 하고요.
3D 프린팅 기술의 강점이 부각되면서 건설업을 넘어 다양한 산업에서 이 기술을 도입하려는 움직임이 활발해지고 있습니다. 이러한 변화에 발맞춰 투자자들 또한 새로운 기회를 포착하고 있죠.

새로운 기술이 태어나면 업계에도 새로운 바람이 불어오기 마련입니다.

대표적인 게 인공지능(AI)이죠. 이 기술은 여러 업계에 걸쳐 새로운 바람을 몰고 왔습니다. AI 기술이 실생활에 적용되기 전과 후는 완전히 다른 세상이라고 해도 과언이 아니에요. 이제는 명령어 한 줄로 글과 그림, 영상, 심지어는 코드까지도 만들 수 있으니까요.

그리고 건설 업계, 나아가 부동산 시장에도 새로운 바람을 일으키는 기술이 하나 있는데요. 바로 3D 프린팅 기술입니다.

3D 프린팅은 말 그대로 프린터를 이용해 물체를 뽑아내는 기술을 말합니다. 종이에 글자를 인쇄하는 대신 입체 모형을 인쇄하는 셈이죠. 일반적인 프린터에 잉크가 들어가는 것처럼 3D 프린터에도 재료가 필요한데요. 초기에는 주로 플라스틱이었지만, 점차 종이와 고무, 콘크리트 등 다양한 재료가 쓰이고 있습니다. 그리고 이에 따라 3D 프린팅이 활용되는 분야도 단순한 조형물 출력에서 설계와 건축 분야까지 넓어졌죠.

3D 프린터로 만든 건축물이라니 상상이 잘 되지 않는데요. 3D 프린팅 기술이 어떻게 쓰이고 있는지, 그리고 앞으로 어떤 방향으로 발전할지 한번 살펴봅시다.

이 집은 3D 프린터로 지어졌습니다

사실 3D 프린팅 기술은 오래전부터 설계와 건축 분야에서 활용됐습니다. 3D 프린팅 기술로 만들어진 조경용 가구나 거대 조형물, 심지어 소형 경비실 등은 곳곳에서 찾아볼 수 있죠. 하지만 딱 거기까지였습니다. 크기가 훨씬 더 커야 하고 무게까지 견뎌야 하는 주택이나 아파트에는 적용하기 어려웠어요. 기껏해야 건물의 일부 구성 요소를 만드는 데 쓰이는 정도였죠.

그러나 그것도 과거의 이야기입니다. 2020년 벨기에에 한 채의 집이 세워졌는데요. 높이 8m, 바닥 면적 90㎡, 2층 구조의 이 집은 전 세계 최초로 3D 프린터를 이용해 한 번에 제작됐습니다. 즉, 패널 등을 생산한 후 현장에서 조립한 게 아니라, 유럽 최대 규모를 자랑하는 거대한 콘크리트 프린터를 이용해 그 자리에서 건물 전체를 건축했다는 의미예요. 엄청난 일이죠?

3D 프린팅 기술로 지어진 주택은 이탈리아에도 있습니다. 테클라라는 이름의 이 주택은 3D 프린터를 이용해, 그것도 콘크리트가 아닌 점토로 만들어졌습니다. 구체적으로 인간 강바닥에서 조달한 점토를 350겹의 물결 모양으로 쌓아 구조적 안전성을 확보하는 동시에, 이탈리아의 토속 건축을 바탕으로 시각적 아름다움까지 구현했어요.

더불어 지난달 칠레 비오비오대학(UBB)의 클라우디아 무뇨스·로드리고 가르시아 박사 연구팀은 최근 디지털 설계도에 따른 3D 프린팅 기술로 칠레에 콘크리트 주택을 건설했는데요. ‘Atenea-UBB’ 프린터와 쿠카 KR120 산업 로봇을 사용해 29시간 만에 콘크리트를 층층이 타설하는 방식으로 벽을 쌓아 올린 뒤 이틀 동안 조립해 완성했습니다.

블루오션 노리고 뛰어든 기업들

건축 업계에서 3D 프린팅 기술이 널리 쓰이기 시작하면서, 새롭게 열린 영역에 출사표를 내민 기업도 잇따르고 있습니다. 잠재력이 뛰어난 시장을 선점하기 위해서죠.

대표적인 곳이 미국의 3D 프린팅 건설회사 알퀴스트입니다. 알퀴스트는 여러 대형 프로젝트를 주도하며 업계를 선도하고 있어요. 텍사스주에 100채, 버지니아주 남서부에 200채 규모의 주택 프로젝트를 진행한 바 있죠. 물론 프로젝트를 진행하던 과정에서 예상치 못한 문제가 발생해 공사를 중단한 적도 있지만, 실패와 성공의 경험을 쌓으며 빠르게 기술을 고도화하고 있습니다.

또한 공동 전선을 펼치며 도전에 나선 기업도 있습니다. 건설 기술기업 아이콘은 주택 개발사로 유명한 레나와 손을 잡고 3D 프린팅 기술을 접목한 주택 단지 개발에 나섰는데요. 개별 주택을 3D 프린팅 기술로 짓는 기술은 종종 있었지만, 대단위 단지 개발에 3D 프린팅 기술을 이용한 건 전세계에서 처음이라고 강조했습니다. 아이콘은 이 외에도 나사와 달 표면에 착륙장, 쉘터 등을 3D 프린팅 기술로 건설하는 계약을 맺으며 기술 활용도를 더욱 높이고 있습니다.

미국에 알퀴스트가 있다면, 일본에는 세렌딕스가 있습니다. 세렌딕스는 일본 최초의 3D 프린팅 주택을 만든 기업으로, 불과 23시간 12분 만에 20톤 규모의 집을 지었습니다. 이 집은 심지어 내진, 단열 표준까지 준수한, 말 그대로 당장이라도 실생활이 가능한 건물이었죠.

이후 세렌딕스는 더욱 적극적으로 3D 프린팅 건축을 시도했는데요. 아이치현 고마키시에는 2인 가구용 3D 프린팅 주택을 세우기도 했습니다. 따개비라는 별칭이 붙은 이 주택은 바닥 면적이 50㎡로, 주방과 이어진 거실 1개와 방 1개, 서재 1개, 욕실 1개로 구성되어 있습니다. 다만 이 주택은 다른 3D 프린팅 건물과 달리 미리 바닥에 세워놓은 철골 기둥을 벽체와 합치고 지붕을 그 위에 얹는 방식으로 세워졌어요. 지진이 잦은 일본의 지질 환경을 고려한 것으로 보입니다.

3D 프린팅 기술이 유망한 이유

건축에 3D 프린팅을 도입하려는 시도가 끊임없이 이뤄지는 이유는 단순합니다. 이 새로운 기술이 설계와 건축에 활용됐을 때, 확실한 강점을 보장하기 때문입니다.

우선 비용이 저렴합니다. 알퀴스트는 이미 기존 주택 건설비용을 상당히 낮추는 데 성공했습니다. 알퀴스트의 자크리 맨하이머 대표는 “현재 3D 프린팅 주택은 기존 주택 건설비보다 15% 정도 비용 절감 효과가 있다”고 밝혔습니다. 이어 “가까운 미래에 30%까지 비용을 낮출 수 있을 것”이라고 내다봤죠.

이처럼 저렴하게 건물을 지을 수 있는 이유는 인건비를 크게 절약할 수 있기 때문입니다. 많은 노동자가 투입돼야 하는 기존의 건축 방식과 달리 3D 프린팅 기술을 접목한 건축은 건설 현장에 프린터를 설치하고 원자재를 공급하기만 하면 됩니다. 그러면 레일을 따라 움직이는 로봇 팔이 층층이 건축을 시작하죠. 이후 창문, 문, 배관 및 전기 배선을 위한 후반 작업을 해야 하기는 하지만, 대규모 인력이 필요한 단계에서 비용을 줄였다는 게 유의미합니다.

게다가 건축 속도도 매우 빠릅니다. 알퀴스트가 버지니아 주에 세운 주택의 경우, 침실 3개와 욕실 2개를 갖춘 크기인데도 외벽을 짓는 데 단 28시간 밖에 걸리지 않았습니다. 세렌딕스 역시 비슷한 결과를 보여주고 있는데요. 세렌딕스가 내진, 단열 표준을 준수하며 제작한 주택의 제작 시간은 23시간 12분이었습니다.

3D 프린팅 기술을 이용하면 자재와 인력, 공정은 줄이면서 더 빠르게 건물을 지을 수 있습니다. 즉, 자원 집약적이고 노동 집약적이던 기존의 산업 구조를 더 친환경적으로 바꿀 수 있다는 의미입니다. 재료의 양을 정밀하게 계측할 수 있고 필요한 만큼 쌓아 만드는 방식이라 낭비도 적고요. 또한 일반적인 콘크리트만이 아니라 바이오 플라스틱이나 재활용 콘크리트 같은 상대적으로 환경 친화적인 재료를 활용할 수 있습니다.

건설 산업은 온실가스 배출의 주요 원인으로 꼽히고 있어요. 2019년 UN의 발표에 따르면, 건설 산업은 전 세계 에너지 소비의 36%, 에너지 관련 이산화탄소 배출량의 39%를 차지합니다.

이 중 대부분을 차지하는 건 콘크리트 생산인데요. 콘크리트는 전 세계에서 물 다음으로 많이 사용되는 물질인데 생산 과정에서 많은 환경 부하가 발생합니다. 실제 국내에서 매일 발생하는 폐기물 중 40% 이상이 건설 폐기물이고, 폐콘크리트가 가장 큰 비중을 차지하고 있죠.

부동산에 불어오는 변화의 바람

건설 업계에 변화가 생기면, 당연히 부동산 시장에도 변화가 생기겠죠.

3D 프린팅 기술이 널리 쓰이게 된다면, 무슨 일이 일어날까요? 예상해 보자면, 저렴한 매물의 공급이 늘어날 겁니다. 건설 시간이 짧아진다는 건 더 많은 건물을 지을 수 있다는 거고, 건설 비용이 줄어들면 그만큼 건물의 가격을 내릴 여유가 생기니까요.

실제 사례를 봅시다. 지난 6월, 미국의 3D 프린팅 기술 업체 SQ4D는 부동산 거래 플랫폼 질로우에 3D 프린팅 주택을 등록했습니다. 이 집은 대지 318평에 건평 39.5평의 단층 주택으로, 방 3개와 화장실 2개를 갖췄습니다. 또한 차량 2대가 들어갈 수 있는 별도의 차고도 있고요. SQ4D의 설명에 따르면, 이 주택은 곧 입주 증명서를 받을 예정입니다. 입주 증명서는 우리나라로 치면 준공검사필증에 해당해요.

이 주택의 가격은 29만 9999달러, 한화로 약 3억 5000만 원입니다. 해당 지역에 위치한 비슷한 유형의 집과 비교할 때 합리적인 가격이죠. 질로우의 중개 대리인 스티븐 킹도 보도자료를 통해 “이 집은 같은 리버헤드 지역에 새로 지어진 동급 주택보다 50% 낮은 가격이며 주택 공급 문제를 해결하는 데 커다란 발걸음이 될 것”이라고 설명했어요.

이처럼 저렴한 가격에 공급할 수 있었던 건 3D 프린팅 기술 덕분입니다. SQ4D는 1년 전 비슷한 규모의 3D 프린팅 주택을 지어 공개한 바 있는데요. 회사의 설명에 따르면, 건설 속도는 기존 주택보다 3배나 빠르고 건축 비용도 70%나 적게 든다고 합니다. 실제 이 주택은 총 8일 만에 지어졌고, 3D 프린팅에 들어가는 재료비도 6000달러 수준이라고 해요. 3D 프린팅에 필요한 인력도 불과 3명이고요.

물론 아무리 저렴하다고 해도 실수요자들의 호응이 없으면 의미가 없겠죠. 부동산 정보 사이트 리얼터닷컴이 2021년 3000명을 대상으로 조사한 결과 약 66%가 “3D 프린팅 주택에서 사는 걸 고려하고 있다”고 답했습니다. 특히 밀레니얼 세대는 75%가 3D 주택 거주를 희망했어요. 이는 높은 부동산 가격에 지친 소비자들이 3D 프린팅 기술을 전향적으로 받아들이고 있다는 의미입니다.

3D 프린팅 기술의 적용은 아직 초기 단계입니다. 건축 업계를 넘어서 부동산 시장까지 영향을 미치려면 더 긴 시간이 필요하죠. 그러나 이 기술이 널리 이용됐을 때, 변화가 일어나리라는 사실은 자명합니다.

실제 월스트리트저널도 “3D 프린터를 이용한 기술이 안착하면 합리적인 가격으로 만성 주택 공급 부족을 해소하는 대안이 될 수 있을 것”이라고 내다봤습니다. 일본 매체인 라이프해커 역시 “3D 프린팅 기술은 업계의 흐름을 바꿔놓는, 이른바 ‘게임 체인저’ 같은 존재가 될 수 있다”며 “이제 내 집 마련을 위해 수십 년 단위로 대출받을 필요가 없어질지도 모른다”고 예상했습니다.

주택만? 상업용 시설도 만든다!

3D 프린터 기술을 상업용 시설에 적용하려는 시도도 이루어지고 있습니다. 지난 9월 월스트리트저널에 따르면, 월마트는 알퀴스트와 손잡고 3D 프린팅 기술을 이용해 새로운 센터를 짓고 있습니다. 고객이 온라인으로 구매한 품목을 보관하기 위한 용도로, 8000ft² 규모입니다. 월마트의 미국 건설 부문 부사장인 마이크 닐은 “월마트는 항상 혁신 기술을 활용하고자 한다”며 “3D 프린팅 분야를 파고들면서 이 기술이 탐색할 가치가 있다고 판단했다”고 말했어요.

다만 현실적으로 쉽지 않은 작업입니다. 전 세계에 걸쳐 여러 차례 시도됐던 주택 건설과 달리 전례가 없기 때문입니다. 즉, 참고할 만한 사례도 없었고 오류가 발생하면 비용을 들여 하나하나 개선해야 하는 겁니다. 창고는 일반적인 주택보다 규모가 훨씬 크고 더 다양한 요소를 고려해야 하므로 건설 난도가 높은 편이에요.

더불어 2026년에는 미국 텍사스 마르파시에 세계 최초로 3D 프린팅 기술로 지어진 호텔이 들어설 예정인데요. 이 프로젝트는 3D 프린팅 건설 회사인 아이콘과 건축 회사인 비아케 잉겔스 그룹, 엘 코스미코 소유주인 리즈 램버트의 협업으로 진행되고 있습니다. 호텔은 18채의 주택과 43개의 객실을 비롯해 레스토랑과 수영장, 온천, 공동시설 등을 갖출 계획입니다.

시장을 바꾸는 신기술, 투자자도 관심

3D 프린팅 기술은 아직 건설 업계, 특히 주택 건설 업계에서만 쓰이고 있지만, 그 활용도는 무궁무진합니다. 월마트가 시도하는 것처럼 상업용 시설을 짓기 위해서도 쓸 수 있고, 나아가 항공우주 산업에도 적용 가능합니다. 항공우주 기기의 부품을 만들거나, 심지어 달 표면에 기지를 지을 수도 있어요.

이러한 잠재력을 눈여겨본 투자자들도 3D 프린팅 기술을 주목하고 있습니다. 지난해 2월 월스트리트저널에 따르면, 여러 벤처캐피탈(VC)이 3D 프린팅 스타트업에 투자하고 있습니다. 2022년에는 자본시장의 침체에도 불구하고 사상 최대 규모의 벤처 자금을 투입하기도 했죠. 피치북 데이터에 따르면 같은 해 벤처 투자자들은 전 세계 3D 프린팅 스타트업에 28억 4000만 달러를 투자했습니다.

벤처 기업들은 이후에도 꾸준히 큰 규모의 자금을 투자하고 있습니다. 예를 들어, 독일에 본사를 둔 투자 회사인 AM 벤처스는 지난해 여름 산업 및 상업용 3D 프린팅 기술을 목표로 1억 달러 규모의 펀드를 조성했어요.

더불어 조 바이든 행정부의 정책적인 지원도 힘을 보탰습니다. 바이든 행정부는 지난 2022년 5월 적층제조 포워드 프로그램을 발표했는데요. 이 프로그램은 3D 프린팅 기술을 활용하는 중소기업이 대기업에 납품할 수 있도록 길을 터주는 것이 골자로 합니다. 3D 프린팅 기술을 연구하는 중소기업의 경쟁력을 키우고 안정적인 공급망을 확보하는 동시에 궁극적으로는 기술 발전을 촉진하기 위해서죠. 이는 즉 3D 프린팅 업계의 생태계가 조금씩 구축되고 있음을 의미합니다.

하지만 넘어야 할 산이 많다

3D 프린팅 기술이 건설 업계, 나아가 더욱 다양한 업계에 변화를 일으킬 수 있는 기술이라는 건 자명합니다. 그러나 아직은 발전 단계인 만큼, 여러 현실적 한계가 있습니다.

제일 큰 문제는 역시 환경 요인에 대응하기 어렵다는 점입니다. 이는 월마트와 알퀴스트의 프로젝트에서도 여실히 드러났는데요. 프로젝트가 진행된 지역은 테네시주였습니다. 테네시주는 여름마다 무더위가 덮치는 지역이에요. 기온과 습도가 모두 높죠. 따라서 콘크리트를 겹겹이 쌓아 올리기 어렵습니다. 실제 더운 날씨로 인해 소재가 과열되면서 알퀴스트가 원래 사용하던 펌프를 쓰기 어려워졌고, 이로 인해 일정이 지연됐다고 합니다.

이런 경험을 한 알퀴스트 측도 3D 프린팅 기술의 약점을 인정했습니다. 알퀴스트의 맨하이머 CEO는 “똑같은 프린팅 믹스를 사용하더라도 시공 요건과 주변 기후에 따라 결과가 달라질 수 있다”며 “또한 구조를 담당하는 엔지니어의 역량에 의해서도 좌우된다”고 설명했습니다.

또한 장비 가격이 지나치게 비싼 것도 문제입니다. 알퀴스트에 따르면, 집을 지을 수 있을 정도로 큰 규모의 3D 프린터 가격은 적게 잡아도 50만 달러에서 60만 달러에 달합니다. 게다가 크기가 워낙 크기 때문에 공사 장소가 바뀔 때마다 이동하는 데 들어가는 비용도 만만찮죠.

하지만 이런 문제는 기술 고도화로 해결이 기대되는 부분입니다. 아무리 혁신적인 기술이라고 해도 상용화 단계에 들어서기까지는 오랜 시간이 걸리니까요. 3D 프린팅 기술도 일정 수준까지 발전한다면 이후에는 더욱 가파른 성장세를 기록할 것으로 보입니다.

트랜스패런시마켓리서치에 따르면 3D 프린팅 기술을 이용한 건축 시장 규모는 지난 2021년 12억 달러에서 2031년 33억 달러 규모로 성장할 전망입니다. 연평균성장률(CAGR)로 계산하면 40.3%에 달합니다. 3D 프린팅 기술의 활용도가 올라가 더 다양한 업계에서 쓰이게 된다면 성장에도 가속도가 붙겠죠. 정말 ‘게임 체인저’가 될지도 모릅니다.

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