KR101856644B1 - 3차원 콘크리트 프린트 시스템 - Google Patents

Abstract

콘크리트 구조물의 강도가 개선되도록, 본 발명은 한쌍으로 구비되되 3차원 콘크리트 구조물의 각 단면에 대응되는 레이어 경로의 양측단 사이 폭으로 상호 이격 배치되어 이동되는 가이드판; 및 상기 각 단면에 대응되는 콘크리트 레이어가 상기 3차원 콘크리트 구조물에 대응하여 기형성된 철근 베이스를 따라 순차 형성되도록, 상기 레이어 경로를 따라 이동되며 상기 가이드판 사이에 형성된 사출공간으로 콘크리트 혼합물을 토출하는 공급노즐부를 포함하되, 상기 공급노즐부는 한쌍으로 구비되어 상기 각 가이드판에 외곽에 결합되되, 상기 토출된 콘크리트 혼합물이 상기 사출공간에 횡방향 충진되어 내부에 상기 철근 베이스가 일체화되어 매설되도록 각각의 단부가 상기 각 가이드판에 횡방향으로 관통 형성된 공급홀에 결합됨을 특징으로 하는 3차원 콘크리트 프린트 시스템을 제공한다.

Description

3차원 콘크리트 프린트 시스템{3D concrete print system}

본 발명은 3차원 콘크리트 프린트 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 콘크리트 구조물의 강도가 개선되는 3차원 콘크리트 프린트 시스템에 관한 것이다.

3D 프린팅(3D printing)은 최근 각광받고 있는 제조기술로서, 3차원 설계도면에 따라 입체적인 물체를 적분하는 것처럼 잘라 분석하고, 얇은 층을 플라스틱 액체 혹은 기타 원료 등으로 사출 내는 응고시키며 순차적으로 적층함으로써 3차원 형태의 고체 물체를 제작하는 기술을 말하며, 전통적인 재료 가공 기술에 비해 속도, 가격, 사용 편의성 등 다양한 측면에서 우위를 나타내고 있다.

한편, 3D 프린팅은 액체, 파우더, 고체 등 원료나, 레이저, 열, 빛 등의 경화 소스 등에 따라 다양한 방식이 존재하며, 크게 FDM(Fused Deposition Modelling), DLP(Digital Light Processing), SLA(Stereolithography), SLS(Selective Laser Sintering), PolyJet(Photopolymer Jetting Technology), DMT(Direct Metal Tooling), PBP(Powder Bed & inkjet head 3d printing), LOM(Laminated Object Manufacturing) 등의 방식으로 구분될 수 있다.

일반적으로는, 열가소성 플라스틱으로 형성된 와이어, 필라멘트 등의 응고성 모델링 재료를 공급릴과 이송릴을 통해 공급하고, 공급된 모델링 재료를 작업대에 대하여 3차원 이동되는 이송기구에 장착된 히터노즐에서 용융시켜 배출함으로써 2차원 평면형태를 만들며 한층씩 적층하여 3차원으로 성형하는 용융 수지 압출 조형 방법(FDM)이 널리 사용되고 있다.

최근에는, 콘크리트 혼합물을 응고성 모델링 재료로 이용하여 건축물이나 건축물의 일부를 제조하는 3차원 콘크리트 프린트 시스템이 개발되고 있다.

그러나, 종래의 3차원 콘크리트 프린트 시스템은 대상 구조물의 단면에 대응되는 복수의 레이어를 순차 적층 형성하여 대상 구조물을 완성하는 방식으로 레이어 및 레이어 사이에 접합면이 형성되어 구조물의 전체적인 강성이 저하되는 심각한 문제점이 있었다.

또한, 종래에는 하나의 레이어 형성 후 형성된 레이어의 상부를 따라 콘크리트 혼합물이 상하 방향으로 토출되어 후속 레이어를 형성하므로 내부에 철근 구조물 등의 배치가 어려울 뿐만 아니라, 각 레이어의 측면부가 불규칙적인 요철면으로 형성되거나 어그러져 별도의 마감 공정이 요구되는 문제점이 있었다.

한국 등록특허 제10-1479900호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 콘크리트 구조물의 강도가 개선되는 3차원 콘크리트 프린트 시스템을 제공하는 것을 해결과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 한쌍으로 구비되되 3차원 콘크리트 구조물의 각 단면에 대응되는 레이어 경로의 양측단 사이 폭으로 상호 이격 배치되어 이동되는 가이드판; 및 상기 각 단면에 대응되는 콘크리트 레이어가 상기 3차원 콘크리트 구조물에 대응하여 기형성된 철근 베이스를 따라 순차 형성되도록, 상기 레이어 경로를 따라 이동되며 상기 가이드판 사이에 형성된 사출공간으로 콘크리트 혼합물을 토출하는 공급노즐부를 포함하되, 상기 공급노즐부는 한쌍으로 구비되어 상기 각 가이드판에 외곽에 결합되되, 상기 토출된 콘크리트 혼합물이 상기 사출공간에 횡방향 충진되어 내부에 상기 철근 베이스가 일체화되어 매설되도록 각각의 단부가 상기 각 가이드판에 횡방향으로 관통 형성된 공급홀에 결합됨을 특징으로 하는 3차원 콘크리트 프린트 시스템을 제공한다.

삭제

상기의 해결 수단을 통해서, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 상기 콘크리트 혼합물이 철근 베이스를 향해 횡방향 토출되어 철근 베이스에서 3차원 콘크리트 구조물의 각 단면별 높이에 대응되는 각 부분의 표면에 밀착 충진되므로 철근 베이스가 각 콘크리트 레이어와 견고하게 결합되어 일체로 매설됨에 따라 3차원 콘크리트 구조물의 구조 강도가 현저히 개선될 수 있다.

둘째, 상기 가이드판의 내면부가 미경화된 콘크리트 혼합물의 양측면부에 접하여 슬라이드 이동되며 콘크리트 혼합물의 양측면부가 균일한 표면 상태를 갖도록 정리되므로 각 콘크리트 레이어의 형성과 마감처리가 동시에 이루어져 제품의 생산성이 향상될 수 있으며, 콘크리트 혼합물이 상하 방향 토출되는 것과 달리 각 레이어의 상면부가 불규칙한 요철을 형성하므로 계면 간 접합력이 증가될 수 있다.

셋째, 상기 각 가이드판의 이동변위 및 회전각도가 독립 제어됨에 따라 콘크리트 혼합물의 토출을 안내하는 사출공간이 레이어 경로 내의 다양한 진행 방향에 대응되도록 형성될 수 있으므로 콘크리트 레이어의 조형 품질이 개선될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 콘크리트 프린트 시스템을 이용한 구조물의 제조과정을 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 콘크리트 프린트 시스템을 나타낸 평면 개요도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 콘크리트 프린트 시스템을 나타낸 정면 개요도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 콘크리트 프린트 시스템을 나타낸 블록도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 콘크리트 프린트 시스템에서 레이어 경로를 나타낸 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3차원 콘크리트 프린트 시스템을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 콘크리트 프린트 시스템을 이용한 구조물의 제조과정을 나타낸 예시도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 콘크리트 프린트 시스템을 나타낸 평면 개요도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 콘크리트 프린트 시스템을 나타낸 정면 개요도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 콘크리트 프린트 시스템을 나타낸 블록도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 콘크리트 프린트 시스템에서 레이어 경로를 나타낸 예시도이다.

도 1 내지 도 5에서 보는 바와 같이, 상기 3차원 콘크리트 프린트 시스템(100)은 가이드판(20) 및 공급노즐부(30)를 포함한다.

한편, 상기 가이드판(20) 및 상기 공급노즐부(30)는 베이스프레임(10)에 3차원 이동 가능하게 구비된 한쌍의 가이드구동부(11a,11b)에 결합되어 이동될 수 있다.

이하에서는, 상기 가이드판(20)과 가이드구동부(11a,11b)가 직접 연결되어 가이드판(20)에 의해 공급노즐부(30)가 이동되는 구조를 기준으로 설명 및 도시하나, 공급노즐부 및 가이드구동부가 직접 연결되어 공급노즐부에 의해 가이드판이 이동되는 것도 가능하며, 가이드판 및 공급노즐부가 별도의 이동수단을 통해 독립적으로 이동되는 것도 가능하다.

상세히, 상기 베이스프레임(10)은 3차원 콘크리트 구조물이 시공되는 작업 현장에 설치되며, 내부에 상기 3차원 콘크리트 구조물의 설계공간(k)이 형성된다.

이때, 상기 설계공간(k)은 작업 대상이 되는 3차원 콘크리트 구조물을 감싸는 크기로 구비됨이 바람직하며, 상기 3차원 콘크리트 구조물은 완성된 건축물 내지 건축물의 구성요소가 되는 조립벽체 등을 포괄하는 의미로 이해함이 바람직하다.

한편, 도 2 내지 도 3을 참조하면, 상기 베이스프레임(10)은 지지프레임(16), 제1승강프레임(15a), 제1이송프레임(14a), 제1슬라이드프레임(13a), 제1회전구동프레임(12a), 제2승강프레임(15b), 제2이송프레임(14b), 제2슬라이드프레임(13b), 제2회전이송프레임(12b)을 포함하여 구비될 수 있다.

여기서, 상기 제1승강프레임(15a), 제1이송프레임(14a), 제1슬라이드프레임(13a), 제1회전구동프레임(12a)을 통해 제1가이드구동부(11a)가 3차원 이동될 수 있으며, 제2승강프레임(15b), 제2이송프레임(14b), 제2슬라이드프레임(13b), 제2회전이송프레임(12b)을 통해 제2가이드구동부(11b)가 3차원 이동될 수 있다.

상세히, 상기 지지프레임(16)은 상기 설계공간(k)의 둘레를 커버하도록 배치되며, 상기 설계공간(k)의 네 모서리에 상하 방향으로 구비됨이 바람직하다. 이때, 상기 제1승강프레임(15a)은 상기 지지프레임(16) 중 좌측 전후 방향 한쌍과, 우측 전후 방향 한쌍 사이를 연결하도록 배치되어 상하로 승강된다.

그리고, 상기 제1이송프레임(14a)은 상기 제1승강프레임(15a)에 결합되어 전후로 이동되도록 구비되며, 상기 제1이송프레임(14a)에는 좌측 및 우측으로 슬라이드 이동되는 제1슬라이드프레임(13a)이 구비된다.

이때, 상기 제1슬라이드프레임(13a)의 좌측단은 상기 설계공간(k)의 내부에 배치되며, 상기 제1회전구동프레임(12a)은 상기 제1슬라이드프레임(13a)의 좌측단에 결합되고, 상기 제1회전구동프레임(12a)에는 상기 제1가이드구동부(11a)가 회전 가능하게 연결된다.

즉, 상기 제1가이드구동부(11a)는 제1승강프레임(15a)의 승강, 제1이송프레임(14a)의 전후 이동, 제1슬라이드프레임(13a)의 좌우 이동에 따라 3차원 이동될 수 있으며, 상기 제1회전구동프레임(12a)에 의해 회전될 수 있다.

또한, 상기 제2승강프레임(15b)은 상기 지지프레임(16) 중 전방측 좌우 한쌍과, 후방측 좌우 한쌍 사이를 연결하도록 배치되어 상하로 승강된다.

그리고, 상기 제2이송프레임(14b)은 상기 제2승강프레임(15b)에 결합되어 좌우로 이동되도록 구비되며, 전후로 배치된 한쌍의 제2이송프레임(14b) 사이에 제2슬라이드프레임(13b)이 구비된다.

이때, 상기 제2슬라이드프레임(13b)에는 제2회전이송프레임(12b)이 전후 이동되도록 구비되고, 상기 제2회전이송프레임(12b)에는 상기 제2가이드구동부(11b)가 회전 가능하게 연결된다.

즉, 상기 제2가이드구동부(11b)는 제2승강프레임(15b)의 승강, 제2이송프레임(14b)의 좌우 이동, 제2회전이송프레임(12b)의 전후 이동에 따라 3차원 이동될 수 있으며, 상기 제2회전이송프레임(12b)에 의해 회전될 수 있다.

이에 따라, 상기 제1가이드구동부(11a) 및 상기 제2가이드구동부(11b)가 상기 설계공간(k)의 범위 내에서 상하, 좌우, 전후로 3차원 이동될 수 있다.

물론, 상기 제1가이드구동부(11a) 및 상기 제2가이드구동부(11b)의 3차원 이동을 위한 이동수단은 베이스 프레임(10)으로 한정되는 것은 아니며, 로봇암, 드론, 크레인 등으로 다양하게 변형 실시될 수 있다.

한편, 도 1 내지 도 5를 참조하면, 상기 가이드판(20)은 한쌍으로 구비되되, 3차원 콘크리트 구조물의 각 단면에 대응되는 레이어 경로(3)의 양측단(3a,3b) 사이 폭으로 상호 이격 배치되어 이동된다.

그리고, 상기 공급노즐부(30)는 상기 각 단면에 대응되는 콘크리트 레이어(1)가 상기 3차원 콘크리트 구조물에 대응하여 기형성된 철근 베이스(b)를 따라 순차 적층되어 형성되도록, 상기 레이어 경로(3)를 따라 이동되며 상기 가이드판(20a,20b) 사이에 형성된 사출공간으로 콘크리트 혼합물을 토출한다.

여기서, 상기 각 가이드판(20)은 상기 레이어 경로(3)의 길이방향을 따라 소정의 길이로 연장되되, 상기 각 콘크리트 레이어(1)의 상하방향 두께 이상의 높이를 갖는 장방형의 판부재로 구비됨이 바람직하다.

이때, 상기 철근 베이스(b)는 상기 3차원 콘크리트 구조물의 강도를 보강하기 위한 철골 구조물을 의미하며, 상기 3차원 콘크리트 구조물의 설계정보에 따라 형성되어 상기 설계공간(k)에 배치될 수 있다.

한편, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 레이어 경로(3)는 경로설정부(50)에 의해 각 공정단계별로 설정되어 경로이동제어부(40)로 전송되며, 상기 가이드판(20) 및 상기 공급노즐부(30)의 이동은 상기 전송된 레이어 경로(3)에 의해 제어될 수 있다.

상세히, 콘크리트 레이어는 일정한 두께로 분할된 상기 3차원 콘크리트 구조물의 각 단면 중 하나에 대응되는 층을 의미하며, 상기 경로설정부(50)는 기입력된 3차원 콘크리트 구조물의 설계정보를 기설정된 두께로 분할하여 복수의 콘크리트 레이어를 설정할 수 있다.

여기서, 설계정보의 분할 두께는 상기 공급노즐부(30)로부터 토출된 콘크리트 혼합물이 미경화된 상태에서 각 콘크리트 레이어의 형상을 유지할 수 있도록 콘크리트 혼합물의 점성 및 밀도, 경화시간 등을 고려하여 설정됨이 바람직하다.

여기서, 상기 공정단계는 상기 3차원 콘크리트 구조물에 대한 복수 단면 중 하나를 형성하는 과정을 의미하는 것으로 이해함이 바람직하며, 상기 경로설정부(50)는 각 공정단계에 따라 상기 3차원 콘크리트 구조물의 최하측 단면에 대응되는 레이어 경로로부터 최상측 단면에 대응되는 레이어 경로까지의 복수 레이어 경로를 하나씩 순차적으로 설정하여 상기 경로이동제어부(40)로 전송할 수 있다.

이때, 상기 경로설정부(50)는 상기 3차원 콘크리트 구조물 및 상기 철근 베이스(b)의 설계정보를 매칭하여 각 공정단계의 레이어 경로(3)를 설정할 수 있다.

상세히, 상기 3차원 콘크리트 구조물 및 상기 철근 베이스(b)의 설계정보가 상호 매칭된 상태에서, 상기 설계공간(k) 내에서 상기 철근 베이스(b)의 위치정보에 따라 상기 3차원 콘크리트 구조물의 각 단면별 콘크리트 레이어의 위치정보가 산출될 수 있다.

그리고, 상기 각 콘크리트 레이어의 위치정보를 기반으로 설계공간(k) 내에서 상기 공급노즐부(30)가 이동될 레이어 경로가 설정될 수 있으며, 설정된 레이어 경로를 따라 콘크리트 혼합물이 토출되어 상기 3차원 콘크리트 구조물의 내부에 철근 베이스(b)가 매설되도록 상기 각 콘크리트 레이어(1)가 적층 형성될 수 있다.

또한, 공급노즐부(30)의 이동시 토출되는 콘크리트 혼합물이 하나의 콘크리트 레이어를 채워 형성할 수 있도록, 상기 각 레이어 경로는 공급노즐부(30)의 직경 등을 고려하여 설정됨이 바람직하다.

즉, 상기 레이어 경로(3)는 상기 공급노즐부(30)로부터 토출되는 콘크리트 혼합물의 폭(c)에 대응되는 폭으로 구비되며, 하나의 레이어 경로는 하나의 콘크리트 레이어에 대응되는 단면적이 한붓그리기 알고리즘 등을 통해 분할됨에 따라 설정될 수 있다.

여기서, 각 공정단계에 대응되는 하나의 레이어 경로(3)를 따라 상기 공급노즐부(30) 및 상기 가이드판(20)이 이동되며, 하나의 콘크리트 레이어가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 각 공정단계가 순차적으로 반복됨에 따라, 상기 철근 베이스(b)를 기준으로 상기 공급노즐부(30) 및 상기 가이드판(20)이 이동되며, 각 단면에 대응되는 복수개의 콘크리트 레이어(1a,1b,1c)가 철근 베이스(b)의 최하부로부터 최상부를 향해 순차적으로 적층 형성되어 3차원 콘크리트 구조물이 완성될 수 있다.

여기서, 상기 사출공간은 한쌍의 가이드판(20a,20b)이 상기 레이어 경로(3)의 양측단(3a,3b)에 대응되도록 상호 대향 배치된 상태에서 다른 하나와 대향 배치되는 각 가이드판(20a,20b)의 내면부 사이의 공간을 의미하며, 상기 토출된 콘크리트 혼합물 양측단의 폭 및 형태를 안내하는 공간으로 이해함이 바람직하다.

이때, 상기 가이드판(20a,20b)은 상기 레이어 경로(3)를 따라 상기 사출공간을 형성하며 이동되며, 상기 공급노즐부(30)는 상기 가이드판(20a,20b) 사이의 사출공간으로 콘크리트 혼합물을 토출하며 상기 레이어 경로(3)를 따라 이동될 수 있다.

한편, 상기 공급노즐부(30)는 한쌍(30a,30b)으로 구비되어 상기 각 가이드판(20a,20b)의 외곽에 배치되되 각각의 단부가 상기 각 가이드판(20a,20b)에 횡방향으로 관통 형성된 공급홀(21a,21b)에 결합됨이 바람직하다.

이때, 상기 공급노즐부(30)는 하나로 구비되어 상기 각 가이드판(20a,20b) 중 하나에만 설치되는 것도 가능하며, 한쌍으로 구비되어 각 가이드판(20a,20b)에 구비될 때 콘크리트 혼합물이 사출공간 내에 더욱 안정적으로 충진될 수 있다.

여기서, 횡방향이라는 말은 상기 레이어 경로의 폭방향을 의미하는 것으로 이해함이 바람직하다.

물론, 상기 각 공급노즐부(30a,30b)는 상기 각 가이드구동부(11a,11b)의 내부에 배치되는 것도 가능하며, 도시된 바와 같이 각 가이드구동부(11a,11b)의 위치로부터 이격된 부분에 별도의 공급홀(21a,21b)이 형성되어 상기 각 공급노즐부(30a,30b)의 단부가 결합되는 것도 가능하다.

이때, 상기 가이드판(20a,20b)은 각각의 내면부가 상기 철근 베이스(b)와 대면되도록 배치된 상태로 이동되며, 상기 공급노즐부(30a,30b)는 상기 가이드판(20a,20b)의 외곽에 배치되어 상기 철근 베이스(b)에 의한 구속 없이 이동될 수 있다.

그리고, 상기 공급노즐부(30)로부터 토출된 콘크리트 혼합물은 상기 공급홀(21a,21b)을 통과하여 사출공간의 양측단에서 철근 베이스(b)측으로 공급되며, 상기 사출공간에 횡방향 충진될 수 있다.

이에 따라, 상기 콘크리트 혼합물이 철근 베이스에서 상기 3차원 콘크리트 구조물의 각 단면별 높이에 대응되는 각 부분의 표면에 밀착되도록 충진될 수 있으며, 각 콘크리트 레이어와 철근 베이스가 견고하게 결합되어 3차원 콘크리트 구조물의 구조 강도가 현저히 개선될 수 있다.

즉, 상하방향으로 토출된 콘크리트 혼합물에 의해 각 콘크리트 레이어가 적층 형성되는 경우에는, 점성의 콘크리트 혼합물이 철근 베이스(b)의 상부측에 걸려 철근 베이스(b)의 하부에 대응되는 부분까지 충진되지 못할 우려가 있으나, 횡방향 충진의 경우 설계공간(k)에 배치된 철근 베이스(b)의 형상, 콘크리트 혼합물의 점성과 무관하게 3차원 콘크리트 구조물의 내부에 철근 베이스(b)가 일체화되도록 매설될 수 있다.

한편, 상기 경로이동제어부(40)는 상기 레이어 경로(3)에 대응되도록 상기 공급노즐부(30)의 콘크리트혼합물 토출을 제어한다.

즉, 설정된 레이어 경로(3)를 따라 이동되는 과정에서 상기 공급노즐부(30)로부터 콘크리트혼합물이 토출되되, 레이어 경로(3)에 대한 이동이 완료되면 콘크리트혼합물의 토출이 정지되도록 제어됨이 바람직하다.

상세히, 상기 각 공급노즐부(30a,30b)는 콘크리트 혼합물이 저장된 콘크리트저장부(31,32)와 연결된다. 이때, 상기 콘크리트저장부(31,32)는 상기 각 공급노즐부(30a,30b)별로 구비되는 것도 가능하며 하나의 콘크리트저장부에 한쌍의 공급노즐부(30a,30b)가 연결되는 것도 가능하다.

여기서, 상기 경로이동제어부(40)는 상기 콘크리트저장부(31,32)에 수용된 콘크리트 혼합물이 상기 각 공급노즐부(30a,30b)를 통해 토출되는 유량 등을 제어할 수 있다.

이때, 상기 공급노즐부(30a,30b)로부터 토출되는 유량은 상기 가이드구동부(11a,11b)의 이동시 상기 사출공간에 콘크리트 레이어(1)의 상하방향 두께에 대응되는 충분한 높이로 콘크리트 혼합물이 충진될 수 있도록 가이드판(20a,20b)의 이동속도, 가이드판(20a,20b) 사이의 이격간격 등을 고려하여 제어됨이 바람직하다.

한편, 상기 경로이동제어부(40)는 상기 각 가이드판(20a,20b) 사이의 폭이 상기 레이어 경로(3)의 폭에 대응되도록 상기 각 가이드구동부(11a,11b)의 3차원 이동을 제어할 수 있다.

여기서, 상기 레이어 경로(3)는 철근 베이스(b) 및 3차원 콘크리트 구조물의 설계정보가 매칭됨에 따라 철근 베이스(b)를 중심으로 양측으로 확장된 형태로 구비될 수 있다.

이때, 상기 경로이동제어부(40)는 상기 공급노즐부(30) 및 상기 가이드판(20)이 설정된 레이어 경로(3)의 양측단부(3a,3b)를 따라 이동되도록 제어함이 바람직하다.

이에 따라, 한쌍의 가이드판(20a,20b) 사이에 철근 베이스(b)가 배치된 상태에서, 상기 레이어 경로(3)의 폭과 가이드판(20a,20b) 사이 폭이 일치되도록 유지될 수 있다.

한편, 상기 각 가이드판(20a,20b)이 상기 레이어 경로(3)의 양측단부(3a,3b)를 따라 이동되면, 상기 사출공간이 상기 레이어 경로(3)를 따라 형성되고 상기 사출공간으로 콘크리트 혼합물이 충진된다.

이때, 상기 콘크리트 혼합물이 상기 공급홀(21a,21b)을 통해 상기 사출공간으로 횡방향 충진됨과 동시에, 충진된 콘크리트 혼합물의 양측면부 및 각 가이드판(20a,20b)의 내면이 접촉된 상태에서 각 가이드판(20a,20b)이 이동된다.

즉, 상기 가이드판(20a,20b)의 내면부가 미경화된 콘크리트 혼합물의 양측면부에 접촉된 상태에서 슬라이드 이동됨에 따라 상기 가이드판(20a,20b)을 통과한 콘크리트 혼합물의 양측면부가 균일한 폭과 균일한 표면 형상을 갖도록 정리될 수 있다.

그리고, 상기 각 가이드판(20a,20b)의 내면부에는 상기 사출공간에 충진된 콘크리트 혼합물의 양측면부가 마감되도록 다짐부(22a,22b)가 구비됨이 바람직하다.

여기서, 상기 다짐부(22a,22b)는 평면으로 구비될 수 있으며, 측면부의 강도 보강을 위해 수평한 요철 형태나 라운드진 곡면으로 구비되는 것도 가능하다.

즉, 상기 가이드판(20a,20b)의 다짐부(22a,22b)가 미경화된 콘크리트 혼합물의 양측면부에 접촉된 상태에서 슬라이드 이동됨에 따라, 상기 다짐부(22a,22b)를 통과한 콘크리트 혼합물의 양측면부가 상기 다짐부(22a,22b)의 형상에 대응되는 표면 형상을 갖도록 정리될 수 있다.

이에 따라, 콘크리트 레이어의 형성과 양측면부에 대한 마감처리가 동시에 이루어질 수 있으며, 3차원 콘크리트 구조물의 제조 후 별도의 마감 공정이 불필요하므로 제품의 생산 효율성이 향상될 수 있다.

또한, 상기 사출공간에 충진된 콘크리트 혼합물은 양측면부가 가이드판(20a,20b)의 슬라이드 이동에 따라 철근 베이스(b)측으로 가압되어 다짐되므로 각 콘크리트 레이어의 강도가 증가될 수 있으며, 철근 베이스(b) 및 콘크리트 레이어 간의 일체성이 향상될 수 있다.

더욱이, 콘크리트 혼합물의 상하 방향 토출과 달리, 사출공간에 토출된 콘크리트 혼합물의 상면부가 불규칙한 요철을 형성하게 되므로, 상하 방향으로 인접한 콘크리트 레이어 간의 계면 결합력이 증가되어 3차원 콘크리트 구조물의 구조 강도가 개선될 수 있다.

한편, 상기 콘크리트 혼합물은 상기 가이드판(20)의 이동속도에 대응되는 비율의 경화촉진제를 더 포함함이 바람직하다.

여기서, 상기 경화촉진제는 상기 콘크리트 혼합물의 조성에 따라 상이하게 구비될 수 있으며, 경화촉진제의 첨가 비율이 증가될수록 콘크리트 혼합물의 경화시간이 감소될 수 있다.

이때, 상기 콘크리트 혼합물의 경화시간은 토출된 콘크리트 혼합물이 사출공간 내부에 충진되는 시간과 각 가이드판(20a,20b)의 이동속도를 고려하여 설정됨이 바람직하다.

이에 따라, 토출된 콘크리트 혼합물이 신속하게 경화되어 후속 적층된 콘크리트 혼합물로 인한 하부측 콘크리트 레이어의 뭉게짐 등이 최소화될 수 있으며, 하나의 콘크리트 레이어의 형성 후 후속 콘크리트 레이어의 형성을 시작하는 시점까지의 대기 시간이 최소화되어 한층 신속한 3차원 콘크리트 구조물의 조형이 가능하다.

한편, 상기 각 가이드구동부(11a,11b)에는 상기 각 가이드판(20a,20b)이 상기 레이어 경로(3)의 진행 방향 변화에 대응하여 회전되도록 회전수단이 구비됨이 바람직하다.

여기서, 상기 회전수단은 상기 베이스프레임(10)에 구비된 제1회전구동프레임(12a)과 제2회전이송프레임(12b)으로 구비될 수 있으며, 상기 제1가이드구동부(11a)는 상기 제1회전구동프레임(12a)에 의해 회전될 수 있으며, 상기 제2가이드구동부(11b)는 상기 제2회전이송프레임(12b)에 의해 회전될 수 있다.

그리고, 상기 사출공간이 상기 레이어 경로의 진행 방향을 따라 형성되도록 상기 각 가이드판(20a,20b)의 이동변위 및 회전각도는 상기 경로이동제어부(40)에 의해 순차적으로 독립 제어됨이 바람직하다.

즉, 하나의 가이드판(20a) 및 다른 하나의 가이드판(20b)은 각각의 이동변위 및 회전각도가 독립적으로 제어될 수 있다.

예를 들어, 상기 레이어 경로(3)는 상기 3차원 콘크리트 구조물의 형상에 따라 소정의 경사방향으로 절곡되도록 구비될 수 있다.

이때, 상기 레이어 경로(3)의 우측단(3a)을 따라 이동되는 제1가이드판(20a) 및 상기 레이어 경로(3)의 좌측단(3b)을 따라 이동되는 제2가이드판(20b)의 이동변위 및 회전각도가 독립 제어됨에 따라 상기 사출공간이 절곡된 형상의 레이어 경로에 대응되도록 형성될 수 있다.

먼저, 상기 제1가이드판(20a) 및 상기 제2가이드판(20b)은 레이어 경로(3)의 직선부를 따라 동일한 이동방향과 이동변위를 갖도록 제어된다.

그리고, 상기 제1가이드판(20a)의 전단부가 상기 레이어 경로(3)의 우측단(3a) 절곡부(3c)에 도달되면, 상기 제1가이드판(20a)이 정지된 상태에서 상기 제2가이드판(20b)의 공급홀(21b)이 상기 레이어 경로(3)의 좌측단(3b) 절곡부(3d)에 도달되도록 직선 이동된다.

이때, 상기 제2가이드판(20b)이 정지된 상태에서, 상기 제1가이드판(20a)의 회전되어 상기 제1가이드판(20a)의 후단부가 상기 레이어 경로(3)의 우측단(3a) 절곡부(3c)에 위치되도록 이동된다.

그리고, 상기 제1가이드판(20a)이 정지된 상태에서, 상기 제2가이드판(20b)이 상기 레이어 경로(3)의 좌측단(3a) 절곡부(3d)를 기준으로 회전되며, 상기 제2가이드판(20b)의 전단부와 상기 제1가이드판(20a)의 전단부가 정렬되도록 상기 제2가이드판(20b)이 상기 제1가이드판(20a)과 평행한 방향으로 직선 이동된다.

이에 따라, 상기 콘크리트 혼합물의 토출을 안내하는 사출공간이 다양한 진행 방향을 갖는 레이어 경로에 대응되도록 형성될 수 있으므로 콘크리트 레이어의 조형 품질이 개선될 수 있다.

물론, 이러한 제1가이드판(20a) 및 제2가이드판(20b)의 독립적인 이동변위 및 회전 제어는 하나의 예시에 불과하며, 레이어 경로의 진행 방향 변화량, 각 가이드판(20a)의 길이 등에 따라 상이하게 구현될 수 있다.

또한, 상기 각 가이드판(20a,20b)은 가이드구동부(11a,11b)에 의해 전체가 회전되는 방식 이외에, 가이드판(20a,20b)의 일부분이 절첩 회전되도록 구비되거나 가이드판(20a,20b)의 전후단 폭이 조절될 수 있도록 구비되는 것도 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구한 범위를 벗어남 없이 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.

100: 3차원 콘크리트 프린트 시스템 10: 베이스 프레임
20: 가이드판 30: 공급노즐부
40: 경로이동제어부 50: 경로설정부

Claims (8)

1. 한쌍으로 구비되되 3차원 콘크리트 구조물의 각 단면에 대응되는 레이어 경로의 양측단 사이 폭으로 상호 이격 배치되어 이동되는 가이드판; 및
   상기 각 단면에 대응되는 콘크리트 레이어가 상기 3차원 콘크리트 구조물에 대응하여 기형성된 철근 베이스를 따라 순차 형성되도록, 상기 레이어 경로를 따라 이동되며 상기 가이드판 사이에 형성된 사출공간으로 콘크리트 혼합물을 토출하는 공급노즐부를 포함하되,
   상기 공급노즐부는 한쌍으로 구비되어 상기 각 가이드판에 외곽에 결합되되, 상기 토출된 콘크리트 혼합물이 상기 사출공간에 횡방향 충진되어 내부에 상기 철근 베이스가 일체화되어 매설되도록 각각의 단부가 상기 각 가이드판에 횡방향으로 관통 형성된 공급홀에 결합됨을 특징으로 하는 3차원 콘크리트 프린트 시스템.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 각 가이드판의 내면부에는 상기 사출공간에 충진된 콘크리트 혼합물의 양측면부가 마감되도록 다짐부가 구비됨을 특징으로 하는 3차원 콘크리트 프린트 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   내부에 상기 3차원 콘크리트 구조물의 설계공간이 형성된 베이스프레임과,
   상기 각 가이드판이 결합되도록 한쌍으로 구비되어 상기 베이스프레임에 3차원 이동 가능하게 구비되는 가이드구동부와,
   상기 각 가이드판 사이의 폭이 상기 레이어 경로의 폭에 대응되도록 상기 각 가이드구동부의 3차원 이동을 제어하는 경로이동제어부를 더 포함함을 특징으로 하는 3차원 콘크리트 프린트 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 각 가이드구동부에는 상기 각 가이드판이 상기 레이어 경로의 진행 방향 변화에 대응하여 회전되도록 회전수단이 구비되되,
   상기 사출공간이 상기 레이어 경로의 진행 방향을 따라 형성되도록 상기 각 가이드판의 이동변위 및 회전각도는 상기 경로이동제어부에 의해 순차적으로 독립 제어됨을 특징으로 하는 3차원 콘크리트 프린트 시스템.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 철근 베이스 및 상기 3차원 콘크리트 구조물의 설계정보를 매칭하여 상기 각 레이어 경로를 설정하는 경로설정부를 더 포함함을 특징으로 하는 3차원 콘크리트 프린트 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 콘크리트 혼합물에는 상기 각 가이드판의 이동속도에 대응되는 비율로 경화촉진제가 첨가됨을 특징으로 하는 3차원 콘크리트 프린트 시스템.
8. 삭제

Images