JP7149687B2 - additive manufacturing method - Google Patents

additive manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP7149687B2
JP7149687B2 JP2017017580A JP2017017580A JP7149687B2 JP 7149687 B2 JP7149687 B2 JP 7149687B2 JP 2017017580 A JP2017017580 A JP 2017017580A JP 2017017580 A JP2017017580 A JP 2017017580A JP 7149687 B2 JP7149687 B2 JP 7149687B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mass
cementitious
cement
cartridge
parts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017017580A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018122539A (en
Inventor
伸平 前堀
洋二 小川
充 谷村
学 御法川
操 水野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiheiyo Cement Corp
Hosei University
Original Assignee
Taiheiyo Cement Corp
Hosei University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiheiyo Cement Corp, Hosei University filed Critical Taiheiyo Cement Corp
Priority to JP2017017580A priority Critical patent/JP7149687B2/en
Publication of JP2018122539A publication Critical patent/JP2018122539A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7149687B2 publication Critical patent/JP7149687B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、セメント質混練物と付加製造装置(3Dプリンタ)を用いて造形する付加製造方法に関する。 The present invention relates to an additive manufacturing method for modeling using a cementitious kneaded material and an additive manufacturing device (3D printer).

近年、樹脂等の造形材料を、連続的に積載台(台座)の上に押し出しながら逐次固化して積層することにより、繊細な形状を造形することできる付加製造装置が普及している。
そして、最近では樹脂のほかに、セメントや石膏等の水硬性材料と付加製造装置を用いて造形する方法が提案されている。例えば、特許文献1に記載の造形方法は、造形領域中に、セメントを補助結合剤として含む粒状の造形材料(アルカリ金属ケイ酸塩)を層状に敷き詰めて、これを硬化する工程を繰り返して、模型を積層造形する方法である。
2. Description of the Related Art In recent years, additive manufacturing apparatuses capable of forming delicate shapes by successively solidifying and layering molding materials such as resin while continuously extruding them onto a loading table (pedestal) have become widespread.
In addition to resin, recently, a method of modeling using a hydraulic material such as cement or gypsum and an additive manufacturing apparatus has been proposed. For example, in the modeling method described in Patent Document 1, a granular modeling material (alkali metal silicate) containing cement as an auxiliary binder is spread in layers in a modeling region, and the step of hardening the layers is repeated. This is a method of additively manufacturing a model.

しかし、これらの方法は、固化した範囲以外では粉体が残るため、造形の最終段階で粉体を除く作業が必要になり、その分手間がかかる。また、材料押し出し(ME)方式の付加製造装置は、水硬性混練物を造形材料に用いた場合、水硬性混練物の水和の進行に伴う流動性の低下等により可使時間が限られるため、流動性の低下が速ければ付加製造装置や供給配管の中で水硬性混練物が硬化して閉塞し、造形作業を継続できない場合がある。また、石膏はセメントと比べ、一般に造形物の強度が低い。 However, in these methods, since powder remains in areas other than the solidified range, it is necessary to remove the powder in the final stage of modeling, which is time-consuming. In addition, when a hydraulic kneaded material is used as a molding material, the additive manufacturing equipment of the material extrusion (ME) method has a limited usable life due to a decrease in fluidity due to the progress of hydration of the hydraulic kneaded material. If the fluidity declines quickly, the hydraulic kneaded material hardens and clogs the additional manufacturing equipment and supply pipes, which may make it impossible to continue the modeling work. In addition, gypsum generally has a lower strength than cement.

特表2014-516845号公報Japanese Patent Publication No. 2014-516845

そこで、本発明は、セメント質混練物と付加製造装置を用いて、繊細かつ多様なデザインを有する造形物を製造できる付加製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide an additive manufacturing method capable of manufacturing shaped objects having delicate and diverse designs by using a cementitious kneaded material and an additive manufacturing apparatus.

本発明者は、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、特定の方法(手段)でセメント質混練物を押し出して造形物を製造する付加製造方法は、セメント質混練物の水和が進行して該混練物の流動性が低下しても、繊細かつ多様なデザインを有する造形物を安定的に製造できることを見い出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の構成を有する付加製造方法である。
As a result of intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have found that an additive manufacturing method in which a cementitious kneaded material is extruded by a specific method (means) to produce a shaped article is one in which hydration of the cementitious kneaded material progresses. As a result, the inventors have found that even if the fluidity of the kneaded product is lowered, it is possible to stably produce shaped articles having delicate and diverse designs, and have completed the present invention.
That is, the present invention is an additive manufacturing method having the following configurations.

[1](A)造形用セメント組成物100質量部に対し、15~35質量部を添加して混練してセメント質混練物を得るための混練工程と、
(B)該セメント質混練物を押し出して硬化させて造形物を得るための押し出し工程
を少なくとも含む、付加製造方法。ただし、
(A-1)前記造形用セメント組成物は、セメント含有結合材を25~70質量%、混和剤を0.1~5質量%、および細骨材を25~70質量%を少なくとも含み、
(A-2)前記セメント含有結合材は、セメントを50~90質量%、非晶質アルミノケイ酸塩を7~30質量%、並びに、石膏および/または硫酸アルカリ金属塩を前記非晶質アルミノケイ酸塩100質量部に対し10~150質量部含む。また、
(B-1)前記押し出し工程は、前記セメント質混練物を充填したカートリッジを50kPa以上に加圧してセメント質混練物を押し出す工程であり、
(B-2)前記カートリッジは、ピストンとノズルを備え、該カートリッジに付属するノズルの排出口の内側の断面積は0.1~1cm である。
[2]前記(A)混練工程が、造形用セメント組成物と水を袋に入れて、該袋全体を非せん断混合方式の混合機で混練する工程である、前記[1]に記載の付加製造方法。
[3]前記非せん断混合方式の混合機が、揺動ミキサ、傾胴ミキサ、ドラム式ミキサ、餅つき機、洗濯機、パドル型混合機、またはパン型造粒機である、前記[]に記載の付加製造方法。
[1] (A) A kneading step of adding 15 to 35 parts by mass of water to 100 parts by mass of the cement composition for modeling and kneading to obtain a cementitious kneaded product;
(B) An additive manufacturing method comprising at least an extrusion step for extruding and hardening the cementitious kneaded material to obtain a shaped article. however,
(A-1) The cement composition for molding contains at least 25 to 70% by mass of a cement-containing binder, 0.1 to 5% by mass of an admixture, and 25 to 70% by mass of fine aggregate,
(A-2) The cement-containing binder comprises 50 to 90% by mass of cement, 7 to 30% by mass of amorphous aluminosilicate, and gypsum and/or alkali metal sulfate of the amorphous aluminosilicate. Contains 10 to 150 parts by mass per 100 parts by mass of salt. again,
(B-1) The extruding step is a step of pressurizing the cartridge filled with the cementitious kneaded material to 50 kPa or more to extrude the cementitious kneaded material,
(B-2) The cartridge has a piston and a nozzle, and the internal cross-sectional area of the outlet of the nozzle attached to the cartridge is 0.1 to 1 cm 2 .
[2] The addition according to [1 ] above, wherein (A) the kneading step is a step of putting the cement composition for modeling and water into a bag and kneading the entire bag with a non-shear mixing type mixer. Production method.
[3] The above [ 2 ], wherein the non-shear mixing type mixer is an oscillating mixer, a tilting drum mixer, a drum mixer, a rice cake maker, a washing machine, a paddle type mixer, or a pan type granulator. The additive manufacturing method described in .

本発明の付加製造方法は、フレッシュな状態のセメント質混練物を、適時、迅速に供給でき、セメント質混練物の水和が進行して該混練物の流動性が低下しても、繊細かつ多様なデザインを有する造形物を安定的に製造できる。 The additive manufacturing method of the present invention can supply a fresh cementitious kneaded material in a timely and rapid manner. Molded objects with various designs can be manufactured stably.

本発明の付加製造方法における押し出し工程で用いるカートリッジの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cartridge used by the extrusion process in the addition manufacturing method of this invention. カートリッジを装着した付加製造装置(一例)の全体を示す写真である。It is a photograph which shows the whole additional manufacturing apparatus (an example) which mounted the cartridge. カートリッジを加圧するため付加製造装置に設置したラック・ピニオン機構(一例)を示す写真である。4 is a photograph showing a rack and pinion mechanism (one example) installed in the additive manufacturing equipment for pressurizing the cartridge. 実施例において使用した円筒型カートリッジにセメント質混練物を充填している様子を示す写真である。1 is a photograph showing a state in which a cylindrical cartridge used in Examples is filled with a cementitious kneaded material. 実施例において造形した模型(造形物)の一例を示す写真である。1 is a photograph showing an example of a model (modeled object) formed in an example.

本発明の付加製造方法は、前記のとおり、(A)造形用セメント組成物と水を混練してセメント質混練物を得るための混練工程と、(B)該セメント質混練物を押し出して硬化させて造形物を得るための押し出し工程を、少なくとも含む製造方法である。
以下、本発明を、(A)混練工程、(B)押し出し工程、(C)造形用セメント組成物、および(D)セメント質混練物に分けて、詳細に説明する。
As described above, the addition manufacturing method of the present invention includes (A) a kneading step of kneading the cement composition for modeling and water to obtain a cementitious kneaded product, and (B) extruding the cementitious kneaded product to harden it. The manufacturing method includes at least an extrusion step for obtaining a modeled article by extruding.
Hereinafter, the present invention will be described in detail by dividing into (A) the kneading step, (B) the extrusion step, (C) the cement composition for modeling, and (D) the cementitious mixture.

(A)混練工程
該混練工程は、造形用セメント組成物と水を混練してセメント質混練物を得るための工程である。該混練工程における混練は、特に制限されないが、造形用セメント組成物と水を袋に入れて、この袋全体を非せん断混合方式の混合機で混練するのが好ましい。袋の中の混練物は、袋の一部に穴を開けることにより、後述する押し出し工程で用いるカートリッジ内に、手を汚すことなく容易に注入できる。また、非せん断混合方式の混合機を用いた混練では、せん断力がないか、または極めて弱いため、袋が破損することなく袋の中で造形用セメント組成物と水を充分に混練できる。また、袋内の混練物は混合機内に付着しないから、混練機の洗浄は不要である。さらに、この袋を用いた混練工程は、複数の種類(配合)の造形用セメント組成物と水を、それぞれ別々の袋に入れて混練できるため、複数の配合の混練物を1回の混練操作で得ることができるという利点もある。
ここで、前記袋は、ビニール袋、ゴム袋、絞り袋、三角パック、フレキシブル容器、またはフレキシブルコンテナバッグ(フレコンバッグ)等が挙げられる。また、袋の開口部を閉じる方法は、ビニールテープ、チャック、ジップロック、クリップ、ゴム栓、ネジ栓、または熱融着等により、袋の開口部を結束する方法等が挙げられる。
また、前記非せん断混合方式の混合機は、揺動ミキサ、傾胴ミキサ、ドラム式回転機(例えば、乾燥器、ボールを使用しないボールミル等)、餅つき機、洗濯機、パドル型混合機、またはパン型造粒機等が挙げられる。
(A) Kneading step The kneading step is a step for kneading the cement composition for modeling and water to obtain a cementitious kneaded product. The kneading in the kneading step is not particularly limited, but it is preferable to put the cement composition for modeling and water in a bag and knead the entire bag with a non-shear mixing type mixer. By opening a hole in a part of the bag, the kneaded material in the bag can be easily poured into the cartridge used in the later-described extrusion process without getting the hands dirty. In kneading using a non-shear mixing type mixer, the cement composition for molding and water can be sufficiently kneaded in the bag without breaking the bag because there is no or very weak shear force. Further, since the kneaded material in the bag does not adhere to the inside of the mixer, it is not necessary to wash the mixer. Furthermore, in the kneading process using this bag, since a plurality of types (formulations) of cement composition for molding and water can be put into separate bags and kneaded, a kneaded product of a plurality of formulations can be kneaded in one operation. There is also the advantage that it can be obtained with
Here, examples of the bag include a plastic bag, a rubber bag, a piping bag, a triangular pack, a flexible container, a flexible container bag (flexible container bag), and the like. Methods for closing the opening of the bag include a method of binding the opening of the bag with a vinyl tape, zipper, zip lock, clip, rubber plug, screw plug, heat sealing, or the like.
In addition, the non-shear mixing type mixer includes an oscillating mixer, a tilting mixer, a drum type rotating machine (e.g., a dryer, a ball mill that does not use balls, etc.), a rice cake pounding machine, a washing machine, a paddle type mixer, Alternatively, a pan-type granulator and the like can be mentioned.

(B)押し出し工程
該押し出し工程は、前記セメント質混練物を押し出して硬化させて造形物を得るための工程であり、例えば、前記セメント質混練物を充填したカートリッジを加圧して、カートリッジ中のセメント質混練物を押し出す工程(方式)が挙げられる。
該カートリッジは、後掲の図1に示すように、加圧および押し出しの効率の観点から、ピストン21とノズル23を備えたカートリッジ2が好ましい。また、カートリッジ2に付属するノズル23の排出口の内側の断面積は、特に制限されないが、好ましくは0.1~1cm、より好ましくは0.2~0.8cmである。ノズル23の排出口が1cm以下であれば、繊細で多様なデザインを有する造形物を得ることができるが、0.1cm未満では押し出しが困難になる場合がある。
押し出しの圧力は、50kPa以上が好ましく、より好ましくは100kPa以上である。このようにカートリッジ式のピストンで50kPa以上の高圧で押し出すことができるので、ノズルの排出口を狭くできる上、積層後に分離したり変形を生じることのないセメント質混練物を押し出すことができ、繊細かつ多様なデザインを有する造形物を安定的に製造できる。なお、押し出しの圧力の上限は、カートリッジやノズルの耐圧性にもよるが500kPaが好ましい。
また、セメント質混練物を充填したカートリッジ2を用いる方式は、下記(i)~(iv)の利点がある。すなわち、
(i)カートリッジ2を加振しながら、セメント質混練物をカートリッジ2内に充填すれば、セメント質混練物中の気泡を容易に除去でき、気泡のない(少ない)造形物が製造できる。
(ii)セメント質混練物を充填したカートリッジ2を複数本準備しておけば、カートリッジ2の交換という簡単な操作により、安定した品質のセメント質混練物を、適時、迅速に、作業者の手を汚すことなく付加製造装置に補充できるため、連続して安定的に造形できるほか、ノズル23が詰まっても、カートリッジ2の交換により容易かつ迅速に対処できる。
(iii)カートリッジ2を用いれば、セメント質混練物の貯蔵タンク、供給ポンプ、および供給配管が不要になるため、付加製造装置を簡素化できる。
(iv)カートリッジ2に付属するピストン21を単に加圧してセメント質混練物を押し出す方式であるから、押し出し速度の調整(制御)が容易である。停止時にもノズル23の排出口からのダレが生じない。
また、カートリッジ2を加圧する方式は特に制限されないが、後掲の図3に示すように、付加製造装置に設置した電動機の駆動により、ラック・ピニオン機構を用いてピストン21に圧力を直接伝達する方式が、高圧による押し出しできるため好ましい。また、カートリッジ2として、例えば市販のコーキングガンで使用されている円筒形容器が使用できる。
セメント質混練物を押し出す際のノズル23の位置決め機構は、一般的な付加製造装置に採用されている機構である、直交軸の機構を採用してノズル(射出ヘッド)を動かす際に、X軸、Y軸およびZ軸の位置を決めるモーターを、それぞれ独立に動かす機構のほかに、パラレルリンク機構が使用できる。ここで、パラレルリンク機構とは、常に3つのモーターを同時に、並列(パラレル)にリンクさせながら動かして、X軸、Y軸およびZ軸の位置を決める機構である。パラレルリンク機構を採用した付加製造装置は、ノズル(射出ヘッド)の位置決めがより速く、また、モーターへの負荷や位置決め時の慣性によるブレが減るため、より精度の高い造形が可能になるから、本発明のノズルの位置決め機構として好ましい。
(B) Extrusion step The extrusion step is a step for extruding and hardening the cementitious kneaded material to obtain a shaped article. For example, pressurizing the cartridge filled with the cementitious kneaded material to A process (method) of extruding a cementitious kneaded material can be mentioned.
The cartridge is preferably a cartridge 2 having a piston 21 and a nozzle 23 from the viewpoint of efficiency of pressurization and extrusion, as shown in FIG. 1 which will be described later. The cross-sectional area of the inner side of the discharge port of the nozzle 23 attached to the cartridge 2 is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 1 cm 2 , more preferably 0.2 to 0.8 cm 2 . If the outlet of the nozzle 23 is 1 cm 2 or less, it is possible to obtain a molded object having delicate and various designs, but if it is less than 0.1 cm 2 , extrusion may become difficult.
The extrusion pressure is preferably 50 kPa or higher, more preferably 100 kPa or higher. In this way, the cartridge-type piston can be extruded at a high pressure of 50 kPa or more, so the nozzle outlet can be narrowed, and the cementitious kneaded material can be extruded without separating or deforming after lamination. In addition, it is possible to stably manufacture molded objects having various designs. The upper limit of the extrusion pressure is preferably 500 kPa, although it depends on the pressure resistance of the cartridge and nozzle.
Moreover, the system using the cartridge 2 filled with the cementitious kneaded material has the following advantages (i) to (iv). i.e.
(i) By filling the cartridge 2 with the cementitious kneaded material while vibrating the cartridge 2, air bubbles in the cementitious kneaded material can be easily removed, and a molded object with no (few) air bubbles can be produced.
(ii) By preparing a plurality of cartridges 2 filled with cementitious kneaded material, a cementitious kneaded material of stable quality can be prepared in a timely and rapid manner by a simple operation of exchanging the cartridges 2. Since the additional manufacturing apparatus can be replenished without contamination, molding can be continuously and stably performed, and even if the nozzle 23 is clogged, it can be dealt with easily and quickly by exchanging the cartridge 2.例文帳に追加
(iii) Use of the cartridge 2 eliminates the need for a cementitious kneaded product storage tank, supply pump, and supply piping, thereby simplifying the additional manufacturing equipment.
(iv) Since the piston 21 attached to the cartridge 2 is simply pressurized to push out the cementitious kneaded material, the extrusion speed can be easily adjusted (controlled). No sagging occurs from the discharge port of the nozzle 23 even when stopped.
The method of pressurizing the cartridge 2 is not particularly limited, but as shown in FIG. 3 described later, the pressure is directly transmitted to the piston 21 using a rack and pinion mechanism driven by an electric motor installed in the additional manufacturing equipment. This method is preferred because it can be extruded under high pressure. Moreover, as the cartridge 2, for example, a cylindrical container used in a commercially available caulking gun can be used.
The positioning mechanism of the nozzle 23 when extruding the cementitious kneaded material adopts a mechanism of orthogonal axes, which is a mechanism adopted in general additive manufacturing equipment. , the Y-axis and the Z-axis, a parallel link mechanism can be used. Here, the parallel link mechanism is a mechanism that always moves three motors simultaneously while being linked in parallel to determine the positions of the X-, Y-, and Z-axes. Additive manufacturing equipment that employs a parallel link mechanism enables faster positioning of the nozzle (injection head) and reduces the load on the motor and vibration caused by inertia during positioning, enabling higher-precision molding. This is preferable as the nozzle positioning mechanism of the present invention.

(C)造形用セメント組成物
次に、造形用セメント組成物について説明する。
造形用セメント組成物は、少なくとも、セメント含有結合材を25~70質量%、混和剤を0.1~5質量%、および細骨材を25~70質量%含む組成物である。ただし、前記セメント含有結合材、混和剤、および細骨材の合計は100質量%である。前記各構成成分が前記範囲内にあれば、セメント質混練物のチクソトロピー性が高く、造形性に優れる。
なお、セメント含有結合材の含有率は、好ましくは35~65質量%、より好ましくは40~60質量%であり、混和剤の含有率は、好ましくは0.3~4.0質量%、より好ましくは0.5~3.5質量%であり、細骨材の含有率は、好ましくは35~65質量%、より好ましくは40~60質量%である。
以下、さらに、(i)セメント含有結合材、(ii)混和剤、および(iii)細骨材に分けて説明する。
(C) Cement composition for modeling Next, the cement composition for modeling will be described.
A cement composition for shaping is a composition containing at least 25 to 70% by mass of a cement-containing binder, 0.1 to 5% by mass of an admixture, and 25 to 70% by mass of fine aggregate. However, the total amount of the cement-containing binder, admixture and fine aggregate is 100% by mass. When each component is within the above range, the cementitious kneaded product has high thixotropy and excellent moldability.
The content of the cement-containing binder is preferably 35-65% by mass, more preferably 40-60% by mass, and the content of the admixture is preferably 0.3-4.0% by mass, more preferably 0.3-4.0% by mass. It is preferably 0.5 to 3.5% by mass, and the fine aggregate content is preferably 35 to 65% by mass, more preferably 40 to 60% by mass.
Hereinafter, further description will be given separately for (i) cement-containing binders, (ii) admixtures, and (iii) fine aggregates.

(i)セメント含有結合材
該セメント含有結合材は、セメント、非晶質アルミノケイ酸塩、並びに、石膏および/または硫酸アルカリ金属塩を必須の成分として含む混合物である。
前記セメントは、白色ポルトランドセメント、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、シリカフューム含有セメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント、超速硬セメント、コロイドセメント、およびエコセメント等から選ばれる1種以上が挙げられる。
前記セメント含有結合材中のセメントの含有率は、好ましくは50~90質量%である。該値が50質量%未満では、造形物の特に短期強度の発現性が充分でない場合があり、90質量%を超えるとセメント含有結合材中のセメント以外の必須成分の含有率が、その分低くなり、チクソトロピー性が低下し、形状の保持性が低下するおそれがある。なお、セメントの含有率は、より好ましくは60~85質量%、さらに好ましくは65~80質量%である。
(i) Cement-Containing Binder The cement-containing binder is a mixture containing cement, amorphous aluminosilicate, and gypsum and/or alkali metal sulfate as essential components.
The cements include white Portland cement, ordinary Portland cement, high-early-strength Portland cement, moderate-heat Portland cement, low-heat Portland cement, silica-fume-containing cement, blast-furnace cement, fly-ash cement, alumina cement, ultra-rapid-hardening cement, colloidal cement, and ecocement. and the like.
The content of cement in the cement-containing binder is preferably 50-90% by mass. If the value is less than 50% by mass, the short-term strength of the shaped product may not be sufficiently expressed, and if it exceeds 90% by mass, the content of essential components other than cement in the cement-containing binder will be correspondingly low. As a result, the thixotropic property may be lowered, and the shape retention may be lowered. The cement content is more preferably 60 to 85% by mass, still more preferably 65 to 80% by mass.

前記非晶質アルミノケイ酸塩は、A型、X型、Y型、Pc型、およびT型等のゼオライトや、カオリン、アナルサイム、チヤバサイト、モルデナイト、エリオナイト、ホージャサイト、並びに、クリノパチロライトから選ばれる1種以上に対して、酸処理、イオン交換処理、および焼成処理から選ばれる1種以上の処理をして得られる、非晶質化したアルミノケイ酸塩が挙げられる。また、一部が非晶質化しているフライアッシュ等も使用できる。
前記セメント含有結合材中の非晶質アルミノケイ酸塩の含有率は、好ましくは7~30質量%である。該値が7質量%未満では、チクソトロピー性の低下により形状の保持性が十分でなく、30質量%を超えると相対的にセメントの含有率が低下して、セメントによる強度発現性が低下するおそれがある。なお、非晶質アルミノケイ酸塩の含有率は、より好ましくは7~25質量%、さらに好ましくは10~20質量%である。
The amorphous aluminosilicates include A-type, X-type, Y-type, Pc-type, and T-type zeolites, kaolin, analcyme, chabasite, mordenite, erionite, faujasite, and clinopatirolite. Amorphized aluminosilicate obtained by subjecting one or more selected materials to one or more treatments selected from acid treatment, ion exchange treatment, and calcination treatment. In addition, fly ash or the like, which is partly amorphous, can also be used.
The content of amorphous aluminosilicate in the cement-containing binder is preferably 7-30% by mass. If the value is less than 7% by mass, the thixotropic property is lowered and the shape retention is not sufficient. There is The content of amorphous aluminosilicate is more preferably 7 to 25% by mass, still more preferably 10 to 20% by mass.

前記石膏は、無水石膏、半水石膏、および二水石膏から選ばれる1種以上が挙げられる。また、該石膏は天然石膏のほか、フッ酸石膏、リン酸石膏、芒硝石膏、排脱石膏等の副産石膏や、廃石膏ボード等の廃材を加熱処理して得られる再生石膏が使用できる。
前記硫酸アルカリ金属塩は、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸リチウム、硫酸水素ナトリウム、および硫酸水素カリウムから選ばれる1種以上が挙げられる。
前記セメント含有結合材中の石膏および/または硫酸アルカリ金属塩の配合量は、非晶質アルミノケイ酸塩100質量部に対し10~150質量部が好ましく、より好ましくは20~120質量部、さらに好ましくは30~100質量部である。
なお、石膏と硫酸アルカリ金属塩を併用する場合、石膏と硫酸アルカリ金属塩の割合は特に制限されないが、石膏:硫酸アルカリ金属塩の質量比で、好ましくは99.99:0.01~70:30、より好ましくは99.95:0.05~80:20である。
The gypsum includes one or more selected from anhydrous gypsum, hemihydrate gypsum, and dihydrate gypsum. In addition to natural gypsum, the gypsum may be by-product gypsum such as hydrofluoric gypsum, phosphate gypsum, mirabilite gypsum, excreted gypsum, or recycled gypsum obtained by heat-treating waste materials such as waste gypsum boards.
The alkali metal sulfate includes one or more selected from sodium sulfate, potassium sulfate, lithium sulfate, sodium hydrogensulfate, and potassium hydrogensulfate.
The amount of gypsum and/or alkali metal sulfate compounded in the cement-containing binder is preferably 10 to 150 parts by mass, more preferably 20 to 120 parts by mass, and still more preferably 100 parts by mass of the amorphous aluminosilicate. is 30 to 100 parts by mass.
When gypsum and alkali metal sulfate are used together, the ratio of gypsum and alkali metal sulfate is not particularly limited, but the mass ratio of gypsum:alkali metal sulfate is preferably 99.99:0.01 to 70: 30, more preferably 99.95:0.05 to 80:20.

前記セメント含有結合材は、さらに水酸化カルシウムを含有することが好ましい。セメント含有結合材中の水酸化カルシウムの含有率は、好ましくは5質量%以下であり、より好ましくは0.5~4.5質量%、さらに好ましくは1~3質量%である。水酸化カルシウムの含有率が前記範囲内であれば、セメント混練物の急硬性が向上するとともに、チクソトロピー性による形状の保持性も向上する。 The cement-containing binder preferably further contains calcium hydroxide. The content of calcium hydroxide in the cement-containing binder is preferably 5 mass % or less, more preferably 0.5 to 4.5 mass %, still more preferably 1 to 3 mass %. When the content of calcium hydroxide is within the above range, the cement kneaded product has improved rapid hardening property and shape retention due to thixotropy.

(ii)混和剤
該混和剤は、減水剤、消泡剤、並びに、増粘剤および/または粉末セルロースを、必須の成分として含む混合物である。
前記減水剤は、メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物の塩(メラミン系)、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物の塩(ナフタレン系)、アクリル酸塩-アクリル酸エステルの共重合体などを主鎖としポリエチレンオキサイド等をグラフト鎖として有するポリカルボン酸系と称されるものなど、通常、コンクリートに用いられる減水剤が使用できるが、本発明では、特にメラミン系減水剤が好ましい。
前記減水剤は、液体状、粉末状の別は問わないが、その取り扱いの利便性から粉末状のものが好ましい。
該混和剤中の減水剤の割合は、混和剤を100質量%として、流動性向上の観点から、好ましくは5~60質量%、より好ましくは10~40質量%である。
(ii) Admixture The admixture is a mixture containing, as essential ingredients, a water reducing agent, an antifoaming agent, and a thickening agent and/or powdered cellulose.
The water reducing agent has a main chain of a salt of melamine sulfonic acid formaldehyde condensate (melamine type), a salt of naphthalene sulfonic acid formaldehyde condensate (naphthalene type), a copolymer of acrylate-acrylic acid ester, etc., and polyethylene oxide or the like. As a graft chain, a polycarboxylic acid-based water reducing agent generally used for concrete can be used, but in the present invention, a melamine-based water reducing agent is particularly preferred.
The water-reducing agent may be liquid or powdery, but the powdery one is preferred for convenience of handling.
The ratio of the water reducing agent in the admixture is preferably 5 to 60% by mass, more preferably 10 to 40% by mass, based on 100% by mass of the admixture, from the viewpoint of improving fluidity.

前記消泡剤は、シリコーン系、エーテル系、鉱物油系、エステル系、エマルション系、およびノニオン系等から選ばれる1種以上が挙げられる。
前記消泡剤は、エマルジョン、粉末状の別は問わないが、取り扱いの利便性から粉末状のものが好ましい。
前記混和剤中の消泡剤の割合は、前記減水剤100質量部に対して、好ましくは1~300質量部、より好ましくは3~200質量部、さらに好ましくは5~150質量部である。なお、減水剤としてメラミン系粉末減水剤を使用する場合は、消泡剤の割合は、メラミン系粉末減水剤100質量部に対して、好ましくは2~200質量部、より好ましくは2.5~150質量部、さらに好ましくは5~100質量部である。消泡剤の割合が該範囲内であれば、空気の混入を抑制できる。
Examples of the antifoaming agent include one or more selected from silicone, ether, mineral oil, ester, emulsion, nonionic, and the like.
The antifoaming agent may be in the form of an emulsion or a powder, but the powder form is preferred from the standpoint of convenience in handling.
The proportion of the antifoaming agent in the admixture is preferably 1 to 300 parts by mass, more preferably 3 to 200 parts by mass, and still more preferably 5 to 150 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the water reducing agent. When a melamine powder water reducing agent is used as the water reducing agent, the proportion of the defoaming agent is preferably 2 to 200 parts by mass, more preferably 2.5 to 200 parts by mass, per 100 parts by mass of the melamine powder water reducing agent. 150 parts by mass, more preferably 5 to 100 parts by mass. If the ratio of the antifoaming agent is within this range, entrainment of air can be suppressed.

前記増粘剤は、増粘効果を有するものであれば特に限定されず、例えば、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)、ヒドロキシエチルメチルセルロース(HEMC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、ヒドロキシエチルエチルセルロース(HEEC)、アルギン酸、β-1,3グルカン、プルラン、ウェランガム、キサンタンガム、グアガム、カラギーナン、ガラクトマンナン、ペクチン、メチルスターチ、エチルスターチ、プロピルスターチ、メチルプロピルスターチ、ヒドロキシエチルスターチ、ヒドロキシプロピルスターチ、ヒドロキシプロピルメチルスターチ等の増粘多糖類;ポリアクリル酸;ポリビニルアルコール;ポリエチレングリコール等から選ばれる1種以上が挙げられる。
また、前記粉末セルロースは、繊維長が18~1000μm、繊維径が15~50μmのセルロース繊維である。
The thickening agent is not particularly limited as long as it has a thickening effect. Ethyl ethyl cellulose (HEEC), alginic acid, β-1,3 glucan, pullulan, welan gum, xanthan gum, guar gum, carrageenan, galactomannan, pectin, methyl starch, ethyl starch, propyl starch, methyl propyl starch, hydroxyethyl starch, hydroxypropyl starch , thickening polysaccharides such as hydroxypropylmethyl starch; polyacrylic acid; polyvinyl alcohol; polyethylene glycol;
The powdered cellulose is cellulose fibers having a fiber length of 18 to 1000 μm and a fiber diameter of 15 to 50 μm.

前記混和剤中の増粘剤および/または粉末セルロースの割合は、前記減水剤100質量部に対して、好ましくは5~900質量部、より好ましくは10~800質量部、さらに好ましくは15~700質量部である。なお、減水剤としてメラミン系粉末減水剤を使用する場合は、増粘剤および/または粉末セルロースの割合は、メラミン系粉末減水剤100質量部に対して、好ましくは10~600質量部、より好ましくは20~550質量部、さらに好ましくは30~500質量部である。増粘剤および/または粉末セルロースの割合が該範囲内であれば、粘性が適切なため造形性が高く、また形状保持性にも優れる。
なお、増粘剤と粉末セルロースを併用する場合は、増粘剤と粉末セルロースの割合は特に制限されないが、増粘剤:粉末セルロースの質量比で、好ましくは99:1~1:99、より好ましくは98:2~2:98である。
The ratio of the thickening agent and/or powdered cellulose in the admixture is preferably 5 to 900 parts by mass, more preferably 10 to 800 parts by mass, and still more preferably 15 to 700 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the water reducing agent. part by mass. When a melamine powder water reducing agent is used as the water reducing agent, the proportion of the thickener and/or powdered cellulose is preferably 10 to 600 parts by mass, more preferably 100 parts by mass, per 100 parts by mass of the melamine powder water reducing agent. is 20 to 550 parts by mass, more preferably 30 to 500 parts by mass. If the ratio of the thickener and/or the powdered cellulose is within this range, the viscosity is appropriate, so that the shapeability is high, and the shape retention is also excellent.
When a thickener and powdered cellulose are used in combination, the ratio of the thickener to the powdered cellulose is not particularly limited, but the mass ratio of the thickener to the powdered cellulose is preferably 99:1 to 1:99, or more. It is preferably 98:2 to 2:98.

(iii)細骨材
該細骨材は、川砂、陸砂、海砂、砕砂、軽量骨材、重量骨材、スラグ骨材、石灰石砂、珪砂、および人工砂から選ばれる1種以上である。そして、細骨材の最大粒径は、好ましくは2.5mm以下である。細骨材の最大粒径が2.5mmを超えると、繊細なデザインの造形が困難となる。なお、デザインの造形の繊細さの観点から、細骨材の最大粒径は、より好ましくは1.8mm以下、さらに好ましくは0.6mm以下であり、粉末状であってもよい。
(iii) Fine aggregate The fine aggregate is one or more selected from river sand, land sand, sea sand, crushed sand, lightweight aggregate, heavy aggregate, slag aggregate, limestone sand, silica sand, and artificial sand. . And the maximum particle size of the fine aggregate is preferably 2.5 mm or less. If the maximum particle diameter of the fine aggregate exceeds 2.5 mm, it becomes difficult to form a delicate design. From the viewpoint of the delicacy of the design, the maximum particle size of the fine aggregate is more preferably 1.8 mm or less, more preferably 0.6 mm or less, and may be in the form of powder.

(iv)造形用セメント組成物のその他の任意の成分
前記造形用セメント組成物は、前記(i)~(iii)の必須の成分のほか、組成物の機能を著しく損なう可能性のない任意の成分を含有できる。例えば、該任意の成分は、各種のスラグ(高炉スラグ、徐冷スラグ、鉄鋼スラグ等)、ポゾラン物質、膨張材、収縮低減剤、ポリマーディスパージョン(液状のエマルション、再乳化型の粉末の別は問わない。)、中空微粒子、樹脂粉末、硬化遅延剤、繊維、発泡剤、起泡剤、および空気連行剤等から選ばれる1種以上が挙げられる。
(iv) Other optional components of the cement composition for modeling can contain ingredients. For example, the optional components include various slags (blast furnace slag, slow-cooled slag, steel slag, etc.), pozzolanic substances, expansive agents, shrinkage reducing agents, polymer dispersions (liquid emulsions, re-emulsified powders, etc.) It does not matter.), hollow fine particles, resin powders, curing retardants, fibers, foaming agents, foaming agents, air entraining agents, and the like.

(D)セメント質混練物
該混練物は、前記造形用セメント組成物と水を混練したものであり、セメント質混練物の流動性は、好ましくは、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に規定するフローコーンに該混練物を充填した後、該フローコーンを上方に垂直に取り去って、50Hzの振動を10秒間加えて流動が停止したときのフロー値で150~220mmである。該フロー値を有するセメント質混練物であれば、本発明の付加製造方法の押し出し工程に用いるカートリッジ2のノズル23からの混練物の押し出しの開始および停止を容易に制御できる。また、押し出し後の混練物は自立して造形性が高い。
前記セメント質混練物は、造形用セメント組成物100質量部に対し、水を好ましくは15~35質量部添加して混練して調製する。水量が該範囲内にあれば、セメント質混練物の前記フロー値が150~220mmの範囲内になり粘性が適正で造形性が高い。なお、用いる水は水道水でよい。
(D) Cementitious kneaded product The kneaded product is obtained by kneading the cement composition for modeling with water, and the fluidity of the cementitious kneaded product preferably conforms to JIS R 5201 "Physical test methods for cement". After filling the specified flow cone with the kneaded material, remove the flow cone vertically, apply vibration of 50 Hz for 10 seconds, and when the flow stops, the flow value is 150 to 220 mm. If the cementitious kneaded material has this flow value, it is possible to easily control the start and stop of extrusion of the kneaded material from the nozzle 23 of the cartridge 2 used in the extrusion step of the additive manufacturing method of the present invention. In addition, the kneaded product after extrusion stands on its own and has high formability.
The cementitious kneaded product is prepared by adding preferably 15 to 35 parts by mass of water to 100 parts by mass of the cement composition for molding and kneading the mixture. If the amount of water is within this range, the flow value of the cementitious kneaded product will be within the range of 150 to 220 mm, and the viscosity will be appropriate and the formability will be high. In addition, the water to be used may be tap water.

本発明で用いるセメント質混練物は、さらに硬化促進剤を任意の成分として含んでもよい。
硬化促進剤を含むセメント質混練物は、硬化促進剤を含まないセメント質混練物に、硬化促進剤を接触させた混練物である。硬化促進剤の使用により、セメント質混練物の硬化が促進して造形効率が向上する。ここで前記セメント質混練物に硬化促進剤を接触させるとは、セメント質混練物層に硬化促進剤を滴下、塗布、散布、噴霧、またはセメント質混練物中に硬化促進剤を含めるなどの行為をいう。
前記硬化促進剤は、アルミン酸塩、炭酸塩、ケイ酸塩、カルシウムアルミネート、カルシウムサルフォアルミネート、硫酸アルミニウム、およびミョウバン等から選ばれる1種以上の固体(粉体)、懸濁液、または水溶液が使用可能であるが、硬化促進性、長期強度発現性、および作業の安全性から、特に、硫酸アルミニウムを主成分とする水溶液が好ましい。
前記硫酸アルミニウム水溶液中の硫酸アルミニウムの濃度は、好ましくは5質量%以上である。該濃度が5質量%未満では、硬化の促進が小さい。なお、該濃度の上限は飽和濃度である。下層となるセメント質混練物の硬化が進み、表面が乾燥していると、上層の混練物層との一体化が困難になるため、下層となるセメント質混練物の硬化層が前記試験方法において終結以前の硬化の状態で、上層のセメント質混練物層を形成するのが、一体性を確保する上で好ましい。
The cementitious mixture used in the present invention may further contain a hardening accelerator as an optional component.
A cementitious mixture containing a hardening accelerator is a mixture obtained by contacting a cementitious mixture containing no hardening accelerator with a hardening accelerator. The use of a hardening accelerator accelerates the hardening of the cementitious kneaded material and improves the molding efficiency. Here, contacting the cementitious kneaded material with the hardening accelerator means an act such as dropping, coating, spraying, or spraying the hardening accelerator on the cementitious kneaded material layer, or including the hardening accelerator in the cementitious kneaded material. Say.
The hardening accelerator is one or more solids (powder) selected from aluminates, carbonates, silicates, calcium aluminates, calcium sulfoaluminates, aluminum sulfates, and alums, suspensions, Alternatively, an aqueous solution can be used, but an aqueous solution containing aluminum sulfate as a main component is particularly preferred from the viewpoint of curing acceleration, long-term strength development, and safety in work.
The concentration of aluminum sulfate in the aluminum sulfate aqueous solution is preferably 5% by mass or more. If the concentration is less than 5% by mass, the acceleration of curing is small. Note that the upper limit of the concentration is the saturated concentration. If the hardening of the cementitious kneaded material as the lower layer progresses and the surface is dry, it becomes difficult to integrate with the upper layer of the cementitious kneaded material. Forming the upper layer of cementitious mixture in a state of hardening before termination is preferable for ensuring integrity.

なお、本発明の付加製造方法により製造した造形物の養生方法は、特に限定されず、1種類または2種類以上の養生方法を併用してもよく、例えば、気中養生、封緘養生、湿空養生、蒸気養生、水中養生、温熱養生、炭酸ガス養生、およびオートクレーブ養生等から選ばれる1種以上が挙げられる。 The method of curing the shaped object manufactured by the additive manufacturing method of the present invention is not particularly limited, and one or two or more curing methods may be used in combination. One or more selected from curing, steam curing, underwater curing, thermal curing, carbon dioxide curing, autoclave curing and the like can be used.

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこの実施例に限定されない。
1.使用材料
下記のセメント含有結合材、混和剤、および細骨材を含む造形用セメント組成物と、下記の水を用いた。
(1)造形用セメント組成物
(1-1)セメント含有結合材
(i)セメント:白色ポルトランドセメント(山陽白色セメント社製)
(ii)非晶質アルミノケイ酸塩:メタカオリン(商品名 MetaMax HRM、BASFジャパン社製)
(iii)石膏:II型無水石膏(旭硝子社製)
(iv)水酸化カルシウム(重安石灰社製)
(v)硫酸アルカリ金属塩:芒硝(東ソー社製)
(1-2)混和剤
(i)メラミン系粉末減水剤:メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物の塩を有効成分とする減水剤(メルメント[登録商標]、BASFジャパン社製)
(ii)増粘剤:増粘多糖類(商品名 Esacol210H[登録商標]、BASFジャパン社製)
(iii)粉末セルロース:セルロース微粉末(商品名 Arbocel PWC500、レッテンマイヤー社製)
(iv)消泡剤:ポリエーテル系消泡剤(商品名 アデカネートB317F、ADEKA社製)
(1-3)細骨材
石灰石砂(最大粒径 0.6mm)
(2)水
上水道水
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
1. Materials Used A molding cement composition containing the following cement-containing binder, admixture, and fine aggregate, and the following water were used.
(1) Cement composition for modeling (1-1) Cement-containing binding material (i) Cement: White Portland cement (manufactured by Sanyo White Cement Co., Ltd.)
(ii) Amorphous aluminosilicate: Metakaolin (trade name MetaMax HRM, manufactured by BASF Japan)
(iii) Gypsum: type II anhydrous gypsum (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.)
(iv) Calcium hydroxide (manufactured by Shigean Lime Co., Ltd.)
(v) Alkali metal sulfate: Glauber's salt (manufactured by Tosoh Corporation)
(1-2) Admixture (i) Melamine-based powder water reducing agent: water reducing agent containing salt of melamine sulfonic acid formaldehyde condensate as an active ingredient (Melment [registered trademark], manufactured by BASF Japan)
(ii) Thickener: Thickening polysaccharide (trade name Esacol210H [registered trademark], manufactured by BASF Japan Ltd.)
(iii) Powdered cellulose: cellulose fine powder (trade name: Arbocel PWC500, manufactured by Rettenmeier)
(iv) Antifoaming agent: polyether antifoaming agent (trade name: Adecanate B317F, manufactured by ADEKA)
(1-3) Fine aggregate Limestone sand (maximum particle size 0.6 mm)
(2) Water Tap water

2.本発明の付加製造方法を用いた混練
ポリエチレン製の袋(縦35cm、横45cm、厚さ0.1mm)に、表1に示す造形用セメント組成物100質量部(1000g)を入れ、さらに水32.5質量部(325g)を添加した後、開口部をビニールテープで巻いて封をし、非せん断混合方式の混合機(製品名スタンダードオーエムミキサーOM-5、チヨダマシナリー社製)を用いて混練してセメント質混練物を調製した。
次に、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に規定するフローコーンに、前記セメント質混練物を充填した後、該フローコーンを上方に垂直に取り去って、50Hzの振動を10秒間加えて流動が停止したときのフロー値は193mmであった。
2. Kneading using the additive manufacturing method of the present invention In a polyethylene bag (35 cm long, 45 cm wide, 0.1 mm thick), 100 parts by mass (1000 g) of the cement composition for modeling shown in Table 1 was put, and 32 parts of water was added. After adding .5 parts by mass (325 g), the opening is wrapped with vinyl tape to seal, and kneaded using a non-shear mixing type mixer (product name: Standard O-M Mixer OM-5, manufactured by Chiyoda Machinery Co., Ltd.). to prepare a cementitious kneaded product.
Next, after filling the cementitious kneaded material into the flow cone defined in JIS R 5201 "Physical test method for cement", remove the flow cone vertically and apply vibration of 50 Hz for 10 seconds to make it flow. When the was stopped, the flow value was 193 mm.

Figure 0007149687000001
Figure 0007149687000001

3.本発明の付加製造方法を用いた造形
内径4.9cm、長さ21.5cmの円筒型カートリッジを縦に設置した後、前記セメント質混練物を、図4に示すように、袋の先端に穴を開けて、カートリッジ上部よりカートリッジ内に加振しながら充填した。充填後も、カートリッジを加振して、前記セメント質混練物内の巻き込み気泡を除去した。
前記セメント質混練物を充填したカートリッジは、ただちに上部からピストンを挿入し、混練物との間に隙間がなくなるまで密着させた。カートリッジとピストンを密着させるため、ピストンの側面にはワセリンが塗布されている。なお、使用したピストンの形状は、直径4.8cm、長さ2cmの中空円柱型である。
次に、カートリッジの下部に対して、先端の尖った道具を用い、カートリッジ内部に予め貼り付けられているアルミ箔のシールに穴を開け、直ちに排出口にノズルを取り付けて、混練物がノズルから排出できるようにした。取り付けたプラスチック製ノズルの形状は、根元部の内径が1.6cm、排出口の内側の断面積は0.28cm、長さ5.7cmの円錐台型である。ノズルを取り付けたカートリッジは、図2に示す、付加製造装置のカートリッジをストックする位置にセットした。
付加製造装置を起動し、予め製造する造形物の形状データを取り込んで、カートリッジのセットが完了した後、造形作業を開始した。造形作業では、最初に位置決め機構部にカートリッジを取り込み、ピストンの突起部をチャックで掴むことにより、カートリッジから混練物を押し出した。図3に示すように、付加製造装置に設置した電動機の駆動により、ラック・ピニオン機構を用いてピストンを作動させて、混練物の押し出しの開始および停止を制御した。押し出しの開始時における負荷は20kgであった。
また、混練物を押し出す際のノズルの位置決めは、一般的な付加製造装置に採用されているパラレルリンク機構により、X軸、Y軸、およびZ軸の位置を決める3つのモーターを同時かつ並列にリンクさせながら動かして、X軸、Y軸、およびZ軸の位置を決定した。
カートリッジからの混練物の押し出し量(ピストンの押し込み量)が所定の値になると、付加製造装置が自動的にカートリッジの交換作業を行い、引き続き造形作業を行なった。以上の作業を連続的に実施した結果、繊細かつ多様なデザインを有する造形物を安定的に製造することができた。図6に得られた造形物の一例を示す。
3. Modeling using the additive manufacturing method of the present invention After vertically installing a cylindrical cartridge with an inner diameter of 4.9 cm and a length of 21.5 cm, the cementitious kneaded product is placed in a hole at the tip of the bag as shown in FIG. was opened and filled into the cartridge from the top of the cartridge while being vibrated. After filling, the cartridge was also shaken to remove trapped air bubbles in the cementitious kneaded material.
A piston was immediately inserted into the cartridge filled with the cementitious kneaded material from above, and the cartridge and the kneaded material were brought into close contact with each other until there was no gap between them. Vaseline is applied to the side of the piston to keep the cartridge and piston in close contact. The shape of the piston used was a hollow cylinder with a diameter of 4.8 cm and a length of 2 cm.
Next, use a tool with a sharp tip to the bottom of the cartridge to punch a hole in the aluminum foil seal that is pre-pasted inside the cartridge. made it possible to eject. The shape of the attached plastic nozzle is a truncated cone with an inner diameter of 1.6 cm at the base, a cross-sectional area inside the outlet of 0.28 cm 2 , and a length of 5.7 cm. The cartridge to which the nozzle was attached was set at the position shown in FIG. 2 for stocking the cartridge of the additional manufacturing apparatus.
After the additional manufacturing apparatus was activated, the shape data of the molded object to be manufactured in advance was taken in, and the cartridge was completely set, the molding work was started. In the molding operation, the cartridge was first taken into the positioning mechanism, and the kneaded material was extruded from the cartridge by gripping the protrusion of the piston with a chuck. As shown in FIG. 3, by driving the electric motor installed in the additional manufacturing equipment, the piston was operated using the rack and pinion mechanism to control the start and stop of extrusion of the kneaded material. The load at the start of extrusion was 20 kg.
In addition, the positioning of the nozzle when extruding the kneaded material is performed by simultaneously and in parallel with three motors that determine the positions of the X-axis, Y-axis, and Z-axis using a parallel link mechanism that is used in general additive manufacturing equipment. The X-, Y-, and Z-axis positions were determined by moving while linking.
When the extrusion amount of the kneaded material from the cartridge (push amount of the piston) reached a predetermined value, the additional manufacturing apparatus automatically performed the cartridge exchange operation, and continued the molding operation. As a result of continuously performing the above operations, we were able to stably manufacture objects with delicate and diverse designs. FIG. 6 shows an example of the modeled object obtained.

2 カートリッジ
21 ピストン
22 セメント質混練物
23 ノズル
2 cartridge 21 piston 22 cementitious mixture 23 nozzle

Claims (3)

(A)造形用セメント組成物100質量部に対し、15~35質量部を添加して混練してセメント質混練物を得るための混練工程と、
(B)該セメント質混練物を押し出して硬化させて造形物を得るための押し出し工程
を少なくとも含む、付加製造方法。ただし、
(A-1)前記造形用セメント組成物は、セメント含有結合材を25~70質量%、混和剤を0.1~5質量%、および細骨材を25~70質量%を少なくとも含み、
(A-2)前記セメント含有結合材は、セメントを50~90質量%、非晶質アルミノケイ酸塩を7~30質量%、並びに、石膏および/または硫酸アルカリ金属塩を前記非晶質アルミノケイ酸塩100質量部に対し10~150質量部含む。また、
(B-1)前記押し出し工程は、前記セメント質混練物を充填したカートリッジを50kPa以上に加圧してセメント質混練物を押し出す工程であり、
(B-2)前記カートリッジは、ピストンとノズルを備え、該カートリッジに付属するノズルの排出口の内側の断面積は0.1~1cm である。
(A) a kneading step of adding 15 to 35 parts by mass of water to 100 parts by mass of the cement composition for modeling and kneading to obtain a cementitious kneaded product;
(B) An additive manufacturing method comprising at least an extrusion step for extruding and hardening the cementitious kneaded material to obtain a shaped article. however,
(A-1) The cement composition for molding contains at least 25 to 70% by mass of a cement-containing binder, 0.1 to 5% by mass of an admixture, and 25 to 70% by mass of fine aggregate,
(A-2) The cement-containing binder comprises 50 to 90% by mass of cement, 7 to 30% by mass of amorphous aluminosilicate, and gypsum and/or alkali metal sulfate of the amorphous aluminosilicate. Contains 10 to 150 parts by mass per 100 parts by mass of salt. again,
(B-1) The extruding step is a step of pressurizing the cartridge filled with the cementitious kneaded material to 50 kPa or more to extrude the cementitious kneaded material,
(B-2) The cartridge has a piston and a nozzle, and the internal cross-sectional area of the discharge port of the nozzle attached to the cartridge is 0.1 to 1 cm 2 .
前記(A)混練工程が、造形用セメント組成物と水を袋に入れて、該袋全体を非せん断混合方式の混合機で混練する工程である、請求項1に記載の付加製造方法。 2. The additive manufacturing method according to claim 1, wherein the kneading step (A) is a step of putting the cement composition for modeling and water into a bag and kneading the entire bag with a non-shear mixing type mixer. 前記非せん断混合方式の混合機が、揺動ミキサ、傾胴ミキサ、ドラム式ミキサ、餅つき機、洗濯機、パドル型混合機、またはパン型造粒機である、請求項に記載の付加製造方法。
3. The addition according to claim 2 , wherein the non-shear mixing type mixer is an oscillating mixer, a tilting drum mixer, a drum mixer, a rice cake maker, a washing machine, a paddle type mixer, or a pan type granulator. Production method.
JP2017017580A 2017-02-02 2017-02-02 additive manufacturing method Active JP7149687B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017017580A JP7149687B2 (en) 2017-02-02 2017-02-02 additive manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017017580A JP7149687B2 (en) 2017-02-02 2017-02-02 additive manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018122539A JP2018122539A (en) 2018-08-09
JP7149687B2 true JP7149687B2 (en) 2022-10-07

Family

ID=63109221

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017017580A Active JP7149687B2 (en) 2017-02-02 2017-02-02 additive manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7149687B2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7243078B2 (en) * 2018-08-13 2023-03-22 株式会社大林組 Structure formation method
JP7099930B2 (en) * 2018-10-25 2022-07-12 太平洋セメント株式会社 Cement composition for modeling
KR102270181B1 (en) * 2018-11-22 2021-06-28 한국세라믹기술원 Composition for cement-based 3d printing exterior material having lightweight and flame retardant preformance
JP7142552B2 (en) * 2018-12-04 2022-09-27 太平洋セメント株式会社 METHOD FOR SELECTING HYDRAULIC COMPOSITION FOR EXTRUSION ADDITIVE MANUFACTURING EQUIPMENT AND METHOD FOR MANUFACTURING MODEL
KR102270193B1 (en) * 2018-12-28 2021-06-29 한국세라믹기술원 Cement-based composition and additive manufacturing method for 3D printing architectural exterior finishing materials
JP2020111941A (en) * 2019-01-10 2020-07-27 清水建設株式会社 Construction method of concrete structure
JP2020200215A (en) * 2019-06-10 2020-12-17 大成建設株式会社 Cement material for additional lamination, mortar or concrete, and additional lamination method
JP7376341B2 (en) 2019-12-20 2023-11-08 太平洋セメント株式会社 Cement composition for modeling

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5529471A (en) 1995-02-03 1996-06-25 University Of Southern California Additive fabrication apparatus and method
JP2009234890A (en) 2008-03-28 2009-10-15 Denki Kagaku Kogyo Kk Cement composition and mortar or concrete produced by using the same
JP2015502870A (en) 2011-11-01 2015-01-29 ローボロー・ユニヴァーシティー Cement material transport method and transport device
US20160107332A1 (en) 2015-12-28 2016-04-21 Caterpillar Inc. 3d printing system

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4939609A (en) * 1972-08-23 1974-04-13
JPH0381454A (en) * 1989-08-25 1991-04-05 Mitsubishi Materials Corp Hand operated injection device
JPH0752140A (en) * 1993-08-10 1995-02-28 Chichibu Onoda Cement Corp Production of cement paste, mortar or concrete and material container
JP6030185B2 (en) * 2014-05-14 2016-11-24 ソク−ムン,キム 3D printing apparatus and method, and construction method of steel concrete structure using the same
CN105384416B (en) * 2015-11-26 2017-12-05 中国建筑股份有限公司 3D printing bi-component cement-base composite material and its production and use

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5529471A (en) 1995-02-03 1996-06-25 University Of Southern California Additive fabrication apparatus and method
JP2009234890A (en) 2008-03-28 2009-10-15 Denki Kagaku Kogyo Kk Cement composition and mortar or concrete produced by using the same
JP2015502870A (en) 2011-11-01 2015-01-29 ローボロー・ユニヴァーシティー Cement material transport method and transport device
US20160107332A1 (en) 2015-12-28 2016-04-21 Caterpillar Inc. 3d printing system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018122539A (en) 2018-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7149687B2 (en) additive manufacturing method
JP7224711B2 (en) Cement composition for modeling and method for producing cementitious hardened body
CN109890584B (en) Multi-component mortar system
JP6787816B2 (en) Cementum material for 3D modeling for construction and 3D modeling method for construction
JP7196108B2 (en) Method for 3D printing of mineral binder composition
KR20190058547A (en) Lightweight gypsum compositions having internally generated bubbles and methods of making the articles made therefrom
JP2017185645A (en) Addition manufacturing system for molding cement mixed article
BR112021013832A2 (en) MINERAL BINDING COMPOSITION FOR 3D PRINTING
EP3487673A1 (en) Structure of reinforced cementitious material and process of making the same structure by a three-dimensional printing process
JP2022023318A (en) Method for manufacturing cement composition
WO2022265529A1 (en) Powder deposition system configured for the manufacture of objects by additive manufacturing and associated process
CN113354379B (en) Preparation method and equipment of high-strength ardealite block and pavement brick
JP7323256B2 (en) Bonding material with freshness and mechanical properties suitable for extrusion 3D printing
JP3678732B2 (en) Partially hydrated molded body of hydraulic composition, method for producing the same and method for using the same
JP7345344B2 (en) Curable paste preparation method, curable paste preparation set, and method for using the same
WO2023022089A1 (en) Wet cement mortar for three-dimensional molding for construction, and three-dimensional molding method for construction
JP7244007B2 (en) Three-dimensional object production method by three-dimensional modeling device
CN216884544U (en) High-doping-amount phosphogypsum paving brick production line
JP2004262671A (en) Unhydrated formed body of hydraulic composition, its producing method, and method for utilizing the same
WO2023232622A1 (en) Method for layer-by-layer deposition of concrete using rapidly hydrating cementitious material and bicomponent cementitious binder composition therefor
CN106630884A (en) High-density gypsum block
TW201817694A (en) System and method for making and applying a non-portland cement-based material
JP2021080158A (en) Hydraulic composition, method of applying hydraulic composition and kit using the same
JP4948196B2 (en) Cementitious hardened body surface modifier and method for producing hardened cementitious body
JPH0564807A (en) Manufacture of fiber reinforced hydraulic inorganic composition and manufacture of compact

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200129

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201223

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210105

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210305

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20210406

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20210702

C116 Written invitation by the chief administrative judge to file amendments

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C116

Effective date: 20210715

C22 Notice of designation (change) of administrative judge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22

Effective date: 20210715

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210805

C22 Notice of designation (change) of administrative judge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22

Effective date: 20220509

C22 Notice of designation (change) of administrative judge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22

Effective date: 20220705

C23 Notice of termination of proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C23

Effective date: 20220816

C03 Trial/appeal decision taken

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C03

Effective date: 20220913

C30A Notification sent

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C3012

Effective date: 20220913

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220927

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7149687

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150