KR101526827B1 - 3d printing apparatus and constructing method of steel frame concrete structure using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a 3D printing apparatus which is capable of constructing a steel frame concrete structure, and to a construction method using the 3D printing apparatus, wherein the 3D printing apparatus comprises: a base frame; a movable unit which is movably installed on an upper part of the base frame; an extrusion head which is installed on one side of the movable unit and discharges a print raw material; and a jet nozzle which is installed on the other side of the movable unit and jets metal powder.

Description

3D 프린팅 장치 및 이를 이용한 철골 콘크리트 구조물 시공방법{3D printing apparatus and constructing method of steel frame concrete structure using the same}Technical Field [0001] The present invention relates to a 3D printing apparatus and a method of constructing a steel frame using the same,

본 발명은 3D 프린팅 장치 및 이를 이용하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철골 콘크리트 구조물을 시공할 수 있는 3D 프린팅 장치와, 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a 3D printing apparatus and a method of using the same, and more particularly, to a 3D printing apparatus capable of constructing a steel frame structure and a construction method using the same.

3D 프린팅(3D printing)은 최근 각광받고 있는 제조기술로서, 플라스틱 액체 혹은 기타 원료를 사출하거나 적층, 응고시켜 3차원 형태의 고체 제품을 제작하는 기술을 말하며, 전통적인 재료 가공 기술에 비해 속도, 가격, 사용 편리성 등 다양한 측면에서 우위를 나타내고 있다.3D printing (3D printing) is a technology that is getting popular in recent years. It refers to the technology to produce solid three-dimensional products by injection, lamination and solidification of plastic liquids or other raw materials. Ease of use, and so on.

3D 프린팅은 원료에 따라 액체, 파우더, 고체로 나뉘며, 레이저, 열, 빛 등의 소스를 기반으로 응고/적층하는 다양한 방식이 존재하는데, 3D 프린팅 방식은 현재까지 다양하게 개발되어 왔으며 각각의 방식은 제품 제작에 있어 장단점을 가지고 있다. 3D printing is divided into liquid, powder, and solid depending on the raw materials. There are various methods of coagulating / laminating based on sources such as laser, heat, and light. 3D printing methods have been developed variously so far. It has advantages and disadvantages in production.

3D 프린팅 방식은 각각의 분야마다 다른 형태의 방식이 사용될 수 있으며, 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.The 3D printing method can be used in different fields in different fields. FDM (Fused Deposition Modeling), 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), and LOM (Laminated Object Manufacturing).

일반적으로는, 열가소성 플라스틱으로 된 와이어 또는 필라멘트를 공급릴과 이송릴을 통해 공급하고, 공급된 필라멘트를 작업대에 대하여 상대적으로 XYZ 세 방향으로 위치 조절되는 3차원 이송기구에 장착된 히터노즐에서 용융시켜서 배출함으로써, 2차원 평면형태를 만들면서 이를 작업대 상에 한 층씩 적층하여 3차원으로 성형하는 용융 수지 압출 조형 방법(FDM)이 널리 사용되고 있다.Generally, a wire or filament made of thermoplastics is fed through a feed reel and a feed reel, and the fed filament is melted in a heater nozzle mounted on a three-dimensional feeding mechanism that is positioned relative to the workbench in three directions X and Y (FDM), which forms a two-dimensional planar shape by laminating it one by one on a workbench and molding it into three dimensions, is widely used.

이렇게 압출헤드에서 나오는 응고성 모델링 재료의 층을 융착시켜 3차원 모델을 제조하는 방법 및 장치의 예는 기존의 특허에서 많이 찾아볼 수 있으며, 예컨대 미국특허 제5,121,329호에 기술된 바와 같이 고체 막대 형태나 공급릴 상에 감긴 유연 필라멘트 형태로 압출 헤드에 공급될 수 있다. 이때, 압출헤드는 응고시 적당한 결합으로 앞의 층에 접착하는 응고성 재료를 사용하며, 열가소성 재료가 이러한 용융 적층에 특히 적당한 것으로 알려져 주로 사용되고 있다.Examples of methods and apparatuses for fusing a layer of cohesive modeling material from the extrusion head to produce a three-dimensional model are found in many of the existing patents and are described in, for example, US Pat. No. 5,121,329, Or fed into the extrusion head in the form of a flexible filament wound on the feed reel. At this time, the extrusion head uses a coagulant material which adheres to the preceding layer by proper bonding at the time of solidification, and a thermoplastic material is mainly used, which is known to be particularly suitable for such melt lamination.

그런데, 상술한 바와 같은 3D 프린터를 이용하여 콘크리트 구조물을 시공하고자 하는 경우, 그 재료인 콘크리트의 기본 특성상 제작 시간이 많이 소요되는 문제가 있다. However, when a concrete structure is to be constructed using the above-described 3D printer, there is a problem that it takes a long time to produce the concrete because of its basic characteristics.

콘크리트는 물과 시멘트, 모래 등이 섞여있는 물질로서, 시멘트가 물과 반응하여 굳어지는 수화반응을 이용하는데, 압출헤드에서 압출되는 속도에 비해 콘크리트의 응고 속도가 느려서, 3D 프린터에 의한 3D 형상 제작시간이 응고속도에 큰 영향을 받게 된다.Concrete is a mixture of water, cement, and sand. It uses hydration reaction in which cement reacts with water to harden it. The solidification rate of concrete is slower than the extrusion speed at the extrusion head. Time is greatly influenced by the solidification rate.

즉, 3D 프린터의 압출헤드는 빠른 속도로 움직이면서 콘크리트를 압출하게 되나, 압출된 콘크리트의 응고에 상당한 시간이 소요되는 관계로, 완전히 응고되지 않은 층 위로 다시 콘크리트가 압출되는 경우, 제품의 형상이 뭉개지는 문제가 있다. That is, since the extrusion head of the 3D printer extrudes the concrete while moving at a high speed, it takes a considerable time to coagulate the extruded concrete. Therefore, when the concrete is extruded again on the layer which is not completely solidified, There is a problem.

한편, 한 층을 적층하고 완전히 응고되기를 기다린 후, 다시 그 위의 층을 적층하는 방식으로 작업을 진행하는 경우에는, 작업 시간이 현저하게 증가되어 생산성이 저하되는 문제가 있다.On the other hand, when a work is carried out in such a manner that one layer is stacked and a complete solidification is made and then the layers on the other layer are laminated again, there is a problem that the working time is remarkably increased and the productivity is lowered.

아울러, 콘크리트 내부에 철근이나 철골 빔이 뼈대로 보강되는 철골 콘크리트 구조물의 경우, 종래의 3D 프린터에 의해서는 이러한 이종의 재료가 복합된 구조물의 제작이 어렵다는 문제가 있다.In addition, in the case of a steel concrete structure in which reinforcing bars or steel beam beams are reinforced by a skeleton in a concrete, it is difficult to manufacture a structure in which such heterogeneous materials are combined by a conventional 3D printer.

특히, 철근이나 철골 빔은 용융 온도가 매우 높기 때문에, 전술한 용융 적층 방식의 적용은 부적합하고, 구조물의 규모가 큰 경우 별도의 작업대로 구조물을 받칠 수 없다는 문제가 있다.Particularly, since the melting temperature of the reinforcing steel or steel beam is very high, the application of the melt lamination method described above is unsuitable, and when the size of the structure is large, there is a problem that the structure can not be supported by a separate work table.

USUS 51213295121329 BB (1992.06.09(June 6, 1992 등록)Enrollment) KRKR 10737501073750 B1B1 (2011.10.07(October 10, 2011 등록)Enrollment)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 철골 콘크리트 구조물을 시공할 수 있는 3D 프린터 및 그 시공방법을 제공함에 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a 3D printer capable of constructing a steel-frame concrete structure and a construction method thereof.

전술한 본 발명의 목적은, 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임의 상부에 이동 가능하게 설치되는 이동부와, 상기 이동부의 일측에 설치되며 프린트 원료를 토출하는 압출헤드, 및 상기 이동부의 타측에 설치되며 분말 금속을 분사하는 분사노즐을 포함하는 3D 프린팅 장치를 제공함에 의해 달성될 수 있다.The above object of the present invention can be achieved by an ink jet recording head comprising a base frame, a moving part movably installed on the upper part of the base frame, an extrusion head provided on one side of the moving part and discharging the printing material, The present invention can be achieved by providing a 3D printing apparatus including a spray nozzle for spraying powder metal.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 압출헤드에 상기 프린트 원료로서 콘크리트 혼합물을 공급하는 제1 원료 공급부와, 상기 분사노즐에 상기 분말 금속을 공급하는 제2 원료 공급부를 더 포함할 수 있다.According to a preferred aspect of the present invention, the extrusion head may further include a first material supply unit for supplying the concrete mixture as the print material, and a second material supply unit for supplying the powder metal to the injection nozzle.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 압출헤드에 상기 프린트 원료로서 합성수지를 공급하는 제3 원료 공급부를 더 포함할 수 있다.According to another preferred aspect of the present invention, the extrusion head may further include a third raw material supply portion for supplying the synthetic resin as the print raw material.

본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 압출헤드의 일측에 구비되며, 상기 압출헤드를 통해 토출된 상기 콘크리트 혼합물에 마이크로웨이브를 조사하여 경화시키는 마이크로웨이브 조사부를 더 포함할 수 있다.According to another preferred aspect of the present invention, the microwave irradiation unit may further include a microwave irradiator provided at one side of the extrusion head for irradiating and curing the concrete mixture discharged through the extrusion head.

본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 분사노즐의 일측에 구비되며, 상기 분사노즐을 통해 분사된 상기 분말 금속에 레이저를 조사하여 소결 경화시키는 레이저 조사부를 더 포함할 수 있다.According to another preferred aspect of the present invention, the apparatus may further include a laser irradiator provided at one side of the spray nozzle for irradiating the powder metal sprayed through the spray nozzle to sinter and cure the laser.

본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 압출헤드의 일측에 설치되며, 고압의 세척수를 분사하여 상기 압출헤드 내 잔류 혼합물을 제거하는 세척장치를 더 포함할 수 있다.According to another preferred aspect of the present invention, the apparatus may further include a cleaning device installed at one side of the extrusion head for ejecting high-pressure cleaning water to remove the residual mixture in the extrusion head.

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아울러, 전술한 본 발명의 목적은, 3D 프린팅 장치를 이용한 철골 콘크리트 구조물 시공방법에 있어서, (a) 압출헤드를 통한 합성수지 토출 후, 레이저 조사에 의해 경화시켜 철골 외곽 경계층을 형성하는 단계와, (b) 압출헤드를 통한 콘크리트 혼합물 토출 후, 마이크로웨이브 조사에 의해 경화시켜 콘크리트층을 형성하는 단계, 및 (c) 분사노즐을 통한 분말 금속 분사 후, 레이저 조사에 의해 소결 경화시켜 철골층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 (a) 단계 내지 상기 (c) 단계를 반복하여 시공하고자 하는 구조물의 형상으로 상기 철골층과 상기 콘크리트층을 연속 적층하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치를 이용한 철골 콘크리트 구조물 시공방법을 제공함에 의해서도 달성될 수 있다.It is another object of the present invention to provide a method of constructing a steel frame concrete structure using a 3D printing apparatus, comprising the steps of: (a) discharging a synthetic resin through an extrusion head and curing the steel plate by laser irradiation to form a steel frame boundary layer; b) forming a concrete layer by curing by microwave irradiation after discharging the concrete mixture through an extrusion head, and c) spraying powder metal through a spray nozzle, and sintering and curing by laser irradiation to form a steel- Wherein the steel frame and the concrete layer are continuously laminated in a shape of a structure to be constructed by repeating the steps of (a) to (c). ≪ / RTI >

이때, 본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 (a) 단계는, 압출헤드를 통한 합성수지 토출 후, 레이저 조사에 의해 경화시켜 콘크리트 외곽 경계층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the step (a) may further include the step of forming a concrete outer boundary layer by curing the resin by laser irradiation after discharging the synthetic resin through the extrusion head.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 (b) 단계는, 상기 압출헤드 내부에 고압의 세척수를 분사하여, 잔류물을 세척하여 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another preferred aspect of the present invention, the step (b) may further include the step of injecting high-pressure washing water into the extrusion head to wash and remove the residue.

본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 (c) 단계는, 레이저 조사에 의한 상기 분말 금속의 소결 경화시, 상기 철골 외곽 경계층이 제거된다.According to another preferred feature of the present invention, in the step (c), when the powder metal is sintered and cured by laser irradiation, the steel frame boundary layer is removed.

본 발명에 따른 3D 프린팅 장치 및 이를 이용한 철골 콘크리트 구조물 시공방법에 의하면, 철골층과 콘크리트층을 평면상에 원하는 형태로 적층시켜, 3차원 형상의 철골 콘크리트 구조물을 용이하게 제작할 수 있다.According to the 3D printing apparatus and the method of constructing a steel frame concrete structure using the same, the steel frame structure and the concrete layer can be laminated in a desired form on a plane to easily produce a three-dimensional steel frame structure.

이때, 평면상에 압출된 콘크리트 혼합물은 마이크로웨이브 조사에 의해 응고 시간이 단축되며, 따라서 생산성이 향상되는 효과가 있다.At this time, the coagulation time of the concrete mixture extruded on a plane is shortened by microwave irradiation, and therefore productivity is improved.

또한, 철골층과 콘크리트층의 외곽선을 따라, 합성수지 소재로 경계층을 형성함으로써, 수치 정밀도를 향상시킬 수 있다.Also, by forming a boundary layer with a synthetic resin material along the outlines of the steel-concrete layer and the concrete layer, the numerical accuracy can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 프레임과 이동부의 개략 사시도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 베이스 프레임과 이동부의 개략 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압출헤드와 분사노즐의 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 세척장치의 구성도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분사노즐의 내부 구성도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 철골 콘크리트 구조물의 시공방법 순서도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 철골 콘크리트 구조물의 시공순서를 도시한 공정도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 제조될 수 있는 철골 콘크리트 구조물의 예를 도시한 개략도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 철골 콘크리트 구조물의 시공순서를 도시한 공정도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 철골 콘크리트 구조물의 시공순서를 도시한 공정도.
1 is a configuration diagram of a 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention;
2 is a schematic perspective view of a base frame and a moving part according to an embodiment of the present invention;
3 is a schematic perspective view of a base frame and a moving part according to another embodiment of the present invention.
4 is a perspective view of an extrusion head and an injection nozzle according to an embodiment of the present invention.
5 is a configuration diagram of a cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention;
FIG. 6 is an internal configuration view of a spray nozzle according to an embodiment of the present invention; FIG.
7 is a flowchart of a method of constructing a steel-concrete structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a process diagram showing a construction procedure of a steel-frame concrete structure according to an embodiment of the present invention; FIG.
Figure 9 is a schematic diagram illustrating an example of a steel-concrete structure that may be manufactured in accordance with an embodiment of the present invention.
10 is a process diagram showing a construction procedure of a steel-frame concrete structure according to another embodiment of the present invention.
11 is a process diagram showing a construction procedure of a steel-frame concrete structure according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다. 그리고 본 발명의 여러 실시예를 설명함에 있어서, 동일한 기술적 특징을 갖는 구성요소에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood, however, that the embodiments described below are only for explanation of the embodiments of the present invention so that those skilled in the art can easily carry out the invention, It does not mean anything. In describing various embodiments of the present invention, the same reference numerals are used for components having the same technical characteristics.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 장치(100)는 작업장 바닥에 설치되는 베이스 프레임(200)과, 베이스 프레임(200)의 상부에 전후좌우 방향으로 이동 가능하게 설치되는 이동부(300)와, 이동부(300)의 일측에 설치되어 프린트 원료를 토출하는 압출헤드(400)와, 이동부(300)의 타측에 설치되어 분말 금속을 분사하는 분사노즐(500)을 포함한다.1, a 3D printing apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a base frame 200 installed on the floor of a workplace, An extrusion head 400 installed on one side of the moving part 300 for discharging the print material and an injection nozzle 500 disposed on the other side of the moving part 300 for spraying the powder metal ).

본 발명의 일 실시예에 따르면, 베이스 프레임(200)의 상부에서 이동부(300)가 작업 영역 내 일정 경로를 따라 이동하는 동안, 압출헤드(400)를 통해 콘크리트 혼합물이 토출되고, 분사노즐(500)을 통해 분말 금속이 분사된다. 이때, 토출된 콘크리트 혼합물은 마이크로웨이브에 의해 급속 응고되고, 분사된 분말 금속은 레이저 조사에 의해 소결 경화되어 하나의 층을 이룬다. 이러한 층이 연속으로 적층됨으로써, 콘크리트와 금속이 복합된 철골 콘크리트 구조물(10)이 원하는 3차원 형상으로 제작되는 것이다.According to an embodiment of the present invention, the concrete mixture is discharged through the extrusion head 400 while the moving part 300 moves along a predetermined path in the work area on the upper part of the base frame 200, 500). ≪ / RTI > At this time, the discharged concrete mixture rapidly solidifies by microwave, and the injected powder metal is sinter-hardened by laser irradiation to form one layer. By stacking these layers continuously, the steel-concrete structure 10 in which the concrete and the metal are combined is produced in a desired three-dimensional shape.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 프레임과 이동부의 개략 사시도이다.2 is a schematic perspective view of a base frame and a moving unit according to an embodiment of the present invention.

베이스 프레임(200)은 이동부(300)를 지지하는 역할을 하는 한편, 3D 프린팅이 이루어지는 작업 영역을 설정하는 역할을 한다.The base frame 200 serves to support the moving unit 300 and also sets a working area in which 3D printing is performed.

일 예로서, 베이스 프레임(200)은 도 2에 도시된 바와 같이, 사각 형태의 작업장 바닥면에 서로 이격하여 수직하게 세워지는 4개의 수직 프레임(210)을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 수직 프레임(210)은 사각 형태인 작업장의 코너 부분에 각각 수직하게 세워진다.As an example, the base frame 200 may include four vertical frames 210 that are vertically spaced apart from each other on a square work floor, as shown in FIG. At this time, each vertical frame 210 is vertically erected at a corner portion of a rectangular worksite.

수직 프레임(210)으로 구획된 공간의 내부에 승강 프레임(220)이 설치되며, 이 승강 프레임(220)은 모터(미도시) 구동 또는 실린더(미도시) 작동에 의해 수직 프레임(210)의 높이 방향을 따라 승강 가능하다. 예컨대, 승강 프레임(220)은 4개의 단위 프레임이 사각 형태로 결합되어 이루어질 수 있으며, 서로 인접하는 한 쌍의 수직 프레임(210) 사이에 각각의 단위 프레임(221)이 승강 가능하게 설치되어 수직 프레임(210)에 구비되는 슬라이드 레일(미도시)을 따라 승강할 수 있다.A lifting frame 220 is installed inside a space defined by the vertical frame 210. The lifting frame 220 is lifted by a height of the vertical frame 210 by driving a motor (not shown) or a cylinder (not shown) It is possible to move up and down along the direction. For example, the lifting frame 220 may be formed by four unit frames coupled in a quadrangular shape. Each unit frame 221 is vertically installed between a pair of adjacent vertical frames 210, (Not shown) provided on the slide rail 210.

좌우 방향으로 서로 이격하여 대향하는 한 쌍의 단위 프레임(221)을 가로지르도록 이동 프레임(230)이 설치된다. 이때, 이동 프레임(230)의 양단은 좌우측 단위 프레임(221)에 슬라이드 이동 가능하게 결합되며, 이동 프레임(230)은 모터 구동 또는 실린더 작동에 의해 좌우측 단위 프레임(221)의 길이 방향을 따라 전후 방향으로 이동 가능하다.A moving frame 230 is provided so as to cross a pair of unit frames 221 facing each other in the left-right direction. At this time, both ends of the moving frame 230 are slidably coupled to the left and right unit frames 221, and the moving frame 230 is moved forward and backward along the longitudinal direction of the left and right unit frames 221 .

이동 프레임(230)의 일측에는 블록 형태의 이동부(300)가 모터(미도시) 구동 또는 실린더(미도시) 작동에 의해 이동 프레임(230)의 길이 방향을 따라 슬라이드 이동 가능하게 설치된다.A moving unit 300 in the form of a block is installed on one side of the moving frame 230 so as to be slidable along the longitudinal direction of the moving frame 230 by a motor (not shown) drive or a cylinder (not shown) operation.

따라서, 이동부(300)는 베이스 프레임(200) 내부의 작업 영역에서 3축(x,y,z) 방향으로 이동 가능하다. 예컨대, 본 실시예에서 이동부(300)의 z축 방향(도면상 높이 방향) 이동은 승강 프레임(220)이 수직 프레임(210)의 높이 방향을 따라 이동함에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 이동부(300)의 Y축 방향(도면상 전후 방향) 이동은 이동 프레임(230)이 좌우측 단위 프레임(221)의 길이 방향을 따라 이동함에 의해 이루어질 수 있다. 아울러, 이동부(300)의 x축 방향(도면상 좌우 방향) 이동은 이동부(300)가 이동 프레임(230)의 길이 방향을 따라 이동함에 의해 이루어질 수 있다. 물론, 승강 프레임(220)과 이동 프레임(230) 및 이동부(300) 중 적어도 한 쌍이 동시에 이동함으로써, 이동부(300)가 대각선 방향으로 이동하는 것도 가능하다.Therefore, the moving unit 300 is movable in the three axis (x, y, z) directions in the working area inside the base frame 200. For example, in the present embodiment, the movement of the moving part 300 in the z-axis direction (height direction in the drawing) can be achieved by moving the lifting frame 220 along the height direction of the vertical frame 210. The movement of the moving part 300 in the Y axis direction (forward and backward direction in the drawing) can be achieved by moving the moving frame 230 along the longitudinal direction of the left and right unit frames 221. The movement of the moving part 300 in the x-axis direction (left-right direction in the drawing) can be achieved by moving the moving part 300 along the longitudinal direction of the moving frame 230. Of course, it is also possible for the moving part 300 to move diagonally by moving at least one of the lifting frame 220, the moving frame 230 and the moving part 300 simultaneously.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 베이스 프레임과 이동부의 개략 사시도이다.3 is a schematic perspective view of a base frame and a moving part according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 실시예로서, 작업장 바닥면에 한 쌍의 레일(240)이 서로 이격하여 좌우 방향으로 길게 설치되고, 각각의 레일(240) 위에 수직 프레임(210)이 레일(240)을 따라 이동 가능하게 설치될 수도 있다. 이때, 수직 프레임(210)을 가로질러 이동 프레임(230)이 승강 가능하게 설치되며, 이동부(300)는 이동 프레임(230)의 일측에 전후 방향 이동 가능하게 설치된다. 이 경우, 이동부(300)의 x축 방향 이동은 수직 프레임(210)이 레일(240)을 따라 이동함에 의해 이루어지고, y축 방향 이동은 이동부(300)가 이동 프레임(230)의 길이 방향을 따라 이동함에 의해 이루어지며, z축 방향 이동은 이동 프레임(230)이 수직 프레임(210)의 높이 방향을 따라 이동함에 의해 이루어진다. 이때, 각각의 이동이 모터(미도시) 구동 또는 실린더(미도시) 작동을 제어함으로써 이루어짐은 물론이다.In another embodiment of the present invention, a pair of rails 240 are provided on the bottom surface of the work space so as to be spaced apart from each other in the lateral direction, and a vertical frame 210 is moved along the rails 240 on each of the rails 240 It may be installed as much as possible. At this time, the moving frame 230 is installed so as to be able to move up and down across the vertical frame 210, and the moving part 300 is installed on one side of the moving frame 230 so as to be movable forward and backward. In this case, the x-axis movement of the moving unit 300 is performed by moving the vertical frame 210 along the rails 240, and the y-axis movement is performed when the moving unit 300 moves the length of the moving frame 230 And movement in the z-axis direction is performed by moving the moving frame 230 along the height direction of the vertical frame 210. At this time, it goes without saying that each movement is performed by controlling a motor (not shown) drive or a cylinder (not shown) operation.

상술한 본 발명의 다른 실시예처럼 작업장 바닥면에 레일(240)을 설치하는 경우, 시공하고자 하는 구조물의 길이에 따라 레일(240)의 길이를 가변시킴으로써 길이가 긴 구조물을 연속 시공할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 베이스 프레임(200)의 분해 및 재설치 작업을 필요로 하지 않기 때문에, 비용과 시간을 절감할 수 있다.In another embodiment of the present invention, when the rail 240 is installed on the floor of the worksite, the length of the rail 240 can be varied according to the length of the structure to be constructed, . In addition, since the disassembly and reinstallation of the base frame 200 is not required, cost and time can be saved.

다시 도 1을 참조하면, 이동부(300)의 저면에 압출헤드(400)와 분사노즐(500)이 아래 방향을 향해 구비된다.Referring again to FIG. 1, an extrusion head 400 and an injection nozzle 500 are provided on the bottom surface of the moving part 300 in a downward direction.

압출헤드(400)를 통해 콘크리트 혼합물이 토출되며, 분사노즐(500)을 통해서는 분말 금속이 분사된다. 이를 위해, 베이스 프레임(200)의 일측에는 콘크리트 혼합물과 분말 금속을 이동부(300)에 공급하기 위한 원료 공급부(600)가 설치된다.The concrete mixture is discharged through the extrusion head 400, and the powder metal is injected through the injection nozzle 500. To this end, a raw material supply part 600 for supplying the concrete mixture and the powder metal to the moving part 300 is installed at one side of the base frame 200.

원료 공급부(600)는 각각의 프린트 원료가 저장되는 저장조(610)와, 저장조(610)와 이동부(300)를 연통하도록 연결되는 공급관(620)과, 공급관(620)을 개폐하는 밸브(630)와, 공급관(620)의 일측에 설치되어 저장조(610)의 원료를 이동부(300)에 공급하는 공급펌프(640)를 포함하여 구성된다.The raw material supply unit 600 includes a reservoir 610 in which the respective print materials are stored, a supply pipe 620 connected to the reservoir 610 and the moving unit 300 so as to communicate with each other, a valve 630 for opening and closing the supply pipe 620 And a supply pump 640 installed at one side of the supply pipe 620 to supply the raw material of the storage tank 610 to the moving unit 300.

이때, 저장조(610)는 콘크리트 혼합물을 저장하는 제1 저장조(611)와, 분말 금속을 저장하는 제2 저장조(612), 및 합성수지를 저장하는 제3 저장조(613)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하며, 각각의 프린트 원료가 서로 섞이지 않도록 서로 다른 공급관(620)을 통해 이동부(300)로 공급되는 것이 바람직하다.At this time, the reservoir 610 preferably includes a first reservoir 611 for storing the concrete mixture, a second reservoir 612 for storing the powdered metal, and a third reservoir 613 for storing the synthetic resin And is supplied to the moving part 300 through different supply pipes 620 so that the respective print materials are not mixed with each other.

예컨대, 콘크리트 혼합물은 제1 공급펌프(641)의 작동에 의해, 제1 공급관(621)을 따라 이동부(300)로 공급되며, 압출헤드(400)를 통해 작업 영역으로 토출된다. 분말 금속은 제2 공급펌프(642)의 작동에 의해, 제2 공급관(622)을 따라 이동부(300)로 공급되며, 분사노즐(500)을 통해 작업 영역으로 분사된다. 합성수지는 제3 공급펌프(643)의 작동에 의해, 제3 공급관(623)을 따라 이동부(300)로 공급되며, 압출헤드(400)를 통해 작업 영역으로 토출된다.For example, the concrete mixture is supplied to the moving part 300 along the first supply pipe 621 by the operation of the first supply pump 641, and is discharged to the working area through the extrusion head 400. The powder metal is supplied to the moving part 300 along the second supply pipe 622 by the operation of the second supply pump 642 and is injected into the working area through the injection nozzle 500. [ The synthetic resin is supplied to the moving part 300 along the third supply pipe 623 by the operation of the third supply pump 643 and is discharged to the working area through the extrusion head 400.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압출헤드와 분사노즐의 사시도이다.4 is a perspective view of an extrusion head and an injection nozzle according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 압출헤드(400)의 저면에는 콘크리트 혼합물이 토출되는 토출구(410)와, 토출구(410)의 일측에 구비되며 마이크로웨이브를 조사하는 마이크로웨이브 조사부(420)가 구비된다.4, the bottom of the extrusion head 400 according to an embodiment of the present invention includes a discharge port 410 through which a concrete mixture is discharged, a discharge port 410 provided at one side of the discharge port 410, A wave irradiation unit 420 is provided.

여기서 콘크리트 혼합물은 시멘트와 물 및 모래나 자갈 또는 자갈분 등의 골재가 혼합되어 이루어진다. 마이크로웨이브 조사부(420)는 작업 영역으로 토출된 콘크리트 혼합물을 경화시키기 위해, 마이크로웨이브를 조사한다. 마이크로웨이브는 콘크리트 혼합물에 포함되어 있는 수분을 증발시켜, 토출 및 적층되는 콘크리트 혼합물을 급속 응고시키는 역할을 하며, 일반적으로 1mm~1m의 파장, 300GHz~300MHz의 진동수를 갖는 전자기파이다.Here, the concrete mixture is made by mixing cement, water, and aggregate such as sand, gravel or gravel. The microwave irradiation unit 420 irradiates the microwave to cure the concrete mixture discharged into the working area. Microwave is an electromagnetic wave having a wavelength of 1 mm to 1 m and a frequency of 300 GHz to 300 MHz to evaporate moisture contained in a concrete mixture to rapidly solidify a concrete mixture to be discharged and stacked.

콘크리트 혼합물은 열전도도가 매우 낮기 때문에, 설령 콘크리트 혼합물 층을 얇게 형성한다고 할지라도, 일반적인 열전도 및 열복사 등을 이용한 외부 가열방식에 의해서는 표면부만 가열될 뿐, 단시간 내에 중심부까지 건조시키기 어렵다.Since the concrete mixture has a very low thermal conductivity, even if the concrete mixture layer is formed thin, it is difficult to dry it only to the center portion within a short time by the external heating method using general heat conduction and thermal radiation.

반면에, 마이크로웨이브를 조사하는 경우, 콘크리트 혼합물에 포함되어 있는 물 분자가 극성을 띠고 있다는 점을 이용하여, 빠른 시간 내에 콘크리트 혼합물 층을 건조시킬 수 있다. 마이크로웨이브를 조사하여 콘크리트 혼합물에 전기장을 걸어주면, 물 분자에서 양전하를 띤 부분은 음극을 향하고, 음전하를 띤 부분은 양극을 향해 정렬하게 되는데, 이때 전기장의 방향이 바뀌면 앞서 정렬되어 있던 물 분자들이 전기장의 방향에 따라 회전하여 재정렬하게 된다. 이처럼 물 분자들이 재정렬하는 과정에서 분자 간 충돌에 의해 운동에너지가 주위의 물 분자로 전달되고 이에 따라, 콘크리트 혼합물에 함유된 수분이 빠른 속도로 가열된다.On the other hand, when the microwave is irradiated, it is possible to dry the concrete mixture layer in a short time by taking advantage of the fact that the water molecules contained in the concrete mixture are polarized. When the electric field is applied to the concrete mixture by irradiating the microwave, the positively charged portion of the water molecule is directed to the negative electrode, and the negatively charged portion is aligned to the positive electrode. When the direction of the electric field is changed, And is rotated and aligned according to the direction of the electric field. As the water molecules are rearranged, the kinetic energy is transferred to the surrounding water molecules by the collision between molecules, and the water contained in the concrete mixture is heated at a high speed.

즉, 마이크로웨이브 조사에 의해 콘크리트 혼합물 층의 내부와 외부가 동시에 빠르게 가열되므로, 일반적인 외부 가열방식보다 빠르고 안정적으로 콘크리트 혼합물의 수분을 증발시킬 수 있게 되는 것이다.That is, since the inside and the outside of the concrete mixture layer are heated simultaneously by the microwave irradiation, the moisture of the concrete mixture can be evaporated more quickly and stably than the general external heating method.

이때, 압출헤드(400)는 이동부(300)에 대하여 축회전 가능하게 설치되는 것이 바람직한데, 이는 이동부(300) 이동시 마이크로웨이브 조사부(420)가 토출구(410)의 이동 궤적을 뒤따라 가면서 콘크리트 혼합물을 급속 응고시킬 수 있도록 하기 위함이다. 다른 예로서, 토출구(410)가 압출헤드(400)의 저면 중앙부에 형성되고, 토출구(410)의 이동 방향(예컨대, 전후좌우 방향)에 각각 마이크로웨이브 조사부(420)가 구비되는 것도 가능하다.It is preferable that the extrusion head 400 is installed to be rotatable with respect to the moving part 300. This is because when the microwave irradiation part 420 moves along the movement trajectory of the discharge port 410 when the moving part 300 moves, So that the mixture can be rapidly solidified. As another example, it is also possible that the discharge port 410 is formed at the center of the bottom of the extrusion head 400 and the microwave irradiation unit 420 is provided in the moving direction of the discharge port 410 (e.g.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 세척장치의 구성도이다.5 is a configuration diagram of a cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention.

토출구(410)에 잔류하는 콘크리트 혼합물은 시간의 경과에 따라 자연스럽게 응고되며, 이로 인해 토출구(410)가 막히게 되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 콘크리트층의 형성을 완료한 후에는, 토출구(410)에 잔류하는 콘크리트 혼합물을 제거해야 할 필요가 있다.The concrete mixture remaining in the discharge port 410 may naturally coagulate with the lapse of time, thereby causing a problem that the discharge port 410 is clogged. Therefore, after completion of the formation of the concrete layer, it is necessary to remove the concrete mixture remaining in the discharge port 410.

세척장치(430)는 토출구(410)의 일측에 설치되며, 저장조(610)의 일측에 설치되는 세척수 탱크(431)와, 토출구(410)의 내주면에 설치되는 적어도 하나 이상의 세척수 분사노즐(432)과, 세척수를 세척수 분사노즐(432)로 공급하는 세척수 펌프(433)를 포함한다. 필요에 따라서는 세척수 저장조(610)의 일측에 설치되는 화학약품 저장조(434)를 더 포함할 수 있다. 화학약품 저장조(434)에는 콘크리트 혼합물을 용해시키기 위한 화학약품이 저장되며, 이 화학약품은 세척수 저장조(610)에 투입되어 세척수와 혼합된 후 분사노즐(500)을 통해 분사될 수 있다.The cleaning device 430 is installed on one side of the discharge port 410 and includes a washing water tank 431 installed on one side of the storage tank 610 and at least one washing water spraying nozzle 432 provided on the inner circumferential surface of the discharge port 410, And a washing water pump 433 for supplying the washing water to the washing water spraying nozzle 432. And may further include a chemical reservoir 434 installed at one side of the wash water reservoir 610 as required. The chemical reservoir 434 stores a chemical for dissolving the concrete mixture. The chemical may be injected into the wash water reservoir 610, mixed with the wash water, and then injected through the injection nozzle 500.

한편, 상술한 실시예에서는 압출헤드(400)를 통해 프린트 원료로서 콘크리트 혼합물이 토출되는 예를 설명하였으나, 본 발명의 다른 예로서, 압출헤드(400)를 통해 콘크리트 혼합물과 합성수지가 교대로 토출될 수 있다. 이때, 프린트 원료의 교체가 있을 때마다 세척장치(430)에 의해 토출구(410)를 세척하는 것이 바람직하다.Meanwhile, in the above-described embodiment, the example in which the concrete mixture is discharged as the print raw material through the extrusion head 400 has been described. As another example of the present invention, the concrete mixture and the synthetic resin are alternately discharged through the extrusion head 400 . At this time, it is preferable to clean the discharge port 410 by the cleaning device 430 whenever the print material is replaced.

다시 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분사노즐(500)은 이동부(300)의 저면에 아래 방향을 향하도록 구비되며, 분사노즐(500)을 통해 분말 금속이 분사된다. Referring to FIG. 4 again, the injection nozzle 500 according to an embodiment of the present invention is disposed downward on the bottom surface of the moving part 300, and the powder metal is injected through the injection nozzle 500.

이때, 분사된 분말 금속은 레이저 조사에 의해 소결 경화되는데, 분말 금속의 분사와 레이저 조사에 의한 소결이 거의 동시에 진행되도록, 분사노즐(500)의 내부에 레이저 조사부(520)가 구비되는 것이 바람직하다. 이에 대하여 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.At this time, the sprayed powder metal is sintered and cured by laser irradiation. It is preferable that the laser irradiation unit 520 is provided in the spray nozzle 500 so that the spraying of the powder metal and the sintering by the laser irradiation proceed substantially simultaneously . This will be described with reference to FIG.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분사노즐의 내부 구성도이다.6 is an internal configuration diagram of the injection nozzle according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 분사노즐(500)은 대략 원통형의 몸체로 이루어지며, 하단부는 외주면이 내측 하향으로 경사지게 형성되고 중앙부에는 분사구(510)가 형성된다.According to an embodiment of the present invention, the injection nozzle 500 is formed of a substantially cylindrical body, and the lower end portion thereof is formed with an outer peripheral surface inclined downward inwardly and an injection port 510 is formed at a central portion thereof.

분사노즐(500)의 내부에는 분사구(510)와 수직하게 레이저 조사부(520)가 형성되며, 레이저 조사부(520)와 분사구(510)는 레이저의 조사 방향을 안내하는 원통형의 가이드관(530)에 의해 연결된다. 그리고, 가이드관(530)의 외주면 둘레를 따라 유동관(540)이 형성되는데, 제2 저장조(612)로부터 이동부(300)로 공급된 분말 금속은 이 유동관(540)을 통해 분사노즐(500)의 분사구(510)로 안내된다. 분말 금속의 분사는 불활성 가스의 흐름을 통해 이루어지는 것이 바람직하다.A laser irradiation unit 520 is formed in the injection nozzle 500 perpendicularly to the injection port 510. The laser irradiation unit 520 and the injection port 510 are connected to a cylindrical guide pipe 530 Lt; / RTI > The powder metal supplied from the second reservoir 612 to the moving part 300 is discharged through the flow pipe 540 to the injection nozzle 500. The flow pipe 540 is formed along the outer circumference of the guide pipe 530, And is guided to the jetting port 510 of the ink jet recording head. The injection of the powder metal is preferably carried out through the flow of inert gas.

유동관(540)의 하단부는 소정 각도 내측 하향으로 경사지는 것이 바람직하며, 이는 분말 금속이 정확한 위치에 분사되어 레이저 소결되도록 하기 위함이다. 만약, 유동관(540) 하단부의 경사각(α)이 너무 크면 분말 금속이 철골층 위로 낙하되는 도중에 레이저 소결될 수 있으며, 경사각이 너무 작으면 레이저 조사 영역을 벗어난 지점에 분말 금속이 적층되는 문제가 있다. 따라서, 유동관(540) 하단부의 경사각은 분사노즐(500)의 규격과, 철골층(20, 도 8 참조)과 분사노즐(500) 사이의 간격을 고려하여 적절히 선택될 필요가 있다.The lower end of the flow tube 540 is preferably inclined inwardly downward by a predetermined angle so that the powder metal is injected at the correct position and laser-sintered. If the inclination angle alpha of the lower end of the flow pipe 540 is too large, the powder metal can be sintered while the powder metal falls onto the steel frame layer. If the inclination angle is too small, powder metal is stacked at a position outside the laser irradiation area . Therefore, the inclination angle of the lower end of the flow tube 540 needs to be appropriately selected in consideration of the standard of the injection nozzle 500, and the gap between the steel layer 20 (see FIG. 8) and the injection nozzle 500.

다시 도 1을 참조하면, 원료 공급부(600)의 일측, 또는 베이스 프레임(200)의 일측에 컨트롤 패널 형태의 제어부(700)가 구비될 수 있다. 제어부(700)는 압출헤드(400) 및 분사노즐(500)로 공급되는 원료 공급량, 압출헤드(400) 및 분사노즐(500)로부터 토출되는 원료 토출량과 토출 속도, 이동부(300)의 이동, 마이크로 웨이브와 레이저의 조사량, 세척장치(430)의 제어 등 3D 프린팅 장치(100)의 전반적인 작동을 제어하는 역할을 수행하게 된다.Referring again to FIG. 1, a control panel 700 may be provided on one side of the raw material supply part 600 or on one side of the base frame 200. The control unit 700 controls the amount of the raw material supplied to the extrusion head 400 and the injection nozzle 500 and the amount and flow rate of the raw material discharged from the extrusion head 400 and the injection nozzle 500, And controls the overall operation of the 3D printing apparatus 100, such as the irradiation amount of the microwave and the laser, and the control of the cleaning device 430.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 철골 콘크리트 구조물의 시공방법 순서도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 철골 콘크리트 구조물의 시공순서를 도시한 공정도이다.FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of constructing a steel-frame concrete structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a process diagram illustrating a construction procedure of a steel-concrete structure according to an embodiment of the present invention.

이하, 도 7과 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 철골 콘크리트 구조물의 시공방법을 단계별로 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of constructing a steel-frame concrete structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 7 and 8. FIG.

철골층Steel frame 형성 및 경화 단계( Forming and curing step ( S10S10 ):):

먼저, 분말 금속을 분사하여 철골층(20)을 형성한다. 이때, 분말 금속은 필요한 강도와 소재 비용 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있으며, 예컨대 스틸 종류 또는 알루미늄이나 티타늄 등의 합금 소재로 이루어질 수 있다. First, the steel metal layer 20 is formed by spraying powder metal. At this time, the powder metal may be appropriately selected in consideration of the required strength and material cost, and may be made of, for example, steel or an alloy material such as aluminum or titanium.

분말 금속은 제2 저장조(612)로부터 제2 공급관(622)을 통해 이동부(300)의 분사노즐(500)로 공급되며, 유동관(540)과 분사구(510)를 거쳐 분사된다. 분사된 분말 금속은 레이저 조사부(520)로부터 조사되는 레이저에 의해 소결 경화된다. The powder metal is supplied from the second reservoir 612 through the second supply pipe 622 to the injection nozzle 500 of the moving part 300 and is injected through the flow pipe 540 and the injection port 510. The injected powder metal is sinter-hardened by the laser irradiated from the laser irradiation unit 520.

이때, 분사노즐(500)은 이동부(300)의 이동에 의해 이동하며, 제어부(700)에 의해 미리 설정된 경로를 따라 이동하면서 철골층(20)을 형성시키게 된다.At this time, the injection nozzle 500 is moved by the movement of the moving part 300, and the steel ball layer 20 is formed while moving along the predetermined path by the control part 700.

제어부(700)는 분사노즐(500)의 이동 속도, 레이저 조사부(520)와 철골층(20) 사이의 간격, 소재 특성 등의 조건에 따라 레이저 조사량을 결정하며, 레이저 조사부(520)의 작동을 제어하여 철골층(20)을 형성하게 된다. The control unit 700 determines the laser irradiation amount according to conditions such as the moving speed of the injection nozzle 500, the distance between the laser irradiation unit 520 and the steel layer 20, the material characteristics, etc., and controls the operation of the laser irradiation unit 520 So that the steel layer 20 is formed.

콘크리트층Concrete layer 형성 단계( Formation step ( S20S20 ):):

콘크리트 혼합물을 토출하여 콘크리트층(30)을 형성한다. 제1 저장조(611)로부터 제1 공급관(621)을 통해 이동부(300)로 공급된 콘크리트 혼합물은 압출헤드(400)를 통해 토출된다.The concrete mixture is discharged to form a concrete layer (30). The concrete mixture supplied from the first reservoir 611 to the moving part 300 through the first supply pipe 621 is discharged through the extrusion head 400.

압출헤드(400)는 이동부(300)의 이동에 의해 이동하며, 제어부(700)에 의해 미리 설정된 경로를 따라 이동하면서 콘크리트층(30)을 형성시키게 된다.The extrusion head 400 is moved by the movement of the moving part 300 and moves along a predetermined path by the controller 700 to form the concrete layer 30. [

콘크리트층Concrete layer 경화 단계( Curing step ( S30S30 ):):

콘크리트층(30)에 마이크로웨이브를 조사하여 경화시킨다. 마이크로웨이브 조사부(420)는 콘크리트 혼합물이 토출되는 압출헤드(400)의 토출구(410) 일측에 구비되며, 이동부(300) 이동시 토출구(410)의 이동 궤적을 따라가면서 콘크리트층(30)을 경화시키게 된다.The concrete layer 30 is irradiated with a microwave to be cured. The microwave irradiation unit 420 is provided at one side of the discharge port 410 of the extrusion head 400 through which the concrete mixture is discharged and hardens the concrete layer 30 along the movement trajectory of the discharge port 410 when the moving unit 300 moves. .

콘크리트층(30)은 콘크리트 혼합물 내에 포함된 수분이 마이크로웨이브에 의해 순간적으로 증발되면서 급속 경화가 이루어지며, 이때 마이크로웨이브 조사량은 제어부(700)에 의해 제어된다. 제어부(700)는 압출헤드(400)의 이동 속도, 마이크로웨이브 조사부(420)와 콘크리트층(30) 사이의 간격, 콘크리트 혼합물에 포함된 수분량 등의 조건에 따라 마이크로웨이브 조사량을 결정하고, 마이크로웨이브 조사부(420)의 작동을 제어하여 콘크리트층(30)의 급속 응고가 이루어지게끔 한다.In the concrete layer 30, water contained in the concrete mixture is instantaneously evaporated by the microwave, and rapid curing is performed. At this time, the microwave irradiation amount is controlled by the control unit 700. The control unit 700 determines the amount of microwave irradiation according to conditions such as the moving speed of the extrusion head 400, the distance between the microwave irradiation unit 420 and the concrete layer 30, the amount of water contained in the concrete mixture, The operation of the irradiation unit 420 is controlled so that the concrete layer 30 is rapidly solidified.

한편, 필요에 따라서는 철골층(20)과 콘크리트층(30)이 충분히 접합될 수 있는 시간을 주기 위해, 철골층(20)과 인접하는 부분의 콘크리트층(30) 경화 속도를 적절히 조절할 수 있다. 예를 들어, 철골층(20)과 콘크리트층(30)의 경계 부분은 콘크리트층 경화 단계(S30)의 가장 마지막 경로에서 경화될 수 있다.On the other hand, if necessary, the curing rate of the concrete layer 30 in the portion adjacent to the steel-frame layer 20 can be appropriately adjusted so as to give a sufficient time for the steel-concrete layer 20 and the concrete layer 30 to be sufficiently bonded . For example, the boundary between the steel layer 20 and the concrete layer 30 can be cured in the last path of the concrete layer curing step S30.

반복 단계(Repeat step ( S40S40 ):):

시공하고자 하는 구조물의 3D(3차원) 형상이 형성될 때까지, 전술한 단계(S10~S30)를 반복한다.The above-described steps S10 to S30 are repeated until a 3D (three-dimensional) shape of the structure to be installed is formed.

이때, 한 층씩 적층되는 철골층(20)과 콘크리트층(30)은, 구조물의 3D 형상 모델링에 근거하여 획득된 각각의 2D 층 데이터에 근거하여 형성된다. 예컨대, 먼저 구조물의 3D 형상을 모델링한 후, 높이 방향을 따라 복수 개의 층(layer)으로 슬라이싱(slicing)하여 2D 데이터를 획득한다. 이후, 3D 프린팅 장치(100)를 이용하여 각각의 2D 데이터에 따라 한 층씩 프린트하면서 구조물의 최종 형태로 적층시키는 것이다.At this time, the steel layer 20 and the concrete layer 30 which are laminated one by one are formed on the basis of each 2D layer data obtained based on the 3D shape modeling of the structure. For example, first, a 3D shape of a structure is modeled and then sliced into a plurality of layers along a height direction to obtain 2D data. Then, the 3D printing apparatus 100 is used to laminate the final form of the structure while printing one layer at a time according to each 2D data.

작업이 완료된 3D 프린팅 장치(100)에 대하여는, 잔류 프린트 원료의 응고에 의해 압출헤드(400)의 출구가 막히지 않도록, 압출헤드(400) 내부를 세척하여 잔류 프린트 원료를 제거하는 것이 바람직하다.For the completed 3D printing apparatus 100, it is preferable to clean the inside of the extrusion head 400 to remove the residual print material so that the outlet of the extrusion head 400 is not clogged by the solidification of the residual print material.

도 9는 본 발명의 실시예에 따라 제조될 수 있는 철골 콘크리트 구조물의 예를 도시한 개략도이며, 본 발명에 따른 3D 프린팅 장치에 의하면, 도 9(a)의 철골 콘크리트 빔(11)이나 도 9(b)의 철근 콘크리트 기둥(12)처럼, 철골층(20)과 콘크리트층(30)이 복합된 철골 콘크리트 구조물(10)을 형성할 수 있다. 물론, 도 9에 도시된 구조물의 형태는 본 발명의 실시예에 따라 제조될 수 있는 일 예에 불과하며, 이 외에 다양한 형태의 철골 콘크리트 구조물(10)을 시공할 수 있다.FIG. 9 is a schematic view showing an example of a steel frame concrete structure that can be manufactured according to an embodiment of the present invention. According to the 3D printing apparatus according to the present invention, the steel frame concrete beam 11 of FIG. a steel frame concrete structure 10 in which a steel layer 20 and a concrete layer 30 are combined can be formed like the reinforced concrete column 12 of Fig. Of course, the configuration of the structure shown in FIG. 9 is merely an example that can be manufactured according to the embodiment of the present invention, and various types of steel concrete structures 10 can be constructed.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 철골 콘크리트 구조물의 시공순서를 도시한 공정도이다.10 is a process diagram showing a construction procedure of a steel frame concrete structure according to another embodiment of the present invention.

도 7과 도 8을 참조하여 전술한 실시예에서는, 먼저 철골층(20)을 형성한 후, 콘크리트층(30)을 형성하는 예를 설명하였다. 이때, 이동부(300)는 먼저 철골층(20) 형성 영역 내에 미리 설정된 경로를 따라 이동하면서 철골층(20)을 형성하며, 철골층(20) 형성 완료 후에 콘크리트층(30) 형성 영역으로 이동하여 콘크리트층(30)을 형성한다.In the embodiment described above with reference to FIGS. 7 and 8, an example of forming the concrete layer 30 after forming the steel frame layer 20 has been described. At this time, the moving part 300 forms the steel-frame layer 20 while moving along the predetermined path in the steel-frame layer 20 forming area, and moves to the concrete-layer forming area after completion of the steel- To form a concrete layer (30).

도 10은 이와 달리, 먼저 콘크리트층(30)을 형성한 후, 철골층(20)을 형성하는 시공방법을 도시하고 있다. 이때, 이동부(300)는 먼저 콘크리트층(30) 형성 영역 내에 미리 설정된 경로를 따라 이동하면서 콘크리트층(30)을 형성하며, 이후 철골층(20) 형성 영역으로 이동하여 철골층(20)을 형성하게 된다. 여기서 콘크리트층(30)과 철골층(20)의 접합을 위해, 콘크리트층(30)이 양생에 의해 완전히 굳어지기 전에 철골층(20)이 형성되어야 함은 물론이다.10 shows a construction method of forming the steel layer 20 after the concrete layer 30 is first formed. At this time, the moving part 300 forms the concrete layer 30 by moving along the predetermined path in the forming area of the concrete layer 30, and then moves to the forming area of the steel layer 20 to form the steel layer 20 Respectively. Here, in order to bond the concrete layer 30 to the steel layer 20, it is needless to say that the steel layer 20 must be formed before the concrete layer 30 is completely hardened by curing.

도면에 도시되지는 않았으나, 상술한 바와 같이 철골층(20)과 콘크리트층(30)을 각각 순차적으로 별도 형성하는 것이 아니라, 이동 경로를 따른 이동부(300)의 1회 이동시 철골층(20)과 콘크리트층(30)이 함께 형성되도록 하는 것도 가능하다.Although not shown in the drawings, the steel frame layer 20 and the concrete layer 30 are not sequentially formed separately as described above, but the steel frame layer 20 is formed on one movement of the moving part 300 along the movement path, And the concrete layer 30 are formed together.

예컨대, 도 9(a)에 도시된 구조물의 경우, 이동부가 좌측에서 우측 방향으로 "A" 경로를 따라 1회 이동하는 동안, 철골층(20) 좌측의 콘크리트층(30) 형성 - 철골층(20) 형성 - 철골층(20) 우측의 콘크리트층(30) 형성이 순차적으로 이루어질 수 있다.For example, in the case of the structure shown in Fig. 9 (a), the concrete layer 30 on the left side of the steel layer 20 is formed while the moving part moves once along the "A" 20) - The formation of the concrete layer 30 on the right side of the steel-frame layer 20 can be performed sequentially.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 철골 콘크리트 구조물의 시공순서를 도시한 공정도이다.11 is a process diagram illustrating a construction procedure of a steel-frame concrete structure according to another embodiment of the present invention.

콘크리트층(30)은 콘크리트 혼합물의 분사 및 마이크로웨이브의 조사에 따른 급속 경화에 의해 형성된다. 이때, 콘크리트 혼합물은 수분에 의해 약간의 유동성을 가지며, 따라서 콘크리트층(30)이 먼저 형성되고 이어서 인접하는 철골층(20)이 형성되는 경우, 경화 전 유동에 의해 콘크리트 혼합물이 철골층(20) 형성 영역으로 유동하여, 철골층(20) 형성 영역이 축소되거나 철골층(20)의 내부 강도가 저하될 수 있다.The concrete layer 30 is formed by rapid curing in accordance with the injection of the concrete mixture and irradiation of the microwave. At this time, the concrete mixture has some fluidity due to moisture, so that when the concrete layer 30 is formed first and then the adjacent steel layer 20 is formed, Forming region, the area for forming the steel-frame layer 20 may be reduced or the internal strength of the steel-frame layer 20 may be lowered.

도 11은 상술한 바와 같은 문제를 방지하기 위해, 콘크리트층(30)과 철골층(20)의 경계 영역에 합성수지로 이루어지는 철골 외곽 경계층(40)을 먼저 형성하는 예를 보이고 있다.11 shows an example in which a steel frame boundary layer 40 made of synthetic resin is first formed in the boundary region between the concrete layer 30 and the steel frame layer 20 in order to prevent the above-described problems.

합성수지는 광 경화성 합성수지류 중에서 선택될 수 있으며, 제3 저장조(613)에서 제3 공급관(623)을 통해 압출헤드(400)로 공급된다. 이동부(300)는 미리 입력된 철골층(20)의 외곽 경계선을 따라 이동하며, 압출헤드(400)를 통해 토출된 합성수지는 뒤따르는 분사노즐(500)의 레이저 조사부(520)에 의해 경화되어 철골 외곽 경계층(40)을 이루게 된다. 이때, 이동부(300)의 이동시 압출헤드(400)의 이동 궤적을 뒤따라 레이저 조사부(520)가 이동할 수 있도록, 압출헤드(400)와 분사노즐(500)은 이동부(300)의 저면에 회전 가능하게 결합된 회전플레이트(310, 도 4 참조) 상에 설치되는 것이 바람직하다. 제어부(700)는 회전플레이트(310)의 회전 각도를 제어함으로써, 압출헤드(400)의 이동 궤적을 뒤따라 분사노즐(500)이 이동하게끔 한다.The synthetic resin may be selected from photo-curable synthetic resins and is supplied to the extrusion head 400 through the third supply pipe 623 in the third reservoir 613. The moving part 300 moves along the outer boundary line of the steel wire layer 20 inputted in advance and the synthetic resin discharged through the extrusion head 400 is cured by the laser irradiation part 520 of the following injection nozzle 500 And the steel outer boundary layer 40 is formed. At this time, the extrusion head 400 and the injection nozzle 500 are rotated (rotated) on the bottom surface of the moving part 300 so that the laser irradiation part 520 can follow the movement locus of the extrusion head 400 when the moving part 300 is moved. Is preferably mounted on a rotatable plate 310 (see Fig. The control unit 700 controls the rotation angle of the rotation plate 310 so that the injection nozzle 500 moves following the movement trajectory of the extrusion head 400.

철골 외곽 경계층(40)의 형성이 완료되면 이어서 콘크리트층(30)과 철골층(20)의 형성이 이루어진다. 이때, 콘크리트층(30)과 철골층(20)이 순차적으로 또는 동시에 형성될 수 있음은 전술한 바와 같으며, 콘크리트 혼합물의 토출 전에 압출헤드(400)를 세척하여 잔류 합성수지를 제거하는 것이 바람직하다.When the formation of the steel frame boundary layer 40 is completed, the concrete layer 30 and the steel frame layer 20 are formed. At this time, it is preferable that the concrete layer 30 and the steel-frame layer 20 are formed sequentially or concurrently as described above, and the extrusion head 400 is washed before the concrete mixture is discharged to remove the residual synthetic resin .

철골층(20) 형성시에는 철골 외곽 경계층(40) 형성시 광 경화성 합성수지에 조사된 레이저에 비해 고출력의 레이저가 조사되며, 이때 철골층(20)과 콘크리트층(30)의 경계에 형성된 합성수지재의 철골 외곽 경계층(40)이 용융 또는 연소 등의 방법으로 제거되고, 철골층(20)과 콘크리트층(30)이 직접 상호 접합된다.When forming the steel-frame layer 20, a laser with a higher output than the laser irradiated to the light-curable synthetic resin is irradiated when the steel frame boundary layer 40 is formed, and the synthetic resin material formed at the boundary between the steel layer 20 and the concrete layer 30 The steel frame boundary layer 40 is removed by a method such as melting or burning and the steel layer 20 and the concrete layer 30 are directly bonded to each other.

한편, 콘크리트 혼합물의 경화 전 유동에 의해 콘크리트층(30)의 외곽 경계선 부분이 거칠게 형성될 수 있으며, 이를 방지하기 위해 콘크리트층(30)의 외곽 경계선을 따라 합성수지재로 이루어지는 콘크리트 외곽 경계층(50)을 형성시킬 수 있다. 이 경우, 완성된 구조물의 표면은 합성수지에 의해 코팅되며, 필요에 따라 구조물 완성 후 표면의 합성수지를 제거할 수 있다. 합성수지가 제거된 구조물의 표면 거칠기는 합성수지를 사용하지 않았을 때에 비해 더 매끄럽게 형성되는 장점이 있다.The outer boundary line portion of the concrete layer 30 may be roughly formed by the pre-curing flow of the concrete mixture. To prevent this, the concrete outer boundary layer 50 made of synthetic resin along the outer boundary line of the concrete layer 30, Can be formed. In this case, the surface of the completed structure is coated with a synthetic resin, and the synthetic resin on the surface can be removed after completion of the structure, if necessary. The surface roughness of the structure from which the synthetic resin is removed has an advantage that it is formed more smoothly than when the synthetic resin is not used.

이상에서 본 발명의 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양하게 변형 실시할 수 있을 것으로 이해된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.

100 : 3D 프린팅 장치
200 : 베이스 프레임
300 : 이동부
400 : 압출헤드
410 : 토출구
420 : 마이크로웨이브 조사부
430 : 세척장치
500 : 분사노즐
510 : 분사구
520 : 레이저 조사부
600 : 원료 공급부
700 : 제어부
100: 3D printing device
200: base frame
300:
400: extrusion head
410:
420: microwave irradiation unit
430: Cleaning device
500: injection nozzle
510: nozzle
520: laser irradiation unit
600:
700:

Claims (12)

베이스 프레임;
상기 베이스 프레임의 상부에 이동 가능하게 설치되는 이동부;
상기 이동부의 일측에 설치되며 프린트 원료를 토출하는 압출헤드;
상기 이동부의 타측에 설치되며 분말 금속을 분사하는 분사노즐;
상기 압출헤드에 상기 프린트 원료로서 콘크리트 혼합물을 공급하는 제1 원료 공급부;
상기 분사노즐에 상기 분말 금속을 공급하는 제2 원료 공급부; 및
상기 압출헤드에 상기 프린트 원료로서 합성수지를 공급하는 제3 원료 공급부를 포함하는 3D 프린팅 장치.
A base frame;
A moving part movably installed on an upper portion of the base frame;
An extrusion head installed at one side of the moving part and discharging a print material;
A spray nozzle installed on the other side of the moving part and spraying powder metal;
A first raw material supply part supplying the concrete mixture as the print raw material to the extrusion head;
A second raw material supply unit for supplying the powder metal to the spray nozzle; And
And a third raw material supply portion for supplying synthetic resin as the print raw material to the extrusion head.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 압출헤드의 일측에 구비되며, 상기 압출헤드를 통해 토출된 상기 콘크리트 혼합물에 마이크로웨이브를 조사하여 경화시키는 마이크로웨이브 조사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a microwave irradiator provided at one side of the extrusion head for irradiating the cured concrete mixture discharged through the extrusion head to cure the cured mixture.
청구항 1에 있어서,
상기 분사노즐의 일측에 구비되며, 상기 분사노즐을 통해 분사된 상기 분말 금속에 레이저를 조사하여 소결 경화시키는 레이저 조사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a laser irradiator provided at one side of the spray nozzle for irradiating the powder metal sprayed through the spray nozzle to sinter and cure the powder metal.
청구항 1에 있어서,
상기 압출헤드의 일측에 설치되며, 고압의 세척수를 분사하여 상기 압출헤드 내 잔류 혼합물을 제거하는 세척장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a cleaning device installed at one side of the extrusion head for ejecting high-pressure cleaning water to remove the residual mixture in the extrusion head.
삭제delete 삭제delete 3D 프린팅 장치를 이용한 철골 콘크리트 구조물 시공방법에 있어서,
(a) 압출헤드를 통한 합성수지 토출 후, 레이저 조사에 의해 경화시켜 철골 외곽 경계층을 형성하는 단계;
(b) 압출헤드를 통한 콘크리트 혼합물 토출 후, 마이크로웨이브 조사에 의해 경화시켜 콘크리트층을 형성하는 단계; 및
(c) 분사노즐을 통한 분말 금속 분사 후, 레이저 조사에 의해 소결 경화시켜 철골층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 (a) 단계 내지 상기 (c) 단계를 반복하여 시공하고자 하는 구조물의 형상으로 상기 철골층과 상기 콘크리트층을 연속 적층하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치를 이용한 철골 콘크리트 구조물 시공방법.
A method of constructing a steel-concrete structure using a 3D printing apparatus,
(a) discharging a synthetic resin through an extrusion head, and then curing it by laser irradiation to form a steel frame boundary layer;
(b) discharging a concrete mixture through an extrusion head, and curing the mixture by microwave irradiation to form a concrete layer; And
(c) spraying powder metal through a spray nozzle and sintering and curing by laser irradiation to form a steel-steel layer,
Wherein the steel layer and the concrete layer are continuously laminated in a shape of a structure to be constructed by repeating the steps (a) to (c).
청구항 9에 있어서,
상기 (a) 단계는, 압출헤드를 통한 합성수지 토출 후, 레이저 조사에 의해 경화시켜 콘크리트 외곽 경계층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치를 이용한 철골 콘크리트 구조물 시공방법.
The method of claim 9,
Wherein the step (a) further comprises the step of forming a concrete outer boundary layer by curing the synthetic resin by laser irradiation after discharging the synthetic resin through the extrusion head.
청구항 9에 있어서,
상기 (b) 단계는, 상기 압출헤드 내부에 고압의 세척수를 분사하여, 잔류물을 세척하여 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치를 이용한 철골 콘크리트 구조물 시공방법.
The method of claim 9,
Wherein the step (b) further comprises the step of injecting high-pressure cleaning water into the extrusion head to clean and remove the residues.
청구항 9에 있어서,
상기 (c) 단계는, 레이저 조사에 의한 상기 분말 금속의 소결 경화시, 상기 철골 외곽 경계층이 제거되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 장치를 이용한 철골 콘크리트 구조물 시공방법.
The method of claim 9,
Wherein the step (c) comprises removing the steel boundary layer when the sintering and curing of the powder metal by laser irradiation is performed.
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