KR101636673B1 - 3차원 프린팅 장치 - Google Patents

Abstract

시멘트, 물, 모래 등을 재료로 하여 3차원의 콘크리트 구조물을 용이하게 제조할 수 있도록, 재료가 저장되는 호퍼부, 상기 호퍼부로부터 재료를 공급받아 이를 출력하여 입체물을 형성하는 노즐부, 및 상기 노즐부를 이동시키기 위한 이동부를 포함하고, 상기 호퍼부는 물이 저장되는 물호퍼와, 시멘트가 저장되는 시멘트호퍼, 모래가 저장되는 모래호퍼를 포함하고, 상기 노즐부는 재료를 혼합하여 콘크리트 구조물을 형성하는 구조의 3차원 프린팅 장치를 제공한다.

Description

3차원 프린팅 장치{THREE-DIMENSION PRINTING DEVICE}

시멘트를 사용하여 입체물을 형성하는 3차원 프린팅 장치를 개시한다.

3차원 프린팅 기술은 액체 형태의 재료를 쌓아올려 3차원의 입체물을 제조하는 기술이다.

산업 현장, 생활 속에서 필요한 제품을 쉽게 만들 수 있는 3차원 프린트가 상용화되어 효과적으로 사용되고 있다. 현재 3차원 프린팅 장치는 비교적 작은 모형을 만드는 기계들이 출시되고 있으며 사용되는 소재는 폴리머, 금속, 종이 등 극히 제한적이고, 재료에 에너지를 가하여 액체 형태로 만들어 사용한다.

3차원 프린팅 장치는 노즐을 통해 액상의 소재를 출력하고, UV나 레이저 등의 에너지를 조사하여 경화시키면서 모형의 단면을 세분화시켜 인쇄 적층 하는 구조로 되어 있다.

그런데, 종래의 3차원 프린팅 장치에 사용되는 재료로는 열적 성질 및 기계적 강도가 좋은 제품을 생산하기 쉽지 않다. 열적 성질 및 기계적 강도가 놓은 제품을 생산하기 위해서는 금속과 같은 재료를 사용하여야 하며, 이 경우 재료의 가격이 비싸고 액체 형태로 재료를 가공해야 하므로 막대한 양의 에너지가 필요하다. 반면에 가격이 싼 플라스틱 재료의 경우 열적 성질 및 기계적 강도가 떨어지는 단점이 있다.

시멘트, 물, 모래 등을 재료로 하여 3차원의 콘크리트 구조물을 용이하게 제조할 수 있도록 된 3차원 프린팅 장치를 제공한다.

본 구현예의 장치는 재료가 저장되는 호퍼부, 상기 호퍼부로부터 재료를 공급받아 이를 출력하여 입체물을 형성하는 노즐부, 및 상기 노즐부를 이동시키기 위한 이동부를 포함하고, 상기 호퍼부는 물이 저장되는 물호퍼와, 시멘트가 저장되는 시멘트호퍼, 모래가 저장되는 모래호퍼를 포함하고, 상기 노즐부는 재료를 혼합하여 콘크리트 구조물을 형성하는 구조일 수 있다.

상기 노즐부는 재료가 수용되는 노즐과, 노즐에 설치되어 내부에 재료를 반죽하는 혼합기, 상기 노즐에 설치되어 재료를 출력하는 노즐팁을 포함할 수 있다.

상기 노즐부는 상기 물호퍼와 시멘트호퍼에 연결되어 물과 시멘트를 공급받아 이를 반죽하여 출력하는 제1 노즐부와, 상기 물호퍼와 시멘트호퍼 및 모래호퍼에 연결되어 물과 시멘트 및 모래를 공급받아 이를 반죽하여 출력하는 제2 노즐부를 포함할 수 있다.

상기 모래 호퍼는 내부에 자갈이 혼합될 수 있다.

상기 호퍼부는 자갈을 수용하는 자갈호퍼를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 노즐부는 자갈호퍼에 연결되어 자갈을 공급받아 같이 반죽하는 구조일 수 있다.

본 장치는 상기 노즐부를 세척하기 위한 세척부를 더 포함할 수 있다.

상기 세척부는 이동부를 따라 이동된 노즐부 내부로 세척수를 분사하는 회전분사노즐과, 상기 회전분사노즐에 연결되어 세척수를 공급하는 공급펌프를 포함할 수 있다.

상기 세척부는 노즐부에서 배출되는 폐수를 저장하는 저장용기를 더 포함할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 구현예에 의하면, 콘크리트 구조물을 용이하고 간편하게 제조할 수 있게 된다.

또한, 3차원 프린팅 장치를 이용하여 보다 강성의 제품을 제조할 용이하게 제조할 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치를 도시한 개략적인 구성도이다.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이에, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치를 개략적으로 도시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 3차원 프린팅 장치(100)는 재료가 저장되는 호퍼부, 상기 호퍼부로부터 재료를 공급받아 이를 작업대(70) 상에 출력하여 입체물을 형성하는 노즐부, 및 상기 노즐부를 이동시키기 위한 이동부(30)를 포함하고, 상기 호퍼부는 물이 저장되는 물호퍼(10)와, 시멘트가 저장되는 시멘트호퍼(12), 모래가 저장되는 모래호퍼(14)를 포함한다.

이에, 상기 노즐부를 통해 혼합된 재료를 출력하여 3차원의 시멘트 구조물을 제조할 수 있게 된다.

본 실시예에서 상기 장치(100)는 시멘트 구조물 외에 3차원의 콘크리트 구조물을 제조할 수 있다. 콘크리트 구조물 제조를 위해, 상기 모래호퍼(14)는 내부에 자갈이 혼합될 수 있다. 또는 상기 호퍼부는 모래호퍼 외에 자갈을 수용하는 자갈호퍼(16)를 더 포함할 수 있다. 이하 설명은 모래호퍼(14) 외에 자갈호퍼(16)가 별도로 구비되 구조를 예로서 설명한다. 이에, 상기 노즐부를 통해 시멘트와 모래 및 자갈이 혼합된 재료를 출력하여 콘크리트 입체물을 제조할 수 있다. 여기서, 콘크리트(concrete)는 시멘트와 모래 및 자갈을 물에 혼합한 것을 의미한다.

상기 물호퍼(10), 시멘트호퍼(12), 모래호퍼(14) 및 자갈호퍼(16)는 각각 공급라인을 통해 노즐부와 연결되어 각 재료를 노즐부로 공급한다. 상기 노즐부는 공급라인을 통해 공급된 재료를 혼합하여 콘크리트 구조물을 형성한다.

본 실시예에서 상기 노즐부는 주재료인 콘크리트 혼합물을 출력하는 제2 노즐부(50)과, 출력된 콘크리트를 지지하기 위한 보조재로 시멘트 혼합물을 출력하는 제1 노즐부(40)을 포함한다.

제1 노즐부(40)는 재료가 수용되는 노즐(42)과, 노즐에 설치되어 내부에 재료를 반죽하는 혼합기(44), 상기 노즐에 설치되어 재료를 출력하는 노즐팁(46)을 포함한다.

상기 제1 노즐부(40)는 제1 공급라인(20)을 통해 물호퍼(10)와 시멘트호퍼(12)에 연결되어, 물과 시멘트만을 공급받는 구조로 되어 있다. 이에, 제1 노즐부(40)의 노즐(42)에는 물과 시멘트가 혼합 반죽되어 노즐팁(46)을 통해 시멘트 혼합물로 출력된다. 제1 노즐부를 통해 출력되는 시멘트 혼합물은 콘크리트 혼합물을 지지하기 위해 사용될 수 있으며, 3차원의 콘크리트 제조물을 만든 후 제조물로부터 분리가 용이하여야 한다. 시멘트 혼합물은 시멘트와 물만이 혼합되어 있어서 추후 콘크리트 구조물에서 용이하게 제거할 수 있다.

상기 제2 노즐부(50) 역시 재료가 수용되는 노즐(52)과, 노즐에 설치되어 내부에 재료를 반죽하는 혼합기(54), 노즐에 설치되어 콘크리트 혼합물을 출력하는 노즐팁(56)을 포함한다.

상기 제2 노즐부(50)는 제2 공급라인(22)을 통해 물호퍼(10)와 시멘트호퍼(12), 모래호퍼(14) 및 자갈호퍼(16)와 모두 연결되어, 물과 시멘트, 모래 및 자갈을 공급받는 구조로 되어 있다. 이에, 제2 노즐부(50)의 노즐(52)에는 물과 시멘트, 모래 및 자갈이 혼합 반죽되어 노즐팁(56)을 통해 콘크리트 혼합물로 출력된다.

상기 혼합기(44,54)는 노즐(42,52) 내부에 수용된 재료를 반죽 형태로 혼합하기 위한 것으로, 재료를 교반하는 구조면 다양하게 적용가능하다. 상기 혼합기는 프린팅 작업 중에 계속 구동되어 노즐 내부에 수용된 재료를 지속적으로 교반시키게 된다.

상기 이동부(30)는 제1 노즐부(40)와 제2 노즐부(50)를 각각 전후좌우로 이동시킨다. 상기 이동부(30)는 예를 들어, 레일과 모터 등의 구성을 이용하여 노즐부를 원하는 위치로 이동시킬 수 있다. 또한, 상기 이동부(30)는 입체물 제조를 위해 제1 노즐부(40)와 제2 노즐부(50)를 상하방향으로 이동시킬 수 있다. 상기 이동부(30)에 대해서는 다양한 구조가 개시되어 있으므로 이하 상세한 설명은 생략한다. 상기와 같이 노즐부가 상하로 이동하는 구조 외에, 출력된 제조물이 상하로 이동되는 구조 역시 적용가능하다. 이러한 구조의 경우, 제조물이 놓여지는 작업대(70)가 상하로 이동되는 구조일 수 있다.

이와 같이, 노즐부가 수평방향을 따라 전후좌우 방향으로 이동되고, 작업대(70)가 상하방향으로 이동하면서 노즐부를 3차원으로 이동시켜 입체적인 제조물을 출력할 수 있게 된다.

본 프린팅 장치(100)는 프린팅 작업 중단시나 작업 후 노즐 내부에 시멘트가 부착되어 굳는 것을 방지할 수 있도록, 노즐부를 세척하기 위한 세척부(80)를 더 포함한다.

본 실시예에서, 상기 세척부(80)는 이동부(30)를 따라 이동된 노즐부 내부로 세척수를 분사하는 회전분사노즐과, 상기 회전분사노즐에 연결되어 세척수를 공급하는 공급펌프(86)를 포함한다. 또한, 기 세척부는 노즐부에서 배출되는 폐수를 저장하는 저장용기(88)를 더 포함할 수 있다. 상기 세척부는 작업 영역과 간섭되지 않도록 작업대(70)에서 벗어난 외측에 배치된다. 상기 이동부(30)는 작업대(70)를 지나 세척부로 연장되어, 필요시 제1 노즐부(40)와 제2 노즐부(50)가 이동부(30)를 따라 세척부로 이동된다.

상기 공급펌프(86)는 세척수를 각 회전분사노즐로 공급하여, 회전분사노즐을 통해 고압의 세척수를 분사한다.

상기 회전분사노즐은 제1 노즐부(40)와 제2 노즐부(50)에 대응하여 제1 회전분사노즐(82) 및 제2 회전분사노즐(84) 두 개가 구비될 수 있다. 이에, 제1 회전분사노즐(82)은 제1 노즐부(40)의 노즐 및 노즐팁 내부에 세척수를 분사하여 청소를 실시하며, 제2 회전분사노즐(84)은 제2 노즐부(50)의 노즐 및 노즐팁 내부에 세척수를 분사하여 청소를 실시한다. 상기 회전분사노즐은 예를 들어 노즐 내부에서 원주방향을 따라 회전하면서 세척수를 노즐 내면에 고르게 분사할 수 있다.

세척수에 의해 노즐에서 제거된 잔존 찌꺼기 및 처리수는 세척부 아래쪽에 배치된 저장용기(88)에 담아진다. 이와 같이 시멘트와 같은 폐기물을 저장용기에 담아 처리할 수 있어, 환경 오염을 최소화할 수 있게 된다.

이하, 본 장치의 작용에 대해 설명한다.

콘크리트 구조물 제조를 위해서는 재료로서, 물, 시멘트, 모래 및 자갈이 필요하다. 물호퍼(10)와 시멘트호퍼(12), 모래호퍼(14) 및 자갈호퍼(16)는 콘크리트 구조물 출력을 위해 필요한 재료를 공급한다.

제1 노즐부(40)는 물호퍼(10)와 시멘트호퍼(12)를 통해 물과 시멘트롤 공급받아 이를 잘 반죽하여 보조재료로 시멘트 혼합물을 형성한다. 제1 노즐부(40)의 노즐에 설치된 혼합기는 프린팅 작업이 완료될 때까지 시멘트 혼합물을 계속 교반한다.

제2 노즐부(50)는 물호퍼(10)와 시멘트호퍼(12), 모래호퍼(14) 및 자갈호퍼(16)를 통해 물과 시멘트, 모래 및 자갈을 공급받아 이를 잘 반죽하여 주재료인 콘크리트 혼합물을 형성한다. 제2 노즐부(50)의 노즐에 설치된 혼합기 역시 프린팅 작업이 완료될 때까지 콘크리트 혼합물을 계속 교반한다.

이동부(30)의 작동에 따라 제1 노즐부(40)와 제2 노즐부(50)가 원하는 위치로 이동되면서 작업대(70) 상에 프린팅을 실시하게 된다. 제1 노즐부(40)의 노즐팁(46)에서 출력된 시멘트 혼합물은 작업대(70) 상에 적층되며, 제2 노즐부(50)의 노즐팁(56)에서 출력된 콘크리트 혼합물도 작업대(70) 상에 적층된다. 상기 제1 노즐부(40)의 노즐팁에서 출력되는 시멘트 혼합물은 주재료로 작업대(70) 상에 출력된 콘크리트 혼합물을 지지하는 역할을 수행한다.

각 노즐부는 이동부(30)에 연결되어 전후좌우로 이동되며 프린팅이 이루어지는 작업대(70) 역시 상하로 움직여 원하는 3차원 형태의 콘크리트 구조물이 제조된다. 콘크리트 구조물 제조 후 제1 노즐부를 통해 출력되어 지지체 역할을 하는 시멘트 구조물은 콘크리트 구조물에서 분리하여 제거한다.

콘크리트 구조물 제조가 완료되거나, 프린팅 작업이 중지되는 경우에는 노즐 내에 잔존하는 재료를 세척하여 제거한다.

이동부(30)를 따라 노즐부가 세척부로 이동되고, 공급펌프(86)가 구동되면 회전분사노즐을 통해 세척수가 노즐 내부로 분사된다. 고압의 세척수에 의해 노즐이나 노즐팁에 잔존하는 혼합물이 깔끔히 제거된다. 이에, 시멘트 반죽이 노즐부 내에 남아 굳어 고착되는 현상을 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

10 : 물호퍼 12 : 시멘트호퍼
14 : 모래호퍼 16 : 자갈호퍼
20 : 제1 공급라인 22 : 제2 공급라인
30 : 이동부 40 : 제1 노즐부
42,52 : 노즐 44,54 : 혼합기
46,56 : 노즐팁 50 : 제2 노즐부
70 : 작업대 80 : 세척부
82 : 제1 회전분사노즐 84 : 제2 회전분사노즐
86 : 공급펌프 88 : 저장용기

Claims (9)

1. 재료가 저장되는 호퍼부, 상기 호퍼부로부터 재료를 공급받아 이를 출력하여 입체물을 형성하는 노즐부, 및 상기 노즐부를 이동시키기 위한 이동부를 포함하고,
   상기 호퍼부는 물이 저장되는 물호퍼와, 시멘트가 저장되는 시멘트호퍼, 모래가 저장되는 모래호퍼를 포함하고,
   상기 노즐부는 재료를 혼합하여 콘크리트 구조물을 형성하는 구조이고,
   상기 노즐부는 재료가 수용되는 노즐과, 노즐에 설치되어 내부에 재료를 반죽하는 혼합기, 및 상기 노즐에 설치되어 재료를 출력하는 노즐팁을 포함하는 3차원 프린팅 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 노즐부는 상기 물호퍼와 시멘트호퍼에 연결되어 물과 시멘트를 공급받아 이를 반죽하여 출력하는 제1 노즐부, 및 상기 물호퍼와 시멘트호퍼 및 모래호퍼에 연결되어 물과 시멘트 및 모래를 공급받아 이를 반죽하여 출력하는 제2 노즐부를 포함하는 3차원 프린팅 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 모래 호퍼는 내부에 자갈이 혼합된 3차원 프린팅 장치.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 호퍼부는 자갈을 수용하는 자갈호퍼를 더 포함하는 3차원 프린팅 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제2 노즐부는 자갈호퍼에 연결되어 자갈을 공급받아 같이 반죽하는 구조의 3차원 프린팅 장치.
7. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 노즐부를 세척하기 위한 세척부를 더 포함하는 3차원 프린팅 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 세척부는 이동부를 따라 이동된 노즐부 내부로 세척수를 분사하는 회전분사노즐, 및 상기 회전분사노즐에 연결되어 세척수를 공급하는 공급펌프를 포함하는 3차원 프린팅 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 세척부는 노즐부에서 배출되는 폐수를 저장하는 저장용기를 더 포함하는 3차원 프린팅 장치.

Images