KR102035311B1 - 건축용 3d 프린터의 콘크리트 노즐 장치 및 이를 포함하는 건축용 3d 프린터 - Google Patents

건축용 3d 프린터의 콘크리트 노즐 장치 및 이를 포함하는 건축용 3d 프린터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건축용 3D 프린터에 사용되는 높은 점성 특성의 콘크리트가 원활하고 안정적으로 공급되도록 하여 작업성을 향상시키고, 작업 시간을 단축시키며, 노즐 장치 및 전체 3D 프린터의 고장을 방지할 수 있는 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치 및 이를 포함하는 건축용 3D 프린터에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 콘크리트를 토출 공급하기 위한 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치로서, 장치 지지 바디; 상기 장치 지지 바디의 일측에 구비되고, 콘크리트가 투입 수용되는 재료 수용부; 일단부는 상기 재료 수용부와 연통되게 결합되고 타단부는 재료 노즐구가 형성되는 재료공급 노즐부; 상기 재료공급 노즐부에 구비되어 콘크리트를 상기 재료 노즐구 측으로 이송시키기 위한 재료 이송 수단; 및 상기 재료 수용부에 구비되어 내부에 수용된 콘크리트를 교반시키면서 상기 재료공급 노즐부 측으로 공급시키기 위한 교반 압송 수단;을 포함하는 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치, 및 이를 포함하는 건축용 3D 프린터가 제공된다.

Description

건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치 및 이를 포함하는 건축용 3D 프린터{CONCRETE NOZZLE APPARATUS OF 3D PRINTER OF CONSTRUCTION AND 3D PRINTER FOR CONSTRUCTION INCLUDING THE SAME}
본 발명은 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치 및 이를 포함하는 건축용 3D 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건축용 3D 프린터에 사용되는 높은 점성 특성을 갖는 콘크리트 등의 재료가 원활하고 안정적으로 공급되도록 하여 작업성을 향상시키고, 작업 시간을 단축시키며, 노즐 장치 및 전체 3D 프린터의 고장을 방지할 수 있는 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치 및 이를 포함하는 건축용 3D 프린터에 관한 것이다.
일반적으로 철근콘크리트 구조물은 높은 압축강도를 가져 각종 건축물의 벽체, 슬라브 등의 구조물로 널리 시공되고 있다.
이러한 철근콘크리트 구조물은 일반적으로 기초물 상에 철근을 배열하여 설치하고 상기 설치된 철근을 둘러싸는 거푸집(형틀)을 조성하여 그 사이에 콘크리트를 타설한 후 콘크리트가 양생되면 다시 형틀을 제거하는 공정을 거쳐 시공되었다.
그런데 이러한 종래의 철근콘크리트 구조물의 시공방법에 의하면, 거푸집을 설치해야만 하고, 콘크리트가 양생된 후에는 다시 거푸집을 일일이 해체해야 하기 때문에 공정의 수가 많고 복잡하여 작업이 번거롭고 작업공수가 늘어나게 하는 요인이 됨으로써 전체 건축공기를 지연시키는 문제점이 있었으며, 또한 거푸집은 항구적인 구성요소가 아니라 철거해야 하는 요소이므로 거푸집을 조성하고 해체하는 것은 필수적으로 물자와 건축비용의 낭비를 초래한다는 문제점이 있었다.
한편, 최근에는 프린팅을 통해 3차원 형상의 제품을 성형하는 3D 프린팅 제조기술이 각광받고 있으며, 상기한 종래의 문제 해결을 위하여 3D 프린팅을 이용하여 콘크리트 구조물을 제조하려는 시도가 이루어지고 있다.
일반적으로 알려진 콘크리트용 3D 프린팅 방법은 단순히 낮은 물-시멘트비(W/C)를 갖는 콘크리트 배합을 이용하여 적층성을 향상시키고자 하였으며, 이에 따라 비정형 형태의 콘크리트를 생산 및 자동화를 하려 했었으나, 콘크리트의 낮은 W/C 로 인해 콘크리트의 워커빌리티(Workability) 저하 및 콘크리트 압출성이 저하되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 일환으로 시멘트 비율을 높일 수 있지만, 점도가 높은 시멘트의 물성으로 인해 노즐구로부터 원활하게 공급되지 못하며, 종국에는 노즐구가 폐색될 우려가 있었다.
또한, 상기한 문제점을 해결하기 위한 다른 일환으로 특허등록 제1526827호 "3Ｄ 프린팅 장치 및 이를 이용한 철골 콘크리트 구조물 시공방법"이 제안되어 있다.
상기 등록특허에서는 '베이스 프레임; 상기 베이스 프레임의 상부에 이동 가능 하게 설치되는 이동부; 상기 이동부의 일측에 설치되며 프린트 재료를 토출하는 압출헤드; 상기 이동부의 타측에 설치되며 분말 금속을 분사하는 분사노즐; 상기 압출헤드에 상기 프린트 재료로서 콘크리트 혼합물을 공급하는 제1 재료 공급부; 상기 분사노즐에 상기 분말 금속을 공급하는 제2 재료 공급부; 및 상기 압출헤드에 상기 프린트 재료로서 합성수지를 공급하는 제3 재료 공급부를 포함하는 3D 프린팅 장치'를 제안하고 있다.
그러나 상기 배경기술은 마이크로웨이브를 콘크리트에 조사하여, 콘크리트 내부의 물분자를 가열하고, 이에 따라 수화반응 및 경화를 촉진하여 3D 프린팅 콘크리트의 생산성, 적층성을 향상시키고자 하였으나, 마이크로웨이브로 인하여 콘크리트를 급속히 수화시키는 것에는 매우 높은 에너지의 마이크로웨이브가 필요하며, 마이크로웨이브의 에너지가 높아질수록 배합수의 손실이 커지고, 전체 장치가 복잡해지는 문제점이 있었다.
(문헌 1) 대한민국 등록특허공보 10-1526827(2015.06.05. 공고) (문헌 2) 대한민국 등록특허공보 10-1815513(2018.01.30. 공고) (문헌 3) 대한민국 등록특허공보 10-1738246(2017.05.22. 공고) (문헌 4) 대한민국 등록특허공보 10-1697436(2017.01.17. 공고)
따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 건축용 3D 프린터에 사용되는 높은 점성 특성을 갖는 콘크리트 등의 재료가 원활하고 안정적으로 공급되도록 하여 작업성을 향상시킬 수 있고, 작업 시간을 단축시킬 수 있어 경제성을 도모할 수 있는 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치 및 이를 포함하는 건축용 3D 프린터를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 콘크리트 노즐 장치에서 공급되는 콘크리트 등의 재료 물성이 일정하게 유지되도록 하여 공급성과 이송성을 확보하고, 이에 따라 재료가 저장되는 재료 수용부 및 이송로에서 폐색되는 것을 방지할 수 있어 콘크리트 노즐 장치 및 전체 3D 프린터의 고장을 방지할 수 있는 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치 및 이를 포함하는 건축용 3D 프린터를 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 콘크리트를 공급 배출하기 위한 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치로서, 장치 지지 바디; 상기 장치 지지 바디의 일측에 구비되고, 콘크리트가 투입 수용되는 재료 수용부; 일단부는 상기 재료 수용부와 연통되게 결합되고 타단부는 재료 노즐구가 형성되는 재료공급 노즐부; 상기 재료공급 노즐부에 구비되어 콘크리트를 상기 재료 노즐구 측으로 이송시키기 위한 재료 이송 수단; 및 상기 재료 수용부에 구비되어 내부에 수용된 콘크리트를 교반시키면서 상기 재료공급 노즐부 측으로 공급시키기 위한 교반 압송 수단;을 포함하는 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치가 제공된다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 재료 수용부는 일측에 콘크리트가 투입되는 투입구를 갖는 통 형상의 수용체로 형성되고, 상기 재료공급 노즐부는 일단부에 상기 노즐구가 형성되고 타단부는 상기 재료 수용부와 연통되는 통 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 재료 수용부와 재료공급 노즐부는 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 재료 이송 수단은 상기 재료공급 노즐부의 중심축 상에 회전가능하게 지지 배치되는 회전 샤프트와, 상기 회전 샤프트에 구비되는 스크류 플라이트, 및 상기 회전 샤프트를 회전 구동시키기 위한 구동 모터를 포함하며, 상기 교반 압송 수단은 상기 회전 샤프트가 상기 재료수용부의 중심축 상으로 연장되어 구비되는 회전샤프트 연장부와, 상기 회전샤프트 연장부에 구비되어 그 재료 수용부 내의 콘크리트를 교반 이송시키기 위한 쉐이킹 부재(shaking member), 및 상기 쉐이킹 부재를 구동시키기 위한 구동수단;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 쉐이킹 부재는 상기 회전샤프트 연장부의 외연에 이동가능하게 구비되는 원호나 반원 또는 환형 형태의 쉐이커(shaker); 및 일단부는 상기 쉐이커에 결합되고 타단부는 상기 재료수용부의 외부로 연장되어 상기 구동 수단의 구동력을 전달받는 연동 링크를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 구동 수단은 상기 장치 지지 바디에 구비되는 리니어 하우징; 상기 장치 지지 바디에 구비되는 구동 모터; 상기 리니어 하우징에 선형 이동 가능하게 지지되고, 일단부가 상기 연동 링크에 결합되는 하나 이상의 리니어 샤프트; 상기 구동 모터의 회전 구동력을 전달받아 상기 리니어 샤프트를 선형 구동시키도록 동작하는 구동력 변환 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 구동력 변환 유닛은 상기 구동 모터의 회전력을 전달받아 연결되는 단부가 일단부에 편심되게 형성되는 회전 링크; 및 일단부는 상기 회전 링크의 타단부에 회전가능하게 결합되고, 타단부는 상기 리니어 샤프트의 타단부에 회전가능하게 결합되는 캠 링크를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 상기한 일 관점에 따른 콘크리트 노즐 장치를 포함하는 건축용 3D 프린터가 제공된다.
본 발명에 따른 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치 및 이를 포함하는 건축용 3D 프린터에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명은 높은 점성 특성을 갖는 콘크리트 등의 재료가 원활하고 안정적으로 공급될 수 있어 작업성 및 작업 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 콘크리트의 원활한 공급으로 작업 시간을 단축시켜 전체 공사 기간을 단축시키면서도 견고한 구조를 확보할 수 있어 경제성과 구조 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 본 발명은 콘크리트의 물성이 일정하게 유지될 수 있어 공급성과 이송성을 확보함으로써, 장치가 폐색되는 것을 방지하고 콘크리트 노즐 장치 및 전체 3D 프린터의 고장을 방지할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 본 발명은 콘크리트가 저장된 재료 수용부의 세척을 용이하고 깔끔하게 실행할 수 있어 유지 관리가 뛰어하고, 사용 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치의 구성을 사시적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치의 구성을 측면에서 바라본 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치의 구성을 평면에서 바라본 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치를 구성하는 재료 이송 수단의 실시 예를 사시적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치를 구성하는 교반 압송 수단의 실시 예를 사시적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치를 구성하는 교반 압송 수단의 다른 실시 예를 사시적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치의 동작 상태를 측면에서 바라본 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치의 동작 상태를 평면에서 바라본 것을 나타내는 도면이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치를 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치의 구성을 사시적으로 나타내는 도면이고, 도 2 및 도 3은 각각 본 발명에 따른 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치의 구성을 측면 및 평면에서 바라본 것을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치를 구성하는 재료 이송 수단의 실시 예를 사시적으로 나타내는 도면이며, 도 5 및 도 6은 각각 본 발명에 따른 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치를 구성하는 교반 압송 수단의 실시 예들을 사시적으로 나타내는 도면이다. 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치의 동작 상태를 측면 및 평면에서 바라본 것을 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치는, 건축용 3D 프린터를 구성하며, 콘크리트(또는 콘크리트와 유사한 물성을 갖는 재료를 통칭함)를 토출 공급하기 위한 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치로서, 도 1 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 소정 형상의 장치 지지 바디(100); 상기 장치 지지 바디(100)의 일측에 구비되고 건축용 3D 프린트에 사용되는 콘크리트가 투입되어 수용되는 재료 수용부(210); 일단부는 상기 재료 수용부(210)와 연통되게 결합되고 타단부는 재료 노즐구(221)가 형성되는 재료공급 노즐부(220); 상기 재료공급 노즐부(220)에 구비되어 상기 재료 수용부(210)에 수용된 콘크리트를 상기 재료 노즐구(221) 측으로 이송시키기 위한 재료 이송 수단(300); 및 상기 재료 수용부(210)에 구비되며 그 재료 수용부(210)에 수용된 콘크리트를 교반시키기 위한 교반 압송 수단(400);을 포함한다.
상기 소정 형상의 장치 지지 바디(100)는 상기 각 구성요소들, 즉 재료 수용부(210), 재료공급 노즐부(220), 재료 이송 수단(300) 및 교반 압송 수단(400)이 안정적이고 견고하게 지지 고정될 수 있는 형태나 구성이라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 상기 장치 지지 바디(100)는 도면에 나타낸 바와 같이 판상의 지지체로 구성되고 그 일면에 각 구성요소들이 지지 고정된다. 도면에는 나타내지 않았지만, 상기 장치 지지 바디(100)는 일단부에서 재료공급 노즐부(220)의 노즐구(221)가 노출된 상태로 각 구성요소들을 완전 커버하거나 일부 노출되게 커버하는 커버 하우징이 판상의 지지체에 결합되어 구성될 수 있다.
다음으로, 건축용 3D 프린트에 사용되는 콘크리트가 투입되어 수용되는 재료 수용부(210)는, 일측에 콘크리트가 투입되는 투입구(미도시)가 형성되고, 상기 재료공급 노즐부(220) 측을 향하는 단부에 재료 배출구가 형성되거나 재료공급 노즐부(220)과 연통되게 형성되는 통 형상의 수용체로 이루어진다. 도면에서, 상기 재료 수용부(210)는 원통형태로 형성되는 것을 예시로 나타내고 있으며, 후술하는 재료 이송 수단(300)을 구성하는 회전샤트트가 중심축 상으로 배치되도록 구성된다.
계속해서, 상기 재료공급 노즐부(220)는 일단부에 노즐구(221)가 형성되고 타단부는 상기 재료 수용부(210)와 연통되는 통 형상으로 형성된다. 도면에서, 상기 재료공급 노즐부(220)는 노즐구(221)를 갖는 부분이 원추대 형태로 형성되고 몸체 부분이 원통 형태로 형성되는 경우를 나타내고 있으며, 후술하는 재료 이송 수단(330)을 구성하는 회전샤트가 중심축 상으로 배치되게 된다.
본 발명에서 상기 재료공급 노즐부(220)와 재료 수용부(210)는 일체형의 통 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 콘크리트가 투입되고 배출되는 구성요소로서 전체적으로 통 형태로 형성되되, 일단부가 노즐구(221)를 갖는 원추대 형태의 통 형태로 형성되고, 상기 원추대 형태의 통 형태와 일체로 형성되어 후술하는 재료 이송 수단(300)에 의해 콘크리트가 이송되는 통 형태의 재료공급 노즐부(220)로서의 재료공급부, 및 상기 재료공급부와 연통되게 일체로 형성되고 내부에 콘크리트가 수용되는 통 형태의 재료 수용부(210)로 이루어질 수 있다.
여기에서, 상기 재료공급부와 재료 수용부의 사이즈는 상대적으로 다르게 구성될 수 있는데, 도면에 나타낸 예시에서는 재료 수용부(210)가 재료공급부보다 상대적으로 대경부로 형성되는 경우를 나타내고 있다.
상기 재료 수용부(210) 및/또는 재료공급 노즐부(220)는 복수의 지지대(230)에 의해 장치 지지 바디(100)에 견고하고 안정적으로 지지 고정된다. 상기 지지대(230)는 재료 수용부(210)와 재료공급 노즐부(220) 중 적어도 하나를 지지 고정시킬 수 있는 구성이라면 특별히 한정되는 것은 아니다. 도면에서는 상기 재료공급 노즐부(220)만이 3개의 지지대(230)에 의해 지지되는 경우를 나타내고 있다.
다음으로, 상기 재료 이송 수단(300)은 상기 재료공급 노즐부(220)의 중심축 상에 회전가능하게 지지 배치되는 회전 샤프트(310)와, 상기 회전 샤프트(310) 상에 구비되어 재료를 이송시키는 스크류 플라이트(320), 및 상기 회전 샤프트(310)의 일단부에 결합되어 상기 회전 샤프트(310)를 회전 구동시키기 위한 구동 모터(330)를 포함한다.
상기 회전 샤프트(310)에 구비되는 스크류 플라이트(320)는 노즐구(221) 측에서 일정 정도 길이 여유 마진(margine)를 가지면서 재료공급 노즐부(220)의 소정 길이만큼 형성되게 된다.
다음으로, 상기 재료 수용부(210)에 구비되며 그 재료 수용부(210)에 수용된 콘크리트를 교반시키기 위한 교반 압송 수단(400)은, 상기 회전 샤프트(310)가 재료수용부(210)의 중심축 상으로 연장되어 구비되는 회전샤프트 연장부(410)와, 상기 회전샤프트 연장부(410)에 구비되어 그 재료 수용부(210) 내에 수용된 콘크리트를 교반시키기 위한 쉐이킹 부재(shaking member)(421, 422), 및 상기 쉐이킹 부재(421, 422)를 선형 구동시키기 위한 구동수단;을 포함한다.
상기 회전샤프트 연장부(410)는 재료수용부(210)의 중심축 상으로 배치되며 그 연장단부는 재료수용부(210)의 일단부 측(노즐구(221)의 반대 측)의 외부로 연장되어 회전샤프트 구동모터(330)의 회전 구동력을 전달받도록 연결 구성된다.
상기 쉐이킹 부재는 그 일 실시 형태로 도 5에 나타낸 바와 같이 상기 회전샤프트 연장부(410)의 외연에 이동가능하게 구비되는 원호 형태 또는 환형 형태의 쉐이커(shaker)(421)와, 일단부는 상기 쉐이커(421)에 결합되고 타단부는 재료수용부(210)의 외부로 연장되어 상기 구동 수단의 구동력을 전달받는 연동 링크(422)를 포함한다.
상기 쉐이커(421)는 상기한 바와 같이 원호 형태나 환형 형태 이외에, 단일의 환형 형태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 쉐이커(421)는 복수의 연결편으로 연결되어 구성되는 한 쌍의 외측 링과 내측 링으로 이루어져, 회전샤프트 연장부(410) 상에서 선형 구동 동작에 의해 재료 수용부(210) 내의 재료를 더욱 효과적으로 교반시키고 이송시킬 수 있도록 할 수 있다. 도면에서 쉐이커(421)는 반원 형태로 형성되는 경우를 예시로 나타내고 있다.
계속해서, 상기 구동 수단은 장치 지지 바디(100)에 고정되는 리니어 하우징(431)과, 상기 리니어 하우징(431)의 일측의 장치 지지 바디(100)에 구비되는 구동 모터(432)와, 상기 리니어 하우징(431)에 선형 이동 가능하게 지지되고, 일단부가 상기 연동 링크(422)에 결합되는 하나 이상의 리니어 샤프트(433), 상기 구동 모터(432)의 회전 구동력을 전달받아 상기 리니어 샤프트(433)를 선형 구동시키도록 동작하는 구동력 변환 유닛(또는 캠 유닛)을 포함한다.
상기 리니어 샤프트(433)는 도면에 나타낸 바와 같이 안정적인 구동력의 전달을 위하여 한 쌍의 로드 샤프트로 이루어질 수 있다.
상기 구동력 변환 유닛은 도 5에 나타낸 바와 같이 구동 모터의 회전 구동을 선형 왕복 구동으로 변환시킬 수 있는 캠(cam) 어셈블리와 같은 구성으로 이루어지는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
일 실시 형태로, 도면에 나타낸 바와 같이 상기 구동력 변환 유닛은 일단부에 편심하여 상기 구동 모터(432)의 회전력을 전달받게 연결되어 회전하는 회전 링크(434)와, 일단부는 상기 회전 링크(434)의 타단부에 회전가능하게 결합되고, 타단부는 상기 리니어 샤프트(433)의 타단부에 회전가능하게 결합되는 캠 링크(435)를 포함한다.
여기에서, 상기 구동 모터(432)은 생략되고 소정의 기어 트레인(gear train)을 통해 상기 회전 샤프트(310)를 회전 구동시키는 구동 모터(330)를 이용할 수도 있다. 이와 같이 단일의 구동 모터(330)만이 이용되는 경우, 구성요소를 감소시켜 제작 비용을 절감하고, 장치 전체적으로 컴팩트(compact)하게 구성될 수 있다.
또한, 상기 교반 압송 수단(400)에서 상기한 구동모터와 캠 어셈블리를 포함하는 구동력 변환 유닛 대신에, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 리니어 샤프트(433)의 타단부에 연결되어 리니어 샤프트(433)를 선형 구동시키기 위한 선형운동 구동수단을 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 선형운동 구동수단은 유압(예를 들면, 공압)으로 상하 또는 전후로 선형 구동하는 유압실린더(436)로 이루어질 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치에 의하면, 재료 수용부(210)에 콘크리트가 채워져 구동모터(432)가 회전 구동하게 되면, 그 회전 링크(434)가 회전하게 되고, 그 타단부에 회전가능하게 결합된 캠 링크(435)의 캠 동작(일단부는 회전 동작하면서 타단부는 선형 구동하는 동작)으로 리니어 샤프트(433)가 상하로 선형 구동되게 된다.
이에 따라 상기 리니어 샤프트(433)에 연결된 연동 링크(422)에 결합되고 재료수용부(210) 내에 위치된 쉐이커(421)가 회전샤프트 연장부(410)를 따라 상하로 이동하면서 그 재료수용부(210) 내에 있는 콘크리트를 교반시키면서 재료공급 노즐부(420) 측으로 밀어넣게 된다.
상기 쉐이커(421)의 선형 구동으로 인해 재료공급 노즐부(420)로 유입된 콘크리트는 구동 모터(330)가 회전 구동하면서 회전하는 회전 샤프트(310) 상에 구비된 스크류 플라이트(320)에 의해 노즐구(221) 측으로 배출되게 된다.
이러한 쉐이커(421)의 동작은 상대적으로 높은 점도 특성을 갖는 콘크리트의 굳는 현상을 방지하고, 스크류 플라이트(320)에 의해 보다 원활하게 공급되도록 하게 된다.
한편, 본 발명에서 상기한 교반 압송 수단(400)의 다른 실시 형태로서, 상기 회전샤프트 연장부(410)에 상기한 스크류 플라이트(320)가 연장되어 형성될 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치 및 이를 포함하는 건축용 3D 프린터에 의하면, 높은 점성 특성을 갖는 콘크리트 등의 재료가 원활하고 안정적으로 공급될 수 있어 작업성 및 작업 효율을 향상시킬 수 있으며, 콘크리트의 원활한 공급으로 작업 시간을 단축시켜 전체 공사 기간을 단축시키면서도 견고한 구조를 확보할 수 있어 경제성과 구조 안정성을 확보할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 콘크리트의 물성이 일정하게 유지될 수 있어 공급성과 이송성을 확보함으로써, 장치가 폐색되는 것을 방지하고 콘크리트 노즐 장치 및 전체 3D 프린터의 고장을 방지할 수 있으며, 콘크리트가 저장된 재료 수용부의 세척을 용이하고 깔끔하게 실행할 수 있어 유지 관리가 뛰어하고, 사용 수명을 연장시킬 수 있는 이점이 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 장치 지지 바디, 210: 재료 수용부
220: 재료공급 노즐부, 221: 노즐구
300: 재료 이송 수단, 310: 회전 샤프트
320: 스크류 플라이트, 330: 구동 모터
400: 재료 압송 수단, 410: 회전샤프트 연장부
421: 쉐이커, 422: 연동 링크
431: 리니어 하우징, 432: 구동 모터
433: 회전 링크, 434: 캠 링크

Claims (8)

  1. 콘크리트를 토출 공급하기 위한 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치로서,
    장치 지지 바디;
    상기 장치 지지 바디의 일측에 구비되고, 일측에 콘크리트가 투입되는 투입구를 갖는 통 형상의 수용체로 형성되는 재료 수용부;
    상기 재료 수용부와 일체로 형성되며, 일단부는 상기 재료 수용부와 연통되는 통 형상으로 형성되고, 타단부는 재료 노즐구가 형성되는 재료공급 노즐부;
    상기 재료공급 노즐부에 구비되어 콘크리트를 상기 재료 노즐구 측으로 이송시키기 위해, 상기 재료공급 노즐부의 중심축 상에 회전가능하게 지지 배치되는 회전 샤프트와, 상기 회전 샤프트에 구비되는 스크류 플라이트 및 상기 회전 샤프트를 회전 구동시키기 위한 구동 모터를 구비하는 재료 이송 수단; 및
    상기 재료 수용부에 구비되어 내부에 수용된 콘크리트를 교반시키면서 상기 재료공급 노즐부 측으로 공급시키기 위해, 상기 회전 샤프트가 상기 재료수용부의 중심축 상으로 연장되어 구비되는 회전샤프트 연장부와, 상기 회전샤프트 연장부에 구비되어 상기 재료수용부 내의 콘크리트를 교반 이송시키기 위한 쉐이킹 부재(shaking member) 및 상기 쉐이킹 부재를 구동시키기 위한 구동수단;을 구비하는 교반 압송 수단;을 포함하며,
    상기 쉐이킹 부재는, 상기 회전샤프트 연장부의 외연에 이동가능하게 구비되는 원호나 반원 또는 환형 형태의 쉐이커(shaker); 및 일단부는 상기 쉐이커에 결합되고 타단부는 상기 재료수용부의 외부로 연장되어 상기 구동 수단의 구동력을 전달받는 연동 링크를 포함하는 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 구동 수단은
    상기 장치 지지 바디에 구비되는 리니어 하우징;
    상기 장치 지지 바디에 구비되는 구동 모터;
    상기 리니어 하우징에 선형 이동 가능하게 지지되고, 일단부가 상기 연동 링크에 결합되는 하나 이상의 리니어 샤프트;
    상기 구동 모터의 회전 구동력을 전달받아 상기 리니어 샤프트를 선형 구동시키도록 동작하는 구동력 변환 유닛을 포함하는 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구동력 변환 유닛은
    상기 구동 모터의 회전력을 전달받아 연결되는 단부가 일단부에 편심되게 형성되는 회전 링크;
    일단부는 상기 회전 링크의 타단부에 회전가능하게 결합되고, 타단부는 상기 리니어 샤프트의 타단부에 회전가능하게 결합되는 캠 링크를 포함하는 건축용 3D 프린터의 콘크리트 노즐 장치.
  8. 청구항 1항에 따른 콘크리트 노즐 장치를 포함하는 건축용 3D 프린터.
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