KR102160056B1 - 3d printing nozzle apparatus using uhpc material - Google Patents

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KR102160056B1
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uhpc
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이재홍
이동규
김동현
이재욱
이승혜
곽관웅
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세종대학교산학협력단
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, provided is a 3D printing nozzle apparatus using an UHPC material, comprising: a nozzle device main body in which the UHPC material is introduced and received in an inner space and moves along a path corresponding to the shape data of a structure during 3D printing construction of the structure; a discharge nozzle provided with a nozzle discharge port for discharging the UHPC material received in the inner space of the nozzle device main body and configured to converge toward the nozzle discharge port at a lower portion of the nozzle device main body; and a nozzle heater disposed on the discharge nozzle and providing heat to the UHPC material passing through the inner space of the discharge nozzle to accelerate curing of the UHPC material discharged from the nozzle discharge port.

Description

UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치{3D PRINTING NOZZLE APPARATUS USING UHPC MATERIAL}3D printing nozzle device using UHPC material {3D PRINTING NOZZLE APPARATUS USING UHPC MATERIAL}

본 발명은 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 UHPC 재료(Ultra-High Performance Concrete)를 이용하여 건축물과 같은 구조물을 3D 프린팅 방식으로 일체화 시공할 수 있고, 급결제를 사용하지 않더라도 UHPC 재료를 적절하게 경화시킬 수 있는 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a 3D printing nozzle device using a UHPC material, and more particularly, a structure such as a building can be integrated by 3D printing using a UHPC material (Ultra-High Performance Concrete), and quick settlement It relates to a 3D printing nozzle device using a UHPC material that can properly cure the UHPC material even if it is not used.

일반적으로, 3D 프린팅 시스템은 3D(3-Dimensional) 프린팅 기술을 이용하여 원하는 구조물을 만드는 시스템으로서, 최근에 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 즉, 3D 프린팅 방식은 자동화 또는 일체화로 적층 후 제작이 가능하기 때문에 인력에 의한 설치 작업이 배제되므로, 급속 제작이 가능하고, 인건비 절감으로 인한 제작비를 줄일 수 있는 장점이 있다.In general, a 3D printing system is a system for creating a desired structure using 3-Dimensional (3D) printing technology, and technology development has been actively made in recent years. That is, since the 3D printing method can be manufactured after lamination by automation or integration, installation work by manpower is excluded, so rapid manufacturing is possible, and manufacturing cost due to labor cost reduction can be reduced.

3D 프린팅 시스템이 3D 프린팅 방식으로 구조물을 만드는 과정을 간략하게 설명하면 아래와 같다. A brief description of the process of creating a structure by the 3D printing system using the 3D printing method is as follows.

우선, 구현하고자 하는 구조물의 형상 데이터를 만들고, 구조물에 필요한 구조 재료를 구성하고 배합하여 3D 프린팅 시스템의 내부에 충전한다. 상기와 같이 충전된 구조 재료는 3D 프린팅 시스템의 노즐 장치에서 외부의 타겟 표면으로 토출시킨다. 이때, 3D 프린팅 시스템의 노즐 장치는 구조물의 형상데이터에 따른 길이방향으로 여러 패스를 거쳐 구조 재료를 적층하면서 두께를 이룬다. 이러한 일련의 과정을 거치면서 3D 프린팅 시스템이 구조물을 실제로 구현한다. First, the shape data of the structure to be implemented is created, and the structural materials required for the structure are composed and blended, and then filled into the interior of the 3D printing system. The structural material filled as described above is discharged from the nozzle device of the 3D printing system to the external target surface. At this time, the nozzle device of the 3D printing system achieves thickness by stacking structural materials through several passes in the longitudinal direction according to the shape data of the structure. Through this series of processes, the 3D printing system actually implements the structure.

상기와 같은 구조물의 3D 프린팅 방식은, 제품의 부속품을 3D 프린팅한 후 그 부속품을 조립하여 제품을 제작하는 기존의 3D 프린팅 방식과 달리, 연속적으로 한번에 모든 패스와 적층을 수행하여 조립 공정없이 일체화 제작이 가능해야만 한다. 즉, 기계나 바이오 분야의 소형제품에는 3D 프린팅 기술이 이미 상용화되어 있으나, 건축물 등과 같은 구조물인 경우에는 구조물의 규모가 대형이기 때문에 기존의 3D 프린팅 기술과 다르게 일체화 3D 프린팅 방식으로 시공되고 있다.Unlike the conventional 3D printing method in which a product is manufactured by 3D printing a product accessory and then assembling the accessory, the 3D printing method of the structure as described above is made integrally without the assembly process by performing all passes and stacking continuously at once. This must be possible. In other words, 3D printing technology has already been commercialized for small products in the field of machinery and bio, but in the case of structures such as buildings, the scale of the structure is large, so unlike the existing 3D printing technology, it is constructed in an integrated 3D printing method.

예를 들면, 한국등록특허 제10-1616306호(발명의 명칭: 3차원 인쇄식 시멘트 제품 제조장치 및 그 제조방법, 등록일: 2016.04.22)에는, 시멘트 모르타르를 제조하는 혼합재료를 급결제가 반응하지 않는 상태로 분리하여 공급함으로써 시멘트 모르타르의 조기 경화를 미연에 방지할 수 있는 3차원 인쇄식 시멘트 제품 제조장치 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 한국등록특허 제10-1616306호는 시멘트 제품을 3차원 인쇄 기술로 시공하는 것에 관한 기술이다.For example, in Korean Patent Registration No. 10-1616306 (name of the invention: 3D printing cement product manufacturing apparatus and its manufacturing method, registration date: 2016.04.22), a mixture material for producing a cement mortar is reacted with a rapid setting agent. Disclosed are an apparatus for manufacturing a three-dimensional printed cement product and a method for manufacturing the cement mortar, which can prevent premature hardening of cement mortar by supplying it separately in a state that does not. Korean Patent Registration No. 10-1616306 is a technology related to the construction of cement products with 3D printing technology.

상기와 같이 건축물 등과 같은 대형 규모의 구조물은 규모를 지탱할 수 있는 안전한 구조로 형성되어야만 하며, 이를 위하여 중력 방향의 압축 강도, 길이 방향의 인장 강도, 및 적층 레이어 간의 부착 강도에 대한 별도의 요구 조건이 더 충족되어야만 한다. 하지만, 건축물과 같은 구조물의 3D 프린팅 재료는 콘크리트 재료로 한정되어 있기 때문에, 압축강도에 강한 콘크리트 재료의 특성상 적층 레이어 간의 부착강도가 확보된다면 압축 강도도 안전 성능을 만족할 수 있으나, 철근을 프린팅할 수 없기 때문에 인장 강도의 확보는 요원한 실정이다.As described above, large-scale structures such as buildings must be formed in a safe structure capable of supporting the scale, and for this purpose, separate requirements for compressive strength in the gravity direction, tensile strength in the longitudinal direction, and adhesion strength between laminated layers are required. It must be more fulfilled. However, since the 3D printing material of structures such as buildings is limited to concrete materials, the compressive strength can also satisfy safety performance if the bonding strength between the laminated layers is secured due to the characteristics of the concrete material that is strong in compressive strength, but reinforcement can be printed. Because there is no, it is difficult to secure tensile strength.

한편, UHPC 재료는 일반 콘크리트 재료보다 압축 강도와 휨인장 강도가 높고, 특히 강섬유를 적용하면 휨인장 강도를 더욱 높이는 것이 가능하다. 그에 따라, 최근에는 UHPC 재료를 건축물과 같은 대형 규모의 구조물의 3D 프린팅 시공에 사용하기 위한 시도가 늘어나고 있다.On the other hand, UHPC materials have higher compressive strength and flexural tensile strength than general concrete materials, and in particular, it is possible to further increase flexural tensile strength by applying steel fibers. Accordingly, in recent years, attempts to use UHPC materials for 3D printing construction of large-scale structures such as buildings are increasing.

하지만, UHPC 재료를 비빔 콘크리트로 만드는 경우에는 물이 많이 함유된 갯벌의 진흙과 비슷하기 때문에 유동성이 매우 크고 엿가락처럼 쫀득한 특성을 가진다. 그렇기 때문에, 3D 프린팅 시공시 적층 레이어가 퍼져 버리기 때문에 적층 레이어를 안정적으로 적층하기 어려운 문제점이 있다.However, when the UHPC material is made of bibim concrete, it has very high fluidity and a sticky characteristic like a malt because it is similar to mud in a tidal flat containing a lot of water. Therefore, there is a problem in that it is difficult to stably laminate the laminated layer because the laminated layer spreads during 3D printing construction.

상기와 같이 UHPC 재료의 적층시 발생되는 고유동성의 문제를 해결하기 위하여, 30초~1분 이내로 빨리 굳혀 강도를 용이하게 발현시키는 급결제를 적층 레이어에 사용하는 것도 가능하다. 그런데, UHPC 재료는 조직이 치밀하여 우수한 고강도성을 가지지만, 급결제가 조직의 내부에 침투할 수 있는 공간이 부족하기 때문에 급결제의 성능이 떨어져 근본적으로 유동성의 저하를 실현하기 어려운 단점이 있다. 또한, 적층 레이어 간의 적층이 가능하더라도 급결제가 적층 레이어의 표면만 존재하므로, 적층 레이어 간의 부착 성능이 나빠지기 때문에 구조물의 압축 성능도 떨어지는 단점이 있다.In order to solve the problem of high fluidity generated when the UHPC material is laminated as described above, it is also possible to use a quick-setting agent that quickly hardens within 30 seconds to 1 minute to easily express strength in the laminate layer. However, the UHPC material has a dense structure and has excellent high strength, but there is a disadvantage that it is difficult to realize a fundamental decrease in fluidity due to the poor performance of the rapid setting agent because there is insufficient space for the rapid setting agent to penetrate the inside of the tissue. . In addition, even if lamination between lamination layers is possible, since the quick-setting agent exists only on the surface of the lamination layer, there is a disadvantage in that the compressive performance of the structure is deteriorated because the adhesion performance between the lamination layers is deteriorated.

위에서 설명한 바와 같이, UHPC 재료는, 급결제의 사용이 효과적이지 않은 고유동성 재료이지만, 일반 콘크리트 재료보다 강도가 매우 우수한 재료이기 때문에 건축물과 같은 구조물의 3D 프린팅 시공에 사용하기 위한 대책 마련이 절실한 실정이다.As described above, UHPC material is a high-flow material in which the use of quick-setting agents is not effective, but since it is a material that is very superior in strength than general concrete materials, it is urgent to prepare countermeasures for use in 3D printing construction of structures such as buildings. to be.

본 발명의 실시예는, UHPC 재료를 이용하여 건축물과 같은 구조물을 3D 프린팅 방식으로 일체화 시공할 수 있는 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치를 제공한다.An embodiment of the present invention provides a 3D printing nozzle device using a UHPC material capable of integrally constructing a structure such as a building using a UHPC material in a 3D printing method.

또한, 본 발명의 실시예는, UHPC 재료에 열을 제공하여 UHPC 재료의 경화를 적절하게 제어할 수 있고, 급결제의 사용을 생략할 수 있는 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치를 제공한다.In addition, an embodiment of the present invention provides a 3D printing nozzle device using a UHPC material capable of appropriately controlling the curing of the UHPC material by providing heat to the UHPC material and omitting the use of a rapid setting agent.

또한, 본 발명의 실시예는, 3D 프린팅 노즐의 내부에서 UHPC 재료의 낙하 이송 속도를 가속할 수 있고, 뿐만 아니라 UHPC 재료의 낙하에 의한 낙하 진동을 저감할 수 있는 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치를 제공한다.In addition, an embodiment of the present invention is a 3D printing nozzle using a UHPC material capable of accelerating the falling transfer speed of the UHPC material inside the 3D printing nozzle, as well as reducing the falling vibration caused by the falling of the UHPC material. Provide the device.

본 발명의 일실시예에 따르면, UHPC 재료가 내부 공간에 유입 및 수용되고 구조물의 3D 프린팅 시공시 상기 구조물의 형상 데이터에 대응하는 경로를 따라 이동하는 노즐 장치 본체, 상기 노즐 장치 본체의 내부 공간에 수용된 상기 UHPC 재료를 토출하기 위한 노즐 토출구가 형성되고 상기 노즐 장치 본체의 하부에 상기 노즐 토출구를 향해 수렴하는 형상으로 마련된 토출 노즐, 및 상기 토출 노즐에 배치되고 상기 노즐 토출구에서 토출되는 상기 UHPC 재료의 경화를 촉진시키도록 상기 토출 노즐의 내부 공간을 통과하는 상기 UHPC 재료에 열을 제공하는 노즐 히터를 포함하는 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, the UHPC material is introduced into and accommodated in the inner space, and the nozzle device main body moves along a path corresponding to the shape data of the structure during 3D printing construction, and in the inner space of the nozzle device main body. A nozzle discharge port for discharging the received UHPC material is formed, and a discharge nozzle provided in a shape converging toward the nozzle discharge port at a lower portion of the nozzle device main body, and the UHPC material disposed on the discharge nozzle and discharged from the nozzle discharge port It provides a 3D printing nozzle apparatus using a UHPC material including a nozzle heater that provides heat to the UHPC material passing through the inner space of the discharge nozzle to accelerate curing.

바람직하게, 상기 노즐 히터는, 상기 토출 노즐의 둘레 방향으로 열을 균등하게 제공하도록 상기 토출 노즐의 외주부에 둘레를 따라 감싸는 형상으로 배치될 수 있다.Preferably, the nozzle heater may be disposed in a shape surrounding the outer circumference of the discharge nozzle so as to uniformly provide heat in the circumferential direction of the discharge nozzle.

바람직하게, 상기 토출 노즐은 열전도성 소재로 형성될 수 있다. 상기 노즐 히터는 상기 토출 노즐을 매개로 상기 UHPC 재료에 열을 전달하도록 상기 토출 노즐에 열을 제공하는 형상으로 마련될 수 있다.Preferably, the discharge nozzle may be formed of a thermally conductive material. The nozzle heater may be provided in a shape to provide heat to the discharge nozzle to transfer heat to the UHPC material through the discharge nozzle.

상기 토출 노즐의 내주부에는, 상기 노즐 히터의 열을 상기 토출 노즐의 내부 공간으로 전달하기 위한 열전달 부재가 돌출되게 마련될 수 있다. A heat transfer member for transferring heat from the nozzle heater to the inner space of the discharge nozzle may be provided to protrude in the inner circumferential portion of the discharge nozzle.

상기 열전달 부재는, 상기 토출 노즐의 내주부에서 내부 공간을 향해서 막대, 봉, 날개, 또는 가이드 베인 중 어느 하나의 형상으로 돌출되게 형성될 수 있다.The heat transfer member may be formed to protrude from the inner peripheral portion of the discharge nozzle toward the inner space in the shape of any one of a rod, a rod, a wing, or a guide vane.

상기 열전달 부재는, 상기 토출 노즐의 내주부에 상하 방향 또는 둘레 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 복수개가 이격되게 배치될 수 있다.A plurality of heat transfer members may be spaced apart from each other in at least one of an up-down direction or a circumferential direction in an inner peripheral portion of the discharge nozzle.

바람직하게, 상기 노즐 히터는, 상기 토출 노즐에서 토출되는 상기 UHPC 재료의 경화 정도, 토출 속도 및 토출 시간에 따라 상기 UHPC 재료에 제공되는 열의 공급량을 조절할 수 있다.Preferably, the nozzle heater may adjust the amount of heat supplied to the UHPC material according to a degree of curing, a discharge speed, and a discharge time of the UHPC material discharged from the discharge nozzle.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치는, 상기 노즐 히터의 열이 상기 토출 노즐에서 상기 노즐 장치 본체로 전달되는 현상을 차단하도록 상기 토출 노즐과 상기 노즐 장치 본체의 사이에 배치되는 절연 커넥터를 더 포함할 수 있다.On the other hand, the 3D printing nozzle device using the UHPC material according to an embodiment of the present invention, the discharge nozzle and the nozzle device body to block the phenomenon that the heat of the nozzle heater is transferred from the discharge nozzle to the nozzle device body. It may further include an insulated connector disposed between the.

상기 절연 커넥터는, 상기 토출 노즐의 상부 및 상기 노즐 장치 본체의 하부에 장착탈 가능하게 연결될 수 있고, 상기 토출 노즐에서 상기 노즐 장치 본체로 전달되는 열을 차단하기 위한 절연 소재로 형성될 수 있다.The insulating connector may be attached and detachably connected to an upper portion of the discharge nozzle and a lower portion of the nozzle device body, and may be formed of an insulating material for blocking heat transmitted from the discharge nozzle to the nozzle device body.

상기 절연 커넥터는 상기 토출 노즐의 상부 및 상기 노즐 장치 본체의 하부에 연통되게 연결되는 링 형상으로 형성될 수 있다. 상기 절연 커넥터의 상부는 상기 노즐 장치 본체의 하부에 나사 결합 방식으로 연결될 수 있고, 상기 절연 커넥터의 하부는 상기 토출 노즐의 상부에 나사 결합 방식으로 연결될 수 있다.The insulating connector may be formed in a ring shape connected to the upper portion of the discharge nozzle and the lower portion of the nozzle device body. An upper portion of the insulating connector may be connected to a lower portion of the main body of the nozzle device by a screw coupling method, and a lower portion of the insulating connector may be connected to an upper portion of the discharge nozzle by a screw coupling method.

바람직하게, 상기 노즐 장치 본체는, 상기 절연 커넥터의 상부에 하부가 연통되게 연결되고 상기 UHPC 재료가 유입되는 재료 유입구가 상부에 형성된 노즐 하우징, 상기 노즐 하우징의 내부 공간에 복수개가 회전 가능하게 배치되고 상기 UHPC 재료의 낙하 이송 속도를 가속시킴과 아울러 상기 UHPC 재료의 낙하 진동을 저감하기 위한 스크류 날개가 형성된 이송 스크류, 및 상기 이송 스크류들에 연결되고 상기 이송 스크류들의 회전을 위한 구동력을 제공하는 스크류 구동부를 포함할 수 있다.Preferably, the nozzle device main body, a nozzle housing having a lower portion connected in communication with the upper portion of the insulating connector and having a material inlet through which the UHPC material is introduced is formed at the upper portion, and a plurality of the nozzle housings are rotatably disposed in the inner space of the nozzle housing, A transfer screw having screw blades for accelerating the falling transfer speed of the UHPC material and reducing the falling vibration of the UHPC material, and a screw driving unit connected to the transfer screws and providing a driving force for rotation of the transfer screws It may include.

상기 이송 스크류들은, 상기 노즐 하우징의 내부 공간에서 서로 평행하게 배치될 수 있고, 상기 스크류 날개가 서로 엇갈리게 겹쳐지는 형상으로 배치될 수 있다.The transfer screws may be disposed parallel to each other in the inner space of the nozzle housing, and the screw blades may be disposed in a shape in which the screw blades are alternately overlapped with each other.

본 발명의 실시예에 따른 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치는, 토출 노즐의 내부 공간을 통과하는 UHPC 재료에 열을 제공하는 노즐 히터를 토출 노즐에 배치한 구조이므로, 노즐 히터의 열에 의해 UHPC 재료의 경화 작용을 적절하게 제어할 수 있고, 구조물의 3D 프린팅 시공시 토출 노즐에서 토출된 UHPC 재료를 신속하게 경화시켜 UHPC 재료의 고유동성에 따른 적층 레이어의 퍼짐 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.The 3D printing nozzle device using the UHPC material according to the embodiment of the present invention has a structure in which a nozzle heater that provides heat to the UHPC material passing through the inner space of the discharge nozzle is disposed on the discharge nozzle. The curing action of the material can be properly controlled, and the spread of the laminated layer due to the high fluidity of the UHPC material can be effectively prevented by rapidly curing the UHPC material discharged from the discharge nozzle during 3D printing construction of the structure.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치는, 노즐 히터의 열을 이용하여 UHPC 재료를 경화시키는 구조이므로, 급결제의 사용을 근본적으로 생략할 수 있고, 급결제의 사용시 급결제가 UHPC 재료에 침투되지 않아 발생되는 각종 문제점을 해결할 수 있다. 특히, 본 실시예에서는, 노즐 히터를 토출 노즐에 추가하는 간단한 구조 변경 만으로 구현이 가능하므로, 급결제의 사용시 필요한 구성보다 간단한 구조로 마련할 수 있다. In addition, the 3D printing nozzle device using the UHPC material according to the embodiment of the present invention has a structure in which the UHPC material is cured using the heat of the nozzle heater, so the use of the rapid setting agent can be fundamentally omitted. When using, it is possible to solve various problems that occur when the quick-setting agent does not penetrate the UHPC material. In particular, in the present embodiment, since it can be implemented by simply changing the structure of adding the nozzle heater to the discharge nozzle, it can be provided with a simpler structure than the configuration required when using the quick-setting agent.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치는, 열전달 부재를 토출 노즐의 내주부에 돌출되게 마련한 구조이므로, 노즐 히터의 열을 토출 노즐의 내부 공간의 중심까지 원활하게 전달할 수 있고, 그로 인하여 토출 노즐의 내부 공간에 수용된 UHPC 재료에 노즐 히터의 열을 신속하고 균일하게 제공할 수 있다.In addition, the 3D printing nozzle device using the UHPC material according to the embodiment of the present invention has a structure in which the heat transfer member protrudes to the inner peripheral portion of the discharge nozzle, so that the heat of the nozzle heater is smoothly transferred to the center of the inner space of the discharge nozzle. It is possible to transfer, thereby quickly and uniformly providing the heat of the nozzle heater to the UHPC material accommodated in the inner space of the discharge nozzle.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치는, 절연 소재로 형성된 절연 커넥터를 노즐 장치 본체와 토출 노즐 사이에 배치한 구조이므로, 토출 노즐에 제공된 노즐 히터의 열이 토출 노즐에서 노즐 장치 본체로 전달되는 현상을 차단할 수 있고, 그로 인해서 노즐 장치 본체의 내부 공간에 수용된 UHPC 재료가 노즐 히터의 열에 의해 비정상적으로 경화되는 문제도 미연에 방지할 수 있다.In addition, the 3D printing nozzle device using the UHPC material according to the embodiment of the present invention has a structure in which an insulating connector formed of an insulating material is disposed between the main body of the nozzle device and the discharge nozzle, so the heat of the nozzle heater provided to the discharge nozzle is discharged. It is possible to block a phenomenon that is transmitted from the nozzle to the main body of the nozzle device, and thus, the problem in which the UHPC material accommodated in the inner space of the main body of the nozzle device is abnormally cured by the heat of the nozzle heater can be prevented.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치는, 토출 노즐 본체의 내부에 복수개의 이송 스크류를 서로 엇갈리게 겹쳐진 구조로 배치하므로, 토출 노즐 본체의 내부에서 토출 노즐을 향해 UHPC 재료의 낙하 이송 속도를 더욱 현저하게 가속시킬 수 있고, 뿐만 아니라 토출 노즐 본체에 유입된 UHPC 재료의 낙하로 인한 낙하 진동도 저감할 수 있다.In addition, the 3D printing nozzle device using the UHPC material according to the embodiment of the present invention is arranged in a structure in which a plurality of transfer screws are overlapped with each other in the interior of the discharge nozzle body, so that the UHPC from the inside of the discharge nozzle body toward the discharge nozzle It is possible to more significantly accelerate the falling feed rate of the material, and also reduce the dropping vibration caused by the falling of the UHPC material flowing into the discharge nozzle body.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 3D 프린팅 노즐 장치의 주요부에 대한 단면 형상을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 노즐 장치 본체와 절연 커넥터 및 토출 노즐의 분해 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 3D 프린팅 노즐 장치의 제어 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 A-A 선에 따른 단면을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 열전달 부재의 다른 예를 나타낸 도면이다.
1 is a schematic diagram of a 3D printing nozzle apparatus using a UHPC material according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a cross-sectional shape of a main part of the 3D printing nozzle device shown in FIG. 1.
3 is a view showing an exploded state of the main body of the nozzle device shown in FIG. 2, the insulation connector, and the discharge nozzle.
4 is a diagram showing a control configuration of the 3D printing nozzle device shown in FIG. 2.
5 is a diagram schematically illustrating a 3D printing nozzle apparatus using UHPC material according to another embodiment of the present invention.
6 is a view showing a cross section taken along the line AA shown in FIG. 1.
7 is a view showing another example of the heat transfer member shown in FIG. 1.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the embodiments. The same reference numerals in each drawing indicate the same members.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 UHPC 재료(C)를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치(100)가 개략적으로 도시된 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 3D 프린팅 노즐 장치(100)의 주요부에 대한 단면 형상을 나타낸 도면이다. 도 3은 도 2에 도시된 노즐 장치 본체(110)와 절연 커넥터(140) 및 토출 노즐(120)의 분해 상태를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 2에 도시된 3D 프린팅 노즐 장치(100)의 제어 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a schematic diagram of a 3D printing nozzle apparatus 100 using a UHPC material C according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating the 3D printing nozzle apparatus 100 shown in FIG. 1. It is a diagram showing the cross-sectional shape of the main part. 3 is a view showing an exploded state of the nozzle device main body 110, the insulation connector 140, and the discharge nozzle 120 shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a view of the 3D printing nozzle device 100 shown in FIG. It is a diagram showing the control configuration.

본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린팅 시스템은, 3D 프린팅 시스템 본체 및 3D 프린팅 노즐 장치(100)를 포함한다.A 3D printing system according to an embodiment of the present invention includes a 3D printing system body and a 3D printing nozzle device 100.

본 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템은, UHPC 재료(C)를 이용하여 건축물과 같은 대형 규모의 구조물을 3D 프린팅 방식으로 일체화 시공하는데 사용되는 장치이다. 상기와 같이 3D 프린팅 시스템에 사용되는 UHPC 재료(C)는, 일반 콘크리트 재료와 비교하여 압축 강도와 인장 강도가 우수한 재료이므로, 3D 프린팅 방식으로 일체화 시공된 구조물의 구조 강도를 향상시킬 수 있다. 즉, 일반 콘크리트 재료는 압축 강도가 25MPa이고 인장 강도가 3~4MPa인 것에 비해서, UHPC 재료는 압축 강도가 120MPa 이상이고 휨인장 강도가 15~20MPa인 것으로 구현할 수 있다. 특히, UHPC 재료(C)에 강섬유를 적용하면, UHPC 재료(C)의 휨인장 강도가 40MPa에 도달할 수 있다.The 3D printing system according to the present embodiment is a device used to integrally construct a large-scale structure such as a building by using a 3D printing method using a UHPC material (C). As described above, the UHPC material (C) used in the 3D printing system is a material having superior compressive strength and tensile strength compared to general concrete materials, so it is possible to improve the structural strength of the integrated structure by 3D printing method. That is, the general concrete material has a compressive strength of 25 MPa and a tensile strength of 3 to 4 MPa, whereas the UHPC material has a compressive strength of 120 MPa or more and a flexural tensile strength of 15 to 20 MPa. In particular, when steel fibers are applied to the UHPC material (C), the flexural tensile strength of the UHPC material (C) can reach 40 MPa.

하지만, UHPC 재료(C)는 비빔 콘크리트로 만드는 경우에 물이 많이 함유된 갯벌의 진흙과 같이 유동성이 매우 크고 엿가락처럼 쫀득한 특성을 가진다. 따라서, UHPC 재료(C)의 3D 프린팅 시공시 적층된 적층 레이어(L)가 쉽게 퍼져 버려서 적층이 어려운 문제가 있다. 상기와 같은 UHPC 재료(C)의 고유동성 문제를 해결하기 위한 방법으로 급결제를 사용하더라도 UHPC 재료(C)의 조직이 치밀하여 급결제가 UHPC 재료(C)의 조직 내부에 원활하게 침투하지 못하는 문제가 있다. 즉, UHPC 재료(C)는, 우수한 강도성를 가지고 있지만, 급결제가 조직의 내부에 침투할 수 있는 공간이 부족하여 급결제의 성능이 낮아질 수 있고, 그에 따라 UHPC 재료(C)의 고유동성도 원하는 수준까지 감소시킬 수 없다. 만약, UHPC 재료(C)의 적층 레이어(L) 간의 적층이 가능하더라도 급결제가 적층 레이어(L)의 표면만 존재하기 때문에 적층 레이어(L) 간의 부착 성능도 좋지 않아 구조물의 압축 성능이 떨어질 수 있다.However, when UHPC material (C) is made of bibeam concrete, it has very high fluidity like mud in a tidal flat containing a lot of water and has a sticky characteristic like a malt. Therefore, there is a problem in that it is difficult to stack the UHPC material (C) because the stacked layer (L) is easily spread out during 3D printing construction. As a method to solve the high fluidity problem of the UHPC material (C) as described above, even if the rapid setting agent is used, the structure of the UHPC material (C) is dense, so that the rapid setting agent does not smoothly penetrate into the tissue of the UHPC material (C). there is a problem. In other words, the UHPC material (C) has excellent strength, but the performance of the quick-setting agent may be lowered due to insufficient space for the rapid-setting agent to penetrate into the tissue, and accordingly, the high fluidity of the UHPC material (C) It cannot be reduced to the desired level. Even if the stacking between the stacked layers (L) of the UHPC material (C) is possible, the adhesion between the stacked layers (L) is not good because the quick-setting agent exists only on the surface of the stacked layer (L), so the compressive performance of the structure may be degraded have.

상기와 같이 구조물의 3D 프린팅 시공에 UHPC 재료(C)를 사용함에 따른 각종 문제점을 해소하기 위하여, 본 실시예의 3D 프린팅 노즐 장치(100)는 UHPC 재료(C)에 열을 제공하여 UHPC 재료(C)의 경화를 적절하게 제어하는 구조로 형성될 수 있다. 한편, 본 실시예에 따른 UHPC 재료(C)를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치(100)의 구성 및 작동 방식은 아래에 더 상세하게 설명하기로 한다.In order to solve the various problems caused by the use of the UHPC material (C) for the 3D printing construction of the structure as described above, the 3D printing nozzle device 100 of this embodiment provides heat to the UHPC material (C) to provide the UHPC material (C ) Can be formed in a structure that properly controls the curing. Meanwhile, the configuration and operation method of the 3D printing nozzle device 100 using the UHPC material (C) according to the present embodiment will be described in more detail below.

한편, 3D 프린팅 시스템 본체는 전산 모사 장치, 믹싱 장치, 수송 장치, 노즐 이동 장치, 및 제어부(154)를 포함한다.Meanwhile, the main body of the 3D printing system includes a computer simulation device, a mixing device, a transport device, a nozzle moving device, and a control unit 154.

여기서, 전산 모사 장치는 구조물의 형상 데이터를 만들어 제어부에 전달할 수 있다. 상기와 같은 전산 모사 장치는 구현하고자 하는 구조물의 사이즈, 형태, 부피를 나타내는 형상 데이터를 도출하여 제어부(154)에 데이터베이스 형태로 저장할 수 있다. Here, the computer simulation device may create shape data of the structure and transmit it to the control unit. The computer simulation apparatus as described above may derive shape data representing the size, shape, and volume of a structure to be implemented and store it in the control unit 154 in the form of a database.

그리고, 믹싱 장치는, 구조물을 구성하는 재료를 배합하여 UHPC 재료(C)를 만들 수 있다. And the mixing device can make the UHPC material (C) by blending the material which comprises a structure.

또한, 수송 장치는, 믹싱 장치에서 만들어진 UHPC 재료(C)를 이동시키는 구성으로서, UHPC 재료(C)의 압송을 위한 구동력을 제공하는 수송 펌프, 및 UHPC 재료(C)의 이동통로 역할을 수행하는 수송 파이프(10)를 포함할 수 있다. 수송 파이프(10)의 일단부는 믹싱 장치에 연결될 수 있고, 수송 파이프(10)의 타단부는 3D 프린팅 노즐 장치(100)에 연결될 수 있다.In addition, the transport device is a configuration that moves the UHPC material (C) made by the mixing device, and serves as a transport pump that provides a driving force for the pressure feeding of the UHPC material (C), and a moving path for the UHPC material (C). It may include a transport pipe (10). One end of the transport pipe 10 may be connected to the mixing device, and the other end of the transport pipe 10 may be connected to the 3D printing nozzle device 100.

또한, 노즐 이동 장치는, 구조물의 형상 데이터에 따라 3D 프린팅 노즐 장치(100)를 원하는 방향으로 이동시키기 구성이다. 노즐 이동 장치는 겐츄리 방식과 와이어 방식 등으로 형성될 수 있다. 다만, 건축물과 같은 대형 규모의 구조물인 경우에는 와이어 방식의 노즐 이동 장치가 더 적합할 수 있다.In addition, the nozzle moving device is configured to move the 3D printing nozzle device 100 in a desired direction according to the shape data of the structure. The nozzle moving device may be formed in a genture method or a wire method. However, in the case of a large-scale structure such as a building, a wire type nozzle moving device may be more suitable.

또한, 제어부(154)는, 구조물의 형상 데이터에 따라 수송 장치, 노즐 이동 장치 및 3D 프린팅 노즐 장치의 작동을 제어하는 구성이다. 제어부(154)는, 3D 프린팅 노즐 장치(100)의 작동을 제어함으로써, UHPC 재료(C)를 타켓 표면에 정확하게 토출시켜 적층 레이어를 적층할 수 있고, 구조물의 형상데이터에 의해 설정된 길이 방향의 여러 패스를 거쳐 UHPC 재료(C)를 적층하면서 두께를 이룰 수 있다. 이러한 일련의 과정을 거치면서 3D 프린팅 시스템은 전체적으로 목표로 하는 구조물을 실제로 구현할 수 있다.In addition, the control unit 154 is a component that controls the operation of the transport device, the nozzle moving device, and the 3D printing nozzle device according to the shape data of the structure. The control unit 154 controls the operation of the 3D printing nozzle device 100, thereby accurately ejecting the UHPC material (C) onto the target surface to stack the stacked layer, and can stack multiple layers in the longitudinal direction set by the shape data of the structure. The thickness can be achieved by laminating the UHPC material (C) through the pass. Through this series of processes, the 3D printing system can actually implement the target structure as a whole.

이하에서는, 본 실시예에 따른 UHPC 재료(C)를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치(100)의 구성 및 작동 방식을 더 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operation method of the 3D printing nozzle apparatus 100 using the UHPC material (C) according to the present embodiment will be described in more detail.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 UHPC 재료(C)를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치(100)는 노즐 장치 본체(110), 토출 노즐(120), 노즐 히터(130) 및 절연 커넥터(140)을 포함한다.1 to 4, a 3D printing nozzle device 100 using a UHPC material (C) according to an embodiment of the present invention includes a nozzle device body 110, a discharge nozzle 120, and a nozzle heater 130. ) And an insulated connector 140.

본 실시예에 따른 3D 프린팅 노즐 장치(100)는, 노즐 히터(130)에서 제공되는 열을 이용하여 토출 노즐(120)에서 토출되는 UHPC 재료(C)를 경화시키는 구조로 형성될 수 있다. 즉, 3D 프린팅 노즐 장치(100)는, 노즐 히터(130)의 열에 의해 UHPC 재료(C)를 경화시켜 UHPC 재료(C)의 고유동성을 완화시킬 수 있고, 그로 인하여 UHPC 재료(C)를 안정적으로 적층시켜 적층 레이어(L)의 퍼짐 현상도 방지할 수 있다.The 3D printing nozzle apparatus 100 according to the present embodiment may be formed in a structure in which the UHPC material C discharged from the discharge nozzle 120 is cured using heat provided from the nozzle heater 130. That is, the 3D printing nozzle device 100 can cure the UHPC material (C) by the heat of the nozzle heater 130 to alleviate the fluidity of the UHPC material (C), thereby stabilizing the UHPC material (C). By stacking the stacked layer L, spreading of the stacked layer L may also be prevented.

따라서, 본 실시예에서는 3D 프린팅 노즐 장치(100)가 급결제를 사용할 필요성이 없는 구조이므로, 급결제의 사용에 따른 급결제 공급 구조의 추가, 급결제의 공급량 제어, 및 3D 프린팅 노즐 장치(100)의 내부에서 급결제의 믹싱으로 인한 진동 발생 문제 등을 생략할 수 있다. Therefore, in this embodiment, since the 3D printing nozzle device 100 does not need to use the rapid payment agent, the addition of the rapid payment supply structure according to the use of the rapid payment agent, control the supply amount of the rapid payment agent, and the 3D printing nozzle device 100 ), the problem of vibration caused by mixing of the rapid settlement agent can be omitted.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 노즐 장치 본체(110)는, 구조물의 3D 프린팅 시공시 구조물의 형상 데이터에 대응하는 경로를 따라 이동될 수 있다. 이를 위하여, 노즐 장치 본체(110)는, 와이어 방식으로 노즐 이송 장치와 연결되어 현수식으로 배치될 수 있다. 상기와 같은 노즐 장치 본체(110)에는 수송 파이프(10)의 타단부가 연통되게 연결될 수 있다. 따라서, 노즐 장치 본체(110)의 내부 공간에는 수송 파이프(10)를 따라 압송된 UHPC 재료(C)가 유입 및 수용될 수 있다. As shown in FIGS. 1 to 3, the main body 110 of the nozzle apparatus according to the present embodiment may be moved along a path corresponding to shape data of the structure during 3D printing construction of the structure. To this end, the nozzle device body 110 may be connected to the nozzle transfer device in a wire manner and disposed in a suspended manner. The other end of the transport pipe 10 may be connected to the nozzle device body 110 as described above in communication. Accordingly, the UHPC material C, which has been pressurized along the transport pipe 10, may be introduced and accommodated in the inner space of the nozzle device body 110.

예를 들면, 노즐 장치 본체(110)는 노즐 하우징(112), 이송 스크류(114, 116), 및 스크류 구동부(118)를 포함할 수 있다.For example, the nozzle device body 110 may include a nozzle housing 112, transfer screws 114 and 116, and a screw drive unit 118.

노즐 하우징(112)은, 와이어 방식으로 노즐 이송 장치와 연결될 수 있고, UHPC 재료(C)의 수용 및 유동이 가능하도록 내부가 중공된 통 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 노즐 하우징(112)의 내부에는 제1 내부 공간(S1)이 형성될 수 있다. UHPC 재료(C)는, 제1 내부 공간(S1)에 수용될 수 있고, 제1 내부 공간(S1)을 따라 토출 노즐(120)를 향해 낙하 이동될 수 있다.The nozzle housing 112 may be connected to the nozzle transfer device in a wire manner, and may be formed in a hollow cylindrical shape so as to accommodate and flow the UHPC material (C). That is, the first internal space S1 may be formed inside the nozzle housing 112. The UHPC material C may be accommodated in the first inner space S1, and may drop and move toward the discharge nozzle 120 along the first inner space S1.

여기서, 노즐 하우징(112)의 상부에는 UHPC 재료(C)가 유입되는 재료 유입구(112b)가 형성될 수 있고, 재료 유입구(112b)에는 수송 파이프(10)의 타단부가 연통되게 연결될 수 있다. 그리고, 노즐 하우징(112)의 하부는 절연 커넥터(140)의 상부에 장탈착 가능하게 연결될 수 있다. Here, a material inlet 112b into which the UHPC material C is introduced may be formed on the upper portion of the nozzle housing 112, and the other end of the transport pipe 10 may be connected to the material inlet 112b in communication. In addition, the lower portion of the nozzle housing 112 may be connected to and detachably from the upper portion of the insulating connector 140.

이송 스크류(114, 116)는 노즐 하우징(112)의 제1 내부 공간(S1)에 복수개가 회전 가능하게 배치될 수 있다. 상기와 같은 이송 스크류(114, 116)들에는 UHPC 재료(C)의 이송에 사용되는 스크류 날개(114b, 116b)가 각각 형성될 수 있다. 이송 스크류(114, 116)들은, 노즐 하우징(112)의 제1 내부 공간(S1)에서 서로 평행하게 배치될 수 있고, 스크류 날개(114b, 116b)가 서로 엇갈리게 겹쳐지는 형상으로 배치될 수 있다. 일례로, 이송 스크류(114, 116)들은 스크류 컨베이어(screw conveyor) 구조로 형성될 수 있다.A plurality of transfer screws 114 and 116 may be rotatably disposed in the first inner space S1 of the nozzle housing 112. Screw blades 114b and 116b used for the transfer of the UHPC material C may be formed on the transfer screws 114 and 116, respectively. The transfer screws 114 and 116 may be disposed parallel to each other in the first inner space S1 of the nozzle housing 112, and the screw blades 114b and 116b may be disposed in a shape in which they overlap each other. For example, the transfer screws 114 and 116 may be formed in a screw conveyor structure.

따라서, 이송 스크류(114, 116)들이 스크류 구동부(118)에 의해 동일 방향으로 회전되면, 노즐 하우징(112)의 제1 내부 공간(S1)에서 토출 노즐(120)를 향해 하측으로 이송되는 UHPC 재료(C)의 낙하 이송 속도를 가속시킬 수 있고, 노즐 하우징(112)의 제1 내부 공간(S1)에서 UHPC 재료(C)의 낙하 충격에 의한 UHPC 재료(C)의 낙하 진동을 저감시킬 수 있다. Therefore, when the transfer screws 114 and 116 are rotated in the same direction by the screw driving unit 118, the UHPC material is transferred downward toward the discharge nozzle 120 in the first inner space S1 of the nozzle housing 112 It is possible to accelerate the falling feed speed of (C) and reduce the vibration of the falling of the UHPC material (C) due to the drop impact of the UHPC material (C) in the first inner space (S1) of the nozzle housing 112. .

한편, 본 실시예에서는 노즐 하우징(112)의 제1 내부 공간(S1)에 두 개의 이송 스크류(114, 116)가 배치되는 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 3D 프린팅 노즐 장치(100)의 설계 조건 및 상황에 따라 3개 이상의 이송 스크류(114, 116)가 배치될 수도 있다. Meanwhile, in the present embodiment, it is described that two transfer screws 114 and 116 are disposed in the first inner space S1 of the nozzle housing 112, but the design of the 3D printing nozzle device 100 is not limited thereto. Three or more transfer screws 114 and 116 may be arranged depending on conditions and circumstances.

예를 들면, 노즐 하우징(112)의 제1 내부 공간(S1)에는 제1 이송 스크류(114) 및 제 2 이송 스크류(116)가 배치될 수 있다. For example, a first transfer screw 114 and a second transfer screw 116 may be disposed in the first inner space S1 of the nozzle housing 112.

여기서, 제1 이송 스크류(114)는, 노즐 하우징(112)의 제1 내부 공간(S1)에 상하 방향으로 길게 배치된 축 형상으로 회전 가능하게 배치되는 제1 스크류 회전축(114a), 및 제1 스크류 회전축(114a)의 외주부에 둘레를 따라 나선형의 날개 형상으로 마련된 제1 스크류 날개(114b)를 포함할 수 있다. Here, the first transfer screw 114 is a first screw rotation shaft 114a that is rotatably disposed in a axial shape that is elongated in the vertical direction in the first inner space S1 of the nozzle housing 112, and a first A first screw wing 114b formed in a spiral shape along the periphery of the outer periphery of the screw rotation shaft 114a may be included.

그리고, 제2 이송 스크류(116)는, 노즐 하우징(112)의 제1 내부 공간(S1)에 상하 방향으로 길게 배치된 축 형상으로 회전 가능하게 배치되는 제2 스크류 회전축(116a), 및 제2 스크류 회전축(116a)의 외주부에 둘레를 따라 나선형의 날개 형상으로 마련된 제2 스크류 날개(116b)를 포함할 수 있다.In addition, the second transfer screw 116 is a second screw rotation shaft 116a that is rotatably disposed in a axial shape that is elongated in the vertical direction in the first inner space S1 of the nozzle housing 112, and a second It may include a second screw blade (116b) provided in a spiral shape along the periphery of the outer periphery of the screw rotation shaft (116a).

제1 스크류 회전축(114a)과 제2 스크류 회전축(116a)은, 노즐 하우징(112)의 제1 내부 공간(S1)에서 서로 평행하게 배치될 수 있고, 노즐 하우징(112)의 둘레 방향에 대응되는 회전 방향으로 함께 회전될 수 있다. 상기와 같은 제1 스크류 회전축(114a)과 제2 스크류 회전축(116a)의 상단부는 스크류 구동부(118)에 연결될 수 있다.The first screw rotation shaft 114a and the second screw rotation shaft 116a may be disposed parallel to each other in the first inner space S1 of the nozzle housing 112 and correspond to the circumferential direction of the nozzle housing 112. Can be rotated together in the direction of rotation. Upper ends of the first screw rotation shaft 114a and the second screw rotation shaft 116a as described above may be connected to the screw driving unit 118.

제1 스크류 날개(114b)와 제2 스크류 날개(116b)는 제1 스크류 회전축(114a)과 제2 스크류 회전축(116a)의 외주부에 동일 방향의 나선 구조로 형성될 수 있다. 상기와 같은 제1 스크류 날개(114b)와 제2 스크류 날개(116b)는 상하 방향으로 서로 엇갈리게 배치됨과 아울러 서로 겹침되는 형상으로 배치될 수 있다. 따라서, 동일 방향으로 함께 회전되는 제1 스크류 날개(114b)와 제2 스크류 날개(116b)에 의해서 UHPC 재료(C)의 낙하 이송 속도가 더욱 증가될 수 있고, UHPC 재료(C)가 노즐 하우징(112)의 제1 내부 공간(S1)에서 제1 스크류 날개(114b)와 제2 스크류 날개(116b)를 따라 유동되기 때문에 UHPC 재료(C)의 중력에 따른 낙하 진동도 방지될 수 있다. The first screw blade 114b and the second screw blade 116b may be formed in a helical structure in the same direction on the outer peripheries of the first screw rotation shaft 114a and the second screw rotation shaft 116a. The first screw blades 114b and the second screw blades 116b as described above may be disposed to be staggered with each other in the vertical direction and may be disposed to overlap each other. Accordingly, the falling feed rate of the UHPC material (C) can be further increased by the first screw blade (114b) and the second screw blade (116b) rotated together in the same direction, and the UHPC material (C) is used in the nozzle housing ( Since it flows along the first screw blade 114b and the second screw blade 116b in the first inner space S1 of 112), the falling vibration due to the gravity of the UHPC material C may be prevented.

스크류 구동부(118)는 제1 이송 스크류(114)와 제2 이송 스크류(116)에 회전을 위한 구동력을 제공하는 장치이다. 스크류 구동부(118)는 제1 스크류 회전축(114a)과 제2 스크류 회전축(116a)의 상단부와 연결될 수 있다. 상기와 같은 스크류 구동부(118)는 노즐 하우징(112)의 상부에 내장될 수 있다. The screw drive unit 118 is a device that provides a driving force for rotation to the first feed screw 114 and the second feed screw 116. The screw driving unit 118 may be connected to upper ends of the first screw rotation shaft 114a and the second screw rotation shaft 116a. The screw driving part 118 as described above may be built in the upper part of the nozzle housing 112.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 토출 노즐(120)은 노즐 장치 본체(110)의 제1 내부 공간(S1)에 수용된 UHPC 재료(C)를 전달 받아서 타겟의 원하는 위치에 UHPC 재료(C)를 토출하는 구성이다. 토출 노즐(120)의 하부에는 UHPC 재료(C)를 토출하기 위한 노즐 토출구(122)가 형성될 수 있다. 상기와 같은 토출 노즐(120)은 노즐 토출구(122)를 향해 수렴하는 형상으로 마련될 수 있다.1 to 3, the discharge nozzle 120 of this embodiment receives the UHPC material C accommodated in the first inner space S1 of the main body 110 of the nozzle device and receives the UHPC at a desired position of the target. It is a configuration in which the material (C) is discharged. A nozzle discharge port 122 for discharging the UHPC material C may be formed under the discharge nozzle 120. The discharge nozzle 120 as described above may be provided in a shape that converges toward the nozzle discharge port 122.

여기서, 토출 노즐(120)의 내부에는 노즐 하우징(112)의 제1 내부 공간(S1) 및 노즐 토출구(122)에 연통되는 제2 내부 공간(S2)이 형성될 수 있다. 토출 노즐(120)의 제2 내부 공간(S2)에서는, 노즐 하우징(112)에서 유입된 UHPC 재료(C)가 일시적으로 수용될 수 있고, 일시 수용된 UHPC 재료(C)는 토출 노즐(120)의 내주부를 따라 노즐 토출구(122)로 유동될 수 있다.Here, a first internal space S1 of the nozzle housing 112 and a second internal space S2 communicating with the nozzle discharge port 122 may be formed inside the discharge nozzle 120. In the second inner space S2 of the discharge nozzle 120, the UHPC material C introduced from the nozzle housing 112 may be temporarily accommodated, and the temporarily accommodated UHPC material C is the discharge nozzle 120. It may flow to the nozzle discharge port 122 along the inner periphery.

그리고, 토출 노즐(120)은 열전달이 우수한 열전도성 소재로 형성될 수 있다. 따라서, 노즐 히터(130)에서 발생된 열은, 토출 노즐(120)을 매개로 토출 노즐(120)의 제3 내부 공간(S3)에 수용된 UHPC 재료(C)에 전달될 수 있고, 그로 인해서 토출 노즐(120)의 제3 내부 공간(S3)을 통과하는 UHPC 재료(C)의 경화가 촉진될 수 있다.In addition, the discharge nozzle 120 may be formed of a thermally conductive material having excellent heat transfer. Therefore, the heat generated from the nozzle heater 130 can be transferred to the UHPC material C accommodated in the third inner space S3 of the discharge nozzle 120 via the discharge nozzle 120, thereby being discharged. Curing of the UHPC material C passing through the third inner space S3 of the nozzle 120 may be accelerated.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 노즐 히터(130)는 토출 노즐(120)의 제3 내부 공간(S3)을 통과하는 UHPC 재료(C)에 열을 제공하는 구성이다. 노즐 히터(130)는 토출 노즐(120)의 외주부에 배치될 수 있다. 그에 따라서, 노즐 히터(130)에서 제공되는 열에 의해서 노즐 토출구(122)에서 토출되는 UHPC 재료(C)의 경화가 촉진될 수 있고, UHPC 재료(C)의 적층에 따른 적층 레이어(L)의 강도가 빠르게 발현될 수 있으며, UHPC 재료(C)의 고유동성이 완화되어 적층 레이어(L)의 퍼짐 현상도 미연에 방지될 수 있다.As shown in FIGS. 1 to 3, the nozzle heater 130 of the present embodiment is configured to provide heat to the UHPC material C passing through the third inner space S3 of the discharge nozzle 120. The nozzle heater 130 may be disposed on the outer periphery of the discharge nozzle 120. Accordingly, hardening of the UHPC material C discharged from the nozzle discharge port 122 may be accelerated by the heat provided from the nozzle heater 130, and the strength of the laminated layer L according to the lamination of the UHPC material C Can be rapidly expressed, and the high fluidity of the UHPC material (C) is relaxed, so that the spreading phenomenon of the laminated layer (L) can be prevented in advance.

여기서, 노즐 히터(130)는 토출 노즐(120)을 매개로 UHPC 재료(C)에 열을 전달하도록 토출 노즐(120)의 외주부에 마련될 수 있다. 즉, 본 실시예에서는, 노즐 히터(130)가 UHPC 재료(C)에 열을 직접 제공하는 구조가 아니며, 토출 노즐(120)에 열을 제공하여 토출 노즐(120)를 통해서 UHPC 재료(C)에 열을 간접적으로 제공하는 구조로 마련될 수 있다.Here, the nozzle heater 130 may be provided on the outer periphery of the discharge nozzle 120 to transfer heat to the UHPC material C through the discharge nozzle 120. That is, in this embodiment, the nozzle heater 130 is not a structure in which heat is directly provided to the UHPC material (C), and the UHPC material (C) through the discharge nozzle 120 by providing heat to the discharge nozzle 120 It can be provided in a structure that indirectly provides heat to the.

상기와 같은 노즐 히터(130)로는 통상의 전열 히터가 사용될 수 있다. 일례로, 노즐 히터(130)는 토출 노즐(120)의 외주부를 둘러싸는 형상으로 배치된 시즈 히터(sheath heater)가 사용될 수 있다.As the nozzle heater 130 as described above, a conventional electric heater may be used. For example, the nozzle heater 130 may be a sheath heater disposed in a shape surrounding the outer periphery of the discharge nozzle 120.

그리고, 노즐 히터(130)는, 토출 노즐(120)의 외주부에 둘레를 따라 감싸는 형상으로 배치될 수 있다. 즉, 본 실시예에서는, 노즐 히터(130)가 토출 노즐(120)의 외주부의 일부에만 편심되게 배치된 것이 아니라, 토출 노즐(120)의 외주부 전체를 둘러 싸는 형상으로 배치될 수 있다. 그로 인해서, 노즐 히터(130)는 토출 노즐(120)의 외주부에 열을 균일하게 제공할 수 있고, 토출 노즐(120)의 제3 내부 공간(S3)에 배치된 UHPC 재료(C)도 토출 노즐(120)의 둘레 방향으로 균등하게 경화될 수 있다.In addition, the nozzle heater 130 may be disposed in a shape surrounding the outer periphery of the discharge nozzle 120. That is, in the present embodiment, the nozzle heater 130 may not be eccentrically disposed only on a part of the outer peripheral portion of the discharge nozzle 120, but may be disposed in a shape surrounding the entire outer peripheral portion of the discharge nozzle 120. Accordingly, the nozzle heater 130 can uniformly provide heat to the outer circumference of the discharge nozzle 120, and the UHPC material C disposed in the third inner space S3 of the discharge nozzle 120 is also discharged. It can be evenly cured in the circumferential direction of 120.

한편, 노즐 히터(130)는, 토출 노즐(120)에서 토출되는 UHPC 재료(C)의 경화 정도, 토출 속도 및 토출 시간에 따라 UHPC 재료(C)에 제공되는 열의 공급량을 조절할 수 있다. 즉, 노즐 히터(130)의 작동을 조절하면, 토출 노즐(120)에서 토출되는 UHPC 재료(C)의 경화 상태를 적절하게 제어할 수 있다. 상기와 같은 UHPC 재료(C)의 경화 정도 및 UHPC 재료(C)의 토출 속도 및 토출 시간은, 별도의 측정 공구 또는 측정 센서를 활용하여 측정하거나, 3D 프린팅 노즐 장치(100)와 UHPC 재료(C)의 설계 데이터를 활용하여 산출하거나, 또는 측정자의 경험을 바탕으로 대략적으로 추론할 수 있다. Meanwhile, the nozzle heater 130 may adjust the amount of heat supplied to the UHPC material C according to the degree of curing of the UHPC material C discharged from the discharge nozzle 120, the discharge speed, and the discharge time. That is, if the operation of the nozzle heater 130 is adjusted, the cured state of the UHPC material C discharged from the discharge nozzle 120 can be appropriately controlled. The degree of curing of the UHPC material (C) as described above, and the discharging speed and discharging time of the UHPC material (C) may be measured using a separate measuring tool or a measuring sensor, or the 3D printing nozzle device 100 and the UHPC material (C) ) Can be calculated using design data, or roughly inferred based on the experience of the measurer.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 절연 커넥터(140)는 토출 노즐(120)에서 노즐 장치 본체(110)로 노즐 히터(130)에서 제공되는 열의 전달을 차단하는 구성이다. 이를 위하여, 절연 커넥터(140)는 토출 노즐(120)에서 노즐 장치 본체(110)로 전달되는 열을 차단하기 위한 절연 소재로 마련될 수 있다. 상기와 같은 절연 커넥터(140)의 수직 길이는 토출 노즐(120)과 노즐 장치 본체(110) 사이의 열전달 상황에 따라 적절하게 설정될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 절연 커넥터(140)에 의해서 노즐 장치 본체(110)의 제1 내부 공간(S1)에 배치된 UHPC 재료(C)가 노즐 히터(130)의 열에 의해 경화되는 현상이 미연에 방지될 수 있다. As shown in FIGS. 1 to 3, the insulating connector 140 of this embodiment is configured to block the transfer of heat provided from the nozzle heater 130 from the discharge nozzle 120 to the nozzle device main body 110. To this end, the insulating connector 140 may be formed of an insulating material for blocking heat transmitted from the discharge nozzle 120 to the nozzle device body 110. The vertical length of the insulating connector 140 as described above may be appropriately set according to the heat transfer condition between the discharge nozzle 120 and the nozzle device body 110. Therefore, in this embodiment, the phenomenon that the UHPC material C disposed in the first internal space S1 of the nozzle device body 110 by the insulating connector 140 is cured by the heat of the nozzle heater 130 Can be prevented.

여기서, 절연 커넥터(140)는 토출 노즐(120)과 노즐 장치 본체(110)의 사이에 소켓 형상으로 배치될 수 있다. 상기와 같은 절연 커넥터(140)는 토출 노즐(120)의 상부 및 노즐 장치 본체(110)의 하부에 장착탈 가능한 형상으로 연통되게 연결될 수 있다. 일례로, 절연 커넥터(140)의 상부는 노즐 장치 본체(110)의 노즐 하우징(112)의 하부에 나사 결합 방식으로 연결될 수 있고, 절연 커넥터(140)의 하부는 토출 노즐(120)의 상부에 나사 결합 방식으로 연결될 수 있다.Here, the insulating connector 140 may be disposed in a socket shape between the discharge nozzle 120 and the main body 110 of the nozzle device. The insulating connector 140 as described above may be connected to be in communication with the upper portion of the discharge nozzle 120 and the lower portion of the nozzle device body 110 in a removable shape. As an example, the upper portion of the insulating connector 140 may be connected to the lower portion of the nozzle housing 112 of the nozzle device body 110 by a screw coupling method, the lower portion of the insulating connector 140 is the upper portion of the discharge nozzle 120 It can be connected by screwing.

그리고, 절연 커넥터(140)는 토출 노즐(120)의 상부 및 노즐 장치 본체(110)의 하부에 연통되게 연결되는 링 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 절연 커넥터(140)의 내부에는 UHPC 재료(C)가 통과되기 위한 제2 내부 공간(S2)이 형성될 수 있다. 상기와 같은 절연 커넥터(140)의 제2 내부 공간(S2)은, 노즐 장치 본체(110)의 노즐 하우징(112)의 제1 내부 공간(S1) 및 토출 노즐(120)의 제3 내부 공간(S3)에 연통되게 연결될 수 있다.In addition, the insulating connector 140 may be formed in a ring shape connected to the upper portion of the discharge nozzle 120 and the lower portion of the nozzle device body 110 in communication. In this case, a second internal space S2 for passing the UHPC material C may be formed inside the insulating connector 140. The second inner space S2 of the insulating connector 140 as described above includes the first inner space S1 of the nozzle housing 112 of the nozzle device body 110 and the third inner space of the discharge nozzle 120 ( It can be connected in communication with S3).

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 노즐 하우징(112)의 하부의 외주부에는 하우징 수나사부(112a)가 형성될 수 있고, 절연 커넥터(140)의 상부의 내주부에는 하우징 수나사부(112a)와 나사 체결되기 위한 하우징 암나사부(144)가 형성될 수 있다. 또한, 토출 노즐(120)의 상부의 외주부에는 노즐 수나사부(120a)가 형성될 수 있고, 절연 커넥터(140)의 하부의 내주부에는 노즐 수나사부(120a)와 나사 체결되기 위한 노즐 암나사부(146)가 형성될 수 있다.2 and 3, a housing male screw part 112a may be formed on an outer circumferential portion of the lower portion of the nozzle housing 112, and a housing male screw portion 112a is formed on an inner circumferential portion of the upper portion of the insulating connector 140. A housing female screw portion 144 to be screwed with may be formed. In addition, a nozzle male screw portion 120a may be formed at an outer peripheral portion of the upper portion of the discharge nozzle 120, and a nozzle female screw portion for screwing with the nozzle male screw portion 120a may be formed at an inner peripheral portion of the lower portion of the insulating connector 140 ( 146) can be formed.

상기와 같은 절연 커넥터(140)의 내주부에는 노즐 하우징(112)의 하부 및 토출 노즐(120)의 상부가 걸림되는 위치설정부(142)가 형성될 수 있다. 위치설정부(142)는 노즐 하우징(112)과 절연 커넥터(140)의 체결 위치 및 토출 노즐(120)과 절연 커넥터(140)의 체결 위치를 설정하는 스토퍼 역할을 수행할 수 있다. 위치설정부(142)는 절연 커넥터(140)의 내주부에 둘레를 따라 소정의 높이로 돌출될 수 있다. A positioning unit 142 in which the lower portion of the nozzle housing 112 and the upper portion of the discharge nozzle 120 are engaged may be formed on the inner peripheral portion of the insulating connector 140 as described above. The positioning unit 142 may serve as a stopper for setting a fastening position of the nozzle housing 112 and the insulating connector 140 and a fastening position of the discharge nozzle 120 and the insulating connector 140. The positioning unit 142 may protrude to a predetermined height along the circumference of the inner circumference of the insulating connector 140.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 UHPC 재료(C)를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치(100)의 작동 및 작용효과를 살펴보면 다음과 같다.The operation and effect of the 3D printing nozzle device 100 using the UHPC material (C) according to an embodiment of the present invention configured as described above will be described as follows.

도 4에는 3D 프린팅 노즐 장치(100)의 제어 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 즉, 제어부(154)는 스크류 구동부(118)와 노즐 히터(130)의 작동을 제어할 수 있고, 전기 공급부(150)는 제어부(154)와 스크류 구동부(118) 및 노즐 히터(130)에 전기를 공급할 수 있다. 또한, 온도 센서(132)는 노즐 히터(130)에서 발생되는 열을 측정하여 제어부(154)에 전달할 수 있다. 또한, 정보 입력부(152)는 UHPC 재료(C)의 경화 정도, 토출 속도 및 토출 시간에 대한 측정값을 입력하여 제어부(154)에 전달할 수 있다.4 schematically shows a control configuration of the 3D printing nozzle device 100. That is, the control unit 154 can control the operation of the screw drive unit 118 and the nozzle heater 130, and the electricity supply unit 150 is electrically connected to the control unit 154, the screw drive unit 118, and the nozzle heater 130. Can supply. In addition, the temperature sensor 132 may measure heat generated from the nozzle heater 130 and transmit it to the controller 154. In addition, the information input unit 152 may input measured values for the degree of curing, the discharging speed, and discharging time of the UHPC material C to be transmitted to the control unit 154.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 3D 프린팅 시스템의 작동시 전기 공급부(150)는 제어부(154)와 스크류 구동부(118) 및 노즐 히터(130)에 전기를 공급한다. 이때, 스크류 구동부(118)는 제1 이송 스크류(114)와 제2 이송 스크류(116)를 동일 방향으로 회전시키고, 노즐 히터(130)는 토출 노즐(120)에 설정량의 열을 제공한다.Referring to FIGS. 1 to 4, when the 3D printing system is operated, the electricity supply unit 150 supplies electricity to the control unit 154, the screw driving unit 118, and the nozzle heater 130. In this case, the screw driving unit 118 rotates the first transfer screw 114 and the second transfer screw 116 in the same direction, and the nozzle heater 130 provides a set amount of heat to the discharge nozzle 120.

제어부(154)는 온도 센서(132)를 통하여 노즐 히터(130)에서 토출 노즐(120)로 제공되는 열의 공급량을 실시간으로 측정한다.The control unit 154 measures the amount of heat supplied from the nozzle heater 130 to the discharge nozzle 120 through the temperature sensor 132 in real time.

상기와 같은 상태에서, 수송 파이프(10)의 타단부를 통해서 노즐 장치 본체(110)의 노즐 하우징(112) 중에서 제1 내부 공간(S1)의 상부에 UHPC 재료(C)를 공급한다.In the above-described state, the UHPC material C is supplied to the upper portion of the first inner space S1 among the nozzle housing 112 of the nozzle device body 110 through the other end of the transport pipe 10.

제1 내부 공간(S1)의 상부에 유입된 UHPC 재료(C)는, UHPC 재료(C)의 자체 중량, 수송 파이프(10)의 압송 압력, 또는 제1,2 이송 스크류(114, 116)의 이송력 등에 의해 제1 내부 공간(S1)의 하부로 유동한다.The UHPC material (C) introduced into the upper portion of the first internal space (S1) is the weight of the UHPC material (C), the pressure of the transport pipe (10), or the first and second transfer screws (114, 116). It flows to the lower portion of the first internal space S1 due to a conveying force or the like.

따라서, UHPC 재료(C)는 노즐 하우징(112)의 제1 내부 공간(S1)에서 토출 노즐(120)를 향해 하측으로 이송되되, 제1 이송 스크류(114)와 제2 이송 스크류(116)에 의해서 UHPC 재료(C)의 낙하 이송 속도가 안정적으로 증가된다. 뿐만 아니라, UHPC 재료(C)는 노즐 하우징(112)의 제1 내부 공간(S1)의 상부에서 하측을 향해 자유 낙하되는 구조가 아니고, 제1 이송 스크류(114)의 제1 스크류 날개(114b)와 제2 이송 스크류(116)의 제2 스크류 날개(116b)를 따라 이송되는 구조이므로, UHPC 재료(C)의 낙하 충격에 의한 UHPC 재료(C)의 낙하 진동도 감소된다.Therefore, the UHPC material (C) is transported downward from the first inner space (S1) of the nozzle housing 112 toward the discharge nozzle 120, but to the first transport screw 114 and the second transport screw 116. As a result, the falling feed rate of the UHPC material (C) is stably increased. In addition, the UHPC material (C) is not a structure that freely falls from the top to the bottom of the first inner space (S1) of the nozzle housing (112), the first screw blade (114b) of the first transfer screw (114) Since the structure is conveyed along the second screw blades 116b of the and the second conveying screw 116, the dropping vibration of the UHPC material C due to the drop impact of the UHPC material C is also reduced.

상기와 같이 노즐 하우징(112)의 제1 내부 공간(S1)을 따라 하측으로 유동된 UHPC 재료(C)는, 절연 커넥터(140)의 제2 내부 공간(S2)를 거쳐 토출 노즐(120)의 제3 내부 공간(S3)으로 유동한다. As described above, the UHPC material C flowing downward along the first inner space S1 of the nozzle housing 112 passes through the second inner space S2 of the insulated connector 140 to the discharge nozzle 120. It flows to the third inner space S3.

이때, 토출 노즐(120)의 제3 내부 공간에 유입된 UHPC 재료(C)는, 토출 노즐(120)를 매개로 노즐 히터(130)에서 제공된 열을 전달 받는다. 이때, UHPC 재료(C)는 노즐 히터(130)의 열에 의해 경화되어 UHPC 재료(C)의 고유동성이 적절하게 완화될 수 있다. At this time, the UHPC material C introduced into the third internal space of the discharge nozzle 120 receives heat provided from the nozzle heater 130 through the discharge nozzle 120. At this time, the UHPC material (C) is cured by the heat of the nozzle heater (130), so that the fluidity of the UHPC material (C) can be appropriately relaxed.

상기와 같이 적절하게 경화된 UHPC 재료(C)는, 토출 노즐(120)의 제3 내부 공간(S3)에서 노즐 토출구(122)를 향해 하측으로 유동되고, 노즐 토출구(122)를 통해 외부로 토출되어 구조물의 형상 데이터에 대응하는 적층 레이어(L)로 형성된다.The UHPC material (C) properly cured as described above flows downward from the third inner space (S3) of the discharge nozzle 120 toward the nozzle discharge port 122, and is discharged to the outside through the nozzle discharge port 122 Is formed as a stacked layer L corresponding to the shape data of the structure.

따라서, UHPC 재료(C)의 고유동성이 적절하게 완화된 상태이므로 적층 레이어(L)의 퍼짐 현상을 방지할 수 있고, UHPC 재료(C)의 경화로 인해서 적층 레이어(L)의 강도 발현을 향상시킬 수 있다.Therefore, since the fluidity of the UHPC material (C) is adequately relaxed, spreading of the layered layer (L) can be prevented, and the strength of the layered layer (L) is improved due to the hardening of the UHPC material (C). I can make it.

한편, 제어부(154)는 토출 노즐(120)에서 토출된 UHPC 재료(C)의 경화 정도, 토출 속도 및 토출 시간을 정보 입력부(152)를 통해 입력 받아서 노즐 히터(130)의 열 공급량을 적절하게 제어한다. On the other hand, the control unit 154 receives the curing degree, discharge speed, and discharge time of the UHPC material C discharged from the discharge nozzle 120 through the information input unit 152 to appropriately adjust the heat supply amount of the nozzle heater 130. Control.

즉, UHPC 재료(C)의 경화가 설정 수준에 도달하지 못한 것으로 판단되면, 제어부(154)는 노즐 히터(130)의 열 공급량을 증가시킨다. 그에 반하여, UHPC 재료(C)의 경화가 설정 수준 이상으로 진행된 것으로 판단되면, 제어부(154)는 노즐 히터(130)의 열 공급량을 감소시킨다. 물론, UHPC 재료(C)의 토출 속도 및 토출 시간을 적절하게 조절함으로써, 노즐 히터(130)의 열이 UHPC 재료(C)에 전달되는 시간을 적절하게 조정하는 것도 가능하다. That is, when it is determined that the curing of the UHPC material C has not reached the set level, the control unit 154 increases the amount of heat supplied from the nozzle heater 130. On the other hand, when it is determined that the curing of the UHPC material (C) has progressed beyond the set level, the control unit 154 reduces the amount of heat supplied from the nozzle heater 130. Of course, it is also possible to appropriately adjust the time during which the heat of the nozzle heater 130 is transferred to the UHPC material C by appropriately adjusting the discharge speed and the discharge time of the UHPC material C.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 3D 프린팅 노즐 장치(100)는, UHPC 재료(C)를 적절하게 경화시킨 상태로 토출하여 구조물의 형상 데이터에 의해 도출된 경로를 따라 적층 레이어(L)를 반복적으로 적층할 수 있고, 이를 반복적으로 수행함으로써 일반 콘크리트 재료보다 고강도의 UHPC 재료(C)를 사용하여 건축물과 같은 대형 규모의 구조물을 3D 프린팅 방식으로 시공할 수 있다.As described above, the 3D printing nozzle device 100 according to the present embodiment discharges the UHPC material C in a state in which it has been properly cured to form the laminated layer L along the path derived by the shape data of the structure. It can be repeatedly laminated, and by performing this repeatedly, a large-scale structure such as a building can be constructed by 3D printing using a UHPC material (C) having a higher strength than a general concrete material.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 UHPC 재료(C)를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치(200)가 개략적으로 도시된 도면이고, 도 6은 도 1에 도시된 A-A 선에 따른 단면을 나타낸 도면이며, 도 7은 도 1에 도시된 열전달 부재(222)의 다른 예를 나타낸 도면이다.5 is a view schematically showing a 3D printing nozzle device 200 using a UHPC material (C) according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a view showing a cross section taken along line AA shown in FIG. 1 7 is a view showing another example of the heat transfer member 222 shown in FIG.

도 5 내지 도 7에서 도 1 내지 도 4에 도시된 참조부호와 동일 유사한 참조부호는 동일한 부재를 나타내며, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이하에서는 도 1 내지 도 4에 도시된 3D 프린팅 노즐 장치(100)와 상이한 점을 중심으로 서술하도록 한다.In FIGS. 5 to 7, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 4 denote the same members, and detailed descriptions thereof will be omitted. Hereinafter, different points from the 3D printing nozzle device 100 shown in FIGS. 1 to 4 will be described.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 UHPC 재료(C)를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치(200)가, 도 1 내지 도 4에 도시된 3D 프린팅 노즐 장치(100)과 상이한 점은, 토출 노즐(220)의 내주부에 노즐 히터(130)의 열을 전달하는 열전달 부재(222)가 마련된다는 점에 있다.5 to 7, a 3D printing nozzle device 200 using a UHPC material (C) according to another embodiment of the present invention includes the 3D printing nozzle device 100 shown in FIGS. 1 to 4 The difference is that a heat transfer member 222 for transferring heat from the nozzle heater 130 is provided on the inner periphery of the discharge nozzle 220.

즉, 본 실시예에 따른 열전달 부재(222)는, 노즐 히터(130)의 열을 토출 노즐(220)의 제3 내부 공간(S3)으로 전달하기 위한 구성이다. 따라서, 열전달 부재(222)는 열전도성이 우수한 소재로 형성될 수 있다. 상기와 같은 열전달 부재(222)는 토출 노즐(220)의 내주부에 돌출된 형상으로 배치될 수 있다. That is, the heat transfer member 222 according to the present embodiment is a configuration for transferring heat from the nozzle heater 130 to the third inner space S3 of the discharge nozzle 220. Therefore, the heat transfer member 222 may be formed of a material having excellent thermal conductivity. The heat transfer member 222 as described above may be disposed in a protruding shape on the inner periphery of the discharge nozzle 220.

예를 들면, 열전달 부재(222)는, 막대, 봉, 날개, 또는 가이드 베인(guide vane) 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있고, 토출 노즐(220)의 내주부에서 제3 내부 공간(S3)의 중심부를 향해 길게 돌출될 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 열전달 부재(222)가 토출 노즐(220)의 내주부에서 수평 방향으로 돌출된 형상으로 형성되지만, 3D 프린팅 노즐 장치(200)의 설계 조건 및 상황에 따라 토출 노즐(220)의 내주부에서 경사 방향으로 돌출된 형상으로 형성될 수 있다. 특히, 열전달 부재(222)가 토출 노즐(220)의 내주부에서 하향 경사지는 형상으로 돌출되면, UHPC 재료(C)와의 간섭 저항을 더욱 감소시킬 수 있고, UHPC 재료(C)를 제3 내부 공간(S3)의 중심부로 안내하는 역할도 수행할 수 있다.For example, the heat transfer member 222 may be formed in the shape of any one of a rod, a rod, a wing, or a guide vane, and the third inner space (S3) in the inner peripheral portion of the discharge nozzle 220 ) It can protrude long toward the center of the. On the other hand, in this embodiment, the heat transfer member 222 is formed in a shape protruding in the horizontal direction from the inner periphery of the discharge nozzle 220, but the discharge nozzle 220 according to the design conditions and circumstances of the 3D printing nozzle device 200 It may be formed in a shape protruding in an oblique direction from the inner peripheral portion of the. In particular, when the heat transfer member 222 protrudes in a downwardly inclined shape from the inner circumference of the discharge nozzle 220, the interference resistance with the UHPC material (C) can be further reduced, and the UHPC material (C) is placed in a third inner space. It can also serve to guide to the center of (S3).

도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 열전달 부재(222)가 원형 단면의 봉 형상으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 UHPC 재료(C)의 유동을 방해하지 않으면서 열을 전달할 수 있는 형상이라면 모두 적용할 수 있다.5 and 6, in the present embodiment, the heat transfer member 222 may be formed in a rod shape having a circular cross section, but is not limited thereto and does not interfere with the flow of the UHPC material (C). Any shape that can deliver

여기서, 열전달 부재(222)의 일단부는, 제3 내부 공간(S3)의 중심부에 외팔 지지보 형상으로 배치될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 토출 노즐(220)의 내주부에 근접되거나 접촉되는 구조로 길게 형성될 수도 있다. Here, one end of the heat transfer member 222 may be disposed in the shape of a cantilevered support beam in the center of the third inner space S3, but is not limited thereto, and has a structure that approaches or contacts the inner circumference of the discharge nozzle 220. It can also be formed long.

그리고, 열전달 부재(222)의 타단부는 토출 노즐(220)의 내주부 표면에 연결된 구조로 형성될 수 있다. 상기와 다르게, 열전달 부재(222)는 토출 노즐(220)에 관통되게 배치되어 노즐 히터(130)에 직접 연결되는 구조로 형성될 수도 있다. 상기와 같이 열전달 부재(222)의 타단부가 노즐 히터(130)에 직접 연결되면, 노즐 히터(130)의 열이 열전달 부재(222)에 더 원활하게 전달될 수 있지만, 그 대신에 노즐 히터(130)에서 열전달 부재(222)의 타단부가 관통되는 부위에 대한 밀봉 성능이 충분히 확보되어야만 한다.Further, the other end of the heat transfer member 222 may be formed in a structure connected to the inner peripheral surface of the discharge nozzle 220. Unlike the above, the heat transfer member 222 may be disposed to pass through the discharge nozzle 220 and may be formed in a structure directly connected to the nozzle heater 130. When the other end of the heat transfer member 222 is directly connected to the nozzle heater 130 as described above, the heat of the nozzle heater 130 can be more smoothly transferred to the heat transfer member 222, but instead of the nozzle heater ( In 130), the sealing performance of the portion through which the other end of the heat transfer member 222 passes must be sufficiently secured.

한편, 본 실시예에 따른 열전달 부재(222)는, 토출 노즐(220)의 내주부에 상하 방향 또는 둘레 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 복수개가 이격되게 배치될 수 있다.Meanwhile, a plurality of heat transfer members 222 according to the present embodiment may be spaced apart from each other in at least one of an up-down direction or a circumferential direction in the inner circumferential portion of the discharge nozzle 220.

도 5와 도 6에는 토출 노즐(220)의 내주부에 상하 방향으로 이격되게 마련된 방사 형상의 열전달 부재(222)들이 도시되어 있고, 도 7에는 토출 노즐(320)의 내주부에 상하 방향으로 서로 엇갈리게 마련된 복수개의 열전달 부재(322, 324, 326, 326)가 도시되어 있다. 5 and 6 show radial heat transfer members 222 provided to be spaced apart in the vertical direction on the inner circumference of the discharge nozzle 220, and in FIG. 7, the inner circumferential portion of the discharge nozzle 320 is vertically separated from each other. A plurality of heat transfer members 322, 324, 326 and 326 provided alternately are shown.

도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 복수개의 열전달 부재(222)는 토출 노즐(220)의 내주부에 둘레 방향을 따라 방사 형상으로 배치될 수 있다. 상기와 같이 방사 형상으로 배치된 열전달 부재(222)들은, 토출 노즐(220)의 내주부에 상하 방향으로 이격된 복수의 위치에 각각 배치되거나, 토출 노즐(220)의 내주부의 특정 위치에만 배치될 수 있다. As shown in FIGS. 5 and 6, the plurality of heat transfer members 222 may be disposed in a radial shape along the circumferential direction of the inner circumferential portion of the discharge nozzle 220. The heat transfer members 222 arranged in a radial shape as described above are respectively disposed at a plurality of positions spaced apart in the vertical direction on the inner circumference of the discharge nozzle 220, or disposed only at a specific position of the inner circumference of the discharge nozzle 220 Can be.

이하, 본 실시예에서는 방사 형상의 열전달 부재(222)가 토출 노즐(220)의 내주부의 상부와 하부에 각각 배치되는 것으로 설명한다. 즉, 열전달 부재(222)는, 토출 노즐(220)의 내주부의 상부에 방사 형상으로 배치된 복수개의 제1 열전달 부재(224), 및 토출 노즐(220)의 내주부의 하부에 방사 형상으로 배치된 복수개의 제2 열전달 부재(226)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 열전달 부재(224)들과 제2 열전달 부재(226)들은, 토출 노즐(220)의 내주부의 둘레 방향으로 소정 각도로 서로 엇갈리게 배치될 수 있고, 토출 노즐(220)의 제3 내부 공간(S3)의 크기 변화에 따라 서로 다른 길이로 돌출되게 형성될 수 있다.Hereinafter, in the present embodiment, it will be described that the radial heat transfer member 222 is disposed above and below the inner peripheral portion of the discharge nozzle 220, respectively. That is, the heat transfer member 222 has a plurality of first heat transfer members 224 disposed radially above the inner circumferential portion of the discharge nozzle 220, and radially below the inner circumferential portion of the discharge nozzle 220. It may include a plurality of disposed second heat transfer members 226. At this time, the first heat transfer members 224 and the second heat transfer members 226 may be staggered with each other at a predetermined angle in the circumferential direction of the inner circumferential portion of the discharge nozzle 220, and the third It may be formed to protrude to different lengths according to a change in the size of the inner space S3.

도 7에 도시된 바와 같이, 복수개의 열전달 부재(322, 324, 326, 326)는 토출 노즐(320)의 내주부에 상하 방향을 따라 서로 엇갈리는 형상으로 배치될 수 있다. 즉, 제1 열전달 부재(322)는 토출 노즐(320)의 내주부의 가장 높은 위치에서 제1 지점에 편심되게 배치될 수 있고, 제2 열전달 부재(324)는 제1 열전달 부재(322)보다 낮은 위치에서 제1 지점과 다른 제2 지점에 편심되게 배치될 수 있으며, 제3 열전달 부재(326)는 제2 열전달 부재(324)보다 낮은 위치에서 제1 지점에 편심되게 배치될 수 있고, 제4 열전달 부재(328)는 제3 열전달 부재(326)보다 낮은 위치에 제2 지점에 편심되게 배치될 수 있다.As shown in FIG. 7, the plurality of heat transfer members 322, 324, 326, and 326 may be disposed in a shape to be staggered from each other along the vertical direction on the inner periphery of the discharge nozzle 320. That is, the first heat transfer member 322 may be eccentrically disposed at the first point at the highest position of the inner peripheral portion of the discharge nozzle 320, and the second heat transfer member 324 is more than the first heat transfer member 322 The third heat transfer member 326 may be eccentrically disposed at a second point different from the first point at a lower position, and the third heat transfer member 326 may be eccentrically disposed at the first point at a lower position than the second heat transfer member 324, and the first 4 The heat transfer member 328 may be eccentrically disposed at the second point at a lower position than the third heat transfer member 326.

이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. As described above, in the embodiments of the present invention, specific matters such as specific components, etc., and limited embodiments and drawings have been described, but this is only provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is limited to the above embodiments. It is not, and a person of ordinary skill in the field to which the present invention belongs can make various modifications and variations from this description. Accordingly, the spirit of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, and all things equivalent or equivalent to the claims as well as the claims to be described later belong to the scope of the inventive concept.

10: 수송 파이프
100, 200: 3D 프린팅 노즐 장치
110: 노즐 장치 본체
112: 노즐 하우징
114, 116: 이송 스크류
118: 스크류 구동부
120, 220, 320: 토출 노즐
130: 노즐 히터
140: 절연 커넥터
C: UHPC 재료
S1: 노즐 장치 본체의 제1 내부 공간
S2: 절연 커넥터의 제2 내부 공간
S3: 토출 노즐의 제3 내부 공간
10: transport pipe
100, 200: 3D printing nozzle device
110: nozzle device body
112: nozzle housing
114, 116: feed screw
118: screw drive
120, 220, 320: discharge nozzle
130: nozzle heater
140: insulated connector
C: UHPC material
S1: the first internal space of the main body of the nozzle device
S2: the second inner space of the insulated connector
S3: the third internal space of the discharge nozzle

Claims (10)

UHPC 재료가 내부 공간에 유입 및 수용되고, 구조물의 3D 프린팅 시공시 상기 구조물의 형상 데이터에 대응하는 경로를 따라 이동하는 노즐 장치 본체; 상기 노즐 장치 본체의 내부 공간에 수용된 상기 UHPC 재료를 토출하기 위한 노즐 토출구가 형성되고, 상기 노즐 장치 본체의 하부에 상기 노즐 토출구를 향해 수렴하는 형상으로 마련된 토출 노즐; 및 상기 토출 노즐에 배치되고, 상기 노즐 토출구에서 토출되는 상기 UHPC 재료의 경화를 촉진시키도록 상기 토출 노즐의 내부 공간을 통과하는 상기 UHPC 재료에 열을 제공하는 노즐 히터; 및 상기 노즐 히터의 열이 상기 토출 노즐에서 상기 노즐 장치 본체로 전달되는 현상을 차단하도록 상기 토출 노즐과 상기 노즐 장치 본체의 사이에 배치되는 절연 커넥터;를 포함하며,
상기 노즐 장치 본체는, 상기 절연 커넥터의 상부에 하부가 연통되게 연결되고, 상기 UHPC 재료가 유입되는 재료 유입구가 상부에 형성된 노즐 하우징; 상기 노즐 하우징의 내부 공간에 복수개가 회전 가능하게 배치되고, 상기 UHPC 재료의 낙하 이송 속도를 가속시킴과 아울러 상기 UHPC 재료의 낙하 진동을 저감하기 위한 스크류 날개가 형성된 이송 스크류; 및 상기 이송 스크류들에 연결되고, 상기 이송 스크류들의 회전을 위한 구동력을 제공하는 스크류 구동부;를 포함하고,
상기 이송 스크류들은, 상기 노즐 하우징의 내부 공간에서 서로 평행하게 배치되고, 상기 스크류 날개가 서로 엇갈리게 겹쳐지는 형상으로 배치되며,
상기 토출 노즐의 내주부에는, 상기 노즐 히터의 열을 상기 토출 노즐의 내부 공간으로 전달하기 위한 열전달 부재가 돌출되게 마련되고,
상기 열전달 부재는, 상기 토출 노즐의 내주부에서 내부 공간을 향해 막대, 봉, 날개, 또는 가이드 베인 중 어느 하나의 형상으로 돌출되도록 형성되며,
상기 열전달 부재는, 상기 토출 노즐의 내주부 표면 중 상기 노즐 히터와 대응되는 위치에 연결되거나, 또는 상기 토출 노즐 중 상기 노즐 히터와 대응되는 위치에 관통되어 상기 노즐 히터에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치.
A nozzle device main body in which the UHPC material is introduced and accommodated in the inner space, and moves along a path corresponding to the shape data of the structure during 3D printing construction of the structure; A discharge nozzle having a nozzle discharge port for discharging the UHPC material accommodated in the inner space of the nozzle device main body and converging toward the nozzle discharge port at a lower portion of the nozzle device main body; And a nozzle heater disposed on the discharge nozzle and providing heat to the UHPC material passing through the inner space of the discharge nozzle to accelerate curing of the UHPC material discharged from the nozzle discharge port. And an insulating connector disposed between the discharge nozzle and the nozzle device body to block a phenomenon in which heat of the nozzle heater is transferred from the discharge nozzle to the nozzle device body, and
The main body of the nozzle device may include a nozzle housing having a lower portion connected to the upper portion of the insulating connector and having a material inlet through which the UHPC material is introduced; A transfer screw having a plurality of rotatably disposed in the inner space of the nozzle housing and having screw blades for accelerating the falling transfer speed of the UHPC material and reducing the falling vibration of the UHPC material; And a screw driving unit connected to the transfer screws and providing a driving force for rotation of the transfer screws.
The transfer screws are disposed parallel to each other in the inner space of the nozzle housing, and the screw blades are disposed in a shape in which the screw blades overlap each other,
In the inner circumferential portion of the discharge nozzle, a heat transfer member for transferring heat from the nozzle heater to the inner space of the discharge nozzle is provided to protrude,
The heat transfer member is formed to protrude from the inner peripheral portion of the discharge nozzle toward the inner space in the shape of any one of a rod, a rod, a wing, or a guide vane,
The heat transfer member is connected to a position corresponding to the nozzle heater of the inner peripheral surface of the discharge nozzle, or penetrates to a position corresponding to the nozzle heater among the discharge nozzles and is directly connected to the nozzle heater. 3D printing nozzle device using UHPC material.
제1항에 있어서,
상기 노즐 히터는, 상기 토출 노즐의 둘레 방향으로 열을 균등하게 제공하도록 상기 토출 노즐의 외주부에 둘레를 따라 감싸는 형상으로 배치된 것을 특징으로 하는 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치.
The method of claim 1,
The nozzle heater is a 3D printing nozzle device using a UHPC material, which is disposed in a shape surrounding the outer circumference of the discharge nozzle so as to uniformly provide heat in the circumferential direction of the discharge nozzle.
제1항에 있어서,
상기 토출 노즐은 열전도성 소재로 형성되고,
상기 노즐 히터는 상기 토출 노즐 또는 상기 열전달 부재를 매개로 상기 UHPC 재료에 열을 전달하도록 상기 토출 노즐에 열을 제공하는 형상으로 마련된 것을 특징으로 하는 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치.
The method of claim 1,
The discharge nozzle is formed of a thermally conductive material,
The nozzle heater is a 3D printing nozzle device using a UHPC material, characterized in that provided in a shape to provide heat to the discharge nozzle to transfer heat to the UHPC material via the discharge nozzle or the heat transfer member.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 열전달 부재는, 상기 토출 노즐의 내주부에 상하 방향 또는 둘레 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 복수개가 이격되게 배치된 것을 특징으로 하는 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치.
The method of claim 1,
A 3D printing nozzle device using a UHPC material, wherein a plurality of the heat transfer members are disposed to be spaced apart from each other in at least one of an up-down direction or a circumferential direction on an inner peripheral portion of the discharge nozzle.
제1항에 있어서,
상기 노즐 히터는, 상기 토출 노즐에서 토출되는 상기 UHPC 재료의 경화 정도, 토출 속도 및 토출 시간에 따라 상기 UHPC 재료에 제공되는 열의 공급량을 조절하는 것을 특징으로 하는 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치.
The method of claim 1,
The nozzle heater controls the amount of heat supplied to the UHPC material according to a degree of curing, a discharge speed, and a discharge time of the UHPC material discharged from the discharge nozzle.3D printing nozzle device using a UHPC material.
제1항에 있어서,
상기 노즐 히터의 열이 상기 토출 노즐에서 상기 노즐 장치 본체로 전달되는 현상을 차단하도록 상기 토출 노즐과 상기 노즐 장치 본체의 사이에 배치되는 절연 커넥터;를 더 포함하고,
상기 절연 커넥터는, 상기 토출 노즐의 상부 및 상기 노즐 장치 본체의 하부에 장착탈 가능하게 연결되고, 상기 토출 노즐에서 상기 노즐 장치 본체로 전달되는 열을 차단하기 위한 절연 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치.
The method of claim 1,
Insulation connector disposed between the discharge nozzle and the nozzle device body to block a phenomenon that the heat of the nozzle heater is transferred from the discharge nozzle to the nozzle device main body;
The insulating connector, UHPC, characterized in that it is detachably connected to the upper portion of the discharge nozzle and the lower portion of the main body of the nozzle device, and formed of an insulating material for blocking heat transmitted from the discharge nozzle to the main body of the nozzle device. 3D printing nozzle device using materials.
제8항에 있어서,
상기 절연 커넥터는 상기 토출 노즐의 상부 및 상기 노즐 장치 본체의 하부에 연통되게 연결되는 링 형상으로 형성되며,
상기 절연 커넥터의 상부는 상기 노즐 장치 본체의 하부에 나사 결합 방식으로 연결되고, 상기 절연 커넥터의 하부는 상기 토출 노즐의 상부에 나사 결합 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 UHPC 재료를 사용하는 3D 프린팅 노즐 장치.
The method of claim 8,
The insulating connector is formed in a ring shape connected in communication with the upper portion of the discharge nozzle and the lower portion of the nozzle device body,
A 3D printing nozzle using UHPC material, characterized in that the upper part of the insulating connector is connected to the lower part of the nozzle device by a screw connection method, and the lower part of the insulating connector is connected to the upper part of the discharge nozzle by a screw connection method. Device.
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