KR102227860B1 - 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물 및 이를 이용하여 출력된 건축 외장재의 성능개선방법 - Google Patents

건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물 및 이를 이용하여 출력된 건축 외장재의 성능개선방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물과 이를 이용하여 출력된 건축 외장재의 성능개선방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물로서, 종래의 시멘트를 사용하지 않고, 고로슬래그 미분말에 플라이 애시가 첨가된 결합재와, 결합재에 첨가되는 분말형의 규산나트륨이 혼합된 제1 혼합물 및 고로슬래그 미분말에 플라이 애시가 첨가된 결합재와, 결합재에 첨가되는 분말형의 규산나트륨이 혼합되고, 여기에 추가로 첨가되는 분말형의 수산화칼슘이 혼합된 제2 혼합물 중 어느 하나를 포함하며, 플라이 애시는, 고로슬래그 미분말 100 중량부에 대해 약 20 중량부 내지 약 30 중량부가 첨가되고, 규산나트륨은, 결합재 100 중량부에 대해 약 15 중량부 내지 약 25 중량부가 첨가되는 것을 특징으로 하는 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 분말적층방식의 3차원 프린터를 이용하여 비정형의 건축 외장재를 제조할 수 있고, 제조된 건축 외장재에서 흡수율과 압축강도와 같은 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물 및 이를 이용하여 출력된 건축 외장재의 성능개선방법{Ceramic composites used for 3D printing for manufacturing of building exterior materials and performance improvement method of building exterior materials printed using this}
본 발명은 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물에 관한 것으로, 특히 분말적층방식(Binder jetting Method:BJM)의 3차원 프린터를 이용하여 비정형의 건축 외장재를 제조할 수 있고, 제조된 건축 외장재에서 흡수율과 압축강도와 같은 성능을 향상시킬 수 있는 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물 및 이를 이용하여 출력된 건축 외장재의 성능개선방법에 관한 것이다.
최근 건설산업에서는 건축물의 독창성 및 심미성 확보를 위하여 비정형 형태로 시공되고 있으며, 이에 대한 수요는 계속적으로 증가하고 있는 추세이다.
하지만, 기존의 전통 건설재료인 콘크리트를 기반으로 비정형 건축물을 시공하기 위해서는 형틀인 거푸집을 이용하여 3차원 곡률을 이루도록 설치한 다음, 콘크리트를 타설해야만 한다.
이와 같은 기존 건축물 시공방법은 거푸집의 비정형화를 위해 매우 많은 시간과 비용이 투입되게 되며, 비정형성의 구현에도 매우 제한적인 문제점을 내포하고 있다.
따라서 최근 전세계적으로 건축물의 다양한 비정형성 부여를 위하여 3차원 프린팅(3D Printing) 기술을 접목한 건축물 시공법 개발이 매우 활발히 진행되고 있다.
여기서, 3차원 프린팅 기술은 '3차원 모델 데이터로부터 형상을 만들기 위하여 연속된 재료를 한층 한층씩(layer upon layer) 적층하는 방법으로 절삭가공 기술과 대비되는 기술'이라고 정의된다.
또한, 광원의 종류, 적층방식 및 소재에 따라 구분하고 있으며, 미국재료시험협회(American Society for Testing and Materials:ASTM)에서는 3차원 프린팅 기술을 크게 7가지로 구분하여 정의하고 있다.
한편, 미국재료시험협회에서 정의하고 있는 3차원 프린팅 기술 중 시멘트, 고로슬래그 및 플라이 애시 등 기존의 전통적인 세라믹 소재를 사용재료로 적용할 수 있는 방식은 재료압출방식(Material Extrusion Method)과 분말적층방식(Binder Jetting Method) 등이 있다.
여기서, 재료압출방식은, 현재 3차원 프린팅 기술 중 가장 일반적으로 적용되는 방식으로, 시멘트, 고로슬래그, 플라이 애시와 같은 세라믹 재료를 물, 골재 및 첨가제 등과 함께 사전에 균등 혼합한 다음, 혼합물을 재료압축방식 3차원 프린터의 압출창치를 이용하여 압력을 가하면서 연속적으로 밀어내어 원하는 위치에 도포함으로서 구조체를 축조하는 방식이다.
이와 같은 재료압출방식은, 현장 시공이 가능하고, 기둥 및 벽체와 같은 대형 부재에 대한 적용이 가능하며, 다른 프린팅 방식에 비하여 상대적으로 출력시간이 빠르다는 장점을 가지고 있다.
하지만, 재료압출방식은 유동성을 갖고 있는 콘크리트를 압출에 의해 적층하는 방식을 채택하고 있어 균일한 적층성 및 형상 확보를 위한 응결제어가 매우 어려우며, 큰 곡률의 부재, 상부 슬래브, 켄틸레버 및 내부 다공성 구현 등이 곤란하며, 복잡한 비정형성 구현에 한계가 있는 문제점을 내포하고 있다.
그리고, 분말적층방식은, 조형유닛에 적층된 세라믹 기반의 분말에 접착헤드를 이용하여 액체 상태의 접착액을 선택적으로 분사하여 한층을 경화시킨다. 그 다음, 새로운 분말의 적층을 위해 조형유닛이 한층을 하강시킨다. 그 다음, 하강된 한층에 새로운 분말을 도포(약 0.1 mm)한 다음, 다시 접착액을 분사하여 경화시키는 과정을 반복함으로써, 3차원 조형물을 제조할 수 있다. 마지막으로, 분말의 적층 및 경화 공정을 반복하면서 특정 건조시간 후 에어블로워를 사용하여 접착되지 않은 분말을 제거함으로써, 최종적인 3차원 조형물을 획득할 수 있다.
이와 같은 분말적층방식은, 재료 압출방식에 비교하여 미세한 디테일과 복잡한 모양을 가진 대상물을 출력할 수 있어 비정형성 구현에 보다 효과적이라는 장점을 가지고 있다.
하지만, 분말적층방식은, 현장에서의 직접적인 프린팅은 곤란하며 외장재와 같은 공장 제조형태의 프리캐스트 제품에 적합한 방식이다. 또한, 분말적층방식은, 3차원 프린팅 방식의 특성상 재료압출방식에 비해 출력물의 압축강도 및 흡수율 등의 물성이 저하되는 문제점이 있다.
한국 등록특허공보 제10-2031736호(2019년 10월 14일 공고)
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 과제는, 분말적층방식(Binder jetting Method:BJM)의 3차원 프린터를 이용하여 비정형의 건축 외장재를 제조할 수 있고, 제조된 건축 외장재에서 흡수율과 압축강도와 같은 성능을 향상시킬 수 있는 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물 및 이를 이용하여 출력된 건축 외장재의 성능개선방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성하기 위해 안출된 본 발명은, 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물로서, 종래의 시멘트를 사용하지 않고, 고로슬래그 미분말에 플라이 애시가 첨가된 결합재와, 상기 결합재에 첨가되는 분말형의 규산나트륨이 혼합된 제1 혼합물 및 고로슬래그 미분말에 플라이 애시가 첨가된 결합재와, 상기 결합재에 첨가되는 분말형의 규산나트륨이 혼합되고, 여기에 추가로 첨가되는 분말형의 수산화칼슘이 혼합된 제2 혼합물 중 어느 하나를 포함하며, 상기 플라이 애시는, 상기 고로슬래그 미분말 100 중량부에 대해 약 20 중량부 내지 약 30 중량부가 첨가되고, 상기 규산나트륨은, 상기 결합재 100 중량부에 대해 약 15 중량부 내지 약 25 중량부가 첨가되는 것을 특징으로 한다.
상기 수산화칼슘은, 상기 결합재 100 중량부에 대해 약 5 중량부 내지 약 15 중량부가 상기 제1 혼합물에 추가로 첨가되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 혼합물과 상기 제2 혼합물 중 어느 하나에 추가로 첨가되는 잔골재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 잔골재는, 상기 결합재 100 중량부에 대해 약 0.1 중량부 내지 약 25 중량부가 상기 제1 혼합물 또는 상기 제2 혼합물에 첨가되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 혼합물과 상기 제2 혼합물 중 어느 하나에 추가로 첨가되되, 물과 습윤제로 구성되는 액상 결합수를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 습윤제는, 물 100 중량부에 대해 약 1 중량부 내지 약 55 중량부가 첨가되며, 상기 액상 결합수는, 상기 결합재 100 중량부에 대해 약 25 중량부 내지 약 45 중량부가 상기 제1 혼합물 또는 상기 제2 혼합물에 첨가되는 것을 특징으로 한다.
최종 완성된 3차원 조형물에 대하여 강도 및 흡수율을 개선시키는 개선수용액을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 개선수용액은, 액상형 이산화규소에 분말형 산화나트륨을 Ms(SiO₂/Na₂O Molar ratio) 약 0.5 내지 약 1.5 의 비율로 용해한 규산나트륨 수용액을 나타내는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 건축 외장재의 성능개선방법으로서, 개선수용액에 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물에 의해 최종 완성된 3차원 조형물을 침지시키는 침지단계 및 상기 침지단계를 거친 다음, 상기 3차원 조형물을 꺼내어 양생을 실시하는 양생단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 침지단계는, 1일 1회 실시하는 것을 1사이클로 하여 총 3사이클 내지 5사이클을 반복하는 것을 특징으로 한다.
상기 개선수용액에 상기 3차원 조형물이 침지된 상태에서 상기 개선수용액과 상기 3차원 조형물을 진공 상태로 방치하는 진공처리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 분말적층방식(Binder jetting Method:BJM)의 3차원 프린터를 이용하여 비정형의 건축 외장재를 제조할 수 있고, 제조된 건축 외장재에서 흡수율과 압축강도와 같은 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 분말적층방식의 3차원 프린터를 이용하여 비정형의 건축 외장재를 제조할 때, 균일한 적층성 및 형상 확보를 위한 응결 제어가 용이해지고, 큰 곡률의 부재, 상부 슬래브, 켄틸레버, 내부 다공성 구현 등이 용이하여 복잡한 비정형성 구현의 한계를 극복할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 종래의 시멘트를 사용한 건축 외장재보다 경량성의 건축 외장재를 용이하게 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건축 외장재의 제조방법을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건축 외장재의 성능개선방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물 및 이를 이용하여 출력된 건축 외장재의 성능개선방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건축 외장재의 제조방법을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건축 외장재의 제조방법은 분말적층방식(Binder jetting Method:BJM)을 이용하여 비정형의 건축 외장재를 제조할 수 있고, 제조된 건축 외장재에서 흡수율과 압축강도와 같은 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건축 외장재의 제조방법을 살펴보면, 도 1에서와 같이, 조형유닛의 상부에서 외장재 형성부에 적층된 세라믹 기반의 분말에 접착헤드를 이용하여 액체 상태의 접착액을 선택적으로 분사하여 한층을 경화시킨다.
그리고, 새로운 분말의 적층을 위해 조형유닛이 외장재 형성부를 한층 하강시킨다.
그리고, 하강된 한층에 새로운 분말을 도포(약 0.1 mm)한다. 그러면, Layer n에는 분말과 접착액의 경화층이 형성되고, layer n+1에는 경화층의 상부로 새로운 분말이 적층되게 된다. 다시 접착액을 분사하여 경화시키는 과정을 반복함으로써, 3차원 조형물을 제조할 수 있다.
그리고, 분말의 적층 및 경화 공정을 반복하면서 건조유닛을 이용하여 기설정된 건조시간으로 분말과 접착액의 경화층을 건조시켜 분말과 접착액의 강도를 향상시키고, 에어블로워를 사용하여 경화층에 접착되지 않은 분말을 제거함으로써, 최종적인 3차원 조형물을 획득할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에서 분말저장부에 저장되는 세라믹 기반의 분말 및 외장재형성부에서 경화되는 경화층은 본 발명의 일 실시예에 따른 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물로 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물은, 고로슬래그 미분말에 플라이 애시가 첨가된 결합재와, 결합재에 첨가되는 분말형의 규산나트륨을 포함한다. 그러면, 결합재와 규산나트륨이 혼합된 제1 혼합물을 형성하게 된다.
여기서, 플라이 애시는 고로슬래그 미분말 100 중량부에 대해 약 20 중량부 내지 약 30 중량부가 고로슬래그 미분말에 첨가된다. 또한, 규산나트륨은, 결합재 100 중량부에 대해 약 15 중량부 내지 약 25 중량부가 결합재에 첨가된다.
그러면, 결합재는 고로슬래그 미분말과 플라이 애시 사이의 첨가비율을 한정함으로써, 완성된 건축 외장재에서 빠른 응결을 유도하고, 첨가되는 자극제에 의해 강도를 증진시킬 수 있다.
하지만, 상술한 첨가비율을 벗어나는 경우, 건축 외장재에서 응결 속도가 늦어지고, 경화층의 강도가 기설정된 강도를 넘지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
특히 규산나트륨은 첨가비율이 한정됨으로써, 결합재에 알칼리 활성화 반응성을 부여할 수 있다. 하지만, 상술한 첨가비율을 벗어나는 경우, 반응성이 나타나지 않거나, 과도한 반응성에 의해 건축 외장재의 불량을 초래하는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물은, 수산화칼슘(calcium hydroxide)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 수산화칼슘은, 결합재와 규산나트륨이 혼합된 제1 혼합물에 추가로 첨가된다. 수산화칼슘은 분말형의 고분자 물질이고 수용성을 나타낸다. 그러면, 제1 혼합물에 수산화칼슘이 혼합된 제2 혼합물을 형성하게 된다.
여기서, 수산화칼슘은 결합재 100 중량부에 대해 약 5 중량부 내지 약 15 중량부가 제1 혼합물에 첨가된다.
그러면, 수산화칼슘은 첨가비율이 한정됨으로써, 제2 혼합물과 접착액인 액상 결합수 간의 반발력을 저감시키고, 제2 혼합물과 접착액인 액상 결합수 간 사이의 결합력을 향상시킬 수 있다.
하지만, 상술한 첨가비율을 벗어나는 경우, 제2 혼합물과 접착액인 액상 결합수 간에 반발력이 기준치를 벗어나고, 제2 혼합물과 접착액 사이의 결합력이 저하되어 완성된 건축 외장재가 외형을 안정적으로 유지하지 못하고, 깨지는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 기존의 폴리비닐알콜(PolyVinyl Alcohol:PVA)의 경우, 약 200 mesh 이하의 입도로 이루어진 분말형 폴리비닐알콜을 수급하는데 있어 수급성이 용이하지 못한 단점이 있고, 개선 수용액 침지 및 고온 양생에서의 형상 유지력이 저하되는 한계가 있다.
부연하면, 개선수용액에 침지한 채 약 60도 이상의 고온 양생 시 장시간 경과 후(약 4시간 이후) 균열발생 및 형상유지력이 저하된다.
반면에 수산화칼슘의 경우, 약 200 mesh 이하의 입도로 이루어진 분말형 수산화칼슘의 수급이 매우 용이할 뿐만 아니라, 폴리비닐알콜과 달리 개선수용액 침지 및 고온 양생에서의 형상 유지력의 한계를 극복할 수 있다.
부연하면, 개선수용액에 침지한 채 약 60도 이상의 고온 양생 시 장기 재령에 걸쳐 균열발생 및 현상유지력에서 문제가 없다. 즉, 재령 28일 까지 용액/고온 양색으로 강도개선 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물은, 제1 혼합물과 제2 혼합물 중 어느 하나에 추가로 첨가되는 잔골재를 더 포함할 수 있다.
여기서, 잔골재는 입도가 약 100 내지 200 mesh로 이루어진 8호사인 것이 바람직하다. 이때, 잔골재는, 결합재 100 중량부에 대해 약 0.1 중량부 내지 약 25 중량부가 제1 혼합물 또는 제2 혼합물에 첨가된다. 일예로, 잔골재가 약 25 중량부로 첨가되면, 압축강도를 약 85% 수준으로 확보할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물은, 접착액인 액상 결합수를 더 포함할 수 있다. 이때, 액상 결합수는 물과 습윤제로 구성된다.
여기서, 액상 결합수에서 습윤제는 물 100 중량부에 대해 약 1 중량부 내지 약 55 중량부가 첨가된다. 그리고, 액상 결합수를 제1 혼합물 또는 제2 혼합물에 분사할 때, 액상 결합수는 결합재 100 중량부에 대해 약 25 중량부 내지 약 45 중량부가 제1 혼합물 또는 제2 혼합물에 분사되도록 한다.
그러면, 습윤제의 첨가비율, 액상 결합수의 분사비율이 한정됨으로써, 도포된 제1 혼합물 또는 제2 혼합물의 경화성능을 안정되게 부여할 수 있게 된다.
하지만, 상술한 첨가비율 및 분사비율을 벗어나는 경우, 접착액과의 결합력이 저하되어 완성된 건축 외장재가 외형을 안정적으로 유지하지 못하고, 깨지는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물은, 개선수용액을 더 포함할 수 있다. 개선수용액은 상술한 설명을 통해 최종 완성된 3차원 조형물에 대하여 강도 및 흡수율을 개선할 수 있다. 개선수용액은 액상형 이산화규소에 분말형 산화나트륨을 Ms(SiO₂/Na₂O Molar ratio) 약 0.5 내지 약 1.5의 비율로 용해한 규산나트륨 수용액을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건축 외장재의 성능개선방법을 나타낸 순서도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 건축 외장재의 성능개선방법은, 침지단계(S1), 양생단계(S3) 및 진공처리단계(S2)를 포함할 수 있다.
침지단계(S1)는, 최종 완성된 3차원 조형물을 개선수용액에 침지시킨다. 이때, 개선수용액은 상술한 액상형 이산화규소에 분말형 산화나트륨을 Ms(SiO₂/Na₂O Molar ratio) 약 0.5 내지 약 1.5의 비율로 용해한 규산나트륨 수용액을 나타낸다.
여기서, 침지단계(S1)는, 1일 1회 실시하는 것을 1 사이클로 하여 총 3사이클 내지 5사이클을 반복한다. 다른 표현으로, 침지단계(S1)는, 약 72 시간 내지 약 120 시간 동안 유지시킨다. 이에 따라, 개선수용액을 최종 완성된 3차원 조형물의 내부로 유입시킬 수 있다.
하지만, 최종 완성된 3차원 조형물이 상술한 침지시간 범위를 벗어나는 경우, 최종 완성된 3차원 조형물에서 개선수용액의 유입이 충분하지 않으므로, 흡수율과 압축강도를 충분히 확보할 수 없게 된다.
또한, 최종 완성된 3차원 조형물이 상술한 침지시간 범위를 벗어나는 경우, 최종 완성된 3차원 조형물에서 개선수용액의 유입량이 오버되어 최종 완성된 3차원 조형물에서의 결합력이 저하되고, 최종 완성된 3차원 조형물의 형상이 왜곡될 수 있어 건축 외장재의 불량을 초래할 수 있다.
양생단계(S3)는, 개선수용액에서 최종 완성된 3차원 조형물을 꺼내어 섭씨 약 55도 내지 섭씨 약 90도로 양생을 실시한다. 양생단계(S3)에서 양생온도 범위를 한정함으로써, 최종 완성된 3차원 조형물의 양생을 안정화시킬 수 있다.
하지만, 상술한 양생온도 범위를 벗어나는 경우, 양생시간이 길어지게 되어 건축 외장재의 제조시간을 충분히 확보할 수 없게 되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상술한 양생온도 범위를 벗어나는 경우, 최종 완성된 3차원 조형물이 충분히 양생되지 않아 원하는 흡수율과 압축강도를 갖는 건축 외장재를 얻을 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
결국, 본 발명의 일 실시예에 따른 건축 외장재의 성능개선방법에 따르면, 최종 완성된 3차원 조형물의 양생에 따라 획득되는 건축 외장재에서 흡수율 약 3% 이하, 압축강도 약 20MPa 이상을 확보할 수 있게 된다.
하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 건축 외장재의 성능개선방법에서 벗어나는 경우, 아래의 [표 1]에 나타나는 비교예들과 같이 흡수율은 약 3%를 초과하며, 압축강도는 약 20MPa를 넘지 못하게 된다.
또한, 비교예들에 따른 건축 외장재의 성능개선방법에 따르면, 비중이 2.5 내지 3.5를 나타내고 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 건축 외장재의 성능개선방법에 따르면, 비중이 1.0 내지 1.5 수준으로 낮아지므로, 발명의 일 실시예에 따른 건축 외장재는 경량성을 확보하여 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

No.
성능개선(후처리) 공정
밀도
(g/cm3)
흡수율
(%)		 압축강도
(MPa)
후처리 전 후처리 후
1 비교1 미실시 1.10 44.88 1.46
2 비교2 액상형 규산나트륨에 침지 1.27 35.93 5.06
3 비교3 분말형 규산나트륨을 용해한 1M수용액에 침지 1.21 37.12 3.30
4 비교4 분말형 수산화나트륨을 용해한 1M수용액에 침지 1.22 35.50 4.63

5
비교5		 액상형 이산화규소에 분말형 산화나트륨을 Ms(SiO₂/Na₂O molar ratio) 1.0 비율로 용해한 수용액에 침지하고, 1일 1회를 1사이클로 반복
1.16
32.97
5.21


6

비교6		 액상형 이산화규소에 분말형 산화나트륨을 Ms(SiO₂/Na₂O molar ratio) 1.0 비율로 용해한 수용액에 침지하고, 1일 1회를 1사이클로 하여 2사이클을 반복

1.23

21.89

7.10


7

비교7		 액상형 규산나트륨 수용액에 분말형 수산화나트륨을 Ms(SiO₂/Na₂O molar ratio) 1.0 비율로 용해한 수용액에 1일 1회를 1사이클로 하여 3사이클 반복 후, 표준양생실에 존치 한 재령 7일 강도

1.35

16.89

1.46

8.10


8

실시예		 액상형 규산나트륨 수용액에 분말형 수산화나트륨을 Ms(SiO₂/Na₂O molar ratio) 1.0 비율로 용해한 수용액에 침지한 채 60도 고온 챔버에서 7일간 존치

1.58

2.93

2.02

20.62
진공처리단계(S2)는, 개선수용액에 3차원 조형물이 침지된 상태에서 개선수용액과 3차원 조형물을 진공 상태로 방치함으로써, 개선수용액의 유입율을 향상시킬 수 있다.
일예로, 진공처리단계(S2)는, 최종 완성된 3차원 조형물이 침지된 개선수용액을 진공챔버에 투입하고, 진공챔버의 내부를 진공 처리함으로써 실시될 수 있다. 이에 따라 침지시간을 단축시켜 건축 외장재의 제조시간을 줄일 수 있다.
상술한 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물과 이를 이용하여 출력된 건축 외장재의 성능개선방법에 따르면, 분말적층방식(Binder jetting Method:BJM)의 3차원 프린터를 이용하여 비정형의 건축 외장재를 제조할 수 있고, 제조된 건축 외장재에서 흡수율과 압축강도와 같은 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 분말적층방식의 3차원 프린터를 이용하여 비정형의 건축 외장재를 제조할 때, 균일한 적층성 및 형상 확보를 위한 응결 제어가 용이해지고, 큰 곡률의 부재, 상부 슬래브, 켄틸레버 및 내부 다공성 구현 등이 용이하여 복잡한 비정형성 구현의 한계를 극복할 수 있다.
또한, 종래의 시멘트를 사용하지 않고서도 종래의 건축 외장재보다 흡수율을 낮추면서 압축강도가 높아진 건축외장재의 제조를 가능하게 한다.
또한, 종래의 시멘트를 사용한 건축 외장재보다 경량성의 건축 외장재를 용이하게 제조할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.
S1: 침지단계
S2: 진공처리단계
S3: 양생단계

Claims (11)

  1. 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물로서,
    종래의 시멘트를 사용하지 않고,
    고로슬래그 미분말 100 중량부에 대해 플라이 애시 20 중량부 내지 30 중량부가 첨가된 결합재와, 상기 결합재 100 중량부에 대해 분말형의 규산나트륨 15 중량부 내지 25 중량부가 첨가되어 혼합되고, 여기에 상기 결합재 100 중량부에 대해 분말형의 수산화칼슘 5 중량부 내지 15 중량부가 추가로 첨가되어 혼합되고, 여기에 상기 결합재 100 중량부에 대해 잔골재 5 중량부 내지 25 중량부가 추가로 첨가되어 혼합된 혼합물;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혼합물에 추가로 첨가되며, 물과 습윤제로 구성되는 액상 결합수;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 습윤제는,
    물 100 중량부에 대해 1 중량부 내지 55 중량부가 첨가되며,
    상기 액상 결합수는,
    상기 결합재 100 중량부에 대해 25 중량부 내지 45 중량부가 상기 혼합물에 첨가되는 것을 특징으로 하는 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물.
  7. 제1항 또는 제5항 또는 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    최종 완성된 3차원 조형물에 대하여 강도 및 흡수율을 개선시키는 개선수용액;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 상기 개선수용액은,
    액상형 이산화규소에 분말형 산화나트륨을 Ms(SiO₂/Na₂O Molar ratio) 0.5 내지 1.5 의 비율로 용해한 규산나트륨 수용액을 나타내는 것을 특징으로 하는 건축 외장재의 제조를 위한 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물.
  9. 개선수용액에 제1항 또는 제5항 또는 제6항 중 어느 하나의 항에 기재된 3차원 프린팅용 세라믹 복합체 조성물에 의해 최종 완성된 3차원 조형물을 침지시키는 침지단계; 및
    상기 침지단계를 거친 다음, 상기 3차원 조형물을 꺼내어 양생을 실시하는 양생단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축 외장재의 성능개선방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 침지단계는,
    1일 1회 실시하는 것을 1사이클로 하여 총 3사이클 내지 5사이클을 반복하는 것을 특징으로 하는 건축 외장재의 성능개선방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 개선수용액에 상기 3차원 조형물이 침지된 상태에서 상기 개선수용액과 상기 3차원 조형물을 진공 상태로 방치하는 진공처리단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축 외장재의 성능개선방법.
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