KR102503375B1 - 경화성 재료로부터의 성형품의 적층 제조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 경화성 재료, 특히 미네랄 결합제 조성물로부터 성형품을 제조하는 방법에 관한 것이며, 상기 경화성 재료가 적어도 하나의 공간 방향으로 이동될 수 있는 프린팅 헤드에 의해서, 적층 방법, 특히 적층 자유-공간 방법으로 층대층으로 도포되되, 상기 경화성 재료의 도포 속도와 상기 경화성 재료의 강도의 시간적 발달은 서로와 조율된다.

Description

경화성 재료로부터의 성형품의 적층 제조
본 발명은 경화성 재료, 특히 미네랄 결합제 조성물로부터 성형품(shaped body)을 제조하는 방법에 관한 것이며, 여기서 경화성 재료는 적어도 하나의 공간 방향으로 이동 가능한 프린트 헤드에 의해서, 적층 방법(additive method), 특히 적층 자유-공간 방법(additive free-space method)으로 층으로 도포된다. 본 발명의 추가 양상은 경화성 재료로부터의 성형품의 적층 제조를 위한 디바이스, 및 미네랄 결합제 또는 미네랄 결합제 조성물, 특히 콘크리트 및/또는 모르타르 조성물로부터 성형품을 제조하기 위한, 상기 디바이스의 용도에 관한 것이다.
적층 제조 방법에 의한 성형품의 제조는 모든 기술 분야에서 점점 중요해지고 있다. 용어 "적층 제조 방법" 또는 "적층 제조"는, 3차원 물품 또는 성형품이 재료의 선택적인 3차원 침착, 도포 및/또는 고화에 의해서 제조되는, 방법을 지칭한다.
이러한 공정에서, 재료의 침착, 도포 및/또는 고화는 특히 층 또는 시트의 제조될 물품의 데이터 모델을 특히 기반으로 수행된다. 적층 제조 방법에서, 각각의 물품은 전형적으로 하나 또는 복수의 시트로부터 제조된다. 보통, 물품은 특히 화학적 및/또는 물리적 공정(예를 들어, 용해, 중합, 소결 또는 경화)에 적용되는 무형상(shapeless) 재료(예를 들어, 액체, 분말, 과립 등) 및/또는 형상-중립적(shape-neutral) 재료(예를 들어, 밴드, 와이어)를 사용하여 제조된다. 적층 제조 방법은 또한 "생성 제조 방법(generative manufacturing method)", "적층 제조" 또는 "3D 프린팅"과 같은 용어를 사용하여 지칭된다.
예를 들어, 국제 특허 제WO 2016/095888 A1호(복셀제트 아게(Voxeljet AG))에는 레이어링(layering) 기술에 의해서 3차원 성형된 부품을 제조하는 방법이 기술되어 있다. 성형된 부품은 예를 들어, 특히 콘크리트 또는 중합체 주조 공정을 위한 주조 주형으로서, 또는 조각품 또는 빌트-인 성분 부품으로서 사용될 수 있다. 미립자 건축 재료가 코팅기를 사용하여 명시된 층 두께로 건축 자재에 도포되고, 결합제 유체가 프린트 헤드를 통해서 건축 재료에 선택적으로 도포되며, 여기서 결합제 유체는 입자에 첨가된 활성화제에 의해서 중합된다. 이어서 건축 자재는 1층 두께만큼 낮아지거나, 또는 코팅기가 1층 두께만큼 높아지고, 목적하는 성형된 부품이 제조될 때까지 동일한 방식으로 추가 층이 제조된다. 이러한 분말-층-기반 인쇄 방법이 특정 분야에 적합하지만, 이것은 종종 비교적 고비용이고, 특별한 재료에 제한된다.
건설 분야에서, 적층 방법에 의해서 기하학적으로 정교한 성분, 예를 들어, 콘크리트 요소 등을 제조하기 위해서 오랫동안 노력 중이다. 이것은 실제로 특정 정도까지 가능하다. 그러나, 콘크리트 혼합물의 물리적 및 화학적 특성은 콘크리트로부터의 성형품의 적층 제조를 상당히 어렵게 한다. 특히, 경화 공정 동안의 동력학 및 콘크리트 조성물의 요변성 특성으로 인해서, 적층 제조 방법을 사용한 콘크리트 요소의 제조 속도는 상당히 제한된다.
따라서 상기에 언급된 단점을 가능한 정도까지 해결하는 새롭고 개선된 해결책에 대한 요구가 계속되고 있다.
따라서 본 발명의 물품은 성형품의 선택적인 제조를 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다. 특히, 이러한 방법은 경화성 재료, 특히 미네랄 결합제 조성물로부터 성형품을 효율적이게, 신뢰할 수 있게, 그리고 가능한 신속하게 제조할 수 있도록 설계된다. 가능한 정도까지, 이것은 성형품의 품질 또는 강도에 악영향을 미치지 않으면서 수행되어야 한다. 또한, 이러한 목표가 효율적으로 달성되게 하는 상응하는 디바이스를 제공하고자 한다.
놀랍게도, 이러한 방법과 관련하여, 본 발명의 물품은 청구항 제1항에 청구된 바와 같은 경화성 재료로부터 성형품을 제조하는 방법에 의해서 달성될 수 있다는 것을 발견하였다.
따라서 해결책은 경화성 재료, 특히 미네랄 결합제 조성물로부터 성형품을 제조하는 방법으로 이루어지고, 여기서 경화성 재료는 적어도 하나의 공간 방향으로 이동 가능한 프린트 헤드에 의해서, 적층 방법, 특히 적층 자유-공간 방법으로 층으로 도포되고, 여기서 경화성 재료의 도포 속도와 경화성 재료의 시간적 강도 발달은 서로와 조율된다.
본 발명에 따른 방법에 의해서, 신뢰할 만한 방식으로 그리고 최소한의 시간 기간 동안 경화성 재료로부터 성형품을 제조하는 것이 가능하다는 것을 발견하였다. 또한, 이 방법은 보편적으로 적용 가능하고, 필요한 경우, 광범위한 경화성 재료, 예를 들어, 듀로플라스틱 또는 미네랄 결합제 조성물을 사용하여 수행될 수 있다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 방법에 의해서, 제조된 성형품의 품질이 다수의 경우에 개선될 수 있다는 것을 또한 발견하였다. 이론에 얽매이고자 함은 아니지만, 이것은 경화성 재료의 도포 속도와 시간적 강도 발달의 본 발명에 따른 조율로 인한 것이라고 추정된다. 특히, 이것은 성형품의 강도 및 품질이 전체적으로 개선되게 한다.
도포 속도와 시간적 강도 발달의 본 발명에 따른 조율 또는 동기화(synchronization)는 또한 성형품의 가장 신속한 제조를 가능하게 한다. 그 이유는, 연속적인 층의 도포에서 불필요하게 긴 대기 시간을 없앨 수 있기 때문이다. 종래의 시스템에서, 전형적으로 각각의 층 이후에 다음 층이 도포되기 전에 대기 시간이 계획되거나, 또는 감소된 도포 속도가 선택되어야 한다. 이러한 경우, 대기 시간 또는 도포 속도의 감소가 상당해야 하고, 충분한 안전 여유(safety margin)가 포함되어야 하는데, 그 이유는 환경 조건에 좌우되는 경화성 재료의 시간적 강도 발달이 고려되지 않기 때문이다. 달리는, 특히 성형품의 하부 층이 상부에 도포되는 층의 하중 하에서 변형을 겪을 위험이 존재한다. 이것은, 한편으로는, 방법을 느리게 하는 데드 타임(dead time)을 초래하고, 다른 한편으로는 성형품의 강도 또는 품질이 감소될 위험을 증가시킨다. 이에 반해서, 종래의 방법과 연관된 데드 타임은, 층의 변형 위험 또는 인접한 층들 간의 접착에 악영향을 미치는 위험이 없이, 본 발명에 따른 조율에 의해서 제거될 수 있다.
본 발명의 추가의 양상은 추가의 독립 청구항의 주제이다. 본 발명의 특히 바람직한 실시형태는 종속 청구항의 주제이다.
제1 양상에서, 본 발명은 경화성 재료, 특히 미네랄 결합제 조성물로부터 성형품을 제조하는 방법에 관한 것이며, 여기서 경화성 재료는 적어도 하나의 공간 방향으로 이동 가능한 프린트 헤드에 의해서, 적층 방법, 특히 적층 자유-공간 방법으로 층으로 도포되고, 여기서 경화성 재료의 도포 속도와 경화성 재료의 시간적 강도 발달은 서로와 조율된다.
특히, 적층 방법에서, 개별 층은 경화성 재료의 선택적인 침착, 배치 또는 도포에 의해서 생성되고, 그 후 다음 층이 이렇게 제조된 층과 동일한 방식으로 도포된다. 이러한 공정은 성형품의 제조가 완결될 때까지 반복된다.
용어 "도포 속도"는 단위 시간당 도포되는 경화성 재료의 높이를 지칭하는 것으로서 본 명세서에서 이해되어야 한다. 높이는 전형적으로 개별 층에 의해서 형성된 평면에 본질적으로 수직인 방향에서 측정된다. 특히, 높이는 수직 방향에서 측정된다.
개별 층의 높이는 특히 0.1 내지 10㎝, 바람직하게는 0.5 내지 5㎝ 또는 1 내지 2㎝이다. 성형품의 총 높이 또는 함께 취해진 성형품의 모든 개별 층의 두께는 예를 들어, 1㎝ 내지 1000㎝, 바람직하게는 10㎝ 내지 500㎝, 특히 50㎝ 내지 300㎝ 또는 100㎝ 내지 200㎝이다. 이것은 특히 경화성 재료가 미네랄 결합제 조성물, 특히 모르타르 또는 콘크리트 조성물을 포함하거나 또는 이것으로 이루어진 경우 적용된다.
"경화성 재료의 시간적 강도 발달"은 특히 본 환경 조건 하에서, 방법에서 구체적으로 사용되는 경화성 재료의 강도 발달을 지칭하는 것으로 본 명세서에서 이해되어야 한다. 경화성 재료의 시간적 강도 발달은, 프린트 헤드로부터의 경화성 재료의 배출 후에, 특히 0.1 내지 1000분, 바람직하게는 0.1 내지 100분, 특히 바람직하게는 0.1 내지 10분의 기간 동안 결정된다. 이러한 공정에서 결정되는 강도 값은, 특히 경화성 재료의 혼합 후 및/또는 프린트 헤드로부터의 경화성 재료의 배출 후 명시된 시간 지점에서의 경화성 재료의 강도, 특히 압착 강도에 상응한다. 명시된 시간 지점은 경화성 재료의 혼합 후 및/또는 프린트 헤드로부터의 경화성 재료의 배출 후, 특히 0.1 내지 1000분, 바람직하게는 0.1 내지 100분, 특히 바람직하게는 0.1 내지 10분의 범위이다.
"경화성 재료"는 전형적으로 유동 가능하거나 또는 액화 가능하고, 예를 들어, 혼합수를 첨가하거나, 성분 중에서 혼합하거나, 가열함으로써, 혼합 이후에, 화학 반응을 겪어서 고체로 고화될 수 있는 재료를 지칭한다. 예를 들어, 경화성 재료는 반응 수지, 미네랄 결합제, 미네랄 결합제 조성물 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
반응 수지는 특히 중합 또는 중첨가에 의해서 듀로머로 고화되는 액체 또는 액화 가능한 합성 수지이다. 예를 들어, 불포화 폴리에스터 수지, 바이닐 에스터 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지 및/또는 실리콘 수지가 사용될 수 있다.
용어 "미네랄 결합제"는 특히 물의 존재 하에서 수화 반응을 겪어서 고체 수화물 또는 수화물 상을 형성하는 결합제를 지칭하는 것으로 이해되어야 한다. 이것은, 예를 들어, 수경성(hydraulic) 결합제(예를 들어, 시멘트 또는 수경성 석회), 잠재적인 수경성 결합제(예를 들어, 슬래그), 포졸란 결합제(예를 들어, 비산회(fly ash)) 또는 비-수경성 결합제(예를 들어, 석고 또는 칼슘 석회)일 수 있다.
따라서, "미네랄 결합제 조성물"은 적어도 1종의 미네랄 결합제를 포함하는 조성물이다. 본 발명의 경우에서, 이것은 특히 결합제, 응집제 및 선택적으로 1종 또는 복수의 혼합물을 포함한다. 적합한 응집제의 예는 암석 입자, 자갈, 모래(자연 및/또는 가공된(예를 들어, 파쇄된) 형태) 및/또는 충전제를 포함한다. 미네랄 결합제 조성물은 특히 혼합수와 혼합된 액체 결합제 조성물의 형태이다.
"시멘트질(cementitious) 결합제" 또는 "시멘트질 결합제 조성물"은 특히 적어도 5wt%, 특히 적어도 20wt%, 바람직하게는 적어도 35wt%, 특히 적어도 65wt%의 시멘트 클링커(clinker) 함량을 갖는 결합제 또는 결합제 조성물을 지칭하는 것으로 본 명세서에서 이해된다. 시멘트 클링커는 바람직하게는 포틀랜드 시멘트 클링커 및/또는 칼슘 설포알루미네이트 시멘트 클링커, 특히 포틀랜드 시멘트 클링커이다. 본 명세서에서, 시멘트 클링커는 특히 분쇄된 시멘트 클링커를 지칭한다.
특히, 미네랄 결합제 또는 결합제 조성물은 수경성 결합제, 바람직하게는 시멘트를 포함한다. 35wt% 이상의 시멘트 클링커 함량을 갖는 시멘트, 특히 유형 CEM I, II, III, IV 또는 V의 시멘트, 바람직하게는 유형 CEM I(표준 EN 197-1에 따름)의 시멘트가 특히 바람직하다. 전체로서 미네랄 결합제 중의 수경성 결합제의 함량은 이롭게는 적어도 5wt%, 특히 적어도 20wt%, 바람직하게는 적어도 35wt%, 특히 적어도 65wt%이다. 추가로 유리한 실시형태에 따라서, 미네랄 결합제는 적어도 95wt%의 수경성 결합제, 특히 시멘트 클링커로 이루어진다.
그러나, 결합제 조성물이 수경성 결합제 이외에 또는 그것 대신에 다른 결합제를 함유하는 경우가 또한 이로울 수 있다. 이것은 특히 잠재적인 수경성 결합제 및/또는 포졸란 결합제이다. 적합한 잠재적인 수경성 및/또는 포졸란 결합제는 예를 들어, 슬래그, 파운드리(foundry) 모래, 비산회 및/또는 실리카 퓸(silica fume)이다. 결합제 조성물은 또한 불활성 물질, 예를 들어, 석회석 분말, 석영 분말 및/또는 안료 등을 포함할 수 있다. 유리한 실시형태에서, 미네랄 결합제는 5 내지 95wt%, 특히 5 내지 65wt%, 특히 15 내지 35wt%의 잠재적인 수경성 및/또는 포졸란 결합제를 포함한다.
본 발명에 따른 방법에 의해서 제조된 성형품은 사실상 임의의 바람직한 형태를 가질 수 있고, 예를 들어, 그것은 구조물, 예를 들어, 건물, 조적식 구조물(masonry structure) 및/또는 다리를 위한 마감 부품일 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 특히 양호하게 적합한 디바이스에 관련된 프린트 헤드 및 추가 특징의 유리한 실시형태는 본 발명의 제2 양상과 관련하여 하기에 기술된다.
특히, 본 발명에 따른 방법은 적층 자유 공간 방법이다. 이것은 성형품이 층으로 형성된다는 것을 의미하고, 구체적으로 경화성 재료가 성형품이 형성될 부위에만 도포된다는 것을 의미한다. 오버행 및/또는 중공 공간의 경우, 지지 구조물이 선택적으로 제공될 수 있다. 이와 대조적으로, 예를 들어, 분말층 방법 또는 액체상 방법에서는, 전체 건축 공간이 전형적으로 충전되고, 이어서 재료의 고화가 목적하는 부위에서 선택적으로 수행된다.
본 발명의 경우에서, 자유 공간 방법이 경화성 재료로부터의 성형품의 제조와 관련하여 특히 이롭다는 것을 발견하였다.
바람직한 실시형태에서, 경화성 재료의 도포 속도는 경화성 재료의 혼합 후 및/또는 프린트 헤드로부터의 경화성 재료의 배출 후 명시된 시간 지점에서의 경화성 재료의 강도에 따라서, 특히 이에 비례하게 설정된다. 이는, 도포 속도가, 명시된 시간 지점에서 성취 가능한 경화성 재료의 강도와 직접 조율된다는 것을 의미한다. 경화성 재료의 시간적 강도 발달은 변화되지 않고 유지될 수 있다. 명시된 시간 지점에서 경화성 재료의 강도가 더 클수록, 선택될 수 있는 도포 속도가 더 크고, 성형품이 더 신속하게 제조될 수 있다.
그러나, 명시된 시간 지점에서의 경화성 재료의 강도는 미리 결정된 도포 속도에 따라서, 특히 이에 비례하게 설정되는 것이 또한 바람직할 수 있다. 이러한 경우에, 도포 속도는 변화되지 않거나 또는 일정하게 유지될 수 있다. 이러한 경우에 목적하는 도포 속도가 더 클수록, 경화성 재료의 시간적 강도 발달이 더 높게 설정되어야 한다.
동시에 명시된 시간 지점에서의 경화성 재료의 강도 및 도포 속도 둘 모두가 설정되고, 서로와 조율되는 것이 또한 이로울 수 있다.
추가로 유리한 실시형태에 따라서, 경화성 재료의 도포 속도는, 층의 수가 증가함에 따라서 변화될 수 있고, 예를 들어, 특히, 층의 수에 비례하게 증가될 수 있다. 더 높은 수준에서의 층이 경화 동안 하부에 놓인 층보다 더 적은 중량을 보유하기 때문에, 더 높은 수준에서 더 낮은 강도가 필요하다. 따라서, 도포 속도를 증가시킴으로써, 특정 경우에, 성형품의 제조 속도를 추가로 증가시키는 것이 가능하다.
그러나, 원칙적으로, 층의 수와 독립적으로 도포 속도를 설정하는 것이 또한 가능하다.
추가로 바람직하게는, 경화성 재료의 2개의 연속적인 층의 도포 사이에서 대기 시간이 관찰되는데, 여기서 대기 시간은 경화성 재료의 시간적 강도 발달에 따라서 선택된다. 대기 시간은 특히 0.1분 내지 10분, 특히 1분 내지 10분, 특히 10분 내지 20분이다.
대기 시간의 관찰은, 제조 속도를 경화성 재료의 시간적 강도 발달에 대해서 개작하고, 동시에, 프린트 헤드의 이동 속도를 일정하게 유지시키거나, 또는 상기 속도를, 특히 제조 속도와 독립적으로, 경화성 재료의 가능한 가장 적합한 도포와 관련되게 설정하는 것을 가능하게 한다.
특히, 대기 시간은 이미 도포된 층과 관련하여 도포될 층의 위치에 좌우되도록 선택된다. 바람직하게는, 대기 시간은 제조될 성형품의 기하학적 구조를 고려하여 결정된다. 예를 들어, 대기 시간은, 층의 수가 증가됨에 따라서, 특히 층의 수에 비례하게 감소될 수 있다. 이것은 예를 들어, 성형품의 벽이 수직으로 연장되는 경우에 이로울 수 있다.
프린트 헤드의 이동 속도가 경화성 재료의 시간적 강도 발달에 따라서 설정되는 경우가 또한 이로울 수 있다. 이것은, 예를 들어, 경화성 재료의 본질적으로 연속적인 도포를 허용하는 속도에서 프린트 헤드를 이동시키는 것을 가능하게 한다. 바람직한 경우, 이것은, 인접한 층의 도포 사이에서 대기 시간을 감소시키거나 또는 완전히 제거하는 것을 가능하게 할 수 있다. 이것은, 예를 들어, 일부 경우에 인접한 층들 간의 접착 및/또는 제조된 성형품의 전체 품질에 대해서 바람직한 효과를 갖는, 프린트 헤드로부터의 경화성 재료의 가능한 가장 일정한 부피 유량을 달성하기 위해서 이로울 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 프린트 헤드의 이동 속도는, 경화성 재료를 방출하면서 프린트 헤드가 성형품의 기존의 층에서 이동해야 하는 거리의 길이에 따라서, 특히 이에 비례하게 설정된다. 예를 들어, 인접한 층이 상이한 길이의 거리를 포함하는 경우, 따라서 일정한 도포 속도가 효과적으로 달성될 수 있다. 이러한 경우, 이동될 짧은 거리를 갖는 층은 느리게 이동하는 프린트 헤드로 도포되는 반면, 이동될 긴 거리를 갖는 층은 보다 신속하게 이동하는 프린트 헤드를 사용하여 생성된다. 그러나, 개별 층의 제조를 위해서 필요한 시간은 예를 들어, 일정하게 유지될 수 있다.
그러나, 원칙적으로, 프린트 헤드는 또한 경화성 재료를 방출하면서 프린트 헤드가 성형품의 기존의 층에서 이동해야 하는 거리의 길이와 독립적으로 이동될 수 있다. 이것은 예를 들어, 프린트 헤드로부터 경화성 재료를 배출하는 데 있어서 가능한 가장 일정한 부피 유량을 달성하는 것이 바람직한 경우에 이로울 수 있다.
유리한 실시형태에서, 이동 속도는, 그것이 이미 도포된 층에 대한 도포될 층의 위치에 좌우되도록 선택된다. 바람직하게는, 이동 시간은 제조될 성형품의 기하학적 구조를 고려하여 결정된다. 예를 들어, 이동 속도는 특히 층의 수가 증가함에 따라서, 특히 비례하게 증가될 수 있다. 이것은 예를 들어, 성형품의 벽이 수직으로 연장되는 경우에 이로울 수 있다.
프린트 헤드를 빠져나간 경화성 재료의 부피 유량은, 특히 프린트 헤드의 이동 속도에 따라서, 특히 비례하게 선택된다.
특히, 경화성 재료의 시간적 강도 발달은 구체적으로 사용된 경화성 재료를 기준으로 성형품의 적층 제조 이전 및/또는 제조 동안 결정된다.
경화성 재료의 시간적 강도 발달은 특히 성형품의 적층 제조 동안, 특히 수 회 및/또는 규칙적인 간격으로 측정된다. 이는, 예를 들어, 도포 동안 경화성 재료의 도포 속도 및/또는 시간적 강도 발달을 개작하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 이는, 경화성 재료의 조성의 변동 및 이와 연관된 시간적 강도 발달의 변화가 수정 또는 보정될 수 있게 한다.
예를 들어, 경화성 재료의 시간적 강도 발달은 층의 도포가 수행된 후 및/또는 다음 층의 도포 이전에 측정될 수 있다.
시간적 강도 발달은 특히 경화성 재료의 물리적 양을, 적어도 하나의 시간, 특히 다수의 시간에서 측정함으로써 결정된다. 경화성 재료의 물리적 양의 측정은, 예를 들어, 경화성 재료의 혼합 후 및/또는 프린트 헤드로부터의 경화성 재료의 배출 후에 적어도 하나의 명시된 시간 지점에서, 이롭게는 복수의 명시된 시간 지점에서 수행된다.
강도 발달을 결정하기 위해서, 측정된 물리적 양은 예를 들어, 사전 교정에 의해서 강도 값으로 변환될 수 있다.
특히, 물리적 양의 측정에 의해서, 예를 들어, 미리 결정된 설정 값이 각각의 물리적 양에 대해서 도달되는 설정된 시간 지점을 결정할 수 있다.
이어서, 프린트 헤드의 이동 속도, 대기 시간 및/또는 도포 속도가 설정된 시간 지점의 함수로서 설정될 수 있다. 예를 들어, 이것은 하기와 같이 수행될 수 있다:
a) 이동 속도를 설정된 시간 지점에 반비례하게 설정함 및/또는
b) 대기 시간을 설정된 시간 지점에 비례하게 설정함 및/또는
c) 도포 속도를 설정된 시간 지점에 반비례하게 설정함.
비례 인자는 그 자체로 공지된 방식으로 교정에 의해서 사전에 결정될 수 있다.
이는, 경화성 재료의 특정 강도 발달에 대해서 신뢰할 만한 개작을 수행하는 것을 가능하게 한다.
그러나, 예를 들어, 미리 결정된 참조 시간 지점에서 물리적 양을 측정함으로써 측정된 물리적 양의 실제 값을 결정하는 것이 또한 가능하다.
이어서, 프린트 헤드의 이동 속도, 대기 시간 및/또는 도포 속도가 측정된 물리적 양의 실제 값의 함수로서 설정될 수 있다. 예를 들어, 이것은 하기와 같이 수행될 수 있다:
a) 이동 속도를 측정된 물리적 양의 실제 값에 비례하게 설정함 및/또는
b) 대기 시간을 측정된 물리적 양의 실제 값에 반비례하게 설정함 및/또는
c) 도포 속도를 측정된 물리적 양의 실제 값에 비례하게 설정함.
그러나, 원칙으로, 설정된 시간 지점 및/또는 측정된 물리적 양의 실제 값 및 프린트 헤드의 이동 속도, 대기 시간 및/또는 도포 속도 간의 다른 의존성이 또한 제공될 수 있다.
본 발명의 경우에, 이것은 물리적 양으로서, 온도, 전기 전도도, 미리 결정된 침투 깊이에서의 명시된 물품의 침투력, 미리 결정된 침투력에서의 명시된 물품의 침투 깊이 및/또는 음파, 특히 초음파의 반사가 경화성 재료 상에서 측정되는 경우에 특히 이롭다.
상기에 언급된 양을 기초로, 신뢰할 만한 결론은 경화성 재료의 강도 발달에 대해서 도출될 수 있다. 그러나, 원칙적으로, 강도 발달과 연관된 다른 양이 또한 결정될 수 있다.
미리 결정된 침투 깊이에서의 명시된 물품의 침투력 또는 미리 결정된 침투력에서의 명시된 물품의 침투 깊이는 바람직하게는 침투 바늘 방법에 의해서 결정되며, 여기서 바늘은 전형적으로 명시된 물품으로서 사용된다. 이러한 방법은 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 그 자체로 공지되어 있다. 이에 대한 추가 정보는 또한 간행물["Kontinuierliche Messung der Festigkeitsentwicklung von Spritzbeton" ["Continuous measurement of the strength development of shotcrete"] by Oblak et al., Shotcrete Conference 2012 (publisher: Prof. Wolfgang Kusterle) in chapter 1]에서 찾아볼 수 있다.
초음파 측정의 측정 원리는 물질에서의 소리 전파 이론 및 이의 기계적 특성과의 상관관계를 기초로 한다. 횡파가 점탄성 재료에 영향을 주면, 이의 진폭은 상당히 약화되고, 그 파동의 일부가 반사된다. 이러한 반사는 측정 센서에 의해서 검출된다. 재료의 경화 증가로 인해서, 진폭 감소가 상당히 두드러진다. 이제, 진폭에서의 상대적 감소로부터, 전단 탄성률을 결정할 수 있고, 이것은 결국 경화성 재료의 강도의 척도이다.
초음파 측정을 위해서, 0.1 내지 10㎒ 범위의 초음파 펄스를 생성시키는 측정 센서가 바람직하게 사용된다. 압착 탄성률이 측정될 지 전단 탄성률이 측정될 지의 여부에 따라서, 종파 또는 횡파가 방출된다. 특히, 초음파 신호는 명시된 도파관에 의해서 샘플과의 계면에 안내되며, 이에 의해서 그것은 다시 부분적으로 반사되고, 이어서 본래 파장의 제2 부분이 샘플과 공기 사이의 계면에서 추가로 반사된다. 이제, 이것은 도파관과 샘플 사이의 계면에서 일어나는 제1 반사의 검출 시까지 진폭 및/또는 파장 생성의 기간의 측정 및 평가를 가능하게 한다. 이러한 진폭 및 기간은 샘플의 기계적 특성에 좌우된다. 도파관을 통한 파동의 전파 속도는 도파관의 온도에 상당히 좌우되기 때문에, 온도가 바람직하게 측정되고, 평가 시에 고려된다. 초음파 측정에 대한 추가 상세 사항은 또한 간행물["Kontinuierliche Messung der Festigkeitsentwicklung von Spritzbeton" ["Continuous measurement of the strength development of shotcrete"] by Oblak et al., Shotcrete Conference 2012 (publisher: Prof. Wolfgang Kusterle) in chapter 3]에서 찾아볼 수 있다. 이러한 상관관계는 숏크리트(shotcrete) 기술 분야의 통상의 기술자에게 그 자체로 공지되어 있다. 그러나, 놀랍게도, 그것이 적층 제조와 관련하여 또한 사용될 수 있다는 것을 발견하였다.
특히 바람직하게는, 경화성 재료의 강도 발달은 본 명세서에서 침투 바늘 공정에 의해서 그리고/또는 음파 측정, 특히 초음파 측정에 의해서 결정된다.
경화성 재료를 경화를 촉진시키는 작용제 및/또는 경화를 지연시키는 작용제로 처리하는 것이 추가로 이롭다. 특히, 촉진 물질("경화 촉진제") 및/또는 지연 물질("경화 지연제")가 경화성 재료와 혼합된다. 이것은 프린트 헤드 분야에서, 특히 프린트 헤드로부터의 경화성 재료의 배출 직전에 가능한 정도로 이롭게 수행된다.
이는 경화성 재료의 시간적 강도 발달을 선택적으로 설정하는 것을 가능하게 한다. 특히, 경화 촉진제를 첨가함으로써, 전체로서의 성형품의 제조 공정이 상당히 촉진될 수 있다. 이는 또한 다른 방법 파라미터를 변화시키지 않으면서 시간적 강도 발달이 개작될 수 있게 한다.
관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 공지된 다수의 물질이 경화 촉진제로서 사용될 수 있다.
특히, 경화성 재료가 미네랄 결합제 또는 미네랄 결합제 조성물인 경우, 경화 촉진제는 바람직하게는 1종 또는 복수의 하기 대표적인 물질을 포함한다:
a) 1종 또는 복수의 아미노 알코올 및/또는 이의 염
b) 1종 또는 복수의 알칼리 및/또는 알칼리 토류 나이트레이트
c) 1종 또는 복수의 알칼리 및/또는 알칼리 토류 나이트라이트
d) 1종 또는 복수의 알칼리 및/또는 알칼리 토류 티오사이아네이트
e) 1종 또는 복수의 알칼리 및/또는 알칼리 토류 할라이드
f) 1종 또는 복수의 알칼리 및/또는 알칼리 토류 카보네이트
g) 글리세롤 및/또는 글리세롤 유도체
h) 1종 또는 복수의 글리콜s 및/또는 글리콜 유도체
i) 1종 또는 복수의 알루미늄 염 및/또는 알루미늄 수산화물
j) 1종 또는 복수의 알칼리 및/또는 알칼리 토류 수산화물
k) 1종 또는 복수의 알칼리 및/또는 알칼리 토류 실리케이트
l) 1종 또는 복수의 알칼리 또는 알칼리 토류 산화물
m) 결정화 시드, 특히 미세 미립자 형태의 칼슘 실리케이트 수화물 화합물.
이는, 예를 들어, 매우 다양한 응용분야에 대한 유연한 개작의 수행을 가능하게 한다.
경화 지연제는 예를 들어, 하이드록시카복실산, 사카로스 및/또는 인산염을 포함하는 목록으로부터 선택된다. 이는, 특히 경화성 재료가 미네랄 결합제 또는 미네랄 결합제 조성물인 경우에 적용된다.
특히, 경화성 재료는 미네랄 결합제 조성물, 특히 수경성 결합제 조성물, 바람직하게는 모르타르 또는 콘크리트 조성물을 포함하거나, 또는 이들로 이루어진다. 특히, 미네랄 결합제 조성물은 상기에 기술된 바와 같이 구성된다.
미네랄 결합제 조성물은 적어도 1종의 혼합물, 예를 들어, 콘크리트 혼합물 및/또는 모르타르 혼합물 및/또는 공정 화학물질을 선택적으로 포함할 수 있다. 적어도 1종의 혼합물은 특히 소포제, 염료, 보존제, 가소제, 지연제, 촉진제, 공기 연행제(air-entraining agent), 레올로지 보조제(rheological aid), 수축 감소제 및/또는 부식 저해제 또는 이들의 조합물을 포함한다.
미네랄 결합제 조성물은 가소제 또는 액화제와 함께 이롭게 사용되거나 또는 이들을 포함한다. 적합한 가소제의 예는 리그노설포네이트, 설폰화 나프탈렌 폼알데하이드 축합물, 설폰화 멜라민 폼알데하이드 축합물, 설폰화 바이닐 공중합체, 포스포네이트기를 갖는 폴리알킬렌 글리콜, 포스페이트기를 갖는 폴리알킬렌 글리콜, 폴리카복실레이트, 및 폴리알킬렌 옥사이드 측쇄 및 중합체 골격 내에 음이온성 기를 갖는 콤(comb) 중합체(여기서 음이온성 기는 특히 카복실레이트기, 설포네이트기, 포스포네이트기 또는 포스페이트기로부터 선택됨), 또는 상기에 언급된 가소제의 혼합물을 포함한다.
가소제는 특히 폴리카복실레이트, 특히 폴리카복실레이트 에터를 포함한다. 특히, 가소제는 폴리알킬렌 옥사이드 측쇄, 특히 폴리에틸렌 옥사이드 측쇄가 부착된 폴리카복실레이트 골격을 포함하는 콤 중합체이다. 측쇄는 특히 에스터, 에터, 이미드 및/또는 아마이드기를 통해서 폴리카복실레이트 골격에 결합된다.
유리한 가소제는 예를 들어, (메트)아크릴산 및/또는 말레산 단량체의 공중합체 및 폴리알킬렌 글리콜 바이닐 에터(VPEG), 폴리알킬렌 글리콜 알릴 에터(APEG), 폴리알킬렌 글리콜 메트알릴 에터(HPEG), 또는 폴리알킬렌 글리콜 아이소프렌일 에터(TPEG 또는 IPEG)로부터 선택된 마크로단량체이다. 예를 들어, 말레산 또는 이의 유도체, 알릴 에터, 특히 폴리에틸렌 글리콜 알릴 에터, 및 바이닐 아세테이트의 공중합체가 특히 적합하다. 상응하는 공중합체 및 이의 제조는 예를 들어, 유럽 특허 제EP 2468696 A1호(시카 테크놀로지 아게(Sika Technology AG))에 기술되어 있다. 예를 들어, 유럽 특허 제EP 2468696 A1호의 단락 0058 내지 0061 및 표 1에 기술된 바와 같은 공중합체 P-1 내지 P-4가 특히 적합하다.
예를 들어, 말레산 또는 이의 유도체, 알릴 에터, 특히 폴리에틸렌 글리콜 알릴 에터, 및 (메트)아크릴산의 공중합체가 또한 적합하다. 이러한 공중합체 및 이의 제조는 유럽 특허 제EP 2522680 A1호(시카 테크놀로지 아게)에 기술되어 있다. 예를 들어, 유럽 특허 제EP 2522680 A1호의 단락 0063 내지 0070 및 표 1에 기술된 바와 같은 공중합체 P-1 내지 P-6이 이롭다.
추가로 적합한 폴리카복실레이트 에터 및 제조 방법은 예를 들어, 유럽 특허 제EP 1138697 B1호의 제7면, 제20줄 내지 제8면, 제50줄 및 이의 실시예 또는 유럽 특허 제EP 1061089 B1호의 제4면, 제54줄 내지 제5면, 제38줄 및 이의 실시예에 개시되어 있다. 이의 특별한 실시형태에서, 유럽 특허 제EP 1348729 A1호의 제3면 내지 제5면 및 이의 실시예에 기술된 바와 같이, 콤 중합체는 고체 응집 상태로 제조될 수 있다.
가소제와 관련하여 언급된 특허의 개시내용은 특히 참고로 포함된다.
상응하는 콤 중합체는 또한 상표명 시리즈 ViscoCrete(등록상표) 하에 시카 슈바이츠 아게(Sika Schweiz AG)에 의해서 상업적으로 유통된다.
본 발명의 제2 양상은 특히 상기에 기술된 바와 같은 방법을 수행하기 위한, 경화성 재료로부터 성형품을 적층 제조하기 위한 디바이스에 관한 것이다. 디바이스는 경화성 재료가 미리 결정된 부위에서 층으로 도포될 수 있는 적어도 하나의 공간 방향으로 이동 가능한 프린트 헤드, 및 프린트 헤드가 제어될 수 있는 제어 유닛을 포함한다. 제어 유닛은 시간적 강도 발달이 결정될 수 있고, 경화성 재료의 도포 속도와 경화성 재료의 시간적 강도 발달이 서로와 조율될 수 있도록 구성된다.
제어 유닛에서 시간적 강도 발달의 결정은 특히 수동으로, 예를 들어, 해당 값을 수동으로 입력함으로써, 또는 자동으로, 예를 들어, 적합한 측정 디바이스를 판독함으로써 수행될 수 있다.
시간적 강도 발달이 경화성 재료의 물리적 양의 측정을 기초로 수행되는 경우, 제어 유닛에서 시간적 강도 발달의 결정은 또한 그 물리적 양을 시간적 강도 발달로 변환시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이것은 미리 결정된 교정 데이터, 특히 제어 유닛의 기억 영역에 저장된 교정 데이터를 사용한 변환에 의해서 수행될 수 있다.
제어 유닛에는 특히 하나 또는 복수의 결정된 시간적 강도 발달 값 및/또는 교정 데이터가 저장될 수 있는 기억 유닛이 구비되어 있다. 특히, 제어 유닛에는 또한 결정된 강도 발달 값을 기초로 프린트 헤드에 대한 제어 신호를 생성시키도록 구성된 계산 및 출력 유닛이 구비되어 있다.
특히 바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 디바이스는 또한 경화성 재료의 시간적 강도 발달 및/또는 물리적 양이 측정될 수 있는 측정 유닛을 포함한다. 물리적 양은 방법과 관련하여 상기에 기술된 바와 같이 정의된다.
측정 유닛은 특히 경화성 재료의 샘플이 프린트 헤드를 통해서 측정 유닛 내에 배치될 수 있고, 그 다음 물리적 양 및/또는 강도의 시간-의존적 측정이 수행될 수 있도록 구성된다.
특히, 측정 유닛은 온도, 전기 전도도, 미리 결정된 침투 깊이에서의 명시된 물품의 침투력, 미리 결정된 침투력에서의 명시된 물품의 침투 깊이 및/또는 경화성 재료 상에서의 음파, 특히 초음파의 반사를 측정하기 위한 측정 유닛이다. 특히, 그것은 침투 바늘 측정 공정을 수행하기 위한 침입도계(penetrometer) 및/또는 초음파 측정 셀이다.
초음파 측정 셀은 특히 방법과 관련하여 상기 및 간행물["Kontinuierliche Messung der Festigkeitsentwicklung von Spritzbeton" ["Continuous measurement of the strength development of shotcrete"] by Oblak et al., Shotcrete Conference 2012 (publisher: Prof. Wolfgang Kusterle) in chapter 3]에 기술된 바와 같이 구성된다. 특히, 초음파 측정 셀은 0.1 내지 10㎒의 범위의 초음파 펄스를 생성시킬 수 있는 측정 센서, 도파관 및/또는 온도 센서를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 특히 이송 디바이스, 특히 펌프를 포함하고, 이것에 의해서 경화성 재료가 라인을 통해서 프린트 헤드로 이송될 수 있다. 제어 유닛은 이송 디바이스의 전달 속도가 제어될 수 있도록 이롭게 구성된다.
본 발명에 따른 디바이스가 적어도 하나의 유동 측정 디바이스를 갖는 것이 추가로 이로울 수 있는데, 이것에 의해서 프린트 헤드를 통해서 이송되는 부피 유동의 속도가 측정될 수 있다. 여기서, 제어 유닛은 특히 측정된 부피 유량이 결정될 수 있고, 특히 경화성 재료를 위해서 프린트 헤드 및/또는 이송 디바이스를 제어하는 데 고려될 수 있도록 구성된다.
유리한 실시형태에서, 프린트 헤드는 밸브를 갖는데, 이것에 의해서 프린트 헤드의 유출구 개구부가 개방 및 폐쇄될 수 있다. 특히, 이것은 연속적으로 일어날 수 있다. 밸브는 제어 유닛에 의해서 이롭게 제어 가능하다. 이것은 프린트 헤드에 의해서 도포되는 경화성 재료의 부피 유량의 미세한 계량투입을 가능하게 한다.
적어도 1종의 첨가제와 경화성 재료의 혼합을 위해서, 프린트 헤드가 유출구의 면적 내에 적어도 하나의 계량투입 디바이스, 특히 2개의 계량투입 디바이스를 포함하는 것이 추가로 이로울 수 있다. 바람직하게는, 프린트 헤드는 혼합 디바이스를 추가로 포함하는데, 이것에 의해서 첨가제 또는 첨가제들 및 경화성 재료가 프린트 헤드를 빠져나가기 전에 혼합될 수 있다.
적어도 1종의 첨가제는 예를 들어, 하나 또는 복수의 추가 이송 디바이스, 예를 들어, 추가 펌프, 및 이송 라인을 통해서 계량투입 디바이스로 이송될 수 있다. 특히 추가 이송 디바이스는 특히 서로 독립적으로 제어 유닛을 통해서 제어 가능하다.
프린트 헤드에는 경화성 재료가 방출될 수 있는 적어도 하나의 유출구 노즐이 장치되어 있다. 바람직한 변형에서, 프린트 헤드는 하나, 2개 또는 3개의 공간 방향으로 이동 가능하다. 3개의 공간 방향으로 이동 가능한 프린트 헤드가 특히 바람직하다. 이는, 특히 단순한 방식으로 사실상 임의의 바람직한 형태의 성형품을 제조하는 것을 가능하게 한다.
프린트 헤드의 이동은 예를 들어, 프린트 헤드가 하나, 2개 또는 3개의 공간 방향으로 이동 가능한 종래의 로봇 아암 상에 장착된다는 점에서 구현될 수 있다.
건축 공간 면적의 상응하는 이동에 의해서 하나, 2개 또는 3개의 공간 방향으로 이동을 구현하는 것이 또한 가능하다. 본 명세서에서, 건축 공간 면적은, 면적, 예를 들어, 성형품이 구축되는 표면이다.
2개의 공간 방향으로 이동 가능한 프린트 헤드의 경우, 제3 공간 방향으로의 가능하게 바람직한 이동은 예를 들어, 상승 및/또는 하강될 수 있는 건축 공간 면적에 의해서 구현될 수 있다.
로봇 아암 및/또는 건축 공간은 특히 제어 유닛을 통해서 제어될 수 있다.
추가 양상에서, 본 발명은 미네랄 결합제 또는 미네랄 결합제 조성물, 특히 콘크리트 및/또는 모르타르 조성물로부터 성형품을 제조하기 위한, 제2 양상에서 상기에 기술된 바와 같은 디바이스의 용도에 관한 것이다. 이것은 특히 구조물, 예를 들어, 건물, 조적식 구조물 및/또는 다리를 위한 마감 부품이다.
하기 예시적인 실시형태는 본 발명을 추가로 명확하게 한다.
도면의 간단한 설명
예시적인 실시형태를 설명하기 위해서 사용되는 도면을 하기에 나타낸다:
도 1은 경화성 재료로부터 성형품을 적층 제조하기 위한 디바이스의 개략도;
도 2는 다양한 도포 속도에서 성형품을 제조하기 위해서 필요한 시간적 강도 발달 값(점선) 및 경화 촉진제의 혼합물을 함유하거나 함유하지 않은 미네랄 결합제 조성물의 측정된 시간적 강도 발달 값(실선)의 다이어그램;
도 3의 우측은, 본 발명에 따른 방법에 의해서 제조된 성형품, 및 좌측은, 시간적 강도 발달을 고려하지 않은 종래의 방법에 의해서 제조된 성형품.
예시적인 실시형태
도 1은 제조 공정 동안 경화성 재료(23)로부터 성형품(10)을 제조하기 위한 본 발명에 따른 디바이스(1)의 개략도를 나타낸다.
경화성 재료(23), 이 경우에 종래의 시멘트질 모르타르 조성물은 도시되지 않은 로봇 아암에 의해서 모든 3개의 공간 방향으로 이동 가능한 프린트 헤드(20)에 의해서 방출된다. 도 1에 도시된 환경에서, 프린트 헤드(20)는 프린트 헤드(20) 상에 화살표로 나타낸 좌측으로 이동된다. 도 1에서, 서로의 상부 상에 놓인 3개의 완성된 층(11, 12, 13)이 이미 프린트 헤드(20)를 사용하여 구축되었다. 제4 층(14)이 도 1에서 여전히 제조 중이다.
프린트 헤드(20)는 펌프(25) 및 공급 라인을 통해서 경화성 재료(23)가 공급되고, 경화성 재료는 프린트 헤드(20)의 단부 측면 상의 노즐 개구부(24)를 통해서 빠져나간다. 계량투입 디바이스(21)가 또한 추가 펌프(22) 및 동반된 라인을 통해서 공급되는 경화 촉진제를 위해서 프린트 헤드 상에 배열되어 있다. 경화 촉진제는 원칙적으로 시멘트질 모르타르 조성물에 적합한 임의의 바람직한 물질일 수 있다.
프린트 헤드(20) 및 2개의 펌프(22, 25)는 데이터 라인(51, 52, 53)을 통해서 제어 유닛(30)에 연결되어 있다. 제어 유닛(30)은 계산 및 유출 유닛(32)을 통해서 프린트 헤드(20)의 이동 및 2개의 펌프(22, 25)의 공급 속도를 제어하기 위한 전기 신호를 배출할 수 있다.
도 1의 본 발명에 따른 디바이스(1)는 우측에 3개의 측정 셀(40, 41, 42)을 추가로 포함한다. 이것은 간행물["Kontinuierliche Messung der Festigkeitsentwicklung von Spritzbeton" ["Continuous measurement of the strength development of shotcrete"] by Oblak et al., Shotcrete Conference 2012 (publisher: Prof. Wolfgang Kusterle) in chapter 3]에 기술된 바와 같은 초음파 측정 셀로서 구성된다.
프린트 헤드(20)는 경화성 재료(23)의 강도 발달을 결정하기 위해서 제조 공정 동안 측정 셀(40, 41, 42) 내로 경화성 재료(23)의 재료 샘플을 방출할 수 있다. 이러한 공정에서 결정되는 데이터 또는 반사 특성은 데이터 라인(50)을 통해서 제어 유닛(30)으로 전송되고, 제어 유닛에서 이것은 기억 영역(31)에 저장될 수 있다.
제어 유닛(30)은 결정된 데이터 또는 시간적 강도 발달 값에 의해서, 디바이스(1)의 작동 파라미터가 개작될 수 있어서, 예를 들어, 경화성 재료(23)의 미리 선택된 도포 속도가 유지될 수 있도록 구성된다. 해당 파라미터는 기억 유닛(31)에 저장될 수 있다(또한 하기 도 2의 설명 참조).
구체적으로, 경화성 재료의 일정한 수송량으로의 작동 동안, 예를 들어, 프린트 헤드(20)의 이동 속도를 시간적 강도 발달과 조율할 수 있다. 프린트 헤드는 예를 들어, 우측에서 좌측으로서 이동 시에, 경화성 재료가 방출되고, 좌측에서 우측으로의 이동 시에, 방출이 정지되는 그러한 방식으로 제어될 수 있다. 이는, 프린트 헤드(20)가 동일한 출발 지점으로부터의 평면으로 각각의 새로운 층을 생성시키는 것을 가능하게 한다. 이러한 공정에서, 추가 층이 도포되기 이전에, 경화성 재료의 요구되는 강도를 보장하기 위해서 예를 들어, 좌측에서 우측으로의 복귀 속도가 감소될 수 있거나, 또는 추가 층의 제조를 위한 출발 지점에서 대기 시간이 관찰될 수 있다.
경화성 재료(23)의 시간적 강도 발달은 측정 셀(40)에서 예를 들어, 제1 층(11)의 도포 이전에 수행될 수 있다. 명시된 도포 속도가 달성되려는 경우, 제어 유닛(30)은 강도 발달 및 기억 유닛(31)에 저장된 임의의 요구되는 교정 데이터, 예를 들어, 프린트 헤드(20)의 이동 속도 및 이송되는 경화성 재료의 양의 함수로서 적합한 파라미터를 자동으로 설정한다.
제1 층(11)의 도포 이후에, 경화성 재료(23)의 시간적 강도 발달이, 예를 들어, 측정 셀(41)에서 다시 결정될 수 있다. 편차가 발생하면, 이것은 보상될 수 있다.
도 2는 명시된 도포 속도를 위해서 요구되는 경화성 재료(23)의 시간적 강도 발달 값(101, 102, 103)을 나타낸다. "S"는 경화성 재료의 압착 강도인 반면, "t"는 프린트 헤드(20)를 빠져나간 후 시간에 상응한다. 시간적 강도 발달 값(101, 102, 103)은 도 1의 제어 유닛(30)의 기억 면적(31)에 저장될 수 있다. 제1 시간적 강도 발달(101)은 5분당 1m의 도포 속도에 상응한다. 제2 시간적 강도 발달(102)은 2.5분당 1m의 도포 속도에 상응하고, 제3 시간적 강도 발달(103)은 1분당 1m의 도포 속도에 상응한다. 도포 속도는 단위 시간당 제조된 성형품(10)의 높이와 동일하다.
곡선(110)은 프린트 헤드(20)를 빠져나간 후 초음파 측정 셀(40)을 사용하여 측정된 경화성 재료의 시간적 강도 발달을 나타낸다. 시간적 강도 발달은 2.5분당 1m의 도포 속도에 대해서 요구되는 시간적 강도 발달(101)을 초과하게 유지된다는 것이 인지될 수 있다. 이는 이러한 도포 속도가 문제 없이 구현될 수 있도록 한다.
비교 시험에서, 어떠한 경화 촉진제도 첨가하지 않았다. 이러한 경우, 심지어는 5분당 1m의 도포 속도(요구되는 강도 발달(101))도 성형품의 품질을 손상시키지 않으면서 달성될 수 없었다.
도 3의 우측에서, 모르타르 조성물로부터 본 발명에 따른 방법에 의해서 제조된 성형품 대략 1m 높이의 섹션을 나타낸다. 각각 대략 1.5㎝의 높이를 갖는 층 모두가 일정한 두께 및 균일한 형상을 나타낸다는 것이 명확하게 인지될 수 있다.
이에 반해서, 시간적 강도 발달을 고려하지 않고 제조된 좌측에 나타낸 성형품은, 개별 시트의 상당한 변형 및 불균질한 두께를 나타낸다. 이는 과도하게 빠른 도포 속도 또는 과도하게 느린 강도 발달 중 어느 한 경우였다.
그러나, 상기에 기술된 실시형태는 본 발명의 맥락에서 목적하는 바와 같이 변형될 수 있는 예시적인 예로서만 이해되어야 한다.
예를 들어, 초음파 측정 셀(40, 41, 42) 대신에, 자동화 침투 니들 공정을 수행하는 다른 측정 셀이 구비될 수 있다. 3개 미만 또는 3개 초과의 측정 셀이 또한 구비될 수 있다.
또한, 추가적인 계량투입 디바이스가 구비될 수 있고, 이것에 의해서 예를 들어, 지연 물질이 프린트 헤드(20)에서 경화 촉진제 대신에 또는 그것에 더하여 혼합될 수 있다.
계량투입 디바이스(21)에 더하여 또는 그것 대신에, 경화 촉진제를 펌프(25)의 면적에 직접 첨가하기 위한 디바이스가 또한 프린트 헤드에 구비될 수 있다. 이어서 첨가되는 경화 촉진제의 양은 예를 들어, 유동 센서를 사용하여 측정될 수 있다.
또한, 원칙적으로, 예를 들어, 유기 결합제를 포함하는 또 다른 경화성 재료가 사용될 수 있다.

Claims (25)

  1. 경화성 재료로부터 성형품(shaped body)을 제조하는 방법으로서, 상기 경화성 재료가 적어도 하나의 공간 방향으로 이동 가능한 프린트 헤드에 의해서, 적층 방법(additive method)으로 층으로 도포되되, 상기 경화성 재료의 도포 속도와 상기 경화성 재료의 시간적 강도 발달은 서로와 조율되며, 상기 프린트 헤드의 이동속도는 경화성 재료를 방출하면서 상기 프린트 헤드가 상기 성형품의 기존의 층에서 이동해야 하는 거리의 길이에 따라서 설정되고, 상기 경화성 재료의 시간적 강도 발달은 상기 성형품의 상기 적층 제조 동안 측정되는 성형품을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경화성 재료는 미네랄 결합제 조성물인, 성형품을 제조하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적층 방법은 적층 자유-공간 방법인, 성형품을 제조하는 방법
  4. 제1항에 있어서, 상기 프린트 헤드의 상기 이동 속도는 상기 길이에 비례하여 설정되는 것인, 성형품을 제조하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 경화성 재료의 상기 도포 속도는 상기 경화성 재료의 혼합 후 및/또는 상기 프린트 헤드로부터의 상기 경화성 재료의 배출 후 명시된 시간 지점에서의 상기 경화성 재료의 상기 강도에 따라서 설정되거나 또는 그 역인, 성형품을 제조하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 경화성 재료의 상기 도포 속도는 상기 강도에 비례하여 설정되는, 성형품을 제조하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 경화성 재료의 상기 도포 속도는 층의 수가 증가함에 따라 변화되는, 성형품을 제조하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 경화성 재료의 2개의 연속적인 층의 상기 도포 사이에서 대기 시간이 관찰되되, 상기 대기 시간은 상기 경화성 재료의 상기 시간적 강도 발달에 따라서 선택되는, 성형품을 제조하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 프린트 헤드의 상기 이동 속도는 상기 경화성 재료의 상기 시간적 강도 발달에 따라 설정되는, 성형품을 제조하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 경화성 재료의 상기 시간적 강도 발달은 수 회 및/또는 규칙적인 간격으로 측정되는, 성형품을 제조하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 시간적 강도 발달은 상기 경화성 재료의 물리적 양을 적어도 하나의 시간에서 측정함으로써 결정되는 것인, 성형품을 제조하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 경화성 재료의 상기 물리적 양은 다수의 시간에서 측정되는 것인, 성형품을 제조하는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 경화성 재료의 상기 물리적 양의 상기 측정은, 상기 경화성 재료의 혼합 후 및/또는 상기 프린트 헤드로부터의 상기 경화성 재료의 배출 후에 적어도 하나의 명시된 시간 지점에서 수행되는, 성형품을 제조하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 경화성 재료의 상기 물리적 양의 상기 측정은 복수의 명시된 시간 지점에서 수행되는, 성형품을 제조하는 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 물리적 양으로서, 온도, 전기 전도도, 미리 결정된 침투 깊이에서의 명시된 물품의 침투력, 미리 결정된 침투력에서의 명시된 물품의 침투 깊이 및/또는 음파의 반사가 상기 경화성 재료 상에서 측정되는, 성형품을 제조하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 음파는 초음파인, 성형품을 제조하는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 시간적 강도 발달은 침투 바늘 방법에 의해서 그리고/또는 음파 측정에 의해서 결정되는, 성형품을 제조하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 음파 측정은 초음파 측정인, 성형품을 제조하는 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 경화성 재료는 상기 경화를 촉진시키는 작용제 및/또는 상기 경화를 지연시키는 작용제로 처리되는, 성형품을 제조하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 프린트 헤드의 면적에서 상기 경화성 재료는 상기 경화를 촉진시키는 물질 및/또는 상기 경화를 지연시키는 물질과 혼합되는, 성형품을 제조하는 방법.
  21. 제1항에 있어서, 상기 경화성 재료는 미네랄 결합제 조성물을 포함하거나 또는 이로 이루어진, 성형품을 제조하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 미네랄 결합제 조성물은 수경성(hydraulic) 결합제 조성물인, 성형품을 제조하는 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 미네랄 결합제 조성물은 모르타르 또는 콘크리트 조성물인, 성형품을 제조하는 방법.
  24. 경화성 재료로부터 성형품을 제조하기 위한 디바이스(1)로서, 상기 경화성 재료가 층으로 도포될 수 있는 적어도 하나의 공간 방향으로 이동 가능한 프린트 헤드(20), 및 상기 프린트 헤드가 제어될 수 있는 제어 유닛(30)을 포함하되, 상기 제어 유닛(30)은 상기 경화성 재료의 시간적 발달이 결정될 수 있고, 상기 경화성 재료의 도포 속도와 상기 경화성 재료의 시간적 강도 발달이 서로 조율될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 디바이스(1).
  25. 제24항에 있어서, 상기 디바이스(1)는 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 방법을 수행하기 위한, 디바이스(1).
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