KR20230004465A - 3차원 인쇄된 건물 구성요소 및 구조물 - Google Patents

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KR20230004465A
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building
layer
building component
polymeric material
multilayer stack
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알렉세이 두보프
안나 이바노바
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마이티 빌딩스, 아이엔씨.
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Abstract

주거용 또는 상업용 건물, 구조물 또는 건물 구성요소는 외부 부재, 내부 부재 및 이들 사이에 공간적으로 배치된 복수의 크로스 부재를 포함할 수 있다. 외부 부재, 내부 부재, 크로스 부재 각각은 층별 3차원 인쇄 공정으로 제조된 중합체 재료의 다층 스택으로 형성될 수 있으며, 모두 단일체로 통합될 수 있다. 외부 부재의 외부 표면 영역은 일체로 형성된 표면 마감을 가질 수 있다. 오버레이 마감 또는 연결 층이 추가될 수 있다. 외부 부재와 내부 부재는 직사각형 또는 곡선 형상의 건물 블록을 형성하기 위해 평행한 배열로 구성될 수 있다. 충전 재료는 외부 부재와 내부 부재 사이의 개구에 배치될 수 있고, 내부 부재의 내부 표면 영역은 전기 박스, 배관 또는 감지 디바이스용으로 구성된 공동을 포함할 수 있다.

Description

3차원 인쇄된 건물 구성요소 및 구조물
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 미국 특허 출원 번호 16/810,657(출원일: 2020년 3월 5일, 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)의 이익을 주장한다.
본 출원은 미국 특허 출원 번호 16/276,521(출원일: 2019년 2월 14일, 발명의 명칭: "3D PRINTED MATERIAL, STRUCTURE AND METHOD FOR MAKING THE SAME", 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)에 관한 것이다.
기술 분야
본 발명은 일반적으로 건물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3차원 인쇄 공정으로 형성된 건물 구성요소 및 구조물에 관한 것이다.
전통적인 주거 및 상업용 건축 계획 및 건설 공정은 복잡하고 비효율적일 수 있다. 이러한 공정은 건축 설계, 평면도 작성, 허가 취득, 건축가, 시공자, 목수, 전기 기술자, 배관공 및 기타 전문가 고용, 건설 동안 여러 시간에 건축 구조물의 검사를 포함할 수 있다. 기초, 골조, 배관, 전기 시스템, 건식 벽체 등을 형성하려면 일반적으로 다양한 공정과 자재가 필요하다. 새로운 건물의 건설은 종종 완료하는 데 몇 달이 걸리고, 건설이 진행됨에 따라 여러 시공자, 전문가, 작업자 및 다양한 검사가 필요하다.
주거 및 상업용 건물을 건설하는 전통적인 방법은 과거에는 잘 작동했지만 개선하는 것이 항상 유리하다. 특히, 이러한 건물을 건설하는 데 필요한 자재와 전문가의 유형을 단순화하고, 전체 시간을 감소시키는 것이 요구된다.
본 발명의 이점은 주거 및 상업용 건물을 건설하는 데 필요한 자재의 유형을 단순화하고 자재의 양을 감소시키는 것이다. 개시된 특징부, 장치, 시스템 및 방법은 건물을 건축하는 데 더 적은 자재를 포함하여 더 적은 수의 건축 전문가와 더 적은 시간이 필요한 개선된 건물 건설 솔루션을 제공한다. 이러한 이점은 적어도 부분적으로 3차원("3D") 인쇄 공정으로 형성된 건물, 구조물 및 건물 구성요소를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 건물, 건물 구성요소 또는 구조물은 중합체 재료의 다층 스택, 다층 스택으로 형성된 외부 부재, 다층 스택으로 형성된 내부 부재, 및 다층 스택으로 형성된 복수의 크로스 부재(cross-member)를 포함할 수 있다. 중합체 재료는 메타크릴 단량체, 무기 수화물 및 광 유도 중합제를 포함할 수 있다. 다층 스택은 층별 3차원 인쇄 공정으로 형성될 수 있으며 스택 두께를 가질 수 있다. 3차원 인쇄 공정은 자외선을 가하여 압출된 재료를 즉시 경화시킴으로써 달성되는 층간 화학적 접착을 포함할 수 있다. 중합체 재료의 다층 스택이라는 언급은 달리 지시되지 않는 한 3D 인쇄 공정에 사용되는 경화된 복합 재료를 의미하는 것으로 이해된다. 외부 부재는 외부 표면 영역을 가질 수 있고, 내부 부재는 내부 표면 영역을 가질 수 있다. 복수의 크로스 부재 각각은 외부 부재와 내부 부재 사이에 공간적으로 배치될 수 있다.
다양한 상세 실시예에서, 건물, 건물 구성요소, 또는 구조물은 주거용 또는 상업용 건물의 전부 또는 일부를 형성할 수 있다. 건물 구성요소는 독립되어 있거나 또는 주거용 또는 상업용 건물의 전체 또는 일부를 형성하도록 함께 조립되는 복수의 특별히 설계된 구성요소의 일부일 수 있다. 외부 부재, 내부 부재 및 복수의 크로스 부재는 건물 구성요소를 형성하기 위해 모두 단일체로 통합될 수 있다. 일부 배열에서, 스택 두께는 약 6mm 내지 100mm일 수 있고, 다층 스택의 중합체 재료의 각 층은 약 6mm 내지 25mm 범위의 층 두께를 가질 수 있다. 각각의 개별 층은 경화되지 않은 중합체 재료를 액화된 상태로 압출하고, 재료를 스택 두께를 형성하도록 층으로 응고시킴으로써 구성될 수 있다. 외부 표면 영역은 약 0mm 내지 4mm의 표면 거칠기를 갖는 질감을 특징으로 할 수 있고, 다층 스택의 층당 약 2mm 내지 10mm의 높이를 가질 수 있다. 외부 표면 영역의 중합체 재료는 층별 압출에 의해 야기된 라인 패턴과 거친 입자의 질감을 갖는 일체로 형성된 마감(finish)을 포함할 수 있다. 마감은 편평한 표면과 비엽리 질감을 가진 대리석과 같을 수 있다.
다양한 추가 상세 실시예에서, 건물, 건물 구성요소 또는 구조물은 스투코, 페인트, 프라이머, 자체 평준화 바닥, 지붕, 바니시 또는 UV 보호 코팅의 오버레이 마감 층, 에폭시, 접착제 또는 밀봉재 코팅의 오버레이 연결 층 또는 이 둘 다를 포함할 수 있다. 외부 부재와 내부 부재는 직사각형, 박스 또는 곡선 구조로 형성될 수 있는 건물 블록을 형성하기 위해 평행한 배열로 구성될 수 있다. 일부 배열에서, 복수의 개구가 외부 부재와 내부 부재 사이에 배치될 수 있다. 충전 재료가 복수의 개구 내에 공간적으로 배치될 수 있으며, 이 충전 재료는 단열 재료, 폴리우레탄 발포체, 또는 코코넛 섬유 발포체일 수 있다. 일부 배열에서, 내부 표면 영역은 공동을 포함할 수 있고, 이 공동은 전기 박스, 배관 또는 감지 디바이스용으로 구성될 수 있다.
또 다른 상세 실시예에서, 건물, 건물 구성요소 또는 구조물은 내화성이 있고, 등급 A의 화재 등급과, 0 내지 200의 화염 확산 지수와 0 내지 450의 연기 발생 지수를 갖는 1시간 또는 2시간 화재 침투를 특징으로 할 수 있다. 건물, 건물 구성요소 또는 구조 건물은 약 -60 내지 +80C에서 최소 15년의 열 순환, 자연 수분과 염분의 영향, 약 5kg 내지 100kg의 다웰(dowel) 하중을 견딜 수 있다. 중합체 재료의 다층 스택은 착색제를 포함할 수 있고, 또는 소수성일 수 있고, 또는 이 둘 다를 포함할 수 있다. 또한, 중합체 재료의 다층 스택은 층을 따라 37±3MPa 및 층을 가로질러 50±4MPa의 극한 압축 강도, 층을 따라 1900±130MPa 및 층을 가로질러 1400±460MPa의 압축 탄성 계수, 층을 따라 3.9±0.6MPa 및 층을 가로질러 2.7±0.2MPa의 극한 인장 강도, 층을 따라 2100±750MPa 및 층을 가로질러 1100±170MPa의 인장 탄성 계수, 약 0.1 내지 0.8W/(mK)의 열 전도율, 약 1.7 perm·inch의 증기 투과율, 약 650 내지 750(J*m-2*K-1*sec-1/2)의 열 관성, 및 약 3% 미만의 다공도를 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다양한 추가 실시예에서, 건물은 건물을 위한 벽, 바닥 및 지붕의 적어도 일부를 형성하도록 배열된 복수의 전술한 건물 구성요소를 포함할 수 있다. 다양한 상세 실시예에서, 이러한 복수의 건물 구성요소 중 적어도 하나는 건물의 완전한 구조적 부분을 형성할 수 있고, 완전한 구조적 부분은 벽, 바닥 및 지붕을 포함할 수 있다. 전술한 상세 및 제한 사항 중 일부 또는 전부는 임의의 조합으로 건물에 적용될 수도 있다.
본 발명의 다른 장치, 방법, 특징 및 이점은 이하의 도면 및 상세한 설명을 검토할 때 당업자에게 명백하거나 명백해질 것이다. 이러한 모든 추가 장치, 방법, 특징 및 이점은 본 설명에 포함되고, 본 발명의 범위 내에 있으며, 첨부된 청구범위에 의해 보호되는 것으로 의도된다.
포함된 도면은 예시를 위한 것이고, 이는 단지 3차원 건물, 구조물 및 건물 구성요소를 생성하기 위한 개시된 장치, 시스템 및 방법에 대한 가능한 구조물 및 배열의 예를 제공하는 역할을 한다. 이들 도면은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 본 발명에 이루어질 수 있는 형태 및 세부사항의 변경을 제한하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 압출 기반 3D 인쇄 공정을 개략적으로 도시한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 3D 인쇄된 건물 구성요소의 부분 절단 전방 사시도를 도시한다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 대안적인 3D 인쇄된 건물 구성요소의 상부 사시도를 도시한다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 예시적인 대안적인 3D 인쇄된 건물 구성요소의 전방 사시도를 도시한다.
도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 예시적인 대안적인 3D 인쇄된 건물 구성요소의 전방 사시도를 도시한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 인쇄된 건물 구성요소에 대한 예시적인 표면 마감의 상부 사시도를 도시한다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 인쇄된 건물 구성요소에 대한 예시적인 대안적인 표면 마감재의 측면 사시도를 도시한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 마감 층을 갖는 예시적인 3D 인쇄된 건물 구성요소의 전방 사시도를 도시한다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 연결 층을 갖는 예시적인 3D 인쇄된 건물 구성요소의 전방 사시도를 도시한다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 부재와 내부 부재 사이에 배치된 복수의 개구를 갖는 예시적인 3D 인쇄된 건물 구성요소를 측단면도로 도시한다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 부재와 내부 부재 사이의 복수의 개구 내에 충전 재료가 배치된, 도 5a의 예시적인 3D 인쇄된 건물 구성요소의 측단면도를 도시한다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따라 내부 표면에 형성된 전기 박스용 공동을 갖는 예시적인 3D 인쇄된 건물 구성요소의 전방 사시도를 도시한다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 내부 표면에 형성된 배관 공동을 갖는 예시적인 3D 인쇄된 건물 구성요소의 전방 사시도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 지붕, 바닥, 곡선 벽 및 직선 벽을 갖는 예시적인 3D 인쇄된 건물의 전방 사시도를 도시한다.
본 발명에 따른 장치, 시스템 및 방법의 예시적인 응용이 이 절에서 설명된다. 이러한 예는 단지 문맥을 추가하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 제공된 이러한 특정 세부사항의 일부 또는 전부 없이 실시될 수 있다는 것은 당업자에게는 명백할 것이다. 일부 경우에, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 잘 알려진 공정 단계는 상세히 설명되지 않았다. 다른 응용도 가능하고, 이하의 예는 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 이하의 상세한 설명에서, 설명의 일부를 형성하고 예시로서 본 발명의 특정 실시예를 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있을 만큼 충분히 상세히 설명되지만, 이러한 예는 본 발명을 제한하는 것이 아니고 다른 실시예도 사용될 수 있으며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 변경이 이루어질 수 있는 것으로 이해된다.
본 발명은 다양한 실시예에서 3D 인쇄 공정을 사용하여 건물, 구조물, 및 건물 구성요소를 생성하기 위한 특징부, 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 개시된 실시예는 단일 3D 인쇄된 건물 구성요소, 전체 3D 인쇄된 건물, 또는 건물의 적어도 일부를 형성하는 3D 인쇄된 구조물을 포함할 수 있다. 특히, 개시된 실시예는 표준 건축 규정을 충족하거나 초과하는 재료 특성을 가진 특별히 배합된 복합 중합체 재료를 사용하여 매우 다양한 복잡한 형상과 크기의 건물 구성요소 및 건물을 형성하는 데 압출 기반 3D 인쇄 공정을 이용할 수 있다.
건물과 건물 구성요소를 전략적으로 설계하고 3D 인쇄하는 다양한 방법을 사용하면 주거 및 상업용 건물을 건설하는 데 필요한 재료의 유형을 단순화하고 재료의 양을 줄일 수 있다. 예를 들어, 3D 인쇄 공정에 사용되는 특별히 배합된 중합체 재료는 시멘트, 목재, 강철, 건식 벽체 및 기타 구조 재료를 대신하여 기초, 구조 지지 부재, 바닥, 벽, 천장, 지붕 및 기타 구조 구성요소를 형성할 수 있다. 일부 배열에서, 다양한 건물 구성요소 및 서브 구조물을 하나의 위치에서 모듈 방식으로 3D 인쇄한 다음, 나중에 건설 현장에서 쉽게 조립할 수 있다.
본 명세서에 개시된 다양한 실시예는 주거 및 상업용 건물을 논의하지만, 개시된 특징부, 장치, 시스템 및 방법은 창고, 저장 유닛, 산업용 건물, 차고, 및 많은 다른 유형의 건물 및 건물 구성요소에 유사하게 사용될 수 있는 것으로 쉽게 이해된다. 예를 들어, 개시된 특징 및 실시예는 산업 공장의 일부를 구성하는 데 사용될 수 있다. 예시된 실시예를 넘어 다른 응용, 배열 및 외삽도 또한 고려된다.
단순히 예시적이고 본질적으로 본 발명을 제한하는 것이 아닌 다양한 상세한 예에서, 3D 인쇄 제조 공정은 자외선("UV") 광에 노출시키는 것에 의해 각 층을 동적으로 경화하는 층별 압출 공정을 포함할 수 있다. 일부 배열에서, 대면적 적층 제조("BAAM") 공정 또는 유사한 대규모 3D 인쇄 공정이 사용될 수 있다. 3D 인쇄 공정에 사용되는 재료는 하나 이상의 추가 성분을 포함하는 특수 중합체 제제(formulation)를 포함하는 복합 재료일 수 있다. 이러한 복합 재료를 사용하면 3D 인쇄된 건물 구성요소 또는 구조물은 건축 규정을 충족하거나 초과하는 재료 특성을 가질 수 있다.
먼저 도 1을 참조하면, 예시적인 압출 기반 3D 인쇄 공정이 개략적으로 도시되어 있다. 3D 인쇄 시스템(10)은 복합 재료 소스(20), 가열 구성요소(32)와 노즐(34)을 갖는 압출 기반 3D 프린터(30), 및 3D 프린터(30)가 이동할 수 있는 트랙(36)을 포함할 수 있다. 3D 프린터(30)는 액화된 복합 재료(110)를 토출하여 복수의 층(120)을 갖는 중합체 재료(100)의 다층 스택을 형성할 수 있다. 다양한 실시예에서, 각 층(120)의 두께는 약 6mm 내지 25mm에서 변할 수 있고, 전체 다층 스택에 대한 스택 두께는 약 6mm 내지 150mm일 수 있고, 인쇄 속도는 약 40mm/s 내지 350mm/s 범위에서 적용될 수 있다. 다시, 중합체 재료의 다층 스택이라는 언급은 인쇄 공정에서 사용되는 경화된 복합 재료를 의미하는 것으로 이해된다.
다양한 실시예에서, 3D 인쇄 공정에 사용되는 복합 재료(110)용 제제는 유기 매트릭스, 무기 수화물, 기능성 충전제 및 UV 개시제를 포함할 수 있다. 건물 또는 건물 구성요소로서 최종 형태로 경화될 때, 경화된 복합 재료(즉, 중합체 재료의 다층 스택)는 내화성이 있고, 등급 A의 화재 등급과, 0 내지 200의 화염 확산 지수와 0 내지 450의 연기 발생 지수를 갖는 1시간 또는 2시간 화재 침투를 특징으로 할 수 있다. 또한, 경화된 복합 재료는 소수성일 수 있고, 우수한 열 전도율 특성을 가져서, 인쇄된 건물, 구조물 및 건물 구성요소가 냉간 접합되거나 열 가교되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 경화된 복합 재료는 약 -60C 내지 +80C에서 최소 15년의 열 순환, 자연 수분과 염분의 영향, 약 5kg 내지 100kg의 다웰 하중을 견딜 수 있다. 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 다웰 하중은 다웰 유형의 커넥터 또는 체결구를 지지할 때 구조 재료가 견딜 수 있는 하중의 양을 나타낸다.
먼저 특별히 배합된 복합 재료(110)에만 초점을 맞추면, 이 복합 중합체 재료에 사용될 수 있는 다양한 예시적인 구성요소, 제제 및 재료 특성이 이제 제공될 것이다. 다양한 예시적인 실시예에서, 복합 재료(110)에 사용되는 유기 매트릭스는 트리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트("TEGDMA")일 수 있다. TEGDMA는 가교제로 사용되는 친수성, 저점도, 2작용성 메타크릴계 단량체이다. TEGDMA는 복합 재료(110)용 제제의 약 10 중량% 내지 55 중량% 범위일 수 있는 투명한 액체이다. TEGDMA의 다양한 특성은 아래 표 1에 제시된다.
트리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트 (TEGDMA)
파라미터 값
화학식 CH2=C(CH3)COO(CH2CH2O)3COC(CH3)=CH2
밀도 (g/mL) 1.092
굴절률 1.46 내지 1.508
물질 상태 액체
색상 투명
복합 재료(110)는 또한 상이한 유기 성분을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 유기 성분 중 하나는 하나 이상의 아크릴 올리고머를 포함할 수 있다. 일부 배열에서, 주어진 복합 성분은 복합물의 점도를 향상시키기 위해 예비 중합될 수 있다. 일부 구성에서, 적어도 하나의 기능성 충전제와 무기 수화물을 포함하는 무기 충전제의 조합이 사용될 수 있다. 무기 수화물은 인쇄 동안 복합물의 온도를 자가 촉매 임계값 미만으로 유지하는 데 필요한 초기 탈수 온도 범위, 및 경화된 유기 매트릭스의 굴절률에 부합하는 굴절률을 갖는 무기 광물일 수 있다.
일부 구성에서, 무기 수화물은 붕사 10수화물(borax decahydrate)일 수 있다. 붕사 10수화물은 산업용으로 큰 백(bag)에 제공될 수 있는 고형 백색 분말이다. 일부 비제한적인 예에서, 붕사 10수화물은 기능성 충전제와 조합될 때 복합 재료(110)용 제제의 약 5 중량% 내지 45 중량% 범위일 수 있다. 붕사 10수화물의 다양한 특성은 아래 표 2에 제시된다.
붕소 10수화물
파라미터 값
화학식 Na2B4O7·10H2O
물질 상태 고형 분말
부피 중량 0.85 g/cm3
굴절률 1.46 내지 1.47
초기 분해 온도 60℃ 내지 70℃
이물질 불순물 없음
입자 크기 분포 D (10) 110±20㎛
D (50) 310±40㎛
D (90) 700±120㎛
D max 2800±300㎛
유기 매트릭스 내
용해성		 불용성
다양한 실시예에서, 광 유도 중합제가 사용될 수 있다. 예를 들어, UV 개시제는 특정 파장의 UV 광으로 유기 매트릭스의 중합을 유도하는 데 사용될 수 있다. 일부 배열에서, UV 개시제는 하나 이상의 비스아실포스핀 옥사이드("BAPO")를 포함할 수 있다. BAPO의 다양한 특성은 아래 표 3에 제시된다.
비스아실포스핀 옥사이드
파라미터 값
화학식 페닐비스(2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드
물질 상태 고형 분말
색상 황색
복합 재료(110)의 제제를 위한 하나의 비제한적인 예는 "예시적인 제제"라고 부를 수 있다. 이 실시예 제제를 위한 특정 성분 및 양은 하기 표 4에 제시되어 있다. 이 재료는 자외선 광에 노출되면 발열하며 중합한다.
3D 인쇄를 위한 광중합체 복합물의 성분 - 예시적인 제제
성분 품질 범위
유기 매트릭스(TEGDMA) 53 중량% 내지 57 중량%
유기 수화물
(붕사 10수화물)		 43 중량% 내지 47 중량%
UV 개시제 (BAPO) 0.01 중량%
일반적으로, 이 특정 예시적인 제제의 물리적 상태 및 외관은 점성 페이스트이다. 이 예시적인 제제는 대부분 무색이며 일부 백색 내포물이 있으며, 흑색, 백색, 회색, 갈색, 베이지색, 밝은 베이지색, 녹색, 밝은 녹색, 주황색으로 착색될 수 있다. 이 예시적인 제제는 약한 냄새, pH 7 내지 8, t = 20℃에서 점도 120000 cps 내지 250000 cps, 및 밀도 1350 kg/m3을 갖는다.
아래 표 5는 인쇄된 층을 따른 방향(종방향)과 인쇄된 층을 가로지르는 방향(횡방향)의 두 가지 다른 방향으로 예시적인 제제를 사용하여 인쇄되고 경화된 부품 및 구성요소에 대한 일부 기계적 특성을 제공한다.
3D 인쇄된 복합물 재료의 특성 - 예시적인 제제
기계적 특성 종방향 횡방향
극한 압축 강도 MPa 37±3 50±4
압축 탄성 계수 1900±130 1400±460
상대 압축 변형률 % 9.5±1.2 13.0±1.6
극한 인장 강도 MPa 3.9±0.6 2.7±0.2
인장 탄성 계수 MPa 2100±750 1100±170
상대 인장 변형률 % 0.20±0.05 0.26±0.04
극한 굴곡 강도 MPa 13.0±1.8 11.0±0.9
굴곡 탄성 계수 MPa 1800±140 1400±110
상대 굴곡 변형률 % 0.7±0.13 0.8±0.08
전술한 성분 재료, 예시적인 제제 및 이의 다양한 특성이 예로서 제공되었지만, 다수의 다른 적합한 성분 재료 및 변화된 특성을 갖는 복합 제제도 또한 본 명세서에 개시된 다양한 건물, 구조물 및 건물 구성요소를 3D 인쇄하는 데 사용될 수 있는 것으로 쉽게 이해된다. 구체적으로 이러한 모든 적합한 성분 재료 및 복합 제제도 또한 사용될 수 있는 것으로 고려된다.
도 2a를 참조하면, 예시적인 3D 인쇄된 건물 구성요소가 부분 절단 전방 사시도로 도시되어 있다. 인쇄된 건물 구성요소(200)는 외부 표면 영역(220)을 갖는 외부 부재(210), 내부 표면 영역(240)을 갖는 내부 부재(230), 및 외부 부재(210)와 내부 부재(230) 사이에 공간적으로 배치된 복수의 크로스 부재(250)를 포함할 수 있다. 외부 부재(210), 내부 부재(230), 및 크로스 부재(250) 각각은 위에서 상세히 설명된 것과 같은 중합체 재료의 다층 스택으로 형성될 수 있다.
크로스 부재(250)는 하중을 견딜 수 있고, 외부 부재(210)와 내부 부재(230)에 대한 지지를 제공할 수 있고, 다양한 상이한 크기, 각도, 패턴 및 구성으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 일부 크로스 부재는 외부 부재(210) 및 내부 부재(230)에 수직으로 배열될 수 있는 반면, 다른 크로스 부재는 다양한 비수직 각도로 배열될 수 있다. 크로스 부재(250)는 동일하거나 가변적인 두께를 가질 수 있고, 서로 동일하거나 가변적인 거리만큼 이격될 수 있다. 전체 인쇄된 건물 구성요소를 단일체로 생성하는 전형적인 3D 인쇄 공정으로 인해, 크로스 부재(250)는 외부 부재(210) 및 내부 부재(230)와의 접합부 또는 교차점에 일체로 형성될 수 있다. 일부 배열에서, 다양한 크로스 부재(250)는 전기 케이블, 파이프, 환기 및 기타 원하는 구성 구성요소를 수용하도록 설계된 슬롯, 개구, 또는 다른 특징부를 갖도록 구성될 수 있다.
인쇄된 건물 구성요소(200)는 예를 들어 전체 건물을 위한 바닥, 벽, 천장, 지붕 또는 그 일부일 수 있다. 도시된 바와 같이, 외부 부재(210)와 내부 부재(230)는 건물 블록을 형성하기 위해 평행한 배열로 구성될 수 있다. 이 예에서는 박스 또는 직사각형 건물 블록이 형성되었다. 인쇄된 건물 구성요소(200)는 다수의 물품 및 특징부를 갖지만, 인쇄된 건물 구성요소(200) 전체는 위에 제시된 것과 같은 단일 3D 인쇄 공정으로부터 형성될 수 있는 것으로 이해된다. 다양한 실시예에서, 복수의 크로스 부재(250)는 외부 부재(210), 내부 부재(230), 또는 이 둘 모두가 본질적으로 상당히 얇을 수 있도록 전체 인쇄된 건물 구성요소(200)에 대한 구조적 무결성 및 강도를 제공할 수 있다.
도 2b는 예시적인 대안적인 3D 인쇄된 건물 구성요소의 상부 사시도를 도시한다. 전술한 실시예와 유사하게, 인쇄된 건물 구성요소(201)는 외부 표면 영역(221)을 갖는 외부 부재(211), 내부 표면 영역(241)을 갖는 내부 부재(231), 및 외부 부재(211)와 내부 부재(231) 사이에 공간적으로 배치된 복수의 크로스 부재(251)를 포함할 수 있다. 다시, 외부 부재(211), 내부 부재(231), 및 크로스 부재(251) 각각은 중합체 재료의 다층 스택으로 형성될 수 있다. 인쇄된 건물 구성요소(201)는 예를 들어 전체 건물을 위한 바닥 또는 바닥의 일부일 수 있다.
도 2c 및 도 2d를 계속 참조하면 추가 예시적인 대안적인 3D 인쇄된 건물 구성요소가 전방 사시도로 도시되어 있다. 인쇄된 건물 구성요소(202)와 인쇄된 건물 구성요소(203) 모두는 곡선 부분 및 기타 복잡한 특징부를 포함하고, 이들 모두는 전체 건물 구성요소를 한 번에 형성하는 3D 인쇄 공정을 통해 쉽게 형성될 수 있다. 인쇄된 건물 구성요소(202)는 외부 표면 영역(222)을 갖는 외부 부재(212), 내부 표면 영역(242)을 갖는 내부 부재(232), 및 복수의 크로스 부재(252)를 포함할 수 있는 반면, 인쇄된 건물 구성요소(203)는 외부 표면 영역(223)을 갖는 외부 부재(213), 내부 표면 영역(243)을 갖는 내부 부재(233), 및 복수의 크로스 부재(253)를 포함할 수 있다. 다시, 각각의 부재는 중합체 재료의 다층 스택으로 형성될 수 있다.
전술한 예에서와 같이, 각각의 외부 부재와 각각의 내부 부재는 건물 블록을 형성하기 위해 평행한 배열로 구성된다. 그러나, 인쇄된 건물 구성요소(202)와 인쇄된 건물 구성요소(203)는 박스 또는 직사각형 구조가 아니라 모두 곡선 구조를 갖는 건물 블록을 형성한다. 건물 구성요소(202)는 예를 들어 직선 벽의 일부, 곡선 벽의 일부, 및 바닥의 일부일 수 있다. 건물 구성요소(203)는 예를 들어 직선 벽의 일부, 곡선 벽의 일부, 및 곡선 천장의 일부일 수 있다. 건물 구성요소(201, 202, 203 및 204) 각각에 대해, 외부 부재, 내부 부재 및 복수의 크로스 부재는 모두 단일체로 통합될 수 있고, 예를 들어, 각 건물 구성요소는 단일 3D 인쇄 공정으로 생성된다. 3D 인쇄의 특성을 통해 또한 아래에 제시된 바와 같이 인쇄된 중합체 재료의 다양한 표면 특징과 마감을 할 수 있다.
다음 도 3a를 참조하면 3D 인쇄된 건물 구성요소에 대한 예시적인 표면 마감이 상부 사시도로 도시되어 있다. 인쇄된 건물 구성요소(300)는 인쇄된 복합 재료로만 형성된 외부 표면 영역(320)을 포함할 수 있다. 3D 인쇄의 특성으로 인해, 리브가 있거나, 울퉁불퉁하거나, 질감이 있는 마감(360)이 3D 인쇄 공정의 일부로서 외부 표면 영역(320)의 재료에 일체로 형성될 수 있다. 또한 외부 표면에 다양한 등급의 표면 거칠기가 사용될 수 있다. 예를 들어, 외부 표면 영역(320)은 약 0mm 내지 4mm의 표면 거칠기를 갖는 질감을 특징으로 할 수 있다.
도 3b는 3D 인쇄된 건물 구성요소에 대한 예시적인 대안적인 표면 마감의 측면 사시도를 도시한다. 인쇄 공정으로 일체로 형성되는 것에 더하여, 다양한 3D 인쇄된 건물 구성요소의 표면은 밀링 도구 및 기타 마감 장비로 쉽게 처리될 수 있으며, 이러한 처리는 콘크리트와 기타 기존 건축 자재에는 불가능한 것이다. 인쇄된 건물 구성요소(301)는 인쇄된 복합 재료로만 형성된 제1 외부 표면 영역(321)과 제2 외부 표면 영역(361)을 포함할 수 있다. 제1 외부 표면 영역(321)은 매끄러운 표면을 갖도록 연마될 수 있다. 대안적인 마감 처리로서, 제2 외부 표면 영역(361)은 대리석과 같은 유형의 표면을 생성하는 방식으로 밀링될 수 있다.
중합체 재료의 외부를 처리함으로써 다른 유형의 표면도 또한 달성할 수 있는 것을 쉽게 이해할 수 있다. 또한, 3D 인쇄된 건물, 구조물 또는 건물 구성요소의 색상은 인쇄 전에 복합 재료에 하나 이상의 불활성 착색제를 추가함으로써 원하는 대로 조정될 수 있다. 인쇄된 건물 구성요소 색상은 예를 들어 흑색, 백색, 분홍색, 회색, 갈색, 베이지색, 밝은 베이지색, 녹색, 밝은 녹색 및 주황색을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 하나 이상의 추가 물품 또는 특징부가 인쇄 공정 후에 3D 인쇄된 건물 구성요소에 형성되거나 추가될 수 있다. 예를 들어, 도 4a는 오버레이 마감 층을 갖는 예시적인 3D 인쇄된 건물 구성요소의 전방 사시도를 도시한다. 인쇄된 건물 구성요소(400)는 상기 인쇄된 건물 구성요소(200)와 유사할 수 있다. 오버레이 마감 층(470)이 인쇄된 건물 구성요소(400)의 표면 영역에 추가되었으며, 이 표면 영역은 외부 또는 내부 표면 영역일 수 있다. 마감 층(470)은 예를 들어, 스투코, 페인트, 프라이머, 자체 평탄화 바닥, 지붕, 바니시 또는 UV 보호 코팅일 수 있다. 또 다른 예로서, 도 4b는 오버레이 연결 층을 갖는 예시적인 3D 인쇄된 건물 구성요소를 도시한다. 인쇄된 건물 구성요소(401)는 또한 상기 인쇄된 건물 구성요소(200)와 유사할 수 있다. 인쇄된 건물 구성요소(401)의 표면 영역에 오버레이 연결 층(471)이 추가되었다. 연결 층(471)은 예를 들어, 에폭시, 접착제, 또는 밀봉재 코팅일 수 있다. 하나의 비제한적인 예로서, 인쇄된 건물 구성요소(401)를 건설 현장에서 다른 인쇄된 건물 구성요소에 쉽게 체결할 수 있게 하는 연결 층(471)이 표면에 추가될 수 있다.
운반 제한 및 기타 물류 문제로 인해 3D 인쇄된 건물 구조물과 구성요소를 인쇄할 수 있는 전체 크기는 제한될 수 있는 것으로 쉽게 이해된다. 따라서, 다양한 3D 인쇄된 건물 구성요소는 모듈 방식으로 결합되거나 체결되도록 설계될 수 있다. 하나 이상의 연결 층(471)은 제조 시설, 건설 현장, 또는 이 둘 모두에서 건물 구성요소에 추가될 수 있다. 또한, 연결 층(471)과 함께 사용하도록 의도된 인쇄된 건물 구성요소의 하나 이상의 표면 영역에는 추가 중합체 재료가 추가될 수 있다. 예를 들어, 인쇄된 건물 구성요소의 외부 부재의 하나 이상의 외부 표면 영역은 다른 인쇄된 건물 구성요소에 체결하거나 연결하는 것이 의도된 위치(들)에서 증가된 두께를 가질 수 있다. 이러한 위치는 벽 부분이 다른 벽 부분에 체결되거나 벽 부분이 천장 부분에 체결되는 곳일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 인쇄된 건물 구성요소 상의 하나 이상의 결합 표면은 다른 인쇄된 건물 구성요소와 결합하도록 설계된 일체로 형성된 특징부를 가질 수 있다. 이들 특징부는 연결 층과의 접착을 향상시키기 위해 설계된, 예를 들어, 슬롯, 돌출부, 다른 맞물림 특징부, 및/또는 거친 표면 영역을 포함할 수 있다.
인쇄된 건물 구성요소에 형성되거나 추가될 수 있는 다른 추가 특징부는 개구 및 이 개구 내부에 배치된 충전제를 포함할 수 있다. 도 5a는 외부 부재와 내부 부재 사이에 배치된 복수의 개구를 갖는 예시적인 3D 인쇄된 건물 구성요소의 측단면도를 도시한다. 인쇄된 건물 구성요소(500)는 외부 표면 영역(520)을 갖는 외부 부재(510), 내부 표면 영역(540)을 갖는 내부 부재(530), 및 외부 부재(510)와 내부 부재(530) 사이에 공간적으로 배치된 복수의 크로스 부재(550)를 포함할 수 있다. 외부 부재(510), 내부 부재(530), 및 크로스 부재(550) 각각은 위에서 상세히 설명된 것과 같은 중합체 재료의 다층 스택으로 형성될 수 있다. 복수의 개구(580)가 외부 부재(510)와 내부 부재(530) 사이에 배치될 수 있고, 예를 들어, 하나 이상의 크로스 부재(530) 내에 배치될 수 있다. 개구(580)는 전체 인쇄된 건물 구성요소를 단일체로 통합된 구조물로 형성할 수 있는 3D 인쇄 공정의 일부로 형성될 수 있다.
도 5b를 계속 참조하면, 외부 부재와 내부 부재 사이에 배치된 복수의 개구 내에 배치된 충전 재료를 갖는, 도 5a의 예시적인 3D 인쇄된 건물 구성요소가 측단면도로 다시 도시되어 있다. 인쇄된 건물 구성요소(501)는 복수의 개구(580) 내에 공간적으로 배치된 충전 재료(581)를 포함할 수 있다. 이것은 인쇄된 건물 구성요소(501)를 형성하는 3D 인쇄 공정 동안 또는 후에 달성될 수 있다. 충전 재료는 다른 가능한 충전 재료 중에서 예를 들어 단열 재료, 폴리우레탄 발포체 또는 코코넛 섬유 발포체일 수 있다.
인쇄된 건물 구성요소에 형성될 수 있는 또 다른 특징부는 일반적으로 인쇄될 수 없거나 인쇄되지 않는 건물 구성요소를 수용하도록 구성된 공동을 포함할 수 있다. 이러한 건물 구성요소는 예를 들어 전기 박스, 배관, 전자 디바이스 등을 포함할 수 있다. 이러한 공동은 인쇄 시 중합체 재료에 일체로 형성되거나, 건물, 구조물 또는 건물 구성요소가 3D 인쇄된 후 중합체 재료 내에 형성될 수 있다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따라 내부 표면에 형성된 전기 박스용 공동을 갖는 예시적인 3D 인쇄된 건물 구성요소의 전방 사시도를 도시한다. 인쇄된 건물 구성요소(600)는 상기 인쇄된 건물 구성요소(200)와 유사할 수 있다. 공동(690)은 인쇄된 건물 구성요소의 내부 부재의 내부 표면에 형성될 수 있다. 공동(690)은 구체적으로 내부에 전기 박스를 유지하도록 구성되고 치수화될 수 있다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 내부 표면에 형성된 배관 공동을 갖는 예시적인 3D 인쇄된 건물 구성요소의 전방 사시도를 도시한다. 인쇄된 건물 구성요소(601)는 상기 인쇄된 건물 구성요소(200)와 유사할 수 있다. 공동(691)은 인쇄된 건물 구성요소의 내부 부재의 내부 표면에 형성될 수 있고, 이 공동(690)은 구체적으로 내부에 파이프 또는 다른 배관 구성요소를 유지하도록 구성되고 치수화될 수 있다.
전기 박스 또는 배관 구성요소를 위한 공동의 특정 예가 제공되었지만, 공동은 다른 유형의 디바이스 및 구성요소를 위한 다양한 3D 인쇄된 건물 및 건물 구성요소 내에 형성될 수 있는 것으로 쉽게 이해된다. 예를 들어, 공동은 서모스탯, 카메라 또는 기타 감지 디바이스와 같은 다양한 전자 디바이스를 위해 형성될 수 있다.
마지막으로 도 7을 참조하면, 지붕, 바닥, 곡선 벽 및 직선 벽을 갖는 예시적인 3D 인쇄된 건물이 전방 사시도로 도시되어 있다. 건물(700)은, 하나의 단일체로 형성된 개체로 인쇄될 수 있고 하나의 건물 구성요소로 간주될 수 있는 다양한 인쇄된 부분을 가질 수 있다. 이러한 다양한 인쇄된 부분은 예를 들어 지붕(701), 바닥(702), 전방 직선 벽(703), 후방 직선 벽(704), 및 측면 곡선 벽(705)을 포함할 수 있다. 이러한 인쇄된 부분의 일부 또는 전체는 다양한 특징부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전방 직선 벽(703)은 외부 표면 영역(720)을 갖는 외부 부재(710), 내부 표면 영역(740)을 갖는 내부 부재(730), 및 외부 부재(710)와 내부 부재(730) 사이에 공간적으로 배치된 복수의 크로스 부재(750)를 포함할 수 있다. 외부 부재(710), 내부 부재(730), 및 크로스 부재(750) 각각은 위에서 상세히 설명된 것과 같은 중합체 재료의 다층 스택으로 형성될 수 있다.
다른 확대도로 도시된 바와 같이, 바닥(702)과 측면 곡선 벽(705)은 유사하게 외부 표면 영역을 갖는 외부 부재, 내부 표면 영역을 갖는 내부 부재, 및 크로스 부재를 가질 수 있다. 도시되지는 않았지만, 후방 직선 벽(704)은 전방 직선 벽(703)과 실질적으로 유사할 수 있고, 지붕(701)은 유사한 특징을 갖는다는 점에서 바닥(702)과 실질적으로 유사할 수 있는 것으로 쉽게 이해된다.
건물(700)은 또한 중합체 재료의 다층 스택으로 형성되지 않은 하나 이상의 추가 물품을 가질 수 있다. 예를 들어, 구조적 지지 기둥(790)은 목재 또는 강철로 형성될 수 있고, 기초 지지대(791)는 강철 또는 다른 재료로 형성된 I-빔 또는 기타 물품일 수 있다. 일부 변형예에서, 이러한 지지 구성요소(790 및 791)도 중합체 재료의 다층 스택으로 형성될 수 있는 것으로 고려된다.
전술한 내용은 명확성과 이해를 위해 예시 및 실시예를 통해 상세하게 설명되었지만, 전술한 내용은 본 발명의 사상 또는 본질적인 특성을 벗어나지 않고 수많은 다른 특정 변형예 및 실시예로 구현될 수 있는 것으로 이해된다. 특정 변경 및 수정이 실시될 수 있으며, 본 발명은 전술한 세부사항으로 제한되지 않고, 첨부된 청구범위에 의해 한정되어야 하는 것으로 이해된다.

Claims (47)

  1. 건물 구성요소로서,
    적층 두께를 갖는 중합체 재료의 다층 스택으로서, 상기 중합체 재료는 메타크릴 단량체, 무기 수화물 및 광 유도 중합제를 포함하고, 상기 다층 스택은 자외선을 가하여 압출된 재료를 즉시 경화시킴으로써 달성되는 층간 화학적 접착을 포함하는 층별 3차원 인쇄 공정(layer by layer three-dimensional printing process)으로 형성되는, 상기 중합체 재료의 다층 스택;
    상기 중합체 재료의 다층 스택으로 형성되는 외부 부재로서, 외부 표면 영역을 갖는 외부 부재;
    상기 중합체 재료의 다층 스택으로 형성되는 내부 부재로서, 내부 표면 영역을 갖는 내부 부재; 및
    상기 중합체 재료의 다층 스택으로 형성된 복수의 크로스 부재로서, 상기 복수의 크로스 부재 각각은 상기 외부 부재와 상기 내부 부재 사이에 공간적으로 배치된, 상기 복수의 크로스 부재
    를 포함하는, 건물 구성요소.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 건물 구성요소는 독립되어 있거나 또는 주거용 또는 상업용 건물의 일부를 형성하도록 함께 조립되는 복수의 특별히 설계된 구성요소의 일부인, 건물 구성요소.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 외부 부재, 상기 내부 부재, 및 상기 복수의 크로스 부재는 상기 건물 구성요소를 형성하기 위해 모두 단일체로 통합되는, 건물 구성요소.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 스택 두께는 약 6mm 내지 150mm이고, 6mm 내지 25mm의 개별 층을 포함하고, 상기 개별 층 각각은 경화되지 않은 중합체 재료를 액화된 상태로 압출하고, 상기 재료를 상기 스택 두께를 형성하도록 상기 층으로 고형화함으로써 구성된, 건물 구성요소.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 다층 스택의 중합체 재료의 각 층은 약 6mm 내지 25mm 범위의 층 두께를 갖는, 건물 구성요소.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 외부 표면 영역은 약 0mm 내지 4mm의 표면 거칠기를 갖는 질감을 특징으로 하는, 건물 구성요소.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 외부 표면 영역은 상기 중합체 재료의 다층 스택의 층당 약 2mm 내지 10mm의 높이를 갖는, 건물 구성요소.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 외부 표면 영역의 중합체 재료는 층별 압출에 의해 야기된 라인 패턴과 거친 입자의 질감을 갖는 일체로 형성된 마감을 포함하는, 건물 구성요소.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 마감은 편평한 표면과 비엽리(non-foliated) 질감을 갖는 대리석과 같은, 건물 구성요소.
  10. 청구항 1에 있어서,
    스투코(stucco), 페인트, 프라이머, 자체 평준화 바닥, 지붕, 바니시 또는 UV 보호 코팅의 오버레이 마감 층을 더 포함하는, 건물 구성요소.
  11. 청구항 1에 있어서,
    에폭시, 접착제 또는 밀봉재 코팅의 오버레이 연결 층을 더 포함하는, 건물 구성요소.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 외부 부재와 상기 내부 부재는 건물 블록을 형성하기 위해 평행한 배열로 구성된, 건물 구성요소.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 건물 블록은 직사각형, 박스, 또는 곡선 구조로 형성된, 건물 구성요소.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 부재와 상기 내부 부재 사이에 배치된 복수의 개구를 더 포함하는, 건물 구성요소.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 복수의 개구 내에 공간적으로 배치된 충전 재료를 더 포함하는, 건물 구성요소.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 충전 재료는 단열 재료, 폴리우레탄 발포체, 또는 코코넛 섬유 발포체인, 건물 구성요소.
  17. 청구항 1에 있어서, 상기 내부 표면 영역은 공동을 포함하는, 건물 구성요소.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 공동은 전기 박스, 배관 또는 감지 디바이스용으로 구성된, 건물 구성요소.
  19. 청구항 1에 있어서, 상기 건물 구성요소는 내화성이고, 등급 A의 화재 등급과, 0 내지 200의 화염 확산 지수와 0 내지 450의 연기 발생 지수를 갖는 1시간 화재 침투를 특징으로 하는, 건물 구성요소.
  20. 청구항 1에 있어서, 상기 건물 구성요소는,
    약 -60 내지 +80C에서 최소 15년의 열 순환,
    자연 수분과 염분의 영향,
    약 5kg 내지 100kg의 다웰(dowel) 하중
    을 견딜 수 있는, 건물 구성요소.
  21. 청구항 1에 있어서, 상기 중합체 재료의 다층 스택은 착색제를 포함하는, 건물 구성요소.
  22. 청구항 1에 있어서, 상기 중합체 재료의 다층 스택은 소수성인, 건물 구성요소.
  23. 청구항 1에 있어서, 상기 중합체 재료의 다층 스택은,
    상기 층을 따라 37±3MPa 및 상기 층을 가로질러 50±4MPa의 극한 압축 강도,
    상기 층을 따라 1900±130MPa 및 상기 층을 가로질러 1400±460MPa의 압축 탄성 계수,
    상기 층을 따라 3.9±0.6MPa 및 상기 층을 가로질러 2.7±0.2MPa의 극한 인장 강도,
    상기 층을 따라 2100±750MPa 및 상기 층을 가로질러 1100±170MPa의 인장 탄성 계수,
    약 0.1 W/(m·K) 내지 0.8 W/(m·K)의 열 전도율,
    약 1.7 perm-inch의 증기 투과율,
    약 650 내지 750(J*m-2*K-1*sec-1/2)의 열 관성, 및
    약 3% 미만의 다공도
    를 특징으로 하는, 건물 구성요소.
  24. 건물로서,
    상기 건물을 위한 벽, 바닥 및 지붕의 적어도 일부를 형성하도록 배열된 하나 이상의 건물 구성요소를 포함하고, 상기 하나 이상의 건물 구성요소 각각은,
    적층 두께를 갖는 중합체 재료의 다층 스택으로서, 상기 중합체 재료는 메타크릴 단량체, 무기 수화물 및 광 유도 중합제를 포함하고, 상기 다층 스택은 자외선을 가하여 압출된 재료를 즉시 경화시킴으로써 달성되는 층간 화학적 접착을 포함하는 층별 3차원 인쇄 공정으로 형성된, 상기 중합체 재료의 다층 스택,
    상기 중합체 재료의 다층 스택으로 형성되는 외부 부재로서, 외부 표면 영역을 갖는 외부 부재,
    상기 중합체 재료의 다층 스택으로 형성되는 내부 부재로서, 내부 표면 영역을 갖는 내부 부재, 및
    상기 중합체 재료의 다층 스택으로 형성된 복수의 크로스 부재로서, 상기 복수의 크로스 부재 각각은 상기 외부 부재와 상기 내부 부재 사이에 공간적으로 배치된, 상기 복수의 크로스 부재
    를 포함하는, 건물.
  25. 청구항 24에 있어서, 상기 하나 이상의 건물 구성요소 중 적어도 하나는 상기 건물의 완전한 구조적 부분을 형성하고, 상기 완전한 구조적 부분은 벽, 바닥 및 지붕을 포함하는, 건물.
  26. 청구항 24에 있어서, 상기 건물은 주거용 또는 상업용 건물인, 건물.
  27. 청구항 24에 있어서, 적어도 하나의 상기 건물 구성요소 중 적어도 하나를 위한 상기 외부 부재, 내부 부재, 및 복수의 크로스 부재는 모두 단일체로 통합되는, 건물.
  28. 청구항 24에 있어서, 상기 하나 이상의 건물 구성요소 중 적어도 하나에 대한 스택 두께는 약 6mm 내지 150mm이고, 6mm 내지 25mm의 개별 층을 포함하고, 상기 개별 층 각각은 경화되지 않은 중합체 재료를 액화된 상태로 압출하고 상기 층으로 고형화시켜 상기 스택 두께를 형성함으로써 구성된, 건물.
  29. 청구항 24에 있어서, 상기 하나 이상의 건물 구성요소 중 적어도 하나에 대한 상기 다층 스택의 중합체 재료의 각 층은 약 6mm 내지 25mm 범위의 층 두께를 갖는, 건물.
  30. 청구항 24에 있어서, 상기 하나 이상의 건물 구성요소 중 적어도 하나의 건물 구성요소에 대한 외부 표면 영역은 약 0mm 내지 4mm의 표면 거칠기를 갖는 질감을 특징으로 하는, 건물.
  31. 청구항 24에 있어서, 상기 하나 이상의 건물 구성요소 중 적어도 하나의 건물 구성요소에 대한 외부 표면 영역은 상기 중합체 재료의 다층 스택의 층당 약 2mm 내지 10mm의 높이를 갖는, 건물.
  32. 청구항 24에 있어서, 상기 하나 이상의 건물 구성요소 중 적어도 하나의 건물 구성요소의 외부 표면 영역에 있는 중합체 재료는 층별 압출에 의해 야기된 라인 패턴과 거친 입자의 질감을 갖는 일체로 형성된 마감을 포함하는, 건물.
  33. 청구항 32에 있어서, 상기 마감은 편평한 표면과 비엽리 질감을 갖는 대리석과 같은, 건물.
  34. 청구항 24에 있어서,
    상기 하나 이상의 건물 구성요소 중 하나 이상의 건물 구성요소에 스투코, 페인트, 프라이머, 자체 평준화 바닥, 지붕, 바니시 또는 UV 보호 코팅의 오버레이 마감 층을 더 포함하는, 건물.
  35. 청구항 24에 있어서,
    상기 하나 이상의 건물 구성요소 중 하나 이상의 건물 구성요소에 에폭시, 접착제 또는 밀봉재 코팅의 오버레이 연결 층을 더 포함하는, 건물.
  36. 청구항 24에 있어서, 상기 하나 이상의 건물 구성요소 중 적어도 하나의 건물 구성요소의 외부 부재와 내부 부재는 건물 블록을 형성하기 위해 평행한 배열로 구성된, 건물.
  37. 청구항 36에 있어서, 각각의 건물 블록은 직사각형, 박스, 또는 곡선 구조로 형성된, 건물.
  38. 청구항 24에 있어서,
    상기 하나 이상의 건물 구성요소 중 적어도 하나의 건물 구성요소의 외부 부재와 내부 부재 사이에 배치된 복수의 개구를 더 포함하는, 건물.
  39. 청구항 38에 있어서,
    상기 하나 이상의 건물 구성요소 중 적어도 하나의 건물 구성요소의 복수의 개구 내에 공간적으로 배치된 충전 재료를 더 포함하는, 건물.
  40. 청구항 39에 있어서, 상기 충전 재료는 단열 재료, 폴리우레탄 발포체, 또는 코코넛 섬유 발포체인, 건물.
  41. 청구항 24에 있어서, 상기 하나 이상의 건물 구성요소 중 적어도 하나의 건물 구성요소의 내부 표면 영역은 공동을 포함하는, 건물.
  42. 청구항 41에 있어서, 적어도 하나의 공동은 전기 박스, 배관 또는 감지 디바이스용으로 구성된, 건물.
  43. 청구항 24에 있어서, 상기 하나 이상의 건물 구성요소 중 적어도 하나는 내화성이고, 등급 A의 화재 등급과, 0 내지 200의 화염 확산 지수와 0 내지 450의 연기 발생 지수를 갖는 1시간 화재 침투를 특징으로 하는, 건물.
  44. 청구항 24에 있어서, 상기 하나 이상의 건물 구성요소 중 적어도 하나는,
    약 -60 내지 +80C에서 최소 15년의 열 순환,
    자연 수분과 염분의 영향,
    약 5kg 내지 100kg의 다웰 하중
    을 견딜 수 있는, 건물.
  45. 청구항 24에 있어서, 상기 하나 이상의 건물 구성요소 중 적어도 하나의 건물 구성요소를 위한 중합체 재료의 다층 스택은 착색제를 포함하는, 건물.
  46. 청구항 24에 있어서, 상기 하나 이상의 건물 구성요소 중 적어도 하나의 건물 구성요소를 위한 중합체 재료의 다층 스택은 소수성인, 건물.
  47. 청구항 24에 있어서, 상기 하나 이상의 건물 구성요소 중 적어도 하나의 건물 구성요소를 위한 중합체 재료의 다층 스택은,
    상기 층을 따라 37±3MPa 및 상기 층을 가로질러 50±4MPa의 극한 압축 강도,
    상기 층을 따라 1900±130MPa 및 상기 층을 가로질러 1400±460MPa의 압축 탄성 계수,
    상기 층을 따라 3.9±0.6MPa 및 상기 층을 가로질러 2.7±0.2MPa의 극한 인장 강도,
    상기 층을 따라 2100±750MPa 및 상기 층을 가로질러 1100±170MPa의 인장 탄성 계수,
    약 0.1 W/(m·K) 내지 0.8 W/(m·K)의 열 전도율,
    약 1.7 perm-inch의 증기 투과율,
    약 650 내지 750(J*m-2*K-1*sec-1/2)의 열 관성, 및
    약 3% 미만의 다공도
    를 특징으로 하는, 건물.
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