KR20230020598A - 빔 장착식 건축용 3d 프린터 - Google Patents

빔 장착식 건축용 3d 프린터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 서로 이격된 H빔에 걸쳐 장착되되 프린팅헤드가 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동되면서 양 H빔 사이에 건축용 몰탈을 순차적으로 적층경화시킴에 따라 실제 건축현장에서 벽체가 신속용이하게 형성될 수 있도록 한 빔 장착식 건축용 3D 프린터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 빔 장착식 건축용 3D 프린터는, 서로 이격된 H빔 사이에 건축용 몰탈을 순차적으로 적층경화시켜 벽체를 형성하는 빔 장착식 건축용 3D 프린터에 있어서, 좌우방향으로 연장되고 양단에는 전방으로 연장되는 지지다리가 구비되는 X축가이드레일과, 상기 X축가이드레일을 따라 좌우방향으로 이동가능하게 결합되는 이동블럭과, 상기 이동블럭에 전후방향으로 이동가능하게 결합되는 헤드블럭과, 상기 헤드블럭의 전방면에 구비되고 외부로부터 공급되는 건축용 몰탈을 토출하는 프린팅헤드와, 상기 X축가이드레일의 지지다리의 전방단부에 구비되고 상기 H빔에 상하방향으로 이동가능하게 결합되는 Z축이동롤러부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

빔 장착식 건축용 3D 프린터{BEAM MOUNTING TYPE 3D PRINTER FOR ARCHITECTURE}
본 발명은 건축용 3D 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 이격된 H빔에 장착되어 양 H빔 사이에 건축용 몰탈을 순차적으로 적층경화시켜 벽체가 신속용이하게 형성될 수 있도록 한 빔 장착식 건축용 3D 프린터에 관한 것이다.
3D 프린팅은 최근 각광받고 있는 제조기술로서, 플라스틱 재료를 사출하거나 적층, 응고시켜 3D 형태의 제품을 제작하는 기술을 말하며, 전통적인 재료 가공 기술에 비해 속도, 가격, 사용 편리성 등 다양한 측면에서 우위를 나타내고 있다. 3D 프린터는 소비자가 자기만의 스타일과 디자인으로 특정 형상을 맞춤 생산하기 위한 용도로 확대되고 있다.
최근에는 시멘트를 이용한 건축물, 구조체 등에 많은 맞춤형 수요가 발생되어, 건축용 3D 프린터까지 개발되고 있다.
이러한 건축용 3D 프린터의 일 예로, 대한민국 특허공개 제10-2016-0068564호(2016.06.15. 공개)에는 재료가 저장되는 호퍼부, 상기 호퍼부로부터 재료를 공급받아 이를 출력하여 입체물을 형성하는 노즐부, 및 상기 노즐부를 이동시키기 위한 이동부를 포함하고, 상기 호퍼부는 물이 저장되는 물호퍼와, 시멘트가 저장되는 시멘트호퍼, 모래가 저장되는 모래호퍼를 포함하고, 상기 노즐부는 재료를 혼합하여 콘크리트 구조물을 형성하는 구조이고, 상기 노즐부는 재료가 수용되는 노즐과, 노즐에 설치되어 내부에 재료를 반죽하는 혼합기, 및 상기 노즐에 설치되어 재료를 출력하는 노즐팁을 포함하는 3차원 프린팅 장치가 개시된다.
또한 대한민국 특허공개 제10-2018-0087486호(2018.08.02. 공개)에는 스테이스, 상기 스테이지의 상부에 이동 가능하게 설치되는 이동부, 및 상기 이동부의 일측에 설치되며 상기 스테이지의 표면 측으로 프린트 원료를 토출하는 헤드를 갖는 건축용 3D 프린터에 있어서, 상기 헤드는 구동모터에 의해 동작하는 중공형 오거(auger)로서, 상기 중공형 오거의 내부에는, 토출되는 구조체의 중앙 부분을 급속하게 경화시킬 수 있는 중심부 경화제를 공급하는 중심부 경화제 공급라인과 상기 중심부 경화제 공급라인에 연결되어, 중심부 경화제를 토출하는 토출팁이 형성되는 중공형 오거와, 상기 중공형 오거를 수용하고, 구조재료를 혼합하여 공급하는 배럴과, 상기 배럴을 통하여 공급되는 구조재료를 외부로 토출하는 노즐을 포함하고, 상기 노즐은 중앙의 제1 관부와 상기 제1 관부의 외곽의 제2 관부가 동심원상으로 구분된 관부를 형성하는 이중관 구조의 노즐 몸체로서, 상기 제2 관부는 외곽경화용 경화제를 프린트되는 구조재료의 외주변에 공급하는 마이크로 메탈 메쉬로 구성되는 노즐 몸체와, 상기 노즐 몸체의 단부에 형성되는, 구조재료가 토출되는 토출 노즐과, 상기 토출 노즐의 외측 측면에 분기되어 형성되고, 노즐의 단부에서 상기 토출 노즐과 병합되어, 상기 제2 관부에 외곽 경화용 경화제를 공급하는 외곽 경화용 경화제 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 3D 프린터가 개시된다.
또한 대한민국 특허공고 제10-1526827호(2015.06.15. 공고)에는 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임의 상부에 이동 가능하게 설치되는 이동부와, 상기 이동부의 일측에 설치되며 프린트 원료를 토출하는 압출헤드와, 상기 이동부의 타측에 설치되며 분말 금속을 분사하는 분사노즐과, 상기 압출헤드에 상기 프린트 원료로서 콘크리트 혼합물을 공급하는 제 1 원료 공급부와, 상기 분사노즐에 상기 분말 금속을 공급하는 제 2 원료 공급부와, 상기 압출헤드에 상기 프린트 원료로서 합성수지를 공급하는 제 3 원료 공급부를 포함하는 3D 프린팅 장치가 개시된다.
그러나 전술한 종래의 건축용 3D 프린터의 경우에는 설치를 위한 별도의 프레임이 요구됨에 따라 실제 건축현장에 적용하기 어려울 뿐만 아니라 매우 번거로운 문제점이 있었다.
1. 대한민국 특허공개 제10-2016-0068564호(2016.06.15. 공개) 2. 대한민국 특허공개 제10-2018-0087486호(2018.08.02. 공개) 3. 대한민국 특허공고 제10-1526827호(2015.06.15. 공고
따라서 본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 서로 이격된 H빔에 걸쳐 장착되되 프린팅헤드가 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동되면서 양 H빔 사이에 건축용 몰탈을 순차적으로 적층경화시킴에 따라 실제 건축현장에서 벽체가 신속용이하게 형성될 수 있도록 한 빔 장착식 건축용 3D 프린터를 제공하는 과제를 기초로 한다.
전술한 본 발명의 과제는, 서로 이격된 H빔 사이에 건축용 몰탈을 순차적으로 적층경화시켜 벽체를 형성하는 빔 장착식 건축용 3D 프린터에 있어서, 좌우방향으로 연장되고 양단에는 전방으로 연장되는 지지다리가 구비되는 X축가이드레일과, 상기 X축가이드레일을 따라 좌우방향으로 이동가능하게 결합되는 이동블럭과, 상기 이동블럭에 전후방향으로 이동가능하게 결합되는 헤드블럭과, 상기 헤드블럭의 전방면에 구비되고 외부로부터 공급되는 건축용 몰탈을 토출하는 프린팅헤드와, 상기 X축가이드레일의 지지다리의 전방단부에 구비되고 상기 H빔에 상하방향으로 이동가능하게 결합되는 Z축이동롤러부를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 장착식 건축용 3D 프린터를 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 헤드블럭은 전후방향으로 연장되는 Y축가이드레일을 포함하고 상기 이동블럭의 하단에는 상기 Y축가이드레일의 상단이 전후방향으로 슬라이딩 이동가능하게 결합되는 Y축가이드홈이 형성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 프린팅헤드는 상기 헤드블럭의 전방면에 좌우회동 가능하게 설치된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 Z축이동롤러부는 상기 H빔의 내측면을 따라 주행되는 2열 롤러와, 상기 2열 롤러 사이에 구비되고 신축 여부에 따라 상기 H빔의 내측면에 부착되는 실린더기구를 포함한다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 Z축이동롤러부는 상기 H빔의 일면 내측면을 따라 주행되는 제 1 롤러쌍과, 상기 제 1 롤러쌍의 양측에 결합되는 연결브래킷과, 상기 연결브래킷에 구비되어 상기 제 1 롤러쌍과 함께 삼각형을 이루고 상기 H빔의 일면 외측면을 따라 주행되는 제 2 롤러쌍을 포함한다.
본 발명에 따른 빔 장착식 건축용 3D 프린터에 의하면, 서로 이격된 H빔에 걸쳐 장착되되 프린팅헤드가 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동되면서 양 H빔 사이에 건축용 몰탈을 순차적으로 적층경화시킴에 따라 실제 건축현장에서 벽체가 신속용이하게 형성될 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따른 빔 장착식 건축용 3D 프린터에 의하면, 프린팅헤드가 헤드블럭의 전방면에 좌우회동 가능하게 설치됨에 따라 서로 이격된 H빔 사이의 모든 공간에 걸쳐 건축용 몰탈이 빠짐없이 제공되면서 벽체가 형성될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 장착식 건축용 3D 프린터의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 장착식 건축용 3D 프린터의 X축 이동 작동도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 장착식 건축용 3D 프린터의 Y축 이동 작동도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 장착식 건축용 3D 프린터의 Z축 이동 작동도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 장착식 건축용 3D 프린터에 있어서, Z축이동롤러부의 다양한 실시예의 도면.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 빔 장착식 건축용 3D 프린터(1)는 도 1 내지 도 5에 도시되는 바와 같이, 서로 이격된 H빔(3)에 장착되어 양 H빔(3) 사이에 건축용 몰탈을 순차적으로 적층경화시키는 것으로, 도 1 내지 도 5에 도시되는 좌우방향으로 연장되고 양단에는 전방으로 연장되는 지지다리(11)가 구비되는 X축가이드레일(10)과, X축가이드레일(10)을 따라 좌우방향으로 이동가능하게 결합되는 이동블럭(20)과, 이동블럭(20)에 전후방향으로 이동가능하게 결합되는 헤드블럭(30)과, 헤드블럭(30)의 전방면에 구비되고 외부로부터 공급되는 건축용 몰탈을 토출하는 프린팅헤드(40)와, X축가이드레일(10)의 지지다리(11)의 전방단부에 구비되고 H빔(3)에 상하방향으로 이동가능하게 결합되는 Z축이동롤러부(50, 50')를 포함한다.
여기서, X축가이드레일(10)은 전방면에 프린팅헤드(40)가 설치되는 헤드블럭(30)의 좌우방향, 즉 X축방향 이동을 가이드하는 선형가이드레일에 해당하는 것으로, 동일 횡단면으로 좌우방향으로 길게 연장된다.
X축가이드레일(10)의 양단에는 지지다리(11)가 구비된다. 이러한 지지다리(11)는 벽체가 형성될 H빔(3) 사이 공간에 대해 X축가이드레일(10)이 후방으로 이격되어 유지되도록 함과 동시에 차후에 설명될 Z축이동롤러부(50, 50')의 설치대에 해당하는 것으로, X축가이드레일(10)의 양단으로부터 전방으로 연장된다.
지지다리(11)는 X축가이드레일(10)의 양단에 고정설치되는 것이 바람직하지만, 실시예에 따라서는 공지의 실린더기구의 개재하에 X축가이드레일(10)의 양단으로부터 좌우방향으로 위치이동 가능하게 설치될 수도 있다.
전술한 X축가이드레일(10)에는 이동블럭(20)이 X축가이드레일(10)을 따라 좌우방향으로 이동가능하게 결합된다. 이동블럭(20)은 도 2에 도시되는 바와 같이 전방면에 프린팅헤드(40)가 설치되는 헤드블럭(30)의 좌우방향, 즉 X축방향 이동을 가능하게 함과 동시에 전방면에 프린팅헤드(40)가 설치되는 헤드블럭(30)의 전후방향, 즉 Y축방향 이동을 안내하는 역할을 하는 것으로, X축가이드레일(10)의 전방측에 ㄷ자 형상으로 돌출형성되어 X축가이드레일(10)의 상하단에 걸쳐 슬라이딩 이동가능하게 결합된다.
또한 이동블럭(20)의 하단에는 차후에 설명될 헤드블럭(30)의 Y축가이드레일(31)의 상단이 전후방향으로 슬라이딩 이동가능하게 결합되는 Y축가이드홈(21)이 형성될 수 있다.
이동블럭(20)의 후방측에는 X축가이드레일(10)에 대한 이동블럭(20)의 좌우방향, 즉 X축방향 이동을 가능하게 하는 공지의 선형 액추에이터가 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 선형이송용 액추에이터는 프린터헤드 분야에 이미 공지되어 있는 바, 여기서는 더 이상의 상세설명은 생략하기로 한다.
전술한 이동블럭(20)에는 헤드블럭(30)이 전후방향, 즉 Y축방향으로 이동가능하게 결합된다. 헤드블럭(30)은 도 3에 도시되는 바와 같이 프린팅헤드(40)의 전후방향, 즉 Y축방향 이동을 가능하게 함과 동시에 차후에 설명될 프린팅헤드(40)의 설치프레임에 해당하는 것으로, 이동블럭(20)의 전방에 위치되는 수직플레이트 형태를 가지되, 후방 하측에는 전후방향으로 연장되는 Y축가이드레일(31)이 구비된다.
Y축가이드레일(31)은 이동블럭(20)의 하단에 형성된 Y축가이드홈(21)에 상단이 슬라이딩 이동가능하게 결합된다.
또한 이동블럭(20)과 헤드블럭(30) 사이에는 이동블럭(20)에 대한 헤드블럭(30)의 전후방향, 즉 Y축방향 이동을 가능하게 하는 공지의 선형 액추에이터가 설치된다. 이러한 선형 액추에이터는 실린더기구, 리드스크류 등으로 구현 가능하다.
전술한 헤드블럭(30)의 전방면에는 프린팅헤드(40)가 구비된다. 이러한 프린팅헤드(40)는 외부로부터 공급되는 건축용 몰탈을 서로 이격된 H빔(3) 사이 공간으로 토출하는 역할을 하는 것으로, 노즐(41)이 하부를 향해 형성되는 통상의 가압분출식 헤드 또는 압출식 헤드 등으로 구현 가능하다.
또한 프린팅헤드(40)를 통해 토출되는 건축용 몰탈은 시멘트와 모래와 물의 혼합물인 것이 바람직하지만, 실시예에 따라 패각분말 등과 같은 기능성 분말이 추가될 수 있다. 이러한 건축용 몰탈에 의해 형성되는 벽체는 내화성 및 불연성을 가짐에 따라 화재 발생시 유독가스가 발생되지 않는 장점이 있다.
또한 프린팅헤드(40)는 헤드블럭(30)의 전방면에 좌우회동 가능하게 설치되는 것이 바람직하다. 이 경우에 프린팅헤드(40)는 도 4에 도시되는 바와 같이 헤드블럭(30) H빔(3)의 인접영역에서 좌우방향으로 회전되면서 서로 이격된 H빔(3) 사이의 공간에 빠짐없이 건축용 몰탈이 공급되어 벽체가 서로 이격된 H빔(3)과 일체로 형성될 수 있게 된다.
전술한 X축가이드레일(10)의 지지다리(11)의 전방단부에는 Z축이동롤러부(50, 50')가 구비된다. Z축이동롤러부(50, 50')는 H빔(3)에 상하방향으로 이동가능하게 결합되어 도 4에 도시되는 바와 같이 프린팅헤드(40)를 지지하는 X축가이드레일(10)이 상하방향, 즉 Z축방향으로 승강될 수 있도록 한다.
이러한 Z축이동롤러부(50)는 도 5에 도시되는 바와 같이 H빔(3)의 내측면을 따라 주행되는 2열 롤러(51)와, 2열 롤러(51) 사이에 구비되고 신축 여부에 따라 H빔(3)의 내측면에 부착되는 실린더기구(53)를 포함할 수 있다.
이 때 2열 롤러(51) 중 하나에는 구동모터가 연결될 수 있으며, 실린더기구(53)의 단부에는 자력에 의해 H빔(3)에 부착 가능한 자석 또는 전자석이 구비될 수 있다.
또한 Z축이동롤러부(50')는 H빔(3)의 일면 내측면을 따라 주행되는 제 1 롤러쌍(55)과, 제 1 롤러쌍(55)의 양측에 결합되는 연결브래킷(57)과, 연결브래킷(57)에 구비되어 제 1 롤러쌍(55)과 함께 삼각형을 이루고 H빔(3)의 일면 외측면을 따라 주행되는 제 2 롤러쌍(59)을 포함할 수 있다. 이 때 제 1 롤러쌍(55)에는 구동모터가 연결될 수 있다.
또한 도시되지는 않았지만, 제 1 롤러쌍(55) 사이에 신축 여부에 따라 H빔(3)의 내측면에 부착되는 실린더기구가 구비될 수 있고, 실린더기구의 단부에는 자력에 의해 H빔(3)에 부착 가능한 자석 또는 전자석이 구비될 수 있다.
Z축이동롤러부(50, 50')에 구동모터가 구비되지 않을 경우에는 X축가이드레일(10)을 상하방향, 즉 Z축방향으로 승강시키기 위한 별도의 장치가 부가될 수 있다.
따라서 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 장착식 건축용 3D 프린터(1)는, 서로 이격된 H빔(3)에 걸쳐 장착되되 프린팅헤드(40)가 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동되면서 양 H빔(3) 사이에 건축용 몰탈을 한층식 순차적으로 적층경화시킴에 따라 실제 건축현장에서 벽체가 신속용이하게 형성될 수 있게 된다.
또한 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 장착식 건축용 3D 프린터(1)의 경우에는, 프린팅헤드(40)가 헤드블럭(30)의 전방면에 좌우회동 가능하게 설치됨에 따라 서로 이격된 H빔(3) 사이의 모든 공간에 걸쳐 건축용 몰탈이 빠짐없이 제공되면서 벽체가 형성될 수 있게 된다.
위에서 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 따라서 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시에는 본 발명의 범주 내에 포함된다고 할 것이다.
1 : 빔 장착식 건축용 3D 프린터
3 : H빔
10 : X축가이드레일
11 : 지지다리
20 : 이동블럭
21 : Y축가이드홈
30 : 헤드블럭
31 : Y축가이드레일
40 : 프린팅헤드
41 : 노즐
50, 50' : Z축이동롤러부
51 : 2열 롤러
53 : 실린더기구
55 : 제 1 롤러쌍
57 : 연결브래킷
59 : 제 2 롤러쌍

Claims (5)

  1. 서로 이격된 H빔(3) 사이에 건축용 몰탈을 순차적으로 적층경화시켜 벽체를 형성하는 빔 장착식 건축용 3D 프린터에 있어서,
    좌우방향으로 연장되고 양단에는 전방으로 연장되는 지지다리(11)가 구비되는 X축가이드레일(10);
    상기 X축가이드레일(10)을 따라 좌우방향으로 이동가능하게 결합되는 이동블럭(20);
    상기 이동블럭(20)에 전후방향으로 이동가능하게 결합되는 헤드블럭(30);
    상기 헤드블럭(30)의 전방면에 구비되고 외부로부터 공급되는 건축용 몰탈을 토출하는 프린팅헤드(40); 및
    상기 X축가이드레일(10)의 지지다리(11)의 전방단부에 구비되고 상기 H빔(3)에 상하방향으로 이동가능하게 결합되는 Z축이동롤러부(50, 50')를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 장착식 건축용 3D 프린터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 헤드블럭(30)은 전후방향으로 연장되는 Y축가이드레일(31)을 포함하고 상기 이동블럭(20)의 하단에는 상기 Y축가이드레일(31)의 상단이 전후방향으로 슬라이딩 이동가능하게 결합되는 Y축가이드홈(21)이 형성되는 것을 특징으로 하는 빔 장착식 건축용 3D 프린터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 프린팅헤드(40)는 상기 헤드블럭(30)의 전방면에 좌우회동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 빔 장착식 건축용 3D 프린터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 Z축이동롤러부(50)는 상기 H빔(3)의 내측면을 따라 주행되는 2열 롤러(51)와, 상기 2열 롤러(51) 사이에 구비되고 신축 여부에 따라 상기 H빔(3)의 내측면에 부착되는 실린더기구(53)를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 장착식 건축용 3D 프린터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 Z축이동롤러부(50')는 상기 H빔(3)의 일면 내측면을 따라 주행되는 제 1 롤러쌍(55)과, 상기 제 1 롤러쌍(55)의 양측에 결합되는 연결브래킷(57)과, 상기 연결브래킷(57)에 구비되어 상기 제 1 롤러쌍(55)과 함께 삼각형을 이루고 상기 H빔(3)의 일면 외측면을 따라 주행되는 제 2 롤러쌍(59)을 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 장착식 건축용 3D 프린터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101526827B1 (ko) 2014-12-29 2015-06-05 김석문 3d 프린팅 장치 및 이를 이용한 철골 콘크리트 구조물 시공방법
KR20160068564A (ko) 2014-12-05 2016-06-15 주식회사 포스코 3차원 프린팅 장치
KR20180087486A (ko) 2017-01-23 2018-08-02 전남대학교산학협력단 건축용 3d 프린터

Patent Citations (3)

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