KR20230056460A - 건축용 3d 프린터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축용 3D 프린터에 관한 것으로, 상호 이격 배치되며, 소정의 길이를 갖는 두 개의 레일프레임과; 상기 레일프레임을 따라 상부에 왕복으로 이동 가능하게 각각 구비되는 이동대차와; 상기 이동대차의 상부에 수직으로 연장 설치되는 수직프레임과; 상기 두 개의 레일프레임과 같이 이격 배치되는 상기 수직프레임을 상호 수평으로 이음 연결하는 수평프레임과; 상기 수평프레임에 길이 방향을 따라 왕복 가능하게 구비되어 작업자의 설정에 따라 지면에 대응해 몰탈을 배출하여 건물의 벽체를 증축하는 노즐장치를 포함하여 구성되며, 상기 이동대차와 수직프레임의 사이에는 상기 이동대차로부터 상기 수직프레임을 레일프레임 방향으로 폴딩 작동시키는 회전장치를 포함하는 구성으로 다수의 작업자를 통한 골조 작업 과정 없이 현장에서 건축물의 벽체를 3D 프린팅으로 쌓아 올려 건축할 수 있으며, 기존에 비해 설치 및 철거를 간편하고, 이동이 가능하여 적재 및 운송이 가능하며, 유지보수 및 최소 인원으로 운영이 가능하여 운영비 및 인건비를 절감할 수 있는 건축용 3D 프린터에 관한 것이다.

Description

건축용 3D 프린터{3D printers for construction}

본 발명은 건축용 3D 프린터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다수의 작업자를 통한 골조 작업 과정 없이 현장에서 건축물의 벽체를 3D 프린팅으로 쌓아 올려 건축할 수 있으며, 기존에 비해 설치 및 철거를 간편하고, 이동이 가능하여 적재 및 운송이 가능하며, 유지보수 및 최소 인원으로 운영이 가능하여 운영비 및 인건비를 절감할 수 있는 건축용 3D 프린터에 관한 것이다.

일반적으로 3D 프린터는 플라스틱 재료를 사출 및 적층 후 응고시켜 입체적으로 제품을 제작하는 기술에 관한 것으로 기존 가공 기술에 비해 속도, 가격, 편의성을 포함한 다양한 측면에서 우수성을 가지고 있다.

이러한 3D 프린터는 소비자가 자기만의 스타일과 디자인으로 특정 형상을 맞춤 생산할 수 있어 그 용도를 확대할 수 있다.

최근에는 시멘트를 이용한 건축물, 구조물 등 많은 맞춤형 수요가 증가하고 있다.

따라서, 건축용 3D 프린터에 관해 특허문헌 1은 재료가 저장되는 호퍼부; 호퍼부로부터 재료를 공급받아 이를 출력하여 입체물을 형성하는 노즐부; 노즐부를 이동시키기 위한 이동부를 포함하고, 호퍼부는 물이 저장되는 물호퍼와; 시멘트가 저장되는 시멘트호퍼; 모래가 저장되는 모래호퍼를 포함하고, 노즐부는 재료를 혼합하여 콘크리트 구조체를 형성하는 구조이고, 노즐부는 재료가 수용되는 노즐과; 노즐에 설치되어 내부에 재료를 반죽하는 혼합기; 노즐에 설치되어 재료를 출력하는 노즐팁을 포함하는 3차원 프린터를 개시하고 있다.

특허문헌 1에서 3차원 프린터를 이용해서 건축 구조체 프린팅 시 경화제가 구조재료의 경화 반응을 진행시켜 강도와 형상을 유지시킨 기존의 건축용 3D 프린터에서는 노즐부에서 시멘트, 모래, 자갈, 물 및 경화제가 혼합 반죽되어 노즐팁의 토출을 통해 구조재료와 혼합된 경화제로 인해서 노즐부에서 경화 반응이 진행되면서 노즐 막힘 현상에 따라 유지보수 비용 및 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

상기한 문제점의 해결을 위해 특허문헌 2는 스테이지의 상부에 이동 가능하게 설치되는 이동부; 이동부의 일측에 설치되며, 스테이지의 표면 측으로 원료를 토출하는 헤드를 갖는 건축용 3D 프린터에 관한 발명으로 헤드는 토출되는 구조체의 중앙 부분을 급속하게 경화시킬 수 있는 중심부 경화제 공급라인이 중앙에 형성되고, 중심부 경화제 공급라인과 연결되어 중심부 경화제를 노즐로 토출하는 토출팁을 가지며, 구동모터에 의해 동작하는 중공형 오거; 상기 중공형 오거를 수용하고, 구조재료를 혼합하여 공급하는 배럴; 배럴을 통하여 공급되는 구조재료를 외부로 토출하는 노즐을 포함하고, 노즐은 중앙의 제1관부와 제1관부의 외곽의 제2관부가 동심원상으로 구분된 관부를 형성하는 이중관 구조의 노즐몸체; 구조재료가 토출되는 토출노즐; 토츨 노즐의 외측 측면에 분기되어 형성되고, 노즐 단부에서 토츨 노즐과 병합되어 제2관부에 외곽 경화용 경화제를 공급하는 외곽 경화용 경화제 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 하여 경화제가 노즐 막힘을 유발하지 않도록, 경화제를 구조재료의 배합에 함께 사용하지 않고 따로 토출함으로써, 프린트된 구조체의 양생 시에 유동성을 확보하여 건축할 수 있었다.

특허문헌 3과 같이, 기존에 건축용 3D 프린터는 지면에 설치되는 레일과; 레일을 따라 이동하는 대차를 갖는 포스트와; 포스트의 상단을 연결하여 3D 프린터를 안내하는 가이드와; 가이드를 따라 이동하면서 몰탈(mortar)을 토출하여 건축물을 프린팅 할 수 있으나, 건축 하고자 하는 장소에 대해 레일, 포스트, 가이드 및 노즐을 순차적으로 설치하고, 작업이 완료된 후 다시 역순으로 해체해야 하는 번거로움으로 인해 비용 및 코스트 증가에 문제점이 있다.

KR 10-1636673 B1 KR 10-2018-0087486 A KR 10-2018-0055152 A

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 이동대차에 대한 수직포스트를 회전 가능하게 접이식으로 구성하여 기존에 비해 설치 및 철거를 간편하고, 이동이 가능하여 적재 및 운송이 가능하며, 유지보수 및 최소 인원으로 운영이 가능하여 운영비 및 인건비를 절감할 수 있는 건축용 3D 프린터를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상호 이격 배치되며, 소정의 길이를 갖는 두 개의 레일프레임과; 상기 레일프레임을 따라 상부에 왕복으로 이동 가능하게 각각 구비되는 이동대차와; 상기 이동대차의 상부에 수직으로 연장 설치되는 수직프레임과; 상기 두 개의 레일프레임과 같이 이격 배치되는 상기 수직프레임을 상호 수평으로 이음 연결하는 수평프레임과; 상기 수평프레임에 길이 방향을 따라 왕복 가능하게 구비되어 작업자의 설정에 따라 지면에 대응해 몰탈을 배출하여 건물의 벽체를 증축하는 노즐장치를 포함하여 구성되며, 상기 이동대차와 수직프레임의 사이에는 상기 이동대차로부터 상기 수직프레임을 레일프레임 방향으로 폴딩 작동시키는 회전장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 3D 프린터를 제공한다.

그리고, 상기 레일프레임의 하단에는 지면에 이동 가능하도록 길이 방향을 따라 간격을 두고 하단에 복수의 바퀴를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 기존에 비해 설치 및 철거를 간편하고, 이동이 가능하여 적재 및 운송이 가능하며, 유지보수 및 최소 인원으로 운영이 가능하여 운영비 및 인건비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 건축용 3D 프린터를 나타내는 평면 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 건축용 3D 프린터를 나타내는 평단면 구성도.
도 3 및 도4는 본 발명에 따른 건축용 3D 프린터의 작동상태를 나타내는 정면 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 건축용 3D 프린터의 작동상태를 나타내는 측면 구성도.

이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 건축용 3D 프린터는 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상호 이격 배치되며, 소정의 길이를 갖는 두 개의 레일프레임(100)과; 상기 레일프레임(100)을 따라 상부에 왕복으로 이동 가능하게 각각 구비되는 이동대차(200)와; 상기 이동대차(200)의 상부에 수직으로 연장 설치되는 수직프레임(300)과; 상기 두 개의 레일프레임(100)과 같이 이격 배치되는 상기 수직프레임(300)을 상호 수평으로 이음 연결하는 수평프레임(400)과; 상기 수평프레임(400)에 길이 방향을 따라 왕복 가능하게 구비되어 작업자의 설정에 따라 지면에 대응해 몰탈을 배출하여 건물의 벽체를 증축하는 노즐장치(600)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 5에 의하면, 상기 이동대차(200)와 수직프레임(300)의 사이에는 상기 이동대차(200)로부터 상기 수직프레임(300)을 레일프레임(100) 방향으로 폴딩 작동시키는 회전장치(500)를 포함할 수 있다.

따라서, 이동대차(200)에 구성된 회전장치(500)를 통해 3D 프린팅을 위해 수직프레임(300)을 수직으로 세우거나, 레일프레임(100)과 동일 방향으로 눕힐 수 있다.

도 5에 의하면, 상기 레일프레임(100)의 하단에는 지면에 이동 가능하도록 길이 방향을 따라 간격을 두고 하단에 복수의 바퀴(120)를 포함할 수 있다.

즉, 운송을 위한 상하차 또는 컨테이너에 쉽게 적재할 수 있도록 바퀴(120)를 통해 이동 가능하게 구성하고, 폴딩된 상태에서 체적을 최대로 줄여 용이하게 운송이 가능하므로 운송비용을 절감할 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시와 같이, 수평프레임(400)을 접이 방식으로 구성하여 운송을 적재를 위해 체적을 더욱 줄일 수 있다.

상기 수평프레임(400)은 동일 길이를 갖는 제1수평바(410) 및 제2수평바(420)가 상호 힌지 방식으로 링크 연결되어 접철 가능한 구조를 제안할 수 있다.

상기와 같은 구성되는 본 발명에 대해 도면을 참조하여 작동 관계를 설명한다.

도 5에 도시와 같이, 이동대차(200)에 회전장치(500)를 통해 레일프레임(100)과 평행 위치에 있는 수직프레임(300)을 수직으로 거치한다.

도 4에 도시와 같이, 제1수평바(410) 및 제2수평바(420)의 접이 상태에서 도 3과 같이 링크를 펼쳐 길게 수평프레임(400)을 연장하여 수직프레임(300)의 수직 길이 방향을 따라 수평프레임(400)의 승강 가능하게 구성되어 건물의 벽체를 적층하는 동안 단계별로 상승할 수 있다.

그리고, 수평프레임(400)의 길이 방향을 따라 이동하는 노즐장치(600)를 통해 몰탈이 적층되는 위치에 따라 평면 이동으로 한 층을 적층하면 다음 층으로 상승하여 몰탈이 고형화되는 동안 다음 층을 적층할 수 있다.

반대로, 제1수평바(410) 및 제2수평바(420)를 접어 3D 프린터의 가로 폭을 줄이고, 회전장치(500)의 작동을 통해 수직프레임(300)을 레일프레임(100)과 평행하여 하여 새로 폭을 줄여 전체적인 체적을 최소화하여 작업자가 1명 또는 2명으로 전체적은 작업을 수행할 수 있어 인건비를 절감할 수 있다.

상기 레일프레임(100)의 상부에는 상기 회전장치(500)에 의해 상기 수직프레임(300)이 레일프레임(100)과 평행하게 위치되는 되었을 때, 수직프레임(300)의 상측 일 부분을 안정적으로 받쳐줄 수 있도록 레일프레임(100)을 따라 이동 가능하게 지지대차(210)가 더 구비될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 기존에 비해 설치 및 철거를 간편하고, 이동이 가능하여 적재 및 운송이 가능하며, 유지보수 및 최소 인원으로 운영이 가능하여 운영비 및 인건비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100: 레일프레임 120: 바퀴
200: 이동대차 300: 수직프레임
400: 수평프레임 600: 노즐장치
500: 회전장치 410: 제1수평바
420: 제2수평바

Claims (3)

1. 상호 이격 배치되며, 소정의 길이를 갖는 두 개의 레일프레임(100)과;
   상기 레일프레임(100)을 따라 상부에 왕복으로 이동 가능하게 각각 구비되는 이동대차(200)와;
   상기 이동대차(200)의 상부에 수직으로 연장 설치되는 수직프레임(300)과;
   상기 두 개의 레일프레임(100)과 같이 이격 배치되는 상기 수직프레임(300)을 상호 수평으로 이음 연결하는 수평프레임(400)과;
   상기 수평프레임(400)에 길이 방향을 따라 왕복 가능하게 구비되어 작업자의 설정에 따라 지면에 대응해 몰탈을 배출하여 건물의 벽체를 증축하는 노즐장치(600)를 포함하여 구성되며,
   상기 이동대차(200)와 수직프레임(300)의 사이에는,
   상기 이동대차(200)로부터 상기 수직프레임(300)을 레일프레임(100) 방향으로 폴딩 작동시키는 회전장치(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 3D 프린터.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 레일프레임(100)의 하단에는,
   지면에 이동 가능하도록 길이 방향을 따라 간격을 두고 하단에 복수의 바퀴(120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 3D 프린터.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 수평프레임(400)은,
   동일 길이를 갖는 제1수평바(410) 및 제2수평바(420)가 상호 힌지 방식으로 링크 연결되어 접철 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 건축용 3D 프린터.

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