• 한국BIM학회 논문집
• /
• 제7권3호
• /
• pp.1-10
• /
• 2017

3D concrete printing technology builds structural components layer-by-layer with concrete extruded through a nozzle without using forms. This technology can simplify construction processes by optimizing design flexibility, construction time, and cost. Furthermore, the 3D printing technology is easy to make an irregularly shaped and function embedded building(or object) which is difficult to be constructed by conventional construction method. However, the 3D printing concrete is not suitable for current commercial standard and the material itself. It is also difficult to apply it to the construction site due to the lack of initial strength and the nozzle which is clogged during the process. The research of mix proportion design process for 3D printing concrete which differs from the conventional concrete is necessary in order to solve the problems. This paper aims to calculate the 3D printing concrete mix proportion design process based on the mix materials and performance information derived from the previous researches. Therefore, the usage variation range, mutual influence relationship, and the importance priority of the mix proportion are analyzed. Based on this results, the basic design process of 3D printing concrete which contains planning design phase, basic design phase and validating performance phase is suggested. We anticipate to confirm applicability verification about the actual production by referring to this 3D printing concrete mix proportion study. In the future, this study can be utilized for blueprint of the 3D printing concrete mix proportion.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제23권4호
• /
• pp.131-136
• /
• 2019

굳지 않은 콘크리트의 적층성은 콘크리트 3D 프린팅의 핵심 요소로써 필라멘트의 변형 및 붕괴 없이 일정한 높이로 적층하는 성능이다. 적층성은 항복응력과 밀접한 관련이 있으며, 항복응력이 높을수록 우수하다. 또한, 굳지 않은 콘크리트는 압출된 후 시간경과에 따라 경화되면서 전단응력이 증가하기 때문에 적층성이 높아지게 된다. 따라서, 콘크리트 3D 프린팅 시 굳지 않은 콘크리트의 적층성 확보를 위해서는 출력되는 레이어 사이의 적절한 시간 간격(Printing Time Gap, 이하 PTG)이 필요하다. PTG가 증가함에 따라 적층성은 증가하지만, PTG가 과다하게 커지면 출력된 레이어 간의 부착성능이 감소하며, 출력시간이 길어짐에 따라서 압출성능이 저하될 수 있다. 이 연구에서는 100 MPa급 고강도 콘크리트 배합에 적합한 적층성을 확보하기 위하여 PTG를 변수로 한 3D 프린팅 실험을 수행하였으며, 이와 더불어 콘크리트 3D 프린팅 방법을 유사하게 모사할 수 있는 모의 적층실험 방법의 유효성을 검토하기 위하여 모의 적층실험을 수행하였다.

• 한국건축시공학회:학술대회논문집
• /
• 한국건축시공학회 2022년도 봄 학술논문 발표대회
• /
• pp.65-66
• /
• 2022

In the construction industry, interest in technologies such as 3D Construction Printing (3DCP) is increasing, and research is being conducted continuously. In the case of atypical architecture, different shapes must be implemented, and the introduction of 3D printing technology is intended to solve it. Our researchers are conducting research to produce Free-form Concrete Panel (FCP). It automatically manufactures the FCP's formwork without any error with the design shape. At this time, the concrete nozzle based on the 3D printing technology is developed and the concrete is precisely extruded into the manufactured form to prevent the deformation of the formwork that can occur due to the concrete load. Therefore, in this study, the requirements for the development of 3D printing concrete nozzles for FCP manufacturing are analyzed. Based on the analyzed requirements, the first nozzle was developed. Such equipment is easy to shorten construction period and cost reduction in the atypical construction field, and is expected to be utilized as basic 3D printing equipment.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제36권6호
• /
• pp.407-414
• /
• 2023

본 논문에서는 다양한 분야에 적용할 수 있는 자동화 동시 인상 시스템을 3D 콘크리트 프린팅에 적용하여 동시 인상이 가능한 3D 콘크리트 프린팅 시스템으로 개발하였다. 개발된 시스템은 3D 콘크리트 프린팅 작업 중 측정되는 인상량을 피어슨 상관계수를 통해 분석하고, 유압시스템을 사분위수 기법으로 실시간 모니터링하여 안전하고 정밀한 인상이 가능하다. 이를 활용하면 3D 콘크리트 프린팅 구조물의 출력 품질을 확보함과 동시에 3D 콘크리트 프린팅의 규모보다 큰 구조물을 출력할 수 있다. 시스템의 성능을 평가하기 위해 기존의 3D 콘크리트 프린팅과 동시 인상이 가능한 3D 콘크리트 프린팅을 각각 이용하여 시편을 출력하였다. 출력된 시편은 3D 스캐너를 활용하여 측정하였다. 스캔한 시편의 층별 직경과 시편의 교차각을 측정하였으며, 분석을 통해 동시 인상이 가능한 3D 콘크리트 프린팅의 성능을 검증하였다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제21권10호
• /
• pp.386-392
• /
• 2020

3D 프린팅 콘크리트는 연속 적층 시 적층고가 높아짐에 따라 콘크리트의 자중이 증가되기 때문에 연속 적층성 확보를 위해 하단부 콘크리트가 적정 시간에 경화되어야 한다. 특히, 기온이 낮은 동절기의 경우 콘크리트의 경화속도가 늦어지게 되는데, 3D 프린팅 콘크리트 시공 중 하단부 콘크리트의 강도발현이 낮아 콘크리트의 자중을 버티지 못하게 되면 적층된 콘크리트가 무너지게 되는 문제가 발생된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 저온환경에서의 3D 프린팅 콘크리트의 초기강도를 증진이 필수적이다. 국내외 문헌에서는 Amine계, Nitrate계, Sodium계, Calcium계 등의 무기계 화학 첨가제를 사용하여 콘크리트의 초기강도를 증진시킨 사례가 보고되고 있다. 이에 본 연구에서는 Amine계, Nitrate계 및 Sodium계 조강형 첨가제 샘플 5종을 제작하여 그 성능을 평가하였고, 우수한 성능을 보인 샘플을 선별하여 이를 적용한 3D 프린팅 콘크리트의 초기강도 특성을 확인하였다. 그 결과 Nitrate계 첨가제 사용 시 10 ℃ 환경에서 기존 20 ℃ 환경의 3D 프린팅 콘크리트 배합대비 동등 이상의 초기강도 발현이 가능한 것을 확인할 수 있었다.

• Advances in concrete construction
• /
• 제11권2호
• /
• pp.141-149
• /
• 2021

This study is a basic research for evaluating the buildability of cementitious materials for three-dimensional (3D) printing. In the cement paste step, the thixotropy behavior according to the resting time, which represents the time interval between each layer, was analyzed. In addition, the relationship between the thixotropy behavior and 3D concrete printing buildability was derived by proposing a measurement method that simulates the 3D concrete printing buildup process. The analysis of the tendency of the thixotropy behavior according to the resting time revealed that the area of the hysteresis loop (AHyst) showed a tendency to increase and then converge as the resting time increased, which means hysteresis loop approach critical resting time for sufficient buildability. In the thixotropy behavior analysis that simulates the 3D concrete printing buildup process, the buildup ratio, which is the recovery rate of the shear stress, showed a tendency to increase and then converge as the resting time increased, which are similar results like hysteresis loop. It was concluded that AHyst and the buildup ratio can be used as parameters for determining the resting time, and they have close relationships with 3D concrete printing buildability.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제22권2호
• /
• pp.267-272
• /
• 2021

본 연구는 최근 증가하고 있는 건축물의 다양한 외벽 형상에 따라 적용이 가능한 비정형 건축물에의 적용을 위해 3D 프린팅 기법을 적용한 외장재의 제조를 위한 기초 연구로서 진행하였다. 3D 프린팅 외장재의 출력성과 적층성의 확보를 위하여 3D 프린팅 콘크리트를 몰드에 타설한 시험체와 급결제를 사용한 출력물 시험체의 단위중량과 강도특성을 분석하였다. 몰드에 타설한 콘크리트의 단위중량에 비하여 급결제를 사용한 3D 프린팅 콘크리트의 단위중량이 3.5%~5.0% 정도 감소하는 경향을 나타내었고, 압축강도는 몰드에 타설한 콘크리트의 압축강도에 비하여 3D 프린팅을 통한 출력물의 압축강도는 36%~46%정도 감소하는 경향을 나타냈다. 휨강도의 경우 몰드에 타설한 콘크리트의 압축강도에 비하여 3D 프린팅을 통한 출력물의 압축강도는 36%~46%정도 감소하는 경향을 나타냈다. 급결제를 사용한 3D 프린팅 콘크리트의 강도 특성에 관한 영향은 2.0~5.8%정도 감소하는 경향을 나타냈다. 따라서, 3D 프린팅 출력시 급결제의 사용에 따른 강도 특성에 영향은 출력에 의한 강도 특성의 감소 보다 적은 것으로 나타나 3D 프린팅 외장재 제조시 급결제의 사용이 가능한 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제28권1호
• /
• pp.24-31
• /
• 2024

기존 대부분의 3D 콘크리트 프린팅 연구는 모르타르를 재료로 활용하고 있다. 다만, 굵은 골재를 포함한 콘크리트에 비해 모르타르를 사용할 경우에는 높은 바인더 함량과 잔골재량으로 인하여 경제성이 저하될 수 밖에 없다. 따라서, 3D 프린팅 기술의 건설산업 적용 확대를 위해서는 굵은 골재를 사용한 콘크리트 3D 프린팅에 대한 연구가 요구된다. 본 연구에서는 굵은 골재가 포함된 3D 프린팅 용 콘크리트의 배합설계 프로세스를 제안하고자 하였다. 다양한 문헌연구 및 배합실험을 참고하여 3D 프린팅에 적합한 배합을 도출하였으며, 출력실험을 통하여 압출성을 검증하였다. 콘크리트 배합의 증점제(Viscosity modifying agent, VMA) 함량을 출력실험의 변수로 설정하였으며, 출력된 필라멘트의 치수 적합성, 골재분포도, 표면 품질을 평가하여 압출성능을 검증하였다. 실험결과, VMA의 함량이 높은 배합이 더 우수한 치수 적합성과 표면 품질을 보였으며, VMA 함량이 다름에도 불구하고 모든 배합에서 골재분포가 균등하게 나타났다. 실험결과를 바탕으로 굵은 골재가 포함된 콘크리트의 압출성을 향상 시킬 수 있는 배합설계 프로세스를 도출하였다.

• 한국공간구조학회논문집
• /
• 제15권3호
• /
• pp.61-68
• /
• 2015

A study on BRP(Building Rapid Printing) technology is in an initial stage although general 3d printers are being developed in a great speed and with fruitful outputs. Even some laboratories in advanced countries have difficulties in their research due to many technological restrictions and have not produced a practical output yet. This paper proposed distinct directions in which the research of this aera should be developed and this manifested four areas - printing speed, reinforcing tech, material tech and nozzle tech and those areas were proposed with concrete development alternatives and objects.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제35권4호
• /
• pp.227-233
• /
• 2022

3D 프린팅은 다수의 레이어(layer)를 적층하여 물체를 제작하는 기법으로, 복잡한 형상을 가지는 물체를 비교적 쉽게 제작할 수 있다. 이를 건설 산업에 접목한 3D 콘크리트 프린팅(3D concrete printing)은 콘크리트 타설 시 거푸집을 사용하지 않으며, 비교적 적은 작업량과 인력이 요구되므로 경제적인 시공이 가능하나, 출력된 3D 프린팅 콘크리트는 일반 콘크리트 대비 다소 낮은 강도가 예상된다. 따라서, 본 연구에서는 3D 프린팅 콘크리트 시편의 물성을 분석하였다. 3D 프린팅 콘크리트 시편 출력을 위해 Ultimaker Cura 소프트웨어로 형상 및 출력 경로를 설계하고, 이를 바탕으로 3D 프린터를 제어하는 G-code를 생성하였다. 연구에서 사용된 3D 프린터의 출력 성능과 콘크리트의 적층성, 유동성 등을 고려하여 최적의 배합비를 선정하였고, 시편 출력에 활용하였다. 시편 출력 시 동일한 치수를 가지는 몰드 시편을 함께 제작하여 비교·분석에 사용하였다. 각 시편의 물성은 휨강도 시험과 압축강도 시험을 통해 각각의 강도를 측정하였고, 비교·분석하여 3D 프린팅 콘크리트 시편의 물성을 확인하였다.