JP6030185B2 - 3dプリンティング装置及び方法、これを利用した鉄骨コンクリート構造物の施工方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1実施例による3Dプリンティング装置の構成図である。
図4は、本発明の第2実施例による3Dプリンティング装置の構成図である。
ベースフレーム200上にプリント原料を吐出してプリント層を形成する。
ベースフレーム200上に形成されたプリント層にマイクロ波を照射して硬化させる。
製作しようとする製品Pの3次元形状が形成されるときまで、前述したプリント層の形成段階(S10)とプリント層の硬化段階(S20)を繰り返す。
プリント層の形成及び硬化を繰り返して所望する3次元形状に製作された製品Pは、マイクロ波の照射または加熱や乾燥などの追加的な硬化過程を経たり、表面処理またはペインティング過程を経て最終製品に完成される。
図7は、本発明の第3実施例による3Dプリンティング装置の構成図である。
本発明の他の実施例として、作業場の床面に一対のレール2400が互い離隔して左右方向に長く設けられ、それぞれのレール2400の上に垂直フレーム2100がレール2400に沿って移動可能に設けられ得る。この際、垂直フレーム2100を横切って移動フレーム2300が昇降可能に設けられ、移動部3000は移動フレーム2300の一側に前後方向に移動可能に設けられる。この場合、移動部3000のx軸方向の移動は垂直フレーム2100がレール2400に沿って移動することによってなされ、y軸方向の移動は移動部3000が移動フレーム2300の長さ方向に沿って移動することによってなされ、z軸方向の移動は移動フレーム2300が垂直フレーム2100の高さ方向に沿って移動することによってなされる。この際、それぞれの移動はモータ(図示せず)の駆動またはシリンダ(図示せず)の作動を制御することによってなされることはもちろんである。
先に、粉末金属を噴射して鉄骨層20を形成する。この際、粉末金属は必要な硬度と素材費用などを考慮して適切に選択し得、例えばスチール種類またはアルミニウムやチタニウムなどの合金素材からなる。
コンクリート混合物を吐出してコンクリート層30を形成する。第1貯蔵槽6110から第1供給管6210を介して移動部3000に供給されたコンクリート混合物は押出ヘッド4000を介して吐出される。
コンクリート層30にマイクロ波を照射して硬化させる。マイクロ波照射部4200はコンクリート混合物が吐出される押出ヘッド4000の吐出口4100の一側に備えられ、移動部3000の移動時の吐出口4100の移動軌跡に沿ってコンクリート層30を硬化させる。
施工しようとする構造物の3次元形状が形成されるときまで、前述した段階(S100〜S300)を繰り返し行う。
200、2000 ベースフレーム
300、3000 移動部
400、4000 押出ヘッド
500、500’、4200 マイクロ波照射部
5000 噴射ノズル
5200 レーザ照射部
700、6000 原料供給部
800、7000 制御部
900 洗浄装置
Claims (14)
- ベースフレームと、
前記ベースフレームの上部に移動可能に設けられる移動部と、
前記移動部の一側に設けられ、前記ベースフレームの表面側にプリント原料であるコンクリート混合物を吐出する押出ヘッドと、
前記押出ヘッドの一側に備えられ、前記移動部の移動時に前記押出ヘッドと共に移動し、前記押出ヘッドを介して吐出された前記コンクリート混合物にマイクロ波を照射して硬化させるマイクロ波照射部を含む3Dプリンティング装置。 - 前記移動部の底面に前記押出ヘッドが軸回転可能に設けられ、前記押出ヘッドの底面には前記コンクリート混合物が吐出される吐出口と、前記マイクロ波照射部が備えられることを特徴とする請求項1に記載の3Dプリンティング装置。
- 前記押出ヘッドの一側に設けられ、高圧の洗浄水を噴射し、前記押出ヘッド内の残留混合物を除去する洗浄装置をさらに含み、前記洗浄装置は洗浄水を貯蔵する洗浄水貯蔵槽と、前記押出ヘッドの内周面に設置され、前記洗浄水を高圧で噴射する噴射ノズルと、前記洗浄水貯蔵槽から前記噴射ノズルに洗浄水を供給する供給ポンプと、前記洗浄水貯蔵槽の一側に設けられ、前記プリント原料を溶解させるための化学薬品が貯蔵される化学薬品貯蔵槽を含むことを特徴とする請求項1に記載の3Dプリンティング装置。
- 前記移動部の底面に、下方向に向かって設けられ、粉末金属を噴射する噴射ノズルをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の3Dプリンティング装置。
- 前記噴射ノズルは外周面の下段部が内側下向に傾斜するように形成される概ね円筒形の本体と、前記本体の下段の中央部に形成される噴射口と、本体の内部に形成されるレーザ照射部と、前記レーザ照射部と前記噴射口を連結し、レーザの照射方向をガイドする円筒形のガイド管と、前記ガイド管の外周面の周囲に沿って形成され、下段部が所定角度の内側下向に傾斜する流動管を含み、前記流動管を介して噴射される粉末金属が前記レーザ照射部から照射されるレーザによって焼結硬化されることを特徴とする請求項4に記載の3Dプリンティング装置。
- 前記押出ヘッドに前記プリント原料として前記コンクリート混合物を供給する第1原料供給部と、前記噴射ノズルに前記粉末金属を供給する第2原料供給部と、前記押出ヘッドに前記プリント原料として合成樹脂を供給する第3原料供給部をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の3Dプリンティング装置。
- 前記移動部の底面に回転プレートが回転可能に結合され、前記押出ヘッドと噴射ノズルが回転プレートに設けられることを特徴とする請求項2に記載の3Dプリンティング装置。
- 作業場の床面に互い離隔して一方向に長く設けられる一対のレールと、
前記一対のレールの上に前記レールに沿って移動可能にそれぞれ設けられる一対の垂直フレームと、
前記一対の垂直フレームを横切って昇降可能に設けられる移動フレームと、
移動フレームの一側に前後方向に移動可能に設けられる移動部と、
前記移動部の一側に設けられ、下側にプリント原料であるコンクリート混合物を吐出する押出ヘッドと、
前記押出ヘッドの一側に備えられ、前記移動部の移動時に前記押出ヘッドと共に移動し、前記押出ヘッドを介して吐出された前記コンクリート混合物にマイクロ波を照射して硬化させるマイクロ波照射部を含む3Dプリンティング装置。 - (a)ベースフレーム上にプリント原料としてコンクリート混合物を吐出してプリント層を形成する段階と、
(b)前記プリント層を硬化させる段階と、
(c)前記(a)段階と前記(b)段階を繰り返し行い印刷しようとする対象の3次元形状に前記プリント層を連続積層する段階を含み、前記(a)段階は(a−1)押出ヘッドにプリント原料を供給する段階と、(a−2)押出ヘッドを介して前記プリント原料をベースフレームの表面に吐出する段階を含み、
前記(b)段階は(b−1)制御部によってマイクロ波照射量を決定する段階と、(b−2)前記押出ヘッドの移動方向に沿ってマイクロ波照射部が共に移動しながら前記プリント層にマイクロ波を照射する段階を含み、
前記マイクロ波照射部は前記押出ヘッドの外周縁に前記押出ヘッドの移動方向に沿って複数備えられることを特徴とする3Dプリンティング方法。 - (d)前記押出ヘッドの内部に高圧の洗浄水を噴射し、残留プリント原料を洗浄して除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項9に記載の3Dプリンティング方法。
- 3Dプリンティング装置を利用した鉄骨コンクリート構造物の施工方法において、
噴射ノズルを介して粉末金属を噴射した後、レーザを照射することによって焼結硬化させて鉄骨層を形成し、押出ヘッドを介してコンクリート混合物を吐出した後、マイクロ波を照射することによって硬化させてコンクリート層を形成し、前記鉄骨層の形成と前記コンクリート層の形成を繰り返し行い、施工しようとする構造物の形状に連続積層し、前記コンクリート層を形成した後、洗浄装置に前記押出ヘッドの内部に高圧の洗浄水を噴射して残留コンクリート混合物を除去し、前記洗浄装置は洗浄水を貯蔵する洗浄水貯蔵槽と、前記押出ヘッドの内周面に設けられ、前記洗浄水を高圧で噴射する噴射ノズルと、前記洗浄水貯蔵槽から噴射ノズルに洗浄水を供給する供給ポンプと、前記洗浄水貯蔵槽の一側に設けられ、前記コンクリート混合物を溶解させるための化学薬品が貯蔵される化学薬品貯蔵槽を含むことを特徴とする3Dプリンティング装置を利用した鉄骨コンクリート構造物の施工方法。 - 3Dプリンティング装置を利用した鉄骨コンクリート構造物の施工方法において、
(a)押出ヘッドを介して合成樹脂を吐出した後、レーザを照射することによって硬化させて鉄骨外郭境界層を形成する段階と、
(b)押出ヘッドを介してコンクリート混合物を吐出した後、マイクロ波を照射することによって硬化させてコンクリート層を形成する段階と、
(c)噴射ノズルを介して粉末金属を噴射した後、レーザを照射することによって焼結硬化させて鉄骨層を形成する段階を含み、
前記(a)段階は、押出ヘッドを介して合成樹脂を吐出した後、レーザを照射することによって硬化させてコンクリート外郭境界層を形成する段階をさらに含み、
前記(a)段階ないし前記(c)段階を繰り返し行い施工しようとする構造物の形状に前記鉄骨層と前記コンクリート層を連続積層し、前記押出ヘッドと前記噴射ノズルが移動部の底面に回転可能に結合される回転プレートに設けられ、前記押出ヘッドの底面には前記コンクリート混合物が吐出される吐出口と前記マイクロ波を照射するマイクロ波照射部が備えられ、前記押出ヘッドは前記移動部に対して軸回転可能であることを特徴とする3Dプリンティング装置を利用した鉄骨コンクリート構造物の施工方法。 - 前記(b)段階は、前記押出ヘッドの内部に設けられる洗浄装置から高圧の洗浄水を噴射し、残留物を洗浄して除去する段階をさらに含み、前記洗浄装置は洗浄水を貯蔵する洗浄水貯蔵槽と、前記押出ヘッドの内周面に設けられ、前記洗浄水を高圧で噴射する噴射ノズルと、前記洗浄水貯蔵槽から前記噴射ノズルに洗浄水を供給する供給ポンプと、前記洗浄水貯蔵槽の一側に設けられ、前記コンクリート混合物を溶解させるための化学薬品が貯蔵される化学薬品貯蔵槽を含むことを特徴とする請求項12に記載の3Dプリンティング装置を利用した鉄骨コンクリート構造物の施工方法。
- 前記(c)段階は、レーザの照射による前記粉末金属の焼結硬化時に前記鉄骨外郭境界層が除去され、前記鉄骨層と前記コンクリート層が直接相互接合されることを特徴とする請求項12に記載の3Dプリンティング装置を利用した鉄骨コンクリート構造物の施工方法。
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