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콘크리트 3D프린팅의 적층시간 간격에 따른 적층 성능
Buildability for Concrete 3D Printing According to Printing Time Gap 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.23 no.4, 2019년, pp.131 - 136  

이윤정 (서울시립대학교, 건축공학과) ,  송진수 (서울시립대학교, 건축공학과) ,  최승호 (서울시립대학교, 건축학부) ,  김강수 (서울시립대학교, 건축학부)

초록
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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.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Buildability of fresh concrete, a key element of Concrete 3D printing, is the ability to build filaments at a desirable height without excessive deformation or collapse. Buildability is closely related to yield stress, and the higher the yield stress, the better. Also, the shear stress of fresh conc...

주제어

표/그림 (12)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 콘크리트 3D프린팅의 PTG에 따른 적층 성능을 파악하기 위한 실험을 수행하였다. 이 연구를 통하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
  • 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.

가설 설정

  • 각 필라멘트의 목표 층 높이는 8 mm이며, 필라멘트를 프린팅 한 후 출력한 총 높이를 측정하여 목표 값과 실험 값을 비교하였다. 실험체의 항복은 적층 시 균열이 발생하거나 급격하게 수직변위가 증가하였을 때로 가정하였으며, 각 실험체의 항복한 시점(층수)과 변위를 비교하였다. 점도와 항복응력은 Brookfield Rheometer (DV3T)를 사용하여 측정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
압출성이란? Petit(2007)의 연구에 따르면 콘크리트 3D프린팅에서는 압출성과 적층성을 확보하는 것이 중요하다. 압출성은 굳지 않은 콘크리트를 끊어짐 없이 연속적으로 출력하는 성능이며, 적층성은 필라멘트를 변형 및 붕괴 없이 일정한 높이로 적층하는 성능이다. 이러한 압출성과 적층성은 굳지 않은 콘크리트의 레올로지 특성 중 점도 및 항복응력과 밀접한 관련이 있다.
콘크리트 3D프린팅의 장점은? 또한, 최근 수요가 증가하고 있는 비정형 건축물에서는 이러한 거푸집 작업을 한층 더 복잡하고 어렵게 하고 있다. 콘크리트 3D프린팅은 굳지 않은 상태의 콘크리트를 압출하고 적층하는 방식으로 시공이 가능하기 때문에 거푸집이 필요하지 않으며, 이에 따라 공사비 및 노동력을 절감하고 공사기간을 획기적으로 단축시킬 수 있다. 국외에서는 이러한 콘크리트 3D프린팅을 성공적으로 개발⋅적용한 사례가 다수 존재하며, 이미 상용화 단계에 접어들고 있다.
3D프린팅의 PTG에 따른 적층 성능을 파악하기 위하여 실험을 수행한 결과, 30초의 PTG로도 필라멘트의 강도가 발현되기에 충분한가? 1. 콘크리트 3D 프린팅 실험(P)과 모의 적층 실험(S)에서 PTG가 30초인 실험체들은 모두3층 적층시점에서 항복하였으며, 따라서, 30초의 PTG는 필라멘트의 강도가 발현되기에는 부족한 것으로 나타났다.
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