• Advances in concrete construction
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• 제8권2호
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• pp.155-163
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• 2019

The objective of this study was to derive a cementitious material for three-dimensional (3D) concrete printing that fulfills key performance functions, extrudability, buildability and bondability for 3D concrete printing. For this purpose, the rheological properties shown by different compositions of cement paste, the most fundamental component of concrete, were assessed, and the correlation between the rheological properties and key performance functions was analyzed. The results of the experiments indicated that the overall properties of a binder have a greater influence on the yield stress than the plastic viscosity. When the performance of a cementitious material for 3D printing was considered in relation with the properties of a binder, a mixture with FA or SF was thought to be more appropriate; however, a mixture containing GGBS was found to be inappropriate as it failed to meet the required function especially, buildability and extrudability. For a simple quantitative evaluation, the correlation between the rheological parameters of cementitious materials and simplified flow performance test results-time taken to reach T-150 and the number of hits required to reach T-150-in consideration of the flow of cementitious materials was compared. The result of the analysis showed a high reliability for the correlation between the rheological parameters and the time taken to reach T-150, but a low reliability for the number of hits needed for the fluid to reach T-150. In conclusion, among several performance functions, extrudability and buildability were mainly assessed based on the results obtained from various formulations from a rheological perspective, and the suitable formulations of composite materials for 3D printing was derived.

• 산업경영시스템학회지
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• 제44권3호
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• pp.10-21
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• 2021

Recently, the demand for atypical structures with functions and sculptural beauty is increasing in the construction industry. Existing mold-based structure production methods have many advantages, but building complex atypical structures represents limitations due to the cost and technical characteristics. Production methods using molding are suitable for mass production systems, but production cost, construction period, construction cost, and environmental pollution can occur in small quantity batch production. The recent trend in the construction industry calls for new construction methods of customized small quantity batch production methods that can produce various types of sophisticated structures. In addition to the economic effects of developing related technologies of 3D Concrete Printers (3DCP), it can enhance national image through the image of future technology, the international status of the construction civil engineering industry, self-reliance, and technology export. Until now, 3DCP technology has been carried out in producing and utilizing residential houses, structures, etc., on land or manufacturing on land and installing them underwater. The final purpose of this research project is to produce marine structures by directly printing various marine structures underwater with 3DCP equipment. Compared to current underwater structure construction techniques, constructing structures directly underwater using 3DCP equipment has the following advantages: 1) cost reduction effects: 2) reduction of construct time, 3) ease of manufacturing amorphous underwater structures, 4) disaster prevention effects. The core element technology of the 3DCP equipment is to extrude the transferred composite materials at a constant quantitative speed and control the printing flow of the materials smoothly while printing the output. In this study, the extruding module of the 3DCP equipment operates underwater while developing an extruding module that can control the printing flow of the material while extruding it at a constant quantitative speed and minimizing the external force that can occur during underwater printing. The research on the development of 3DCP equipment for printing concrete structures underwater and the preliminary experiment of printing concrete structures using high viscosity low-flow concrete composite materials is explained.

• International Journal of Internet, Broadcasting and Communication
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• 제12권3호
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• pp.74-86
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• 2020

This study discussesresearch and development of large-sized 3D printers that can be applied to construction and civil engineering for various designs of protective casing on foam liner for concrete exteriors. The consistent use of concrete represents the current surroundings. However, concrete exteriors in Korea have not considered the regional characteristics, but the concrete has been poured solely for economical aspects for the last decade or two. There are many cases of poor installation and not enough design development projects to correct it. This study was conducted to apply various patterns, regional characteristics, and 3D printing for protective casing design for foam liner to create various designs for the concrete walls. Therefore, we started researching on a large 3D printer, and designed and developed this system. Considering the chronological process, the properties of concrete structures were identified, the application of designs for concrete in Korea and abroad and the 3D printing materials for the protective casing were surveyed and analyzed, and a stereotype was produced in the first year to study designs for the beauty of concrete surfaces. In the second year, images of regional characteristics were gathered, design ideas for regional promotion were derived, virtual images were produced along with design modeling to simulate the appearances, and verify the effect of application and promotion. Finally, in the third year, the 3D printer for concrete foam liner was constantly improved to analyze the 3D printing program and the various library elements to complete an actual large-sized 3D printer.

• 산업경영시스템학회지
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• 제45권3호
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• pp.66-77
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• 2022

Digitization and automation technologies have rapidly maximized productivity and efficiency in all industries over the past few decades. Construction automation technology has either stagnated over the same period or has not kept pace with overall economic productivity. According to the research studies up to now, the output of concrete structures using coarse aggregates (8mm or more) is very limited due to the limitations of equipment and materials. In this study, information on the development process of 3DCP equipment that can print concrete structures with the printing width (100 mm or more) and printing thickness (30 mm or more) using a 3DCP material mixed with coarse aggregate (8 mm or more) is provided. To verify the performance of the developed 3DCP equipment, experimental data are provided on output variables, the number of layers, and the inter-layer printing time interval. The evaluation and verification data of various mechanical properties (compressive and splitting tensile strength) of printed materials using coarse aggregates are provided.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제37권1호
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• pp.33-40
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• 2024

해양폐기물 중 하나인 패각의 발생량은 매년 증가하고 있으나, 대부분이 해안 근처에 야적되거나 방치되어 환경적·사회적으로 문제가 되고 있다. 천연 골재 부존량 감소에 따른 골재 대체재로서 패각이 사용된다면 재료 수송에 따른 물류비용을 효과적으로 감축시킬 수 있어 자원 재활용을 활성화할 수 있다. 본 연구에서는 3D 콘크리트 프린팅 기술을 활용한 해양 구조물의 건설 재료로서 패각 잔골재의 사용 가능성을 분석하였다. 패각을 활용한 3D 프린팅 콘크리트는 패각 잔골재와 시멘트 풀 계면 등의 공극 요인으로 일반 콘크리트 대비 낮은 강도를 가지기 때문에 역학적 성능 평가를 위한 미세구조 특성 분석이 요구된다. 유동성, 출력성 및 적층성을 고려하여 3D 프린팅 콘크리트의 배합을 선정하였으며, 패각 잔골재를 활용한 3D 프린팅 콘크리트 시편의 물성과 미세구조를 분석하였다. 시편의 물성을 평가하기 위해 3D 프린터로 압축강도와 부착강도 시편을 제작하였고 강도 시험을 진행하였다. 미세구조를 분석하기 위해 고해상도 이미지를 얻을 수 있는 SEM 촬영을 수행하였으며, 히스토그램 기반 상 분리 방법을 적용하여 공극을 분리하였다. 패각 잔골재 종류에 따른 공극률을 확인하고 확률함수를 활용하여 공극 분포 특성을 정량화하였으며, 패각 잔골재의 종류에 따른 시편의 역학적 물성과 미세구조 특성 간의 상관관계를 확인하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.199-208
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• 2021

3D 프린팅 콘크리트의 출력성능 및 부재 강도는 물시멘트비(Water cement ratio, W/C)와 레이어의 프린팅 시간 간격(Printing Time Gap, PTG)에 의하여 큰 영향을 받을 수 있다. 이 연구에서는 W/C와 PTG를 변수로 하여 제작된 프린팅실험체와 몰드 실험체의 표면수분량과 전단부착강도와의 관계를 측정·고찰하였으며, 그 결과, 레이어표면수분량이 전단부착강도에 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 따라서, 3D 프린팅 출력 시 요구되는 레이어 계면 전단부착성능을 확보하기 위해서는 PTG에 따라 적절한 레이어표면수분량이 유지될 수 있도록 유의해야 하며, 레이어표면수분량에 영향을 줄 수 있는 여러 가지 프린팅 환경인자들 대한 후속 연구도 필요할 것으로 판단된다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제7권4호
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• pp.375-382
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• 2019

본 연구에서는 개발된 프린팅 재료 및 장비를 사용하여 대상 구조물의 시공성을 파악하기 위하여 기초 성능평가 프린팅 실험을 수행하였다. 3D 프린팅 콘크리트 구조물의 시공성은 콘크리트 필라멘트 재료 특성, 시공 프로세스 및 구조물의 기하특성에 영향을 받는다. 따라서, 콘크리트 구조물의 적층하는 동안의 시공성을 파악하기 위한 실험변수로서 노즐 이동속도(=80 및 100mm/s), 토출 버킷의 스크류 분당회전속도 (RPM) 및 구조물 벽체 길이의 변장비(1.67 및 5.00)를 고려하였다. 실험변수에 따른 3D 콘크리트 구조물의 최대 적층 수 및 파괴 패턴을 토대로 시공성을 분석하였다. 본 연구에서, 80mm/s의 노즐 이동속도 및 1.67의 변장비가 3D 프린팅 시공성에 유리함을 나타낸다. 또한, 적층 시 구조물 하단부의 상대변위측정을 통해 구조물의 전도 파괴 과정을 분석하였다.

• 한국건축시공학회:학술대회논문집
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• 한국건축시공학회 2019년도 추계 학술논문 발표대회
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• pp.68-69
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• 2019

Integrating 3D printing into architecture is gaining attention because it allows construction of construction structures without formwork. Among them, 3D printing construction materials must have high flow performance and at the same time ensure the performance that does not collapse during lamination. Therefore, in this study, we tried to determine the fluidity and lamination properties of mortar formulations, and set the thickener incorporation ratio as the formulation parameters. As a result of this experiment, it was confirmed that the lamination performance was secured from the thickening agent mixing rate of 1.5%.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제24권11호
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• pp.11-17
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• 2023

최근 건설 3D 프린팅 분야의 연구는 주로 장비와 재료에 집중되고 있다. 건설 분야에서 3D 프린팅 기술은 무인시공 등 경제적인 이점으로 인해 빠르게 성장하고 있지만 건축물의 안전을 확보하기 위한 3D 프린팅 건축물의 화재 성능에 대한 연구는 상대적으로 부족한 상황이다. 본 연구는 간이 내화시험에 의한 3D프린팅 벽체의 내화 성능을 평가하고 화재에 노출된 3D 프린팅 벽체의 차열성 및 차염성에 대하여 검토하였다. 이 연구 결과는 건설 산업에서 3D 프린팅 기술의 안전성과 신뢰성을 향상하는데 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 건축 구조물의 화재 안전 기준을 향상하고 미래 건설 프로젝트에서 3D 프린팅 기술의 활용을 확대할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제28권2호
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• pp.35-42
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• 2024

이 연구에서는 기중 및 수중환경에서 출력한 3DP 콘크리트에 대하여 적층성능과 역학적 특성평가를 수행하였다. 적층성능은 굳지 않은 콘크리트에서의 Green strength test와 적층 직후와 1시간에서의 높이와 처짐량으로 평가하였다. 배합 30분 후 콘크리트 압축강도는 5.0 kPa이며, 3시간 후의 압축강도는 7.9 kPa로 초기 강도 대비 1.6배 높았다. 적층 부재의 총 높이는 출력환경과 관계없이 설계 높이를 만족하였다. 적층 1 시간 후의 기중과 수중환경에서의 처짐량은 각각 1 mm와 0.2mm로 수중환경에서 처짐량이 작게 발생하였다. 겉보기 밀도는 A-M>A-P>UW-P 시험체 순으로 나타났으며, 이는 적층 콘크리트 출력과정 중에 콘크리트와 함께 혼합된 공기의 양이 많고 수중출력 시에는 콘크리트 내부로 물이 침투되어 밀도가 낮아진 것으로 판단된다. UW-P/A-P의 압축강도 비는 재령 1일에서는 0.86이었지만, 재령 7일을 기점으로 수중 제작 콘크리트의 압축강도가 높게 나타났다.