• 대한토목학회논문집
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• 제44권2호
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• pp.141-147
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• 2024

본 연구에서는 마이크로 CT 이미지를 활용하여 3D 프린팅 콘크리트의 공극분포 특성에 따른 인장파괴 강도를 확인하였다. 3D 프린팅 기법으로 출력된 콘크리트 구조물은 일반적인 시편과는 다르게 적층방향 및 필라멘트 접촉면의 존재에 따라 공극의 방향성을 갖는다. 이에 따라 3D 프린팅 콘크리트 시편의 공극분포를 확률론적 방법으로 분석하고, 유한요소기법을 통해 방향별 인장강도를 분석하였다. 3D 프린팅된 시편 내부의 공극이 방향성을 갖는 것을 확인하였고, 출력에 의한 미세구조 특성-강도의 영향성을 평가하였다. 본 연구는 마이크로 CT 이미지 기반의 공극 분포 특성을 분석하고 시뮬레이션을 활용한 기계적 물성 평가를 수행하여 보다 향상된 성능의 적층 구조물 설계 및 재료 개발에 활용하고자 한다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제9권3호
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• pp.338-347
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• 2021

본 논문은 층간 보강재를 보강한 3D 프린팅 콘크리트의 부착강도를 평가하기 위해 수행되었다. 겹침이음 길이에 따라 두 종류의 층간 보강 방법을 고려하였다. 첫 번째 방법은 층간 보강재의 겹침이음을 하지 않았으며, 두 번째 방법은 40mm의 겹침이음을 고려하였다. 또한, 기건양생 조건과 수중양생 조건의 서로 다른 양생 조건을 고려하였다. 실험 변수를 고려하여 3D 프린팅 콘크리트 시편의 압축강도, 쪼갬인장강도 및 휨인장강도를 세가지 하중 방향에서 측정하였다. 압축강도, 쪼갬인장강도 및 휨인장 강도는 하중방향에 영향을 받았다. 특히 3D 프린팅으로 제작한 콘크리트 시편의 층간 부착면에 인장력이 작용하면 쪼갬인장강도 및 휨인장강도가 크게 감소하였다. 그러나 층간 보강재가 보강된 층의 종방향으로 하중이 가해질 때, 프린팅된 시편의 휨인장강도 또는 부착강도는 크게 증가하였다. 또한 기건양생 조건의 휨인장강도 또는 부착강도는 감소하였으며, 기건 양생 조건에 의해 더 많은 공극의 형성을 유발하여 하중에 더 취약해지는 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권12호
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• pp.37-43
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• 2019

3D 프린팅 콘크리트는 거푸집 없이 시공이 가능하기 때문에 비정형 구조물 건설이 용이하고, 연속시공에 따른 공사시간 단축 및 공사현장 인력 감소로 인한 인건비 절감이 가능하다는 장점이 있지만, 외부에 노출된 상태로 시공을 하기 때문에 콘크리트 내외부의 수분 손실에 의한 수축균열이 발생확률이 크다는 문제점이 있어 3D 프린팅 콘크리트의 내구성 향상을 위해서는 3D 프린팅 콘크리트의 수축저감 방안이 필수적으로 요구된다. 이에 본 연구에서는 글리콜계 및 알콜계 수축저감제 샘플 7종을 제조하여 그 성능을 평가하였고, 우수한 성능을 보인 수축저감제 샘플을 선별하여 이를 적용한 3D 프린팅 콘크리트의 기초적 특성을 확인하였다. 그 결과 수축저감제 사용 시 기존의 3D 프린팅 콘크리트 대비 압축강도가 10% 이상 증진되었고, 수축량은 36% 이상 감소되었다. 3D 프린팅 콘크리트용 수축저감제의 적용으로 압축강도 증진 및 건조수축량 저감이 가능하기 때문에 기존의 3D 프린팅 콘크리트 대비 내구성 향상이 가능하여 고품질의 3D 프린팅 콘크리트의 제조가 가능할 것으로 기대된다.

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

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

• 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.

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

• 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.

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

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제6권3호
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• pp.174-181
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• 2018

본 연구에서는 프린트 층 사이에 부착에 초점을 두고 3D 프린팅 콘크리트의 구조거동 연구를 수행하였다. 3D 프린팅 콘크리트의 부착 및 인장강도 실험을 수행하고 일괄 타설 콘크리트 실험결과와 비교하였다. 실험변수는 콘크리트 층 사이의 프린트 시간차와 철근 보강 여부이다. 콘크리트 층 사이에는 공극이 존재하고 이에 따라, 강도 감소가 발생한다. 층 사이 대부분의 인장부착 강도 감소는 응력 집중과 프린트 시간차에 기인한다. 프린트 시간차가 24시간을 초과할 때 인장부착 강도의 감소는 구조거동에 영향을 미친다. 층 사이 철근 보강은 연성거동 증진에 유용하고 구조물의 갑작스런 파괴를 예방한다. 또한, 공극이 유발한 응력 집중에 기인한 휨 강도 감소는 횡방향 하중을 받는 3D 프린트 벽체 구조물 설계시에 고려되어야 한다.