CA3231800A1 - Systeme d'extrusion de materiau de construction enrichi de granulats et/ou de fibres aciers pour fabrication additive de structures architecturales - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système d'extrusion de cordons de matériau de construction enrichi de granulats et/ou de fibres aciers, dit matériau chargé, pour robot de fabrication additive de structures architecturales comprenant : une tête d'impression (100) de cordons de matériau de construction comprenant une bouche d'entrée (110) de matériau et une buse de sortie (120) de matériau; un circuit d'alimentation (10) en matériau de ladite tête d'impression (100) comprenant un réservoir de stockage (20) de matériau chargé et une conduite d'alimentation (31) en matériau reliant ledit réservoir de stockage (20) et ladite tête d'impression (100); caractérisé en ce que ledit circuit d'alimentation (10) comprend au moins une pompe à pistons (40) montée sur ladite conduite d'alimentation (31) et en ce que ladite tête d'impression (100) comprend une vis sans fin (150) agencée entre ladite bouche d'entrée (110) et ladite buse de sortie (120) et configurée pour pouvoir extruder le matériau chargé de manière continue par ladite buse de sortie.
Description
I
DESCRIPTION
TITRE DE L'INVENTION : SYSTEME D'EXTRUSION DE MATERIAU
DE CONSTRUCTION ENRICHI DE GRANULATS ET/OU DE FIBRES
ACIERS POUR FABRICATION ADDITIVE DE STRUCTURES
Domaine technique de l'invention L'invention concerne un système de fabrication additive de matériaux de construction comprenant des granulats et/ou des fibres. L'invention concerne plus particulièrement un système d'extrusion de cordons de matériau de construction 10 comprenant des granulats et/ou des fibres pour robot de fabrication additive de structures architecturales.
Arrière-plan technologique L'impression 3D de matériaux de construction est une activité en plein essor pour laquelle le déposant a d'ores et déjà proposé de nombreuses innovations pour 15 améliorer les processus de fabrication.
Ainsi, le déposant a déjà proposé, notamment dans les demandes W02018/051370, W02018/229419, W02019/048752, W02019/038491 et W02019/025698 des systèmes d'extrusion de cordons de matériau cimentaire pour robot de fabrication additive de structures architecturales.
20 Dans tout le texte, les termes structures architecturales désignent à la fois des éléments de construction individuels (ponts, piliers, murs, mobiliers urbains, etc.), des structures complètes (bâtiments, maisons, immeubles, etc.) et des pièces architecturales diverses ( uvres artistiques, sculptures, etc.).
Dans tout le texte, on désigne par granulat , un fragment de roche, d'une 25 taille supérieure à 3 mm et inférieure à 50 mm, destiné à entrer dans la composition des matériaux adaptés à la fabrication d'ouvrages de travaux publics, de génie civil et des bâtiments. Un granulat peut aussi être désigné par le terme agrégat .
Dans tout le texte, les termes fibres aciers font référence à des fibres d'acier rigides ou souples présentant des dimensions de 1 cm à 10 cm de longueur.
DESCRIPTION
TITRE DE L'INVENTION : SYSTEME D'EXTRUSION DE MATERIAU
DE CONSTRUCTION ENRICHI DE GRANULATS ET/OU DE FIBRES
ACIERS POUR FABRICATION ADDITIVE DE STRUCTURES
Domaine technique de l'invention L'invention concerne un système de fabrication additive de matériaux de construction comprenant des granulats et/ou des fibres. L'invention concerne plus particulièrement un système d'extrusion de cordons de matériau de construction 10 comprenant des granulats et/ou des fibres pour robot de fabrication additive de structures architecturales.
Arrière-plan technologique L'impression 3D de matériaux de construction est une activité en plein essor pour laquelle le déposant a d'ores et déjà proposé de nombreuses innovations pour 15 améliorer les processus de fabrication.
Ainsi, le déposant a déjà proposé, notamment dans les demandes W02018/051370, W02018/229419, W02019/048752, W02019/038491 et W02019/025698 des systèmes d'extrusion de cordons de matériau cimentaire pour robot de fabrication additive de structures architecturales.
20 Dans tout le texte, les termes structures architecturales désignent à la fois des éléments de construction individuels (ponts, piliers, murs, mobiliers urbains, etc.), des structures complètes (bâtiments, maisons, immeubles, etc.) et des pièces architecturales diverses ( uvres artistiques, sculptures, etc.).
Dans tout le texte, on désigne par granulat , un fragment de roche, d'une 25 taille supérieure à 3 mm et inférieure à 50 mm, destiné à entrer dans la composition des matériaux adaptés à la fabrication d'ouvrages de travaux publics, de génie civil et des bâtiments. Un granulat peut aussi être désigné par le terme agrégat .
Dans tout le texte, les termes fibres aciers font référence à des fibres d'acier rigides ou souples présentant des dimensions de 1 cm à 10 cm de longueur.
2 Dans tout le texte, on désigne par matériau chargé , un matériau de construction enrichi de granulats et/ou de fibres aciers.
Les systèmes déjà proposés par le déposant apportent de nombreux avantages par rapport aux techniques traditionnelles parmi lesquels notamment la possibilité de pouvoir réaliser des formes complexes par ajout de couches successives de matériaux de construction, la rapidité des opérations de construction, la réduction des coûts et de la main d' oeuvre, une sécurité améliorée sur les chantiers, etc.
Ces systèmes comprennent en général une tête d'impression équipée d'une entrée de matériau de construction et une buse de sortie (ou d'extrusion) de matériau de construction, un circuit d'alimentation de la tête d'impression en matériau de construction comprenant un réservoir de stockage de matériau de construction, une conduite reliant le réservoir de stockage et l'entrée de la tête d'impression, et une pompe de gavage de la conduite par le matériau de construction issu du réservoir de stockage.
L'une des difficultés de l'impression 3D de matériaux de construction réside dans le fait que le matériau doit être fourni dans un état rhéologique compatible avec un pompage de ce matériau, c'est à dire suffisamment fluide pour pouvoir être pompé du réservoir de stockage et véhiculé vers la buse de sortie, alors que son état doit être assez visqueux (c'est à dire moins fluide) en aval de la buse de sortie pour pouvoir former une couche autoportante et susceptible de supporter la couche suivante.
Une autre difficulté est de maintenir un débit régulier du matériau permettant d'extruder des couches régulières de matériau de construction et donc de former des structures architecturales aux propriétés identiques à chaque couche et au sein d'une même couche.
Les techniques actuelles ne permettent pas d'extruder des matériaux enrichis de granulats et/ou de fibres aciers car ils abîment les équipements des systèmes d'impression, en particulier ceux liés au transport du matériau de construction entre le réservoir de stockage et la tête d'impression. Par exemple, les matériaux enrichis de fibres aciers piquent les organes des systèmes d'impression, et notamment les
Les systèmes déjà proposés par le déposant apportent de nombreux avantages par rapport aux techniques traditionnelles parmi lesquels notamment la possibilité de pouvoir réaliser des formes complexes par ajout de couches successives de matériaux de construction, la rapidité des opérations de construction, la réduction des coûts et de la main d' oeuvre, une sécurité améliorée sur les chantiers, etc.
Ces systèmes comprennent en général une tête d'impression équipée d'une entrée de matériau de construction et une buse de sortie (ou d'extrusion) de matériau de construction, un circuit d'alimentation de la tête d'impression en matériau de construction comprenant un réservoir de stockage de matériau de construction, une conduite reliant le réservoir de stockage et l'entrée de la tête d'impression, et une pompe de gavage de la conduite par le matériau de construction issu du réservoir de stockage.
L'une des difficultés de l'impression 3D de matériaux de construction réside dans le fait que le matériau doit être fourni dans un état rhéologique compatible avec un pompage de ce matériau, c'est à dire suffisamment fluide pour pouvoir être pompé du réservoir de stockage et véhiculé vers la buse de sortie, alors que son état doit être assez visqueux (c'est à dire moins fluide) en aval de la buse de sortie pour pouvoir former une couche autoportante et susceptible de supporter la couche suivante.
Une autre difficulté est de maintenir un débit régulier du matériau permettant d'extruder des couches régulières de matériau de construction et donc de former des structures architecturales aux propriétés identiques à chaque couche et au sein d'une même couche.
Les techniques actuelles ne permettent pas d'extruder des matériaux enrichis de granulats et/ou de fibres aciers car ils abîment les équipements des systèmes d'impression, en particulier ceux liés au transport du matériau de construction entre le réservoir de stockage et la tête d'impression. Par exemple, les matériaux enrichis de fibres aciers piquent les organes des systèmes d'impression, et notamment les
3 pompes de dosage, ce qui interdit leurs utilisations avec les systèmes actuels.
Aussi, il n'est pas possible d'utiliser les systèmes connus pour extruder des matériaux chargés en granulats sur des longues distances, c'est-à-dire de véhiculer le matériau de construction depuis un réservoir de stockage jusqu'à la tête 5 d'extrusion sur des longues distances, notamment des distances de l'ordre d'une dizaine de mètres car un tel matériau ne présente pas une rhéologie compatible avec les moyens de pompage mis en oeuvre dans le système, en particulier les pompes à
vis excentrée qui sont généralement mises en oeuvre pour véhiculer le matériau cimentaire vers la tête d'extrusion en minimisant les pulsations.
10 Il n'est donc pas possible à l'heure actuelle d'utiliser des matériaux enrichis de granulats et/ou de fibres aciers dans des systèmes d'extrusion 3D. La seule option consiste à ajouter directement en tête d'impression des granulats et/ou des fibres aciers, juste avant l'extrusion, mais le besoin d'un mix homogène associé aux problématiques de convoyage des granulats et/ou des fibres rend très compliqué, 15 voire impossible, une introduction de ces composants en bout d'effecteur.
Les inventeurs ont donc cherché à adapter les systèmes déjà proposés pour permettre leurs utilisations avec des matériaux chargés en granulats en vue de diminuer le retrait, la fissuration, l'empreinte écologique et le cout du matériau de construction dédié à la fabrication additive de structures architecturales complexes.
20 Les inventeurs ont aussi cherché à adapter les systèmes déjà proposés pour permettre leurs utilisations avec des matériaux chargés en fibres aciers en vue d'améliorer la résistance à la flexion et la ductilité des structures architecturales fabriquées avec un tel matériau.
Objectifs de l'invention 25 L'invention vise donc à fournir un système d'extrusion de matériau de construction enrichi en granulats et/ou en fibres aciers, dit matériau chargé.
L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un tel système qui permette le transport du matériau chargé sur une grande distance, en particulier sur une distance d'une dizaine de mètres.
30 L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un tel système qui permette une régularité de l'extrusion du matériau chargé.
Aussi, il n'est pas possible d'utiliser les systèmes connus pour extruder des matériaux chargés en granulats sur des longues distances, c'est-à-dire de véhiculer le matériau de construction depuis un réservoir de stockage jusqu'à la tête 5 d'extrusion sur des longues distances, notamment des distances de l'ordre d'une dizaine de mètres car un tel matériau ne présente pas une rhéologie compatible avec les moyens de pompage mis en oeuvre dans le système, en particulier les pompes à
vis excentrée qui sont généralement mises en oeuvre pour véhiculer le matériau cimentaire vers la tête d'extrusion en minimisant les pulsations.
10 Il n'est donc pas possible à l'heure actuelle d'utiliser des matériaux enrichis de granulats et/ou de fibres aciers dans des systèmes d'extrusion 3D. La seule option consiste à ajouter directement en tête d'impression des granulats et/ou des fibres aciers, juste avant l'extrusion, mais le besoin d'un mix homogène associé aux problématiques de convoyage des granulats et/ou des fibres rend très compliqué, 15 voire impossible, une introduction de ces composants en bout d'effecteur.
Les inventeurs ont donc cherché à adapter les systèmes déjà proposés pour permettre leurs utilisations avec des matériaux chargés en granulats en vue de diminuer le retrait, la fissuration, l'empreinte écologique et le cout du matériau de construction dédié à la fabrication additive de structures architecturales complexes.
20 Les inventeurs ont aussi cherché à adapter les systèmes déjà proposés pour permettre leurs utilisations avec des matériaux chargés en fibres aciers en vue d'améliorer la résistance à la flexion et la ductilité des structures architecturales fabriquées avec un tel matériau.
Objectifs de l'invention 25 L'invention vise donc à fournir un système d'extrusion de matériau de construction enrichi en granulats et/ou en fibres aciers, dit matériau chargé.
L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un tel système qui permette le transport du matériau chargé sur une grande distance, en particulier sur une distance d'une dizaine de mètres.
30 L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un tel système qui permette une régularité de l'extrusion du matériau chargé.
4 L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un tel système qui permette une extrusion en continu du matériau de construction chargé.
L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un
L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un
5 tel système qui permette une extrusion à haut débit du matériau chargé.
L'invention vise enfin à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un tel système qui permettre de diminuer le retrait, la fissuration, l'empreinte écologique et/ou le cout du matériau de construction utilisé pour fabriquer une structure architecturale complexe.
10 L'invention vise enfin à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un tel système qui permettre d'améliorer la résistance à la flexion et la ductilité des structures architecturales fabriquées.
Exposé de l'invention Pour ce faire, l'invention concerne un système d'extrusion de cordons de 15 matériau de construction enrichi de fragments de roche, d'une taille supérieure à 3 mm et inférieure à 50 mm, dits granulats, et/ou de fibres d'aciers rigides ou souples présentant des dimensions de 1 cm à 10 cm de longueurõ dit matériau chargé, pour robot de fabrication additive de structures architecturales comprenant :
- une tête d'impression de cordons de matériau de construction 20 comprenant une bouche d'entrée de matériau et une buse de sortie configurée pour former des cordons de matériau, ladite tête d'impression étant destinée à être déplacée par le robot de fabrication additive selon une trajectoire prédéterminée pour former une structure architecturale par empilement de couches desdits cordons extrudés, 25 - un circuit d'alimentation en matériau de ladite tête d'impression comprenant un réservoir de stockage de matériau chargé et une conduite d'alimentation en matériau reliant ledit réservoir de stockage et ladite tête d'impression.
Le système d'extrusion selon l'invention est caractérisé en ce que ledit 30 circuit d'alimentation comprend au moins une pompe à pistons montée sur ladite conduite d'alimentation et configurée pour permettre le transport du matériau chargé depuis le réservoir de stockage jusqu'à ladite tête d'impression sans réglage contrôlé du débit.
Le système d'extrusion selon l'invention est aussi caractérisé en ce que ladite tête d'impression comprend une vis sans fin agencée entre ladite bouche 5 d'entrée et ladite buse de sortie et configurée pour pouvoir extruder le matériau chargé de manière continue par ladite buse de sortie.
Le système selon l'invention permet ainsi, par la combinaison d'au moins une pompe à pistons destinée au transport du matériau de construction chargé
au sein du circuit d'alimentation et d'une vis sans fin destinée à l'extrusion du matériau 10 chargé au sein de la tête d'impression (aussi désignée par la terminologie tête d'extrusion dans le texte), de transporter le matériau chargé sur de longues distances sans contraintes de débit notamment, et d'extruder de manière continue le matériau chargé par la présence d'une vis sans fin logée dans la tête d'impression en amont de la buse d'extrusion.
15 En d'autres termes, l'invention est remarquable en ce que le transport et l'extrusion du matériau sont scindés en deux sous-ensembles distincts mais qui coopèrent l'un avec l'autre pour permettre le transport et l'extrusion d'un matériau enrichi de granulats et/ou de fibres aciers.
Le système selon l'invention permet donc de contourner les limitations de 20 l'art antérieur qui imposaient d'adapter la rhéologie et la composition du matériau aux contraintes de transport et de contrôler directement le dosage du matériau par des pompes de dosage à vis excentrée au sein du circuit d'alimentation et incompatibles avec un matériau chargé. Pour les matériaux chargés, la seule solution disponible était d'ajouter directement les granulats dans la tête 25 d'impression, sans pouvoir véhiculer le matériau dans un circuit d'alimentation, en particulier sur de longues distances. Dans l'invention, le contrôle de la dépose du matériau est fait directement dans la tête d'extrusion par une vis sans fin et le transport du matériau chargé sur une longue distance et à haut débit est permis par l'utilisation de pompe à pistons.
30 Selon l'invention, la pompe à piston utilisée peut être de tout type connu. Il peut s'agir d'une pompe à pistons axiaux, d'une pompe à pistons radiaux, etc.
L'invention vise enfin à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un tel système qui permettre de diminuer le retrait, la fissuration, l'empreinte écologique et/ou le cout du matériau de construction utilisé pour fabriquer une structure architecturale complexe.
10 L'invention vise enfin à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un tel système qui permettre d'améliorer la résistance à la flexion et la ductilité des structures architecturales fabriquées.
Exposé de l'invention Pour ce faire, l'invention concerne un système d'extrusion de cordons de 15 matériau de construction enrichi de fragments de roche, d'une taille supérieure à 3 mm et inférieure à 50 mm, dits granulats, et/ou de fibres d'aciers rigides ou souples présentant des dimensions de 1 cm à 10 cm de longueurõ dit matériau chargé, pour robot de fabrication additive de structures architecturales comprenant :
- une tête d'impression de cordons de matériau de construction 20 comprenant une bouche d'entrée de matériau et une buse de sortie configurée pour former des cordons de matériau, ladite tête d'impression étant destinée à être déplacée par le robot de fabrication additive selon une trajectoire prédéterminée pour former une structure architecturale par empilement de couches desdits cordons extrudés, 25 - un circuit d'alimentation en matériau de ladite tête d'impression comprenant un réservoir de stockage de matériau chargé et une conduite d'alimentation en matériau reliant ledit réservoir de stockage et ladite tête d'impression.
Le système d'extrusion selon l'invention est caractérisé en ce que ledit 30 circuit d'alimentation comprend au moins une pompe à pistons montée sur ladite conduite d'alimentation et configurée pour permettre le transport du matériau chargé depuis le réservoir de stockage jusqu'à ladite tête d'impression sans réglage contrôlé du débit.
Le système d'extrusion selon l'invention est aussi caractérisé en ce que ladite tête d'impression comprend une vis sans fin agencée entre ladite bouche 5 d'entrée et ladite buse de sortie et configurée pour pouvoir extruder le matériau chargé de manière continue par ladite buse de sortie.
Le système selon l'invention permet ainsi, par la combinaison d'au moins une pompe à pistons destinée au transport du matériau de construction chargé
au sein du circuit d'alimentation et d'une vis sans fin destinée à l'extrusion du matériau 10 chargé au sein de la tête d'impression (aussi désignée par la terminologie tête d'extrusion dans le texte), de transporter le matériau chargé sur de longues distances sans contraintes de débit notamment, et d'extruder de manière continue le matériau chargé par la présence d'une vis sans fin logée dans la tête d'impression en amont de la buse d'extrusion.
15 En d'autres termes, l'invention est remarquable en ce que le transport et l'extrusion du matériau sont scindés en deux sous-ensembles distincts mais qui coopèrent l'un avec l'autre pour permettre le transport et l'extrusion d'un matériau enrichi de granulats et/ou de fibres aciers.
Le système selon l'invention permet donc de contourner les limitations de 20 l'art antérieur qui imposaient d'adapter la rhéologie et la composition du matériau aux contraintes de transport et de contrôler directement le dosage du matériau par des pompes de dosage à vis excentrée au sein du circuit d'alimentation et incompatibles avec un matériau chargé. Pour les matériaux chargés, la seule solution disponible était d'ajouter directement les granulats dans la tête 25 d'impression, sans pouvoir véhiculer le matériau dans un circuit d'alimentation, en particulier sur de longues distances. Dans l'invention, le contrôle de la dépose du matériau est fait directement dans la tête d'extrusion par une vis sans fin et le transport du matériau chargé sur une longue distance et à haut débit est permis par l'utilisation de pompe à pistons.
30 Selon l'invention, la pompe à piston utilisée peut être de tout type connu. Il peut s'agir d'une pompe à pistons axiaux, d'une pompe à pistons radiaux, etc.
6 Une ou plusieurs pompes à pistons peuvent être utilisées selon la longueur de la conduite d'alimentation reliant fluidiquement le réservoir de stockage et la tête d'extrusion.
Un système selon l'invention permet donc, dans le cas d'un matériau enrichi 5 de granulats, de diminuer le retrait, la fissuration, l'empreinte écologique et le cout du matériau de construction utilisé pour fabriquer une structure architecturale.
Un système selon l'invention permet également, dans le cas d'un matériau enrichi de fibres aciers, d'améliorer la résistance à la flexion et la ductilité des structures architecturales fabriquées.
Avantageusement et selon l'invention, ledit réservoir de stockage comprend des moyens de malaxage d'une pluralité de composants pour pouvoir former ledit matériau chargé.
Selon cette variante, le réservoir de stockage forme aussi le réservoir dans 15 lequel le matériau enrichi de granulats et/ou de fibres aciers est formé. Pour ce faire, le réservoir comprend des moyens de malaxage d'une pluralité de matériaux ou composants entrant dans la composition du matériau de construction chargé. Ces composants sont par exemple choisis dans la liste comprenant l'eau, des adjuvants, des fibres aciers, des agrégats, du sable, des liants hydrauliques et des géopolymères. Les moyens de malaxage sont par exemple formés d'un arbre motorisé s'étendant longitudinalement dans le réservoir et portant des pales latérales permettant le mélange des composants par la mise en rotation de l'arbre portant les pales.
25 Selon une autre variante de l'invention, le système comprend un réservoir dédié au malaxage relié fluidiquement au réservoir de stockage. Dans cette variante, les moyens de malaxage mentionnés précédemment sont logés dans le réservoir dédié au malaxage et le matériau malaxé est véhiculé vers le réservoir de stockage par gravité par exemple.
Avantageusement et selon l'invention, le réservoir de stockage comprend en
Un système selon l'invention permet donc, dans le cas d'un matériau enrichi 5 de granulats, de diminuer le retrait, la fissuration, l'empreinte écologique et le cout du matériau de construction utilisé pour fabriquer une structure architecturale.
Un système selon l'invention permet également, dans le cas d'un matériau enrichi de fibres aciers, d'améliorer la résistance à la flexion et la ductilité des structures architecturales fabriquées.
Avantageusement et selon l'invention, ledit réservoir de stockage comprend des moyens de malaxage d'une pluralité de composants pour pouvoir former ledit matériau chargé.
Selon cette variante, le réservoir de stockage forme aussi le réservoir dans 15 lequel le matériau enrichi de granulats et/ou de fibres aciers est formé. Pour ce faire, le réservoir comprend des moyens de malaxage d'une pluralité de matériaux ou composants entrant dans la composition du matériau de construction chargé. Ces composants sont par exemple choisis dans la liste comprenant l'eau, des adjuvants, des fibres aciers, des agrégats, du sable, des liants hydrauliques et des géopolymères. Les moyens de malaxage sont par exemple formés d'un arbre motorisé s'étendant longitudinalement dans le réservoir et portant des pales latérales permettant le mélange des composants par la mise en rotation de l'arbre portant les pales.
25 Selon une autre variante de l'invention, le système comprend un réservoir dédié au malaxage relié fluidiquement au réservoir de stockage. Dans cette variante, les moyens de malaxage mentionnés précédemment sont logés dans le réservoir dédié au malaxage et le matériau malaxé est véhiculé vers le réservoir de stockage par gravité par exemple.
Avantageusement et selon l'invention, le réservoir de stockage comprend en
7 outre des moyens d'agitation du réservoir pour permettre la mise en forme du matériau chargé dans un état compatible avec son transport par ladite conduite d'alimentation.
Selon cette variante, le réservoir de stockage comprend par exemple une 5 trémie conique reliée fluidiquement d'une part au réservoir de malaxage (dans le cas où le système est équipé d'un tel réservoir dédié) pour pouvoir recevoir le matériau chargé malaxé et d'autre part à la conduite d'alimentation de la tête d'impression pour pouvoir alimenter la conduite en matériau de construction.
Le réservoir de stockage est de préférence équipé de moyens d'agitation du réservoir 10 permettant de mettre le matériau dans un état compatible avec le pompage vers la conduite d'alimentation. En combinaison, le réservoir est de préférence équipé
de moyens de poussée du matériau vers la conduite d'alimentation, ce qui permet notamment de pousser les matériaux non auto-plaçant dans la conduite d'alimentation. Ces moyens de poussée sont par exemple formés par des pales 15 portées par un arbre motorisé et orientées de manière à pouvoir animer le matériau vers la conduite d'alimentation.
Avantageusement et selon l'invention, ladite tête d'impression comprend en outre une cuve de rétention agencée entre la bouche d'entrée et la vis sans fin et 20 équipée de moyens d'agitation et/ou de poussée et/ou de vibration de ladite cuve pour faciliter l'extrusion du matériau chargé par ladite vis sans fin.
Selon cette variante, la tête d'impression comprend une cuve de rétention dans laquelle débouche la conduite d'alimentation du circuit d'alimentation par la bouche d'entrée. Cette cuve est par exemple munie d'une tige de mélange qui 25 s'étend longitudinalement entre la bouche d'entrée et la vis sans fin.
Cette tige de mélange est par exemple munie de pales latérales permettant d'agiter le matériau avant son extrusion par la vis sans fin. Selon une variante, la tige de mélange et la vis sans fin partagent le même arbre mécanique, mis en rotation par des moyens motorisés. Selon une variante, les pales sont en outre orientées vers la vis sans fin 30 de manière à pouvoir animer le matériau vers la vis sans fin.
Selon cette variante, le réservoir de stockage comprend par exemple une 5 trémie conique reliée fluidiquement d'une part au réservoir de malaxage (dans le cas où le système est équipé d'un tel réservoir dédié) pour pouvoir recevoir le matériau chargé malaxé et d'autre part à la conduite d'alimentation de la tête d'impression pour pouvoir alimenter la conduite en matériau de construction.
Le réservoir de stockage est de préférence équipé de moyens d'agitation du réservoir 10 permettant de mettre le matériau dans un état compatible avec le pompage vers la conduite d'alimentation. En combinaison, le réservoir est de préférence équipé
de moyens de poussée du matériau vers la conduite d'alimentation, ce qui permet notamment de pousser les matériaux non auto-plaçant dans la conduite d'alimentation. Ces moyens de poussée sont par exemple formés par des pales 15 portées par un arbre motorisé et orientées de manière à pouvoir animer le matériau vers la conduite d'alimentation.
Avantageusement et selon l'invention, ladite tête d'impression comprend en outre une cuve de rétention agencée entre la bouche d'entrée et la vis sans fin et 20 équipée de moyens d'agitation et/ou de poussée et/ou de vibration de ladite cuve pour faciliter l'extrusion du matériau chargé par ladite vis sans fin.
Selon cette variante, la tête d'impression comprend une cuve de rétention dans laquelle débouche la conduite d'alimentation du circuit d'alimentation par la bouche d'entrée. Cette cuve est par exemple munie d'une tige de mélange qui 25 s'étend longitudinalement entre la bouche d'entrée et la vis sans fin.
Cette tige de mélange est par exemple munie de pales latérales permettant d'agiter le matériau avant son extrusion par la vis sans fin. Selon une variante, la tige de mélange et la vis sans fin partagent le même arbre mécanique, mis en rotation par des moyens motorisés. Selon une variante, les pales sont en outre orientées vers la vis sans fin 30 de manière à pouvoir animer le matériau vers la vis sans fin.
8 L'invention concerne aussi un robot de fabrication additive de structures architecturales comprenant un système de positionnement, tel qu'un bras articulé
ou un portique, piloté par une unité de commande, et un système d'extrusion selon l'invention comprenant une tête d'extrusion montée sur ledit système de positionnement de sorte que le déplacement du système de positionnement portant ladite tête d'impression selon une trajectoire prédéterminée permette la fabrication d'une structure architecturale par empilement de couches de cordons de matériau cimentaire.
Les avantages et effets d'un système d'extrusion selon l'invention 10 s'appliquent mutatis mutandis à un robot de fabrication additive selon l'invention.
L'invention concerne aussi un procédé d'extrusion de cordons de matériau de construction enrichi de fragments de roche, d'une taille supérieure à 3 mm et inférieure à 50 mm, dits granulats, et/ou de fibres d'aciers rigides ou souples 15 présentant des dimensions de 1 cm à 10 cm de longueur, dit matériau chargé, pour robot de fabrication additive de structures architecturales, ledit procédé
comprenant :
- une étape d'alimentation en matériau chargé d'une tête d'impression de cordons de matériau de construction, 20 - une étape d'extrusion de cordons de matériau chargé par une tête d'impression comprenant une bouche d'entrée de matériau et une buse de sortie configurée pour former des cordons de matériau de construction chargé.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que:
25 - ladite étape d'alimentation comprend le transport du matériau chargé au sein d'une conduite d'alimentation reliée fluidiquement entre un réservoir de stockage de matériau chargé et ladite tête d'impression par action d'au moins une pompe à pistons configurée pour permettre le transport du matériau chargé sans réglage contrôlé du débit, 30 - ladite étape d'extrusion comprend le déplacement du matériau chargé au sein de la tête d'impression vers la buse de sortie par action d'une vis
ou un portique, piloté par une unité de commande, et un système d'extrusion selon l'invention comprenant une tête d'extrusion montée sur ledit système de positionnement de sorte que le déplacement du système de positionnement portant ladite tête d'impression selon une trajectoire prédéterminée permette la fabrication d'une structure architecturale par empilement de couches de cordons de matériau cimentaire.
Les avantages et effets d'un système d'extrusion selon l'invention 10 s'appliquent mutatis mutandis à un robot de fabrication additive selon l'invention.
L'invention concerne aussi un procédé d'extrusion de cordons de matériau de construction enrichi de fragments de roche, d'une taille supérieure à 3 mm et inférieure à 50 mm, dits granulats, et/ou de fibres d'aciers rigides ou souples 15 présentant des dimensions de 1 cm à 10 cm de longueur, dit matériau chargé, pour robot de fabrication additive de structures architecturales, ledit procédé
comprenant :
- une étape d'alimentation en matériau chargé d'une tête d'impression de cordons de matériau de construction, 20 - une étape d'extrusion de cordons de matériau chargé par une tête d'impression comprenant une bouche d'entrée de matériau et une buse de sortie configurée pour former des cordons de matériau de construction chargé.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que:
25 - ladite étape d'alimentation comprend le transport du matériau chargé au sein d'une conduite d'alimentation reliée fluidiquement entre un réservoir de stockage de matériau chargé et ladite tête d'impression par action d'au moins une pompe à pistons configurée pour permettre le transport du matériau chargé sans réglage contrôlé du débit, 30 - ladite étape d'extrusion comprend le déplacement du matériau chargé au sein de la tête d'impression vers la buse de sortie par action d'une vis
9 sans fin agencée entre ladite bouche d'entrée et ladite buse de sortie et configurée pour pouvoir extruder le matériau chargé de manière continue par ladite buse de sortie.
Un procédé selon l'invention est avantageusement mis en uvre par un 5 système d'extrusion selon l'invention et un système d'extrusion selon l'invention met avantageusement en oeuvre un procédé selon l'invention.
Avantageusement, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape de malaxage d'une pluralité de composants pour pouvoir former ledit matériau
Un procédé selon l'invention est avantageusement mis en uvre par un 5 système d'extrusion selon l'invention et un système d'extrusion selon l'invention met avantageusement en oeuvre un procédé selon l'invention.
Avantageusement, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape de malaxage d'une pluralité de composants pour pouvoir former ledit matériau
10 chargé.
Cette étape de malaxage est de préférence mise en oeuvre par les moyens de malaxage logés dans le réservoir de stockage du système d'extrusion selon l'invention ou dans un réservoir dédié de malaxage agencé fluidiquement an amont du réservoir de stockage du système d'extrusion selon l'invention.
Avantageusement, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape d'agitation du matériau avant transport par ladite conduite d'alimentation.
Cette étape d'agitation est de préférence mise en oeuvre par les moyens d'agitation logés dans le réservoir de stockage du système d'extrusion selon 20 l'invention Avantageusement, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape de poussée du matériau vers ladite conduite d'alimentation.
Cette étape est de préférence mise en oeuvre par les moyens de poussée du matériau logés dans le réservoir de stockage du système d'extrusion selon l'invention.
Avantageusement, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape d'agitation du matériau dans une cuve de rétention agencée entre la bouche d'entrée 30 et la vis sans fin de ladite tête d'impression pour faciliter l'extrusion du matériau chargé par ladite vis sans fin.
L'invention concerne également un système d'extrusion, un robot de fabrication additive et un procédé d'extrusion caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après.
Liste des figures D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles :
[Fig. 1] est une vue schématique d'un système d'extrusion selon un mode de réalisation de l'invention, [Fig. 2] est une vue schématique d'un robot de fabrication additive selon un mode de réalisation de l'invention, [Fig. 3] est une vue schématique d'un procédé d'extrusion selon un mode de réalisation de l'invention, [Fig. 4] est une vue schématique d'un réservoir de stockage selon un mode de réalisation de l'invention formé de la combinaison d'un réservoir de malaxage et d'un réservoir d'agitation.
Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention Sur les figures, les échelles et les proportions ne sont pas strictement respectées et ce, à des fins d'illustration et de clarté. Dans toute la description détaillée qui suit en référence aux figures, sauf indication contraire, chaque élément du système d'extrusion est décrit tel qu'il est agencé lorsque le système d'extrusion est mis en oeuvre dans le cadre de la fabrication d'une structure architecturale par empilement de couches de cordons extrudés.
En outre, les éléments identiques, similaires ou analogues sont désignés par les mêmes références dans toutes les figures.
Un système d'extrusion selon l'invention comprend, tel que représenté sur la figure 1, deux sous-systèmes principaux : une tête d'impression 100 de cordons de matériau de construction et un circuit d'alimentation 10 de la tête d'impression 100 en matériau enrichi de granulats et/ou de fibres aciers 21.
Cette étape de malaxage est de préférence mise en oeuvre par les moyens de malaxage logés dans le réservoir de stockage du système d'extrusion selon l'invention ou dans un réservoir dédié de malaxage agencé fluidiquement an amont du réservoir de stockage du système d'extrusion selon l'invention.
Avantageusement, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape d'agitation du matériau avant transport par ladite conduite d'alimentation.
Cette étape d'agitation est de préférence mise en oeuvre par les moyens d'agitation logés dans le réservoir de stockage du système d'extrusion selon 20 l'invention Avantageusement, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape de poussée du matériau vers ladite conduite d'alimentation.
Cette étape est de préférence mise en oeuvre par les moyens de poussée du matériau logés dans le réservoir de stockage du système d'extrusion selon l'invention.
Avantageusement, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape d'agitation du matériau dans une cuve de rétention agencée entre la bouche d'entrée 30 et la vis sans fin de ladite tête d'impression pour faciliter l'extrusion du matériau chargé par ladite vis sans fin.
L'invention concerne également un système d'extrusion, un robot de fabrication additive et un procédé d'extrusion caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après.
Liste des figures D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles :
[Fig. 1] est une vue schématique d'un système d'extrusion selon un mode de réalisation de l'invention, [Fig. 2] est une vue schématique d'un robot de fabrication additive selon un mode de réalisation de l'invention, [Fig. 3] est une vue schématique d'un procédé d'extrusion selon un mode de réalisation de l'invention, [Fig. 4] est une vue schématique d'un réservoir de stockage selon un mode de réalisation de l'invention formé de la combinaison d'un réservoir de malaxage et d'un réservoir d'agitation.
Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention Sur les figures, les échelles et les proportions ne sont pas strictement respectées et ce, à des fins d'illustration et de clarté. Dans toute la description détaillée qui suit en référence aux figures, sauf indication contraire, chaque élément du système d'extrusion est décrit tel qu'il est agencé lorsque le système d'extrusion est mis en oeuvre dans le cadre de la fabrication d'une structure architecturale par empilement de couches de cordons extrudés.
En outre, les éléments identiques, similaires ou analogues sont désignés par les mêmes références dans toutes les figures.
Un système d'extrusion selon l'invention comprend, tel que représenté sur la figure 1, deux sous-systèmes principaux : une tête d'impression 100 de cordons de matériau de construction et un circuit d'alimentation 10 de la tête d'impression 100 en matériau enrichi de granulats et/ou de fibres aciers 21.
11 Les deux sous-systèmes vont être décrits en détail dans la suite du texte.
Le circuit d'alimentation Le circuit d'alimentation 10 comprend un réservoir de stockage 20 d'un matériau de construction enrichi de granulats et/ou de fibres aciers 21, une conduite 5 31 reliant une sortie 12 du réservoir de stockage 20 à une bouche d'entrée 110 de la tête d'impression 100, et une pompe à pistons 40 agencée sur la conduite 31 pour permettre de véhiculer le matériau chargé dans la conduite 31 sans réglage contrôlé
du débit de matériau. Cette pompe à pistons 40 est par exemple une pompe commercialisée par la société Putzmeistere sous la référence KOS. Bien entendu, 10 d'autres types de pompes à piston peuvent être utilisées et/ou testées par l'homme du métier pour la mise en oeuvre du système selon l'invention.
La pompe à pistons 40 permet de transporter le matériau de construction chargé sur une longue distance, de manière continue et sans avoir besoin de régler la régularité du débit. La régularité du matériau est gérée au niveau de la tête 15 d'impression 100 par le biais de la vis sans fin décrite ultérieurement.
Le réservoir de stockage 20 est de préférence une trémie comprenant une ouverture supérieure 11 adaptée pour recevoir des gâchées de matériaux cimentaires enrichis de granulats et/ou de fibres aciers 21 et une sortie inférieure 12 reliée à la conduite 31. La trémie peut en outre comprendre un mélangeur 13 20 comprenant un arbre 14 portant une pluralité de pales latérales 15 et éventuellement un racleur, et un moteur 16 de mise en rotation de l'arbre 14. Le moteur 16 est par exemple un moteur électrique configuré pour pouvoir entraîner à faible vitesse, par exemple à une vitesse de 6 à 20 tours par minute, l'arbre 14 du mélangeur 13.
L'utilisation d'un moteur thermique est bien sûr possible sans modifier les 25 performances du système d'extrusion selon l'invention. Ce mélangeur 13 peut aussi former des moyens de malaxage d'une pluralité de composants entrant dans la composition du matériau de construction enrichi de granulats et/ou de fibres aciers.
Ces composants sont par exemple choisis dans le groupe comprenant de l'eau, des adjuvants, des agrégats, des fibres aciers, du sable des liants hydrauliques, des 30 géopolymères.
Le réservoir de stockage peut également comprendre des moyens d'agitation
Le circuit d'alimentation Le circuit d'alimentation 10 comprend un réservoir de stockage 20 d'un matériau de construction enrichi de granulats et/ou de fibres aciers 21, une conduite 5 31 reliant une sortie 12 du réservoir de stockage 20 à une bouche d'entrée 110 de la tête d'impression 100, et une pompe à pistons 40 agencée sur la conduite 31 pour permettre de véhiculer le matériau chargé dans la conduite 31 sans réglage contrôlé
du débit de matériau. Cette pompe à pistons 40 est par exemple une pompe commercialisée par la société Putzmeistere sous la référence KOS. Bien entendu, 10 d'autres types de pompes à piston peuvent être utilisées et/ou testées par l'homme du métier pour la mise en oeuvre du système selon l'invention.
La pompe à pistons 40 permet de transporter le matériau de construction chargé sur une longue distance, de manière continue et sans avoir besoin de régler la régularité du débit. La régularité du matériau est gérée au niveau de la tête 15 d'impression 100 par le biais de la vis sans fin décrite ultérieurement.
Le réservoir de stockage 20 est de préférence une trémie comprenant une ouverture supérieure 11 adaptée pour recevoir des gâchées de matériaux cimentaires enrichis de granulats et/ou de fibres aciers 21 et une sortie inférieure 12 reliée à la conduite 31. La trémie peut en outre comprendre un mélangeur 13 20 comprenant un arbre 14 portant une pluralité de pales latérales 15 et éventuellement un racleur, et un moteur 16 de mise en rotation de l'arbre 14. Le moteur 16 est par exemple un moteur électrique configuré pour pouvoir entraîner à faible vitesse, par exemple à une vitesse de 6 à 20 tours par minute, l'arbre 14 du mélangeur 13.
L'utilisation d'un moteur thermique est bien sûr possible sans modifier les 25 performances du système d'extrusion selon l'invention. Ce mélangeur 13 peut aussi former des moyens de malaxage d'une pluralité de composants entrant dans la composition du matériau de construction enrichi de granulats et/ou de fibres aciers.
Ces composants sont par exemple choisis dans le groupe comprenant de l'eau, des adjuvants, des agrégats, des fibres aciers, du sable des liants hydrauliques, des 30 géopolymères.
Le réservoir de stockage peut également comprendre des moyens d'agitation
12 de la trémie qui peuvent être de tous types connus, comme par exemple ceux décrits en lien avec la figure 4.
La figure 4 illustre un mode de réalisation particulier du système en amont de la conduite d'alimentation qui est formé d'un réservoir 20a dédié au malaxage 5 et d'un réservoir 20b dédié à l'agitation et à la poussée du matériau vers la conduite d'alimentation. En d'autres termes, ce mode de réalisation de la figure 4 sépare la fonction de malaxage et la fonction d'agitation et de poussée du réservoir de stockage 20 du mode de réalisation de la figure 1.
Selon le mode de réalisation de la figure 4, le réservoir 20a reçoit une 10 pluralité de composants entrant dans la composition du matériau de construction enrichi de granulats et/ou de fibres aciers. Un mélangeur 13a formé d'un moteur électrique 16a, d'un mélangeur central 14a et d'une pluralité de pales 15a formant des moyens de mélange latéral assure le mélange des différents composants. Le matériau chargé ainsi formé est ensuite conduit par gravité naturelle dans le 15 réservoir 20b.
Le réservoir 20b comprend un arbre central 14b entrainé en rotation par un moteur électrique non représenté sur la figure 4 à des fins de clarté, et qui porte d'une part des racleurs 15b destinés à racler les parois du réservoir, et d'autre part des pales 17b de poussée orientées vers la sortie 12b du réservoir et destinées à
20 pousser le matériau vers la pompe à pistons 40 reliée fluidiquement à la sortie 12b.
Le réservoir 20b comprend également un vibreur 18b formant les moyens d'agitation du réservoir. Ce vibreur est par exemple formé d'un vibrateur pneumatique ou électrique monté sur le réservoir par l'intermédiaire d'un berceau de fixation. Il peut aussi s'agir d'aiguilles de vibration ou de tous moyens 25 équivalents plongés dans le réservoir ou montés sur le réservoir.
La tête d'impression 100 La tête d'impression 100 comprend, tel que représenté schématiquement par la figure 1, une bouche d'entrée 110 reliée à la conduite 31 du circuit d'alimentation et une buse 120 de sortie configurée pour former des cordons de matériau 30 cimentaire.
La tête d'impression 100 comprend en outre une vis sans fin 150 entrainée
La figure 4 illustre un mode de réalisation particulier du système en amont de la conduite d'alimentation qui est formé d'un réservoir 20a dédié au malaxage 5 et d'un réservoir 20b dédié à l'agitation et à la poussée du matériau vers la conduite d'alimentation. En d'autres termes, ce mode de réalisation de la figure 4 sépare la fonction de malaxage et la fonction d'agitation et de poussée du réservoir de stockage 20 du mode de réalisation de la figure 1.
Selon le mode de réalisation de la figure 4, le réservoir 20a reçoit une 10 pluralité de composants entrant dans la composition du matériau de construction enrichi de granulats et/ou de fibres aciers. Un mélangeur 13a formé d'un moteur électrique 16a, d'un mélangeur central 14a et d'une pluralité de pales 15a formant des moyens de mélange latéral assure le mélange des différents composants. Le matériau chargé ainsi formé est ensuite conduit par gravité naturelle dans le 15 réservoir 20b.
Le réservoir 20b comprend un arbre central 14b entrainé en rotation par un moteur électrique non représenté sur la figure 4 à des fins de clarté, et qui porte d'une part des racleurs 15b destinés à racler les parois du réservoir, et d'autre part des pales 17b de poussée orientées vers la sortie 12b du réservoir et destinées à
20 pousser le matériau vers la pompe à pistons 40 reliée fluidiquement à la sortie 12b.
Le réservoir 20b comprend également un vibreur 18b formant les moyens d'agitation du réservoir. Ce vibreur est par exemple formé d'un vibrateur pneumatique ou électrique monté sur le réservoir par l'intermédiaire d'un berceau de fixation. Il peut aussi s'agir d'aiguilles de vibration ou de tous moyens 25 équivalents plongés dans le réservoir ou montés sur le réservoir.
La tête d'impression 100 La tête d'impression 100 comprend, tel que représenté schématiquement par la figure 1, une bouche d'entrée 110 reliée à la conduite 31 du circuit d'alimentation et une buse 120 de sortie configurée pour former des cordons de matériau 30 cimentaire.
La tête d'impression 100 comprend en outre une vis sans fin 150 entrainée
13 en rotation par un moteur 130 et configurée pour pouvoir entrainer le matériau de construction chargé vers la buse 120 de sortie.
La tête d'impression 100 comprend également une cuve de rétention 140 agencée entre la bouche d'entrée 110 et la vis sans fin 150. Cette cuve de rétention 5 140 comprend un arbre 141 qui s'étend longitudinalement dans la cuve de rétention 140 et qui est entrainé en rotation par le moteur 130. Cet arbre 141 est en outre équipé de doigts radiaux 142 configurés pour pouvoir agiter et/ou pousser le matériau de construction, et formant ainsi des moyens d'agitation et de poussée du matériau avant extrusion par la vis sans fin 150.
10 Le moteur 130 peut être un moteur électrique, un moteur thermique, et de manière générale tous types de moteurs.
La buse de sortie 120 de la tête d'impression 100 est de préférence démontable de manière à pouvoir adapter la forme de la buse de sortie 120 à la pièce à fabriquer. En particulier, la section de la buse de sortie 120 peut être adaptée 15 à chaque type de pièce fabriquée, voire changée en cours d'impression pour modifier la section des cordons de certaines portions de la pièce fabriquée.
Pour ce faire, la buse de sortie comprend par exemple une paroi externe filetée qui coopère avec une portion interne filetée de la paroi de la tête d'impression dans laquelle s'étend la vis sans fin 150. Selon une autre variante, la buse de sortie comprend une 20 paroi interne filetée qui coopère avec une portion externe filetée de la paroi de la tête d'impression.
La figure 2 est une vue schématique d'un robot 9 de fabrication additive d'une structure architecturale 8 selon un mode de réalisation de l'invention.
Un tel robot 9 comprend un bras articulé ou un portique 7, piloté par une unité de 25 commande non représentée sur la figure, qui porte la tête d'impression 100 d'un système d'extrusion selon l'invention.
Sur la figure 2, seule la tête d'impression 100 est représentée à des fins de clarté, étant entendu que cette tête d'impression est alimentée en matériau cimentaire enrichi en granulats et/ou de fibres aciers par un circuit d'alimentation 30 10 tel que décrit en lien avec la figure 1.
Le robot 9 est commandé par une unité de commande pour entrainer le
La tête d'impression 100 comprend également une cuve de rétention 140 agencée entre la bouche d'entrée 110 et la vis sans fin 150. Cette cuve de rétention 5 140 comprend un arbre 141 qui s'étend longitudinalement dans la cuve de rétention 140 et qui est entrainé en rotation par le moteur 130. Cet arbre 141 est en outre équipé de doigts radiaux 142 configurés pour pouvoir agiter et/ou pousser le matériau de construction, et formant ainsi des moyens d'agitation et de poussée du matériau avant extrusion par la vis sans fin 150.
10 Le moteur 130 peut être un moteur électrique, un moteur thermique, et de manière générale tous types de moteurs.
La buse de sortie 120 de la tête d'impression 100 est de préférence démontable de manière à pouvoir adapter la forme de la buse de sortie 120 à la pièce à fabriquer. En particulier, la section de la buse de sortie 120 peut être adaptée 15 à chaque type de pièce fabriquée, voire changée en cours d'impression pour modifier la section des cordons de certaines portions de la pièce fabriquée.
Pour ce faire, la buse de sortie comprend par exemple une paroi externe filetée qui coopère avec une portion interne filetée de la paroi de la tête d'impression dans laquelle s'étend la vis sans fin 150. Selon une autre variante, la buse de sortie comprend une 20 paroi interne filetée qui coopère avec une portion externe filetée de la paroi de la tête d'impression.
La figure 2 est une vue schématique d'un robot 9 de fabrication additive d'une structure architecturale 8 selon un mode de réalisation de l'invention.
Un tel robot 9 comprend un bras articulé ou un portique 7, piloté par une unité de 25 commande non représentée sur la figure, qui porte la tête d'impression 100 d'un système d'extrusion selon l'invention.
Sur la figure 2, seule la tête d'impression 100 est représentée à des fins de clarté, étant entendu que cette tête d'impression est alimentée en matériau cimentaire enrichi en granulats et/ou de fibres aciers par un circuit d'alimentation 30 10 tel que décrit en lien avec la figure 1.
Le robot 9 est commandé par une unité de commande pour entrainer le
14 déplacement de la tête d'impression 100 suivant une trajectoire prédéterminée permettant de fabriquer la structure architecturale 8 par empilement de couches de cordons extrudés 6. Le cordon 6 en cours d'extrusion est représenté
schématiquement par un trait noir épais.
5 La figure 3 illustre schématiquement les différentes étapes d'un procédé
d'extrusion selon un mode de réalisation de l'invention.
Un tel procédé comprend une première étape El de formation d'un matériau de construction enrichi de granulats et/ou de fibres aciers. Cette étape consiste par exemple à mélanger de manière continue ou discontinue des composants choisis 10 dans le groupe comprenant de l'eau, des adjuvants, des agrégats, des fibres aciers, du sable, des liants hydrauliques, des géopolymères. La composition fabriquée dépend de la structure architecturale à bâtir et des caractéristiques de cette structure architecturale. L'homme du métier est à même de déterminer la composition adaptée à son projet d'extrusion.
schématiquement par un trait noir épais.
5 La figure 3 illustre schématiquement les différentes étapes d'un procédé
d'extrusion selon un mode de réalisation de l'invention.
Un tel procédé comprend une première étape El de formation d'un matériau de construction enrichi de granulats et/ou de fibres aciers. Cette étape consiste par exemple à mélanger de manière continue ou discontinue des composants choisis 10 dans le groupe comprenant de l'eau, des adjuvants, des agrégats, des fibres aciers, du sable, des liants hydrauliques, des géopolymères. La composition fabriquée dépend de la structure architecturale à bâtir et des caractéristiques de cette structure architecturale. L'homme du métier est à même de déterminer la composition adaptée à son projet d'extrusion.
15 Le procédé
comprend une deuxième étape E2 de remplissage d'un réservoir de stockage du matériau de construction enrichi de granulats et/ou de fibres aciers.
Le procédé comprend une étape subséquente E3 d'activation d'une pompe à pistons pour alimenter une conduite reliant fluidiquement le réservoir de stockage et une tête d'impression portée par un bras articulé d'un robot.
20 Le procédé
comprend une étape E4 de mise en route d'une vis sans fin logée dans la tête d'impression pour permettre l'extrusion du matériau de construction par la buse de sortie de la tête d'impression. Cette étape peut comprendre une sous-étape d'alimentation d'une cuve de rétention logée dans la tête d'impression et d'agitation du matériau contenu dans cette cuve de rétention pour faciliter 25 l'extrusion du matériau chargé par ladite vis sans fin.
Le procédé comprend une étape E5 concomitante de déplacement du bras articulé portant la tête d'impression pour permettre la fabrication d'une structure architecturale par empilement de cordons extrudés de matériau de construction.
Un procédé selon l'invention est de préférence mis en uvre par un système 30 d'extrusion selon l'invention et un robot selon l'invention.
L'invention ne se limite pas aux seuls modes de réalisation décrits. En particulier, selon d'autres modes de réalisation, le robot peut être un robot six axes, monté sur rails ou non, sur portique ou non. Le robot peut également être un robot à câbles ou tous types de robots dont le système de positionnement, tel qu'un bras articulé, peut être piloté par ordinateur.
5 Un robot selon l'invention peut être utilisé pour fabriquer tous types de pièces architecturales. Une telle pièce architecturale peut être une pièce de renfort, un bâtiment, et de manière générale, toute pièce en matériau cimentaire. Les pièces architecturales fabriquées par l'utilisation d'un système d'extrusion selon l'invention peuvent être d'échelles variées. Il peut s'agir d'une portion de poteau, 10 d'un poteau entier, d'un mur, d'un élément de dalle, d'un bâtiment, d'un mobilier urbain, d'une sculpture, etc.
comprend une deuxième étape E2 de remplissage d'un réservoir de stockage du matériau de construction enrichi de granulats et/ou de fibres aciers.
Le procédé comprend une étape subséquente E3 d'activation d'une pompe à pistons pour alimenter une conduite reliant fluidiquement le réservoir de stockage et une tête d'impression portée par un bras articulé d'un robot.
20 Le procédé
comprend une étape E4 de mise en route d'une vis sans fin logée dans la tête d'impression pour permettre l'extrusion du matériau de construction par la buse de sortie de la tête d'impression. Cette étape peut comprendre une sous-étape d'alimentation d'une cuve de rétention logée dans la tête d'impression et d'agitation du matériau contenu dans cette cuve de rétention pour faciliter 25 l'extrusion du matériau chargé par ladite vis sans fin.
Le procédé comprend une étape E5 concomitante de déplacement du bras articulé portant la tête d'impression pour permettre la fabrication d'une structure architecturale par empilement de cordons extrudés de matériau de construction.
Un procédé selon l'invention est de préférence mis en uvre par un système 30 d'extrusion selon l'invention et un robot selon l'invention.
L'invention ne se limite pas aux seuls modes de réalisation décrits. En particulier, selon d'autres modes de réalisation, le robot peut être un robot six axes, monté sur rails ou non, sur portique ou non. Le robot peut également être un robot à câbles ou tous types de robots dont le système de positionnement, tel qu'un bras articulé, peut être piloté par ordinateur.
5 Un robot selon l'invention peut être utilisé pour fabriquer tous types de pièces architecturales. Une telle pièce architecturale peut être une pièce de renfort, un bâtiment, et de manière générale, toute pièce en matériau cimentaire. Les pièces architecturales fabriquées par l'utilisation d'un système d'extrusion selon l'invention peuvent être d'échelles variées. Il peut s'agir d'une portion de poteau, 10 d'un poteau entier, d'un mur, d'un élément de dalle, d'un bâtiment, d'un mobilier urbain, d'une sculpture, etc.
Claims (10)
1. Système d'extrusion de cordons de matériau de construction enrichi de fragments de roche, d'une taille supérieure à 3 mm et inférieure à 50 mm, dits granulats, et/ou de fibres d'aciers rigides ou souples présentant des dimensions 5 de 1 cm à 10 cm de longueur, dit matériau chargé, pour robot de fabrication additive de structures architecturales comprenant :
une tête d'impression de cordons de matériau de construction comprenant une bouche d'entrée de matériau et une buse de sortie configurée pour former des cordons de matériau, ladite tête 10 d'impression étant destinée à être déplacée par le robot de fabrication additive selon une trajectoire prédéterminée pour former une structure architecturale par empilement de couches desdits cordons extrudés, un circuit d'alimentation de ladite tête d'impression en matériau 15 chargé
comprenant un réservoir de stockage de matériau chargé et une conduite d'alimentation en matériau reliant ledit réservoir de stockage et ladite tête d'impression, caractérisé en ce que :
ledit circuit d'alimentation comprend au moins une pompe à pistons 20 montée sur ladite conduite d'alimentation et configurée pour permettre le transport du matériau chargé depuis le réservoir de stockage jusqu'à ladite tête d'impression sans réglage contrôlé du débit, ladite tête d'impression comprend une vis sans fin agencée entre 25 ladite bouche d'entrée et ladite buse de sortie et configurée pour pouvoir extruder le matériau chargé de manière continue par ladite buse de sortie.
une tête d'impression de cordons de matériau de construction comprenant une bouche d'entrée de matériau et une buse de sortie configurée pour former des cordons de matériau, ladite tête 10 d'impression étant destinée à être déplacée par le robot de fabrication additive selon une trajectoire prédéterminée pour former une structure architecturale par empilement de couches desdits cordons extrudés, un circuit d'alimentation de ladite tête d'impression en matériau 15 chargé
comprenant un réservoir de stockage de matériau chargé et une conduite d'alimentation en matériau reliant ledit réservoir de stockage et ladite tête d'impression, caractérisé en ce que :
ledit circuit d'alimentation comprend au moins une pompe à pistons 20 montée sur ladite conduite d'alimentation et configurée pour permettre le transport du matériau chargé depuis le réservoir de stockage jusqu'à ladite tête d'impression sans réglage contrôlé du débit, ladite tête d'impression comprend une vis sans fin agencée entre 25 ladite bouche d'entrée et ladite buse de sortie et configurée pour pouvoir extruder le matériau chargé de manière continue par ladite buse de sortie.
2. Système d'extrusion selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit réservoir de stockage comprend des moyens de malaxage d'une pluralité de 30 composants pour pouvoir former ledit matériau chargé.
3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit réservoir de stockage comprend en outre des moyens d'agitation dudit réservoir pour permettre la mise en forme du matériau chargé dans un état compatible avec son transport par ladite conduite d'alimentation.
4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que 5 ladite tête d'impression comprend en outre une cuve de rétention agencée entre la bouche d'entrée et la vis sans fin et équipée de moyens d'agitation et/ou de vibration et/ou de poussée de ladite cuve pour faciliter l'extrusion du matériau chargé par ladite vis sans fin.
5. Robot de fabrication additive de structures architecturales comprenant un 10 système de positionnement, tel qu'un bras articulé, piloté par une unité de commande, et un système d'extrusion comprenant une tête d'impression montée sur ledit système de positionnement de sorte que le déplacement du système de positionnement portant ladite tête d'impression selon une trajectoire prédéterminée permette la fabrication d'une structure architecturale par 15 empilement de couches de cordons de matériau cimentaire, caractérisé en ce que ledit système d'extrusion est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4.
6. Procédé d'extrusion de cordons de matériau de construction enrichi de fragments de roche, d'une taille supérieure à 3 mm et inférieure à 50 mm, dits 20 granulats, et/ou de fibres d'aciers rigides ou souples présentant des dimensions de 1 cm à 10 cm de longueurõ dit matériau chargé, pour robot de fabrication additive de structures architecturales, ledit procédé comprenant :
une étape d'alimentation en matériau chargé d'une tête d'impression de cordons de matériau de construction, 25 une étape d'extrusion de cordons de matériau chargé par une tête d'impression comprenant une bouche d'entrée de matériau et une buse de sortie configurée pour former des cordons de matériau de construction chargé, caractérisé en ce que :
30 ladite étape d'alimentation comprend le transport du matériau chargé
au sein d'une conduite d'alimentation reliée fiuidiquement entre un réservoir de stockage de matériau chargé et ladite tête d'impression par action d'une pompe à pistons configurée pour permettre le transport du matériau chargé sans réglage contrôlé du débit, ladite étape d'extrusion comprend le déplacement du matériau 5 chargé au sein de la tête d'impression vers la buse de sortie par action (E4) d'une une vis sans fin agencée entre ladite bouche d'entrée et ladite buse de sortie et configurée pour pouvoir extruder le matériau chargé de manière continue par ladite buse de sortie.
une étape d'alimentation en matériau chargé d'une tête d'impression de cordons de matériau de construction, 25 une étape d'extrusion de cordons de matériau chargé par une tête d'impression comprenant une bouche d'entrée de matériau et une buse de sortie configurée pour former des cordons de matériau de construction chargé, caractérisé en ce que :
30 ladite étape d'alimentation comprend le transport du matériau chargé
au sein d'une conduite d'alimentation reliée fiuidiquement entre un réservoir de stockage de matériau chargé et ladite tête d'impression par action d'une pompe à pistons configurée pour permettre le transport du matériau chargé sans réglage contrôlé du débit, ladite étape d'extrusion comprend le déplacement du matériau 5 chargé au sein de la tête d'impression vers la buse de sortie par action (E4) d'une une vis sans fin agencée entre ladite bouche d'entrée et ladite buse de sortie et configurée pour pouvoir extruder le matériau chargé de manière continue par ladite buse de sortie.
7. Procédé d'extrusion selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend 10 en outre une étape de malaxage d'une pluralité de composants pour pouvoir former ledit matériau chargé.
8. Procédé d'extrusion selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape d'agitation du matériau avant transport par ladite conduite d'alimentation.
15 9. Procédé d'extrusion selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de poussée du matériau vers ladite conduite d'alimentation.
10. Procédé d'extrusion selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape d'agitation du matériau dans 20 une cuve de rétention agencée entre la bouche d'entrée et la vis sans fin de ladite tête d'impression pour faciliter l'extrusion du matériau chargé par ladite vis sans fin.
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA3231800A1 true CA3231800A1 (fr) | 2023-03-16 |
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ID=78212288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA3231800A Pending CA3231800A1 (fr) | 2021-09-13 | 2022-09-08 | Systeme d'extrusion de materiau de construction enrichi de granulats et/ou de fibres aciers pour fabrication additive de structures architecturales |
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| CA (1) | CA3231800A1 (fr) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105599104B (zh) * | 2015-12-25 | 2018-09-11 | 欢颜创新科技（杭州）有限公司 | 建筑轮廓成型机的混凝土处理设备及处理方法 |
| WO2018051370A1 (fr) | 2016-09-16 | 2018-03-22 | INDIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY MADRAS (IIT Madras) | Dispositif de filtre de longueur d'onde à large bande utilisant un réseau de paroi latérale pour filtrer des signaux optiques |
| CN106639324A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-05-10 | 蒋旭峰 | 建筑物轮廓成型的供料系统 |
| US10414066B2 (en) * | 2017-01-16 | 2019-09-17 | Jing Zhang | Slurry dispense system |
| FR3067638B1 (fr) | 2017-06-14 | 2020-08-14 | Xtreee | Systeme d'extrusion de cordons de materiau cimentaire pour robot de fabrication additive de structures architecturales |
| IT201700073768A1 (it) * | 2017-06-30 | 2018-12-30 | Italcementi Spa | Miscela cementizia per stampante 3D e relativo uso |
| FR3069801B1 (fr) | 2017-08-02 | 2020-08-14 | Xtreee | Robot parallele a cables et procede de commande d'un tel robot |
| FR3070302B1 (fr) | 2017-08-24 | 2019-08-30 | Xtreee | Systeme d'extrusion de cordons de materiau de construction pour robot de fabrication additive de structures architecturales comprenant un dispositif d'insertion de fibres de renforcement |
| FR3070896B1 (fr) | 2017-09-08 | 2019-08-30 | Xtreee | Systeme d'extrusion de cordons de materiau cimentaire pour robots de fabrication additive de structures architecturales colorees |
| JP7117692B2 (ja) * | 2018-02-28 | 2022-08-15 | 大成建設株式会社 | ３ｄプリンタ用ノズル装置および３ｄプリンタ装置並びにこれを用いた建造物の構築方法、粘性材料の供給方法および製作物構築装置 |
| DE102019107833A1 (de) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | Putzmeister Engineering Gmbh | Vorrichtung für das Ausbringen eines fluiden Prozesswerkstoffs |
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2021
- 2021-09-13 FR FR2109558A patent/FR3126913B1/fr active Active
-
2022
- 2022-09-08 WO PCT/EP2022/074968 patent/WO2023036864A1/fr active Application Filing
- 2022-09-08 CN CN202280061897.1A patent/CN117957104A/zh active Pending
- 2022-09-08 CA CA3231800A patent/CA3231800A1/fr active Pending
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| Publication number | Publication date |
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