CN101801624A - 自动制造砾岩结构的改进方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自动制造砾岩结构(6)的方法和设备。该方法包括：1)通过使用CAD软件的计算机建模建筑物结构和围绕该结构的围壳，从而获得文件；2)通过隔开预定间距的水平面，提取建模结构和建模围壳的剖面，以便产生多个剖面，所述剖面相对于结构模型和围壳模型从下向上排列；3)根据预定的路径，通过移动单元(3)从下向上在地面上交替浇注多个粒状材料层(22)至喷涂在覆层上相应于结构与围壳填充部分的填充区处的粘合材料液体；4)根据浇注层与下一层的间距垂直提升移动单元(3)；5)重复浇注粒状材料的所述步骤并重复在粒状材料上喷涂粘合材料于结构和围壳填充区的步骤，重复次数等于所述结构和围壳被划分的平面横截面数，所述次数的每一次进行不同并连续的剖面，直至完成最后一层(17)；6)拆毁围壳(5)并去除聚集于围壳(5)内的未粘合粒状材料(7)，从而释放准确复制所述建模结构的砾岩结构(6)。该设备包括水平框架(1)、滑行于水平框架(1)的导架上的桥架(2)、沿桥架(2)滑行或与桥架(29)整体形成且具有喷头(20)的移动单元(3)。水平框架(1)由步进传动器沿立柱(4)移动。该设备包括围绕围壳(5)并与水平框架(1)整体形成的多个“边围”(10)。该边围刮擦围壳(5)的外表面，聚集浇注在围壳(5)外侧的粒状材料(2)。该边围(10)可包括刷状边缘(20)，适于外部清扫围壳(5)。

Description

自动制造砾岩结构的改进方法及其设备
技术领域
本发明涉及建筑业领域，更准确地，涉及一种自动制造建筑结构及其它砖石构造的方法，特别是具有仿石物理和机械属性的结构。
另外，本发明涉及一种适于实施该方法的设备。
背景技术
专利申请PI2005A000031中描述了一种熟知的自动建造砾岩结构特别是建筑物的方法。该方法通过同一文献所述的一种计算机辅助设备实施，其具有可沿三个轴的方法移动的部分，其中一个轴是垂直的；该设备适用于铺设惰性粒状材料和液体粘结材料——特别是环氧树脂或聚氨酯树脂——的轮换层，在各层的预定点处产生仿石区。所以工序在确定封闭外周的侧壁内实施。
该方法的缺点在于需要在铺设仿石区前建造侧壁并在硬化后拆卸侧壁，由于壁重量和负担，所以需要相应的劳动和运输费用。
另外，侧围壁(containing side wall)按照其间可以内嵌结构的最大体积设计，因此所需粒状材料体积通常远大于必须，从而增加了供应和搬运费用，以及不使用的粒状材料的清除费用。
此外，建造工序期间，特别是其结束时，由于未粘合粒状材料，流体静力式压力作用于侧壁上，这要求设备结构元件的复杂性和坚固设计以承受产生的负载。
适合用作粘合剂的环氧树脂或聚氨酯树脂由于制造和废物处理原因而不是环境优选的；另外，其导致目标产品易燃，并释放有毒废气和蒸汽，特别是在着火时。
树脂也要求精确的粘合剂粒状材料比，这显著增加铺设粘合剂所使用的喷头的制造费用；另外，树脂需要正确和频繁的保养和清洁工作，并需要定期更换粒状材料与粘合剂混合处的喷头部件。
使用树脂作为粘合剂的另一缺点在于产生的砾岩的弹性模量低，这可造成结构承载部件的可变形性过大，如弯曲和拉伸变形性。
发明内容
本发明对上述自动制造建筑结构和整体砖瓦构造的方法提出了一些重要改进和创新，以减少围壁需要粒状材料有关的问题，从而提高实际中该方法的有效性。
本发明的另一特征是提供在仿石砾岩材料，即在这样的材料——其微晶结构如此以致于物理和机械特性与相应矿物特性为相同数量级——中获得该结构与整体砖瓦构造的方法，
本发明的又一特征是提供在材料——其拉伸极限应力和弹性模量可使所获目标同时适度坚硬并轻于根据现有工艺的方法所获目标——中获得该结构与整体砖瓦构造的方法。
本发明的另一特征是提供也允许相关节省粒状材料的方法。
本发明的又一特征是提供不使用有毒或易燃产品以获得防火目标的方法。
本发明的另一特征是提供自动制造砾岩结构的设备，所述设备在处于拆开状态时具有可轻松重置至遥远或不让进入的建筑场地的总尺寸。
这些及其它目标通过自动建筑砾岩结构的方法实现，该方法的特征在于其包括下述步骤：
-通过计算机辅助设计(CAD)软件，特别是通过表面或实体建模CAD软件，以计算机辅助的方式建模建筑物或其它砖瓦构造的结构，因而获得所述结构的模型，所述模型存储于计算机存储器的文件内；
-通过所述CAD软件建模绕所述建筑物结构的围壳，从而获得所述围壳的模型，所述模型存储于所述计算机存储器的文件内；
-从所述结构的所述模型与所述围壳的所述模型提取多个水平剖面上的多个平面横截面，所述剖面以预设的垂直间距均匀隔开，所述平面横截面包括分别相应所述剖面中所述结构与所述围壳的填充部分和空白部分的填充区和空白区，所述剖面从下向上排序；
-预先安排移动单元滑行的固定框架，所述移动单元适于交替浇注粒状材料层和以液体形式喷涂粘合材料于所述粒状材料层上；
-通过所述移动单元浇注所述粒状材料的第一均质水平层，所述第一层的厚度与所述预设的垂直间距相关；
-通过所述移动单元喷涂预定量的所述粘合材料于所述粒状材料的所述第一层上，所述喷涂限于第一平面横截面的所述填充区；
-根据所述垂直间距，相对于所述固定框架垂直提升所述移动单元；
-浇注粒状材料的第二均质水平层于所述第一层上，并喷涂预定量的粘合材料于所述第二层上，所述喷涂限于第二横截面的所述填充区；
-重复浇注所述粒状材料的所述步骤，并重复喷涂预定量粘合材料于各横截面的所述填充区的所述步骤，直至完成最后一层，从而获得相应于所述建筑物或其它砖瓦构造结构的至少一个整体主体、以及相应于所述围壳的至少一个整体主体，其中内部空白间隔由松散的粒状材料填充；
-拆除所述围壳并去除所述松散粒状材料，获得所述建筑物或其它砖瓦构造结构。
相对上述现有技术系统，根据本发明，所述围壳的模型并入所述结构的模型，从而产生一个CAD文件，之后从该文件获得水平剖面上的横截面。使用该CAD文件，可启动移动单元以浇注建筑物或其它砖瓦构造结构的层与围壳层。围壳与结构一起建造，起保持和容纳在各横截面空白区处浇注的未粘合的松散粒状材料的作用。浇注最后一层即最高层后，且粘合材料硬化后，可拆毁围壳，并去除所获结构内遗留的未粘合的粒状颗粒。这样，通过显著的成本和时间节约操作，不必运载较大围壁并在建筑工序开始前在建筑场地组装围壁，且不必在结构建造后立即拆除围壁。
另外，由于根据本发明的方法，在表面上铺设的粒状材料不必与现有技术设备的侧壁剖面一样宽。相反，覆层必须稍宽于待建造结构的剖面，从而节约粒状材料且操作更灵活。
该方法可通过不包括较大较重的围壁的设备启动，这有助于运输设备至位于不让进入的、遥远或无人居住地点的建筑场地。
全工序自动化也有助于实施上述方法。特别地，为了执行根据所述结构与所述围壳的模型浇注所述粒状材料的所述步骤与喷涂所述粘合材料的所述步骤，提供了计算用于启动所述移动单元的程序矩阵的计算步骤。该移动单元具有多个电动阀，用于打开和关闭各分配喷嘴，所述打开与关闭由根据所述程序矩阵操作的控制装置执行。
优选地，粒状材料通过安排于所述移动单元上的细长料斗均匀分配至各层，所述料斗具有窄长可调开口。
有利地，提供了施压于所述粒状材料的各均质层的步骤，特别是通过与所述移动单元相关的施压元件施压，所述施压元件适于施加预定压力于所述粒状材料的所述均质层，所述施压优选在所述粘合材料喷涂于各层前进行。
有利地，所述围壳具有垂直和倾斜部分，其横截面形成选自下述的闭合形状，包括：
-规则几何形状；
-不规则几何形状；
-与所述结构剖面外形轮廓相符的形状，所述形状设置于所述剖面相隔预定最小距离处。
特别地，所述粘合材料是双组分无机粘合材料，包括：
-由移动单元喷涂的液体成分；
-催化剂。
优选地，所述液体成分包含无机物质，特别是氯化物。
有利地，所述液体成分与所述催化剂的接触是在浇注层发生，而不是在移动单元内发生。这样，避免了所述移动单元的清洁和保养问题，因为没有催化剂的液体成分不会结成网状。
有利地，所述催化剂是粉末固体，分散于粒状材料之中，形成混合物。
特别地，催化剂的粒度细于所述粒状材料的粒度。这有助于增加所获砾岩的硬度，因为所述催化剂的颗粒部分地填充形成粒状材料的颗粒间存在的空间。
有利地，液体成分具有降低的粘度，特别是设定在1×10-3Ns/m与2×10-3Ns/m之间的粘度值。另外，液体成分具有高表面张力，特别是设定于0.07N/m和2N/m之间的表面张力值。
这使得移动单元的分配喷嘴根据控制单元的输入信号的打开和关闭速率快。有利地，所述粒状材料，例如毛石具有设定在0.01mm和65mm之间的粒度。粒度设定于该宽限度内的材料一般从其中可设置建造场地的任何地方附近轻松获得；另外，可由石灰石渣或采石场废料获得。
有利地，所述催化剂包含金属氧化物。这样，粒状材料在催化反应期间不会不起化学作用，相反将积极并深入地参与到反应中。因此，通过该方法所获材料不是普通的混凝土材料，即其中惰性颗粒稍微粘合在一起的低抗张材料；相反，因微晶结构坚固，其是显示高硬度和高抗张强度的类似矿物的材料。
另外，催化反应如此快速以致使砾岩在短时间内硬化，并在数小时内获得接近最终抗张强度的抗张强度，从而加快结构的建造。
有利地，提供了添加高抗张强度增强纤维至所述粒状材料和所述催化剂的所述混合物中的步骤，所述增强纤维选自下组：
-玻璃纤维；
-碳纤维；
-尼龙纤维。
这样，通过该方法获得的砾岩具有扩散的抗张强度和高的硬度，其弥补了粘合材料可能的低抗张强度或可能的低弹性模量。
有利地，提供了铺设硬的耐氯化物腐蚀材料例如Kevlar纤维或碳纤维的网的步骤，用于在建造如宽跨楼层的等结构时加固砾岩。
有利地，根据水平面内所述移动单元的预定路径实施所述喷涂步骤，所述路径包括纵向喷涂冲程。如果喷嘴在移动单元上沿直线排列且隔开一定间距，在该冲程过程中，粘合材料沿以一定距离相互隔开的线浇注，该距离不能小于喷嘴尺寸确定的最小值。为克服这一限制，所述纵向喷涂冲程之后可进行至少一个进一步地、逆向纵向喷涂冲程，在所述逆向冲程之前所述移动单元进行横向变位运动。然后喷涂材料所沿各线间距离可以保持和要求的一样小；该方法的优选实施例在第一方向提供了一个或两个冲程，在与该反向方向相反的第二方向提供了相应冲程。
可选地，沿粒状材料层的整个宽度或所述宽度的大部分，通过沿所述移动单元相互邻近排列的多个喷嘴实施所述喷涂步骤。
特别地，所述预定量粘合材料是这样的以便粘合材料渗透所述填充区至少一部分中的整个覆层厚度，所述部分选自下述：
-所述填充区轮廓，其产生具有预定厚度以实现结构稳定性要求的外皮；
-所述填充区内交叉图案，其形成存在未粘合粒状材料的凹槽，
-其组合。
这样，产生了预定厚度符合静态要求的的区域，且可配有凹槽内含有可被清空的未粘合材料的内部分区，这在如需建造圆顶、支柱、孔壁、拱顶等轻型结构时是实用的。
有利地，通过经穿过结构下部制成的孔抽取所述未粘合粒状材料来清空所述凹槽。特别地，所述孔可在结构建造工序的结束时或结构建造期间制造。
根据本发明的另一特征，一种自动建造砾岩结构的设备，特征在于其包括：
-加载含有CAD模型的文件的装置，所述CAD模型包括建筑物或其它砖瓦构造结构的模型、以及绕所述建筑物或所述结构待建造的围壳的模型；
-从所述CAD提取多个水平剖面上的多个平面横截面的装置，所述剖面以预设的垂直间距均匀隔开，所述平面横截面包括分别相应所述结构与所述围壳的填充部分和空白部分的填充区和空白区，所述剖面从下向上排列；
-移动单元滑行的固定框架，特别是具有滑行在水平导架上的桥架的桥式起重单元；
-适于承载所述水平导架并用于根据所述预定垂直间距垂直移动所述水平导架的升降装置；
-浇注粒状材料层的浇注装置，所述粒状材料层的厚度与所述预设的垂直间距相关，所述浇注装置与所述移动单元相联；
-将所述粘合材料喷涂在各剖面所述填充区的所述各粒状材料层上的喷涂装置，所述填充区包括所述建筑物或其它砖瓦构造结构的部分以及所述围壳的部分，所述喷涂装置与所述移动单元相联。
有利地，所述移动单元沿桥架滑行，所述移动单元基本根据预定路径在水平面内移动。
有利地，所述浇注装置包括料斗。
特别地，所述移动单元包括多个分配粘合材料的喷嘴，所述喷嘴类似矩阵按多行多列排列，特别地，所述喷嘴相互独立启动。
特别地，所述矩阵的所述行相互隔开一定距离，以形成基本等于各喷嘴覆盖的喷印宽度的总距离。这避免了因喷嘴尺寸，通过防止喷嘴供应的粘合材料与相邻喷嘴已喷涂的粘合材料重叠，而不均匀分配粘合材料。
有利地，所述喷嘴由各自的计量装置，特别是各自的容积计量装置进料。
优选地，所述升降装置包括：
-所述导架各端的立柱；
-沿各立柱移动的滑块；
-适于沿所述立柱移动所述滑块的升降装置。
有利地，所述导架属于水平框架。
有利地，所述水平框架的所述升降装置包括至少一个垂直立柱，特别地，所述水平框架外周各角一个垂直立柱，特别地，如果是具有矩形外周的水平框架，则是四个立柱。
特别地，所述升降装置包括步进电动机，每步等于所述预定垂直间距。
可选地，所述升降装置包括线性传动器，例如电子或液压线性传动器，其根据所述预定垂直间距逐步操作，所述传动器与多个可插入所述立柱各横贯孔/可从所述立柱各横贯孔抽出的销相联。
有利地，所述设备包括多个侧围元件(containing side element)，或“边围(skirt)”，所述边围外部围绕所述围壳(containing shell)，所述边围与所述水平框架成整体，其中建造所述围壳时，所述边围刮擦所述围壳外表面，并聚集落在所述围壳外侧的粒状材料。
特别地，所述边围包括基本水平部分或朝向所述粒状材料围壳倾斜的部分和在所述围壳硬化期间稳定所述围壳的基本垂直部分。更详细地，与所述水平框架为整体的所述边围刮擦所述围壳外表面，聚集浇注在围壳外的粒状材料。
根据本发明的另一特征，上述目标是通过自动建造砾岩结构的方法实现的，该方法的特征在于包括以下步骤：
-通过CAD软件特别是通过表面或实体建模CAD软件，以计算机辅助的方式建模建筑物结构，因而获得所述结构的模型，所述模型存储于计算机存储器的文件内；
-从所述结构的所述模型提取多个水平剖面上的多个平面横截面，所述剖面以预设的垂直间距均匀隔开，所述平面横截面包括分别相应于所述剖面中所述结构的填充部分和空白部分的填充区和空白区，所述剖面从下向上排列；
-预先安排移动单元滑行的固定框架，所述可移动单元适于交替浇注与粉末形式催化剂均匀混合的粒状材料层，所述可移动单元适于根据所述结构的所述填充区喷涂液体形式的粘合材料于所述粒状材料层上；
-通过所述移动单元浇注与所述粉末形式催化剂均匀混合的所述粒状材料的均质的水平的第一层，所述第一层的厚度与所述预设的垂直间距相关；
-通过所述移动单元喷涂适于与所述粉末形式催化剂发生化学反应的液体成分的第一层于所述粒状材料的所述第一层上，所述喷涂限于第一剖面的所述填充区；
-根据所述垂直间距相对于所述固定框架垂直提升所述移动单元，以形成另一层所述粒状材料和所述粘合材料；
-重复浇注所述粒状材料和所述催化剂的所述步骤并重复在所述浇注的粒状材料和所述催化剂上喷涂所述液体成分于所述填充区的步骤，重复次数等于所述结构被划分的平面横截面数，所述次数的每一次进行不同和连续的剖面，直至完成最后一层；
-去除未粘合粒状材料，释放所获砾岩结构，准确复制所述建模结构。
根据本发明的又一特征，上述目标是通过自动建造砾岩结构的方法实现的，该方法包括以下步骤：
-通过CAD软件特别是通过表面-或实体建模CAD软件，以计算机辅助的方式建模建筑物结构，因而获得所述结构的模型，所述模型存储于计算机存储器的文件内；
-从所述结构的所述模型提取多个水平剖面上的多个平面横截面，所述剖面以预设的垂直间距均匀隔开，所述平面横截面包括分别相应于所述剖面中所述结构的填充部分和空白部分的填充区和空白区，所述剖面从下向上排列；
-预先安排移动单元滑行的固定框架；
-通过所述移动单元浇注所述粒状材料的均质水平的第一层，所述第一层的厚度与所述预设的垂直间距相关；
-通过所述移动单元喷涂第一层液体成分于所述粒状材料的所述第一层上，所述喷涂限于第一剖面的所述填充区；
-根据所述垂直间距相对于所述固定框架垂直提升所述移动单元，以形成另一层所述粒状材料和所述粘合材料；
-重复浇注所述粒状材料和所述催化剂的所述步骤并重复在所述浇注的粒状材料和所述催化剂上喷涂所述液体成分于所述填充区的步骤，重复次数等于所述结构被划分的平面横截面数，所述次数的每一次进行不同的和连续剖面，直至完成最后一层；
-去除未粘合粒状材料，释放所获砾岩结构，准确复制所述建模结构，
其中所述粘合材料是无机双组分粘合材料，包括：
-含无机物质特别是氯化物的液体成分；
-基于金属氧化物的催化剂。
附图简述
结合下述示例性而非限制性的示例性实施方式的说明，参照附图，可更清晰地理解本发明，其中：
-图1示出了通过实体建模CAD软件获得的待建造的结构模型的透视图；
-图2示出了通过实体建模CAD软件获得的需绕所述建筑物建造的围壳模型的透视图；
-图3示出了建造结束时示例性建筑物和壳的透视图；
-图4示出了图3所示建筑物和壳，根据用于逐步建造建筑物的剖面顺序切割，且图4A-4C示出了图4所示各剖面的相应砾岩填充区和含有未粘合混合物的空白区；
-图5示出了在浇注粒状材料并喷涂粘合材料之前，根据本发明的设备的实例的透视图；
-图6示出了围壳内建造砾岩建筑物结构期间的该设备，其中建筑物结构和围壳均通过根据本发明的方法获得；
-图7和8示出了两个不同操作步骤中该设备的优选示例性实施方式的剖视图和透视图；
-图9示出了根据本发明的设备的部分剖视图，其中示出了料斗、喷嘴、边围和压辊；
-图10示出了浇注的粒状材料层上粘合材料的应用，其中粒状材料中含有粉末形式的催化剂；
-图11示出了粒状材料层中存在的成分与催化剂相互作用的区域，如图10所示；
-图12示出了该设备喷头的喷嘴排列实例；
-图13示出了根据本发明的设备的可选示例性实施方式，其中喷头整合于桥式起重机并沿着桥架的整个长度延伸；
-图14和15分别示出了用根据本发明获得的填充粒状材料填充的柱的横截面、和具有可被清空的内部分区的横截面，用于该结构的减重和成本降低；
-图16示出了用于根据预定间距提升水平框架的装置实例；
-图17至21示出了通过根据预定间距提升水平框架的装置执行的连续步骤；
-图22至25示出了用于浇注粘合材料于粒状材料层上的喷头的相继冲程。
具体实施方式
如图1至4所示，自动建造砾岩结构的方法提供了通过实体建模CAD软件的建筑物或其它砖瓦构造结构50的计算机辅助建模操作的第一步骤，产生含有待建造的结构模型1的文件。除结构50的模型外，本方法提供了围绕结构50模型的围壳51(图2)的计算机辅助建模，如图3所示。该围壳模型2提供了敞开的上侧，并且优选具有竖直的壁，例如四个竖直的壁，使其看似包含待建造结构的箱子。围壳51的模型可对于结构50的模型手工绘制，或通过程序的预设功能自动绘制；特别地，围壳与建筑物隔开预定距离。
该方法的下述步骤在于在从下向上排列且均匀隔开预设的垂直间距的多个水平剖面52、53、54上提取结构50的模型和围壳51的模型的多个水平横截面52’、53’、54’。横截面包括填充区55、56和空白区57；填充区对应于结构56和围壳55的模型的截面。各剖面52、53、54因此包括沿着相应于围壳截面轮廓的环形填充区55和环内所含相应结构截面的一个或多个填充区56。
之后，各横截面52’、53’、54’与计算的程序矩阵——其单位各自对应于矩阵相关的横截面的一点——相关联。特别地，横截面填充区55或56的点与具有“开”值的矩阵单位对应，而空白区57的点对应于具有“闭”值的矩阵单位。程序矩阵被送至适于实施该方法上述步骤并自动获得图1至4图解所示发热砾岩结构的根据本发明的设备。
如下文所述及图5至9图解所示，该设备交替浇注粒状材料层和液体粘合材料，前者浇注于整个工作区，后者仅喷涂于各剖面的填充区55和56。例如，粘合材料是包括含无机物质特别是氯化物的液体成分和基于金属氧化物的催化剂的双组分无机粘合材料。
上述浇注可通过驱动包括根据预定行列数排列的多个喷嘴20的喷头3实施。
该设备的结构包括4个立柱4，其可以适当方式固定于地面；立柱支承具有侧梁41-44的矩形水平框架1。框架1通过导架9连接至立柱4，以允许框架1按照预定垂直间距平移，待浇注的粒状材料层厚度与该预定垂直间距相关；厚度被选择为优化粘合材料渗入刚浇注的粒状材料层的深度。
各粒状材料层的厚度等于两个连续剖面间的垂直间距，这样可准确复制模型。对于结构50和围壳50模型各剖面，从最下向最上层，重复浇注惰性粒状材料层和喷涂预定量粘合材料于剖面填充区55、56的步骤。
喷涂预定量粘合材料于剖面步骤完成后，水平框架1提升上述间距。这样，对所有剖面重复上述步骤，获得硬化的围壳结构5，内侧包含建筑物结构6，埋在填充围壳5的大量未粘合粒状材料7里。垂直平移运动可通过包括索道传输架的机电伺服机构(electromechanicalservomechanism)13实现。
可选地，如后文参照图16至21所述，提供了电动线性传动器，其步进工作，每一步等于预定垂直间距，并且与多个可插入立柱4内制成的相应横贯孔105/可从立柱4内制成的相应横贯孔105抽出的销107相联。
安装于框架1的桥式起重机2可平行于侧梁41-44滑动。桥式起重机2上设有料斗26，在桥式起重机2移动期间提供相同厚度层内包含的“混合物”(图9)。
一行或多行喷嘴20排列于桥式起重机2上，以根据预定图案喷涂粘合材料。每个喷嘴20具有由计算机独立于其它喷嘴的阀控制的电磁开关阀。
在图13和22所示优选示例性实施方式中，喷嘴20沿移动单元3上单排排列，隔开预定距离；该距离不能超过喷嘴的横向尺寸。在此情况下，根据移动单元的预定路径在水平面内执行粘合材料的喷涂。该路径始终包括平行于纵轴x(图23)的至少一喷涂冲程(图24)；该冲程后可进行平行于同一X轴并按照X轴的方向及其反方向交替定向的另一喷涂冲程。在此情况下，所述移动单元的运动d2(图24)在任何后续喷涂冲程前在横向y的方向上进行。在第一冲程过程中，粘合材料沿相隔间距d的线201浇注，间距d不能小于喷嘴20尺寸相关的最小值。喷涂粘合材料所沿线201之间的距离随后被保持为和要求的一样小，特别地，它们可设定为间距d的二分之一或四分之一。
框架1具有在桥式起重机2下方且环绕整个围壳5的搁板即壁架或边围10；边围10的位置与浇注层17的垂直距离16(图19)使得已浇注粘合材料的所有下层7已经硬化，因此可承受上层的重量。
边围10是要聚集桥式起重机前次冲程过程中浇注且超出已硬化至预定程度的围壳部分5轮廓边缘的仍未粘合的粒状材料混合物21。混合物在边围10上堆积，斜度垂直于重力与相切摩擦力的合力，直至通过边围外缘的适当开口落下，形成绕围壳5的料堆(heap)23。
移动的围护元件(containing element)24是要刮擦并避免混合物在边围10和已硬化的围壳5的外壁间渗漏。
因此，不需要特别的模壳来围住粒状材料，实现上述优点。
建造结束时，去除未粘合的粒状材料7，拆毁围壳5，露出所获建筑物结构6。
综上所述，喷头3沿桥架2平行于x轴滑行，从而以预定方式喷涂粘合材料。喷嘴20(图9)仅在剖面填充区打开。水平框架1按照预定垂直间距以如箭头12所示垂直方向Z移动。特别地，水平框架1沿四个立柱4垂直滑行。这样，通过纵向和横向喷头3的组合运动，获得水平面如XY内的运动，而框架的垂直运动提供了第三坐标Z。
图7、8和9示出了根据本发明的设备的可能的示例性实施方式，其中立柱4、水平框架1和桥架2由桁架制成。
图9示意性示出了根据本发明的设备的局部视图。在图9示例性实施方式中，各立柱4以及水平框架1由具有矩形且由四根末端彼此连接的桁架组成的网状结构形成。水平框架1按照表示Z轴的箭头12垂直移动。
同样由桁架组成的桥架2按照表示Y轴的箭头11在水平框架1上滑行。
喷头3按照垂直于方向11、表示X轴的箭头15沿桥架2水平滑行。
图9中，根据本发明的设备处于工序的中间状态，因为其已浇注多个粒状材料层22，且已喷涂粘合材料在相应于结构6与围壳5剖面填充区的各层22的填充区处。
围壳5外侧存在环绕围壳5整个外周的边围10，特别地，边围具有相应围壳外周形状的开口，且与水平框架1整体形成，使得水平框架1上移时，边围10也上升至相应高度。因此，如果环绕围壳5排列的边围10具有鬃刷20，则在边围10上移时，围壳5的外表面被拂拭并除去粒状材料。另外，边围10可操作地排列于被浇注的层17下方一定距离处，该距离为预定间距数倍且对应于硬化区的厚度。超出围壳5外周的多余粒状材料21保持在边围10上，形成表面根据重力和摩擦力相互作用而自然倾斜的料堆。
浇注新层时，附于下层的部分围壳硬化，因而产生硬壁，形成一种保持粒状材料的后台板(quarterdeck)。
该围壳构造的优势在于降低了设备成本，因为无需为粒状材料准备围壁。另一优点在于显著降低了设备的重量以及消除了硬化装置，所述硬化装置由于仅承载自重的桥式起重结构尺寸减小而不必要并且不再包含粒状材料的推力。另外，因机器负担减小，降低了设备运输成本。因此，设备的组装步骤要求的时间较短。
如图10所示，在可能的示例性实施方式中，催化剂72为粉末形式，并且与各层浇注的粒状材料71预先混合，而成分70为液体并具有降低的粘度值。使用粉末形式的催化剂72有利地防止了喷嘴6阻塞；否则喷嘴6可能因催化剂与其间一起流动的成分的网状反应而阻塞。
图11示出了液体成分70如何通过浇注的粒状材料71和72进行扩散。喷头和喷嘴6的各个冲程中，液体成分渗入浇注材料一定深度73，其设于1mm至5mm之间，特别地，设定在2mm至4mm之间，优选设为3mm。
可以有益地提供在纤维例如，玻璃纤维、碳纤维、尼龙纤维或具有适当抗拉强度的任何纤维——图中未示出——的粒状材料中的最初分散。因而砾岩具有一致的抗拉强度，从而弥补粘合材料的可能的低弹性模量或抗拉强度值，且最终目标具有高的总抗拉强度和硬度。
浇注程序需要适于跟随两个坐标X和Y所示任何图案的喷头3。
另外，在图12中，示出了输送粘合材料的喷头3，特别是多喷嘴喷头的具体示例性实施方式。该喷头3具有矩阵型结构，所述矩阵型结构由以多行62和多列63排列的喷嘴61的矩阵60组成，其中列63相互均匀隔开一定距离，从而形成基本等于各喷嘴覆盖的喷印宽度的总距离64。
图13示出了根据本发明的设备的可选示例性实施方式，其中喷嘴3不相对于桥架2滑行，而是与桥架2整体形成，并延伸工作区整个长度。喷头3和桥架2沿导架80滑行，接着沿Y轴滑行。换句话说，喷头3具有均匀分配于其整个长度上的多个喷嘴，且该喷嘴可相互独立操作，喷涂粘合材料于各剖面的填充区。
图14和15分别示出了根据本发明所获填充有粒状材料96的结构的横截面95、和具有适用于减轻粒状材料结构96的内部分区的横截面。因此，粘合材料可喷涂于填充区轮廓处，并且任选地以及另外，根据上述填充区内的交叉图案97喷涂。随后产生厚度适当且根据静态要求可变的“外皮”，且其可装备有在凹槽中含有未粘合粒状材料的内部分区，所述凹槽在松散的粒状材料通过预先安排的卸料孔或在工序结束时制造的卸料孔清除时清空。这一特征允许大幅节省粘合材料，否则因粘合材料的价格将发生高额制造费用。
另外，内部凹槽允许结构区域内重量没有用或甚至不利处——例如建筑物拱顶区、突起区或顶端区的目标96的减重。因此，最终目标是得到海绵状高强度的轻型结构。
图16示出了根据预定间距提升水平框架的有利的升降装置100。该装置包括二个液压或气动柱塞101、102，适于在柱塞处于伸展位置时插入沿立柱垂直排列并基本水平的各自的孔105、106和107内。两个柱塞101和102可沿导架104相互平行平移至立柱，且它们之间的相对平移运动通是通过平行立柱设置的升降柱塞103操作。
图17至21说明了根据浇注在各级上的粒状材料层的厚度的垂直步进运动。
图17中，柱塞101和102分别插入相邻孔107和106中，因而，柱塞101和102间相对距离最小。图18中，柱塞102抽出，且图19中，升降柱塞103向上延伸以定位柱塞102于孔105内。
图20中，柱塞102伸出，啮合孔105。图21中，在升降柱塞103抽出步骤中，柱塞101伸出后向上平移，且当柱塞101位于孔106前时，伸出并啮合该孔。
根据概念观点，前述具体实施方式的说明将充分展示本发明，以便他人通过应用当前知识，能够为各种应用修改和/或调整该实施方式，而无需进一步研究，并且不背离本发明。因此，应理解这些调整和修改必须视为该具体实施方式的等效物。实现本文所述不同功能的装置和材料可有不同性质，而不会因此背离本发明的范围。应理解，本文使用的措辞和术语仅为说明目的，并非限制目的。

Claims (26)

1.一种自动建造砾岩结构的方法，特征在于其包括下述步骤：
-通过CAD软件，特别是通过表面-或实体建模CAD软件，以计算机辅助的方式建模建筑物或其它砖瓦构造结构，因而获得所述结构的模型，所述模型存储于计算机存储器的文件内；
-通过所述CAD软件建模围绕所述建筑物结构的围壳，从而获得所述围壳的模型，所述模型存储于所述计算机存储器的文件内；
-从所述结构的所述模型与所述围壳的所述模型提取多个水平平面横截面上的多个平面横截面，所述剖面以预设的垂直间距均匀隔开，所述平面横截面包括分别相应于所述剖面中所述结构与所述围壳的填充部分和空白部分的填充区和空白区，所述平面横截面从下向上排列；
-预先安排移动单元滑行的固定框架，所述移动单元适于交替浇注粒状材料层和喷涂液体形式的粘合材料于所述粒状材料层上；
-通过所述移动单元浇注所述粒状材料的第一均质水平层，所述第一层的厚度与所述预设的垂直间距相关；
-通过所述移动单元喷涂预定量的所述粘合材料于所述粒状材料的所述第一层上，所述喷涂限于第一平面横截面的所述填充区；
-根据所述垂直间距，相对于所述固定框架垂直提升所述移动单元；
-浇注粒状材料的第二均质水平层于所述第一层上，并喷涂预定量的粘合材料于所述第二层上，所述喷涂限于第二横截面的所述填充区；
-重复浇注所述粒状材料的所述步骤并重复喷涂预定量的粘合材料于各横截面所述填充区的所述步骤，直至完成最后一层，从而获得相应于所述建筑物或其它砖瓦构造结构的至少一个整体主体、和相应于所述围壳的至少一个整体主体，其中内部空白区由松散的粒状材料填充；
-拆毁所述围壳并去除所述松散粒状材料，获得所述建筑物或其它砖瓦构造结构。
2.根据权利要求1的方法，其中，为执行根据所述结构和所述围壳的所述模型浇注所述粒状材料的所述步骤和喷涂所述粘合材料的步骤，提供了计算用于启动所述移动单元的程序矩阵的计算步骤，所述移动单元具有多个打开和关闭各自的分配喷嘴的电动阀，所述打开和关闭通过根据所述程序矩阵操作的控制单元执行。
3.根据权利要求1的方法，其中提供了施压于所述粒状材料的各均质层的步骤，特别是通过与所述移动单元相连的施压元件，所述施压元件适于施加预定压力于所述粒状材料的所述均质层，所述施压在所述粘合材料喷涂于各层前实施。
4.根据权利要求1的方法，其中所述围壳具有垂直或倾斜部分，其横截面形成选自下述的闭合形状：
-规则几何形状；
-不规则几何形状；
-与所述结构剖面外形轮廓相符的形状，所述形状设置于所述剖面相隔预定最小距离处。
5.根据权利要求1的方法，其中所述粘合材料是双组分无机粘合材料，其包括：
-通过所述移动单元喷涂的液体成分；
-催化剂。
6.根据权利要求5的方法，其中所述液体成分包含无机物质，特别是氯化物。
7.根据权利要求5的方法，其中所述液体成分与所述催化剂的接触在所述粒状材料的浇注层发生。
8.根据权利要求5的方法，其中所述催化剂是粉末固体，且分散于粒状材料中以形成混合物。
9.根据权利要求8的方法，其中所述催化剂的粒度细于所述粒状材料的粒度。
10.根据权利要求5的方法，其中所述成分具有设定于1×10-3Ns/m至2×10-3Ns/m之间的粘度值，以及设定于0.07N/m至2N/m之间表面张力值。
11.根据权利要求5的方法，其中所述催化剂包含金属氧化物。
12.根据权利要求1的方法，其中所述粒状材料具有设定于0.01mm和65mm之间的粒度。
13.根据权利要求8的方法，其中提供了添加高抗拉强度增强纤维至所述粒状材料和所述催化剂的所述混合物中的步骤，所述增强纤维选自下述：
-玻璃纤维；
-碳纤维；
-尼龙纤维。
14.根据权利要求1的方法，其中提供了铺设硬的耐氯化物腐蚀材料网的步骤，特别用于加固相应于所述建筑物的宽跨楼层的所述整体主体的部分。
15.根据权利要求1的方法，其中所述喷涂步骤是根据水平面内所述移动单元的预定路径实施的，所述路径包括纵向喷涂冲程，特别地，在所述纵向喷涂冲程之后进行至少一个进一步的逆向纵向喷涂冲程，所述逆向冲程之前进行所述移动单元的横向变位运动。
16.根据权利要求1的方法，其中所述喷涂步骤是通过沿所述移动单元相互邻近排列的多个喷嘴沿粒状材料层的整个宽度或所述宽度的大部分实施的。
17.根据权利要求1的方法，其中所述预定量的粘合材料使得粘合材料渗透所述填充区至少一部分中整个覆层厚度，所述部分选自下述：
-所述填充区的轮廓，产生具有预定厚度以实现结构稳定性要求的外皮；
-所述填充区内的交叉图案，形成存在未粘合粒状材料的凹槽，
-其组合。
18.一种自动建造砾岩结构的设备，特征在于其包括：
-加载含有CAD模型的文件的装置，所述CAD模型包括所述结构的模型、以及需围绕所述结构建造的围壳的模型；
-从所述CAD提取多个水平剖面上的多个平面横截面的装置，所述剖面以预设的垂直间距均匀隔开，所述平面横截面包括分别对应于所述结构与所述围壳的填充部分和空白部分的填充区和空白区，所述剖面从下向上排列；
-移动单元滑行的固定框架，特别是具有滑行于水平导架上的桥架的桥式起重装置；
-适于承载所述水平导架并根据所述预定垂直间距垂直移动所述水平导架的升降装置；
-浇注粒状材料层的浇注装置，所述粒状材料层的厚度与所述预设的垂直间距相关，所述浇注装置与所述移动单元相联；
-喷涂所述粘合材料于各剖面的所述填充区处的所述各粒状材料层上的喷涂装置，所述填充区包括所述建筑物的部分及所述围壳的部分，所述喷涂装置与所述移动单元相联。
19.根据权利要求18的设备，其中所述移动单元包括多个分配所述粘合材料的喷嘴，所述喷嘴类似矩阵按预设数量的行和预设数量的列排列，特别地，所述喷嘴相互独立启动。
20.根据权利要求19的设备，其中所述矩阵的所述行相互隔开一定距离，以形成基本等于各喷嘴覆盖的喷印宽度的总距离。
21.根据权利要求18的设备，其中所述升降装置包括步进电动机，每步等于所述预定垂直间距。
22.根据权利要求18的设备，其中所述升降装置包括液压线性传动器，所述传动器根据所述预定垂直间距逐步操作，所述传动器与可插入所述立柱各横贯孔/可从所述立柱各横贯孔抽出的多个销相联。
23.根据权利要求18的设备，其包括多个围护元件，或“边围”，所述边围外部围绕所述围壳，所述边围与所述水平框架整体形成，其中在建造所述围壳时，所述边围刮擦所述围壳外表面，并聚集落在所述围壳外侧的粒状材料。
24.根据权利要求23的设备，其中所述边围包括基本水平部分或向所述粒状材料围壳倾斜的部分和在所述围壳硬化期间稳定所述围壳的基本垂直部分。
25.一种自动建造砾岩结构的方法，特征在于其包括以下步骤：
-通过CAD软件，特别是通过表面-或实体建模CAD软件，以计算机辅助的方式建模建筑物结构，因而获得所述结构的模型，所述模型存储于计算机存储器的文件内；
-从所述结构的所述模型提取多个水平剖面上的多个平面横截面，所述剖面以预设的垂直间距均匀隔开，所述平面横截面包括分别相应于所述剖面中所述结构的填充部分和空白部分的填充区和空白区，所述剖面从下向上排列；
-预先安排移动单元滑行的固定框架，所述可移动单元适于交替浇注与粉末形式催化剂均匀混合的粒状材料层，所述可移动单元适于根据所述结构的所述填充区喷涂液体形式的粘合材料于所述粒状材料层上；
-通过所述移动单元浇注与所述粉末形式催化剂均匀混合的所述粒状材料的均质水平第一层，所述第一层具有与所述预设垂直间距相关的厚度；
-通过所述移动单元喷涂适于与所述粉末形式催化剂发生化学反应的液体成分的第一层于所述粒状材料的所述第一层上，所述喷涂限于根据预设路径的第一剖面的所述填充区；
-根据所述垂直间距相对于所述固定框架垂直提升所述移动单元，以形成另一层所述粒状材料和所述粘合材料；
-重复浇注所述粒状材料和所述催化剂的所述步骤并重复在所述浇注的粒状材料和所述催化剂上喷涂所述液体成分于所述填充区的所述步骤，重复次数等于所述结构被划分的平面横截面数，所述次数的每一次用于不同和连续的剖面，直至完成最后一层；
-去除未粘合粒状材料，释放所获砾岩结构，准确复制所述建模结构。
26.一种自动建造砾岩结构的方法，包括以下步骤：
-通过CAD软件特别是通过表面-或实体建模CAD软件，以计算机辅助的方式建模建筑物结构，因而获得所述结构的模型，所述模型存储于计算机存储器的文件内；
-从所述结构的所述模型提取多个水平剖面上的多个平面横截面，所述剖面以预设的垂直间距均匀隔开，所述平面横截面包括分别相应于所述剖面中所述结构的填充部分和空白部分的填充区和空白区，所述剖面从下向上排列；
-预先安排移动单元滑行的固定框架；
-通过所述移动单元浇注所述粒状材料的均质水平第一层，所述第一层具有与所述预设垂直间距相关的厚度；
-通过所述移动单元喷涂第一层液体成分于所述粒状材料的所述第一层上，所述喷涂限于根据预设路径的第一剖面的所述填充区；
-根据所述垂直间距相对于所述固定框架垂直提升所述移动单元，以形成另一层所述粒状材料和所述粘合材料；
-重复浇注所述粒状材料和所述催化剂的所述步骤并重复在所述浇注的粒状材料和所述催化剂上喷涂所述液体成分于所述填充区的步骤，重复次数等于所述结构被划分的平面横截面数，所述次数的每一次用于不同和连续的剖面，直至完成最后一层；
-去除未粘合粒状材料，释放所获砾岩结构，准确复制所述建模结构，
其特征在于所述粘合材料是双组分无机粘合材料，包括：
-含无机物质特别是氯化物的液体成分；
-包含金属氧化物的催化剂。
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