CZ34847U1

CZ34847U1 - Tisková hlava s rotací trysky pro 3D tisk betonových směsí

Info

Publication number: CZ34847U1
Application number: CZ2020-38130U
Authority: CZ
Inventors: Jakub John; Jakub Ing. John; Jakub Kresa; Jakub Ing. Kresa; Jiří Koiš; Jiří Ing. Koiš; David Paloušek; David doc. Ing. Paloušek; Jakub SlavĂÄŤek; Jakub Ing. Slavíček
Original assignee: VIA ALTA a. s.
Priority date: 2020-10-19
Filing date: 2020-10-19
Publication date: 2021-02-23

Description

Tisková hlava s rotací trysky pro 3D tisk betonových směsí

Oblast techniky

Tisková hlava s rotací trysky je součástí celku, kterým je 3D tiskárna pro výrobu velkorozměrových dílů z betonových a dalších stavebních směsí. Tato technologie zasahuje do oblasti stavebnictví a architektury s pravděpodobným předpokladem postupného nahrazení současných stavebních technologií vedoucí k optimalizaci ve všech oblastech od návrhu přes výrobu až po provoz budov a zvýšení kvality, bezpečnosti, efektivity i trvalé udržitelnosti staveb s pozitivním dopadem na celou společnost i životní prostředí.

Dosavadní stav techniky

Tisková hlava se obecně skládá z trysky, těla tiskové hlavy, příruby, ke které je připojena přívodní hadice a pohonné jednotky nebo hnacího zařízení. Koncová tryska tvaruje beton nanášený do stavěcího prostoru. Tryska může mít kruhový průřez nebo může beton tvarovat do speciálních tvarů.

Tiskové hlavy lze rozdělit do dvou základních skupin na aktivní a pasivní. Pasivní tisková hlava má za úkol pouze tvarovat přivedený beton do specifické podoby a jeho přiváděné množství je plně závislé na externím zařízení v podobě čerpadla na beton. Aktivní tisková hlava pak může zahrnovat šnekový nebo pístový pohon pro protlačování směsi.

Tisková hlava slouží k nanášení betonu při definované rychlosti vytlačování směsi na určené místo. Polohování tiskové hlavy zajišťuje externí zařízení v podobě pohyblivé rámové konstrukce, ke kterému je připevněna tisková hlava. Posun směsi je ve většině případů zajištěn pomocí dodatečné vytlačovací síly, vyvolané např. šnekovým čerpadlem.

Existující patentová ochrana zařízení a technologií obdobného zaměření se zaměřuje na rozdílné materiály nebojsou použity odlišné postupy a metody tisku. Přestožeje 3Dtiskv současnosti hojně se rozvíjející oblastí, neexistuje v současné době patentová ochrana v přímé konkurenci.

Podstata technického řešení

Tisková hlava je určená pro kontinuální tisk betonové směsi s obsahem kameniva s max. zrnem 8 mm. Hlavní funkcí tiskové hlavy je extruze betonové směsi s možností regulace množství vytlačovaného materiálu pomocí šnekového mechanismu a jej i kontrolovaný směrový výnos pomocí natáčecí výstupní trysky. Konstrukční řešení bylo navrženo s ohledem na jednoduchost výroby a cenovou dostupnost použitých komponent.

Podstatou technického řešení je zejména možnost natáčení výstupní trysky pomocí krokového elektromotoru, což umožňuje formovat nanášenou směs v určité orientaci vzhledem k podložce. Tisková hlava s rotací trysky pro 3D tisk betonových směsí je hlavou aktivní, což znamená, že tisková hlava obsahuje svůj vlastní šnekový mechanismus pro dávkování betonu přímo v těle tiskové hlavy. Zmíněné řešení dávkování směsi je snadno ovladatelné regulací otáček a je vhodné i pro dopravu nehomogenních materiálů.

Mezi přednosti tiskové hlavy patří možnost kontinuálního tisku, snadná rozebíratelnost nutná pro čištění tiskové hlavy a možnost snadné výměny některých částí tiskové hlavy, jako je šnekovnice nebo tryska.

- 1 CZ 34847 UI

Objasnění výkresů

Technické řešení je objasněno prostřednictvím následujícího přiloženého obr. 1, na kterém je znázorněná tisková hlava a jej i jednotlivé součásti - šnekový mechanismus 1, tělo 2 tiskové hlavy, výstupní tryska 3 a natáčecí mechanismus 4.

Příklad uskutečnění technického řešení

Technickým řešením je aktivní tisková hlava se šnekovým pohonem.

Tisková hlava je modulární, skládá se ze 3 hlavních celků, kterými je šnekový mechanismus 1, tělo tiskové hlavy 2 a natáčecí mechanismus 4. Jednotlivé části jsou vzájemně spojeny CLAMP sponami. Materiál je do tiskové hlavy přiváděn z boku vstupním otvorem.

Základem těla 2 tiskové hlavy je svařenec tvořený ze dvou nerezových trubek, jedné svislé o vnějším průměru 114,3 mm, tloušťce stěny 3 mm a k ní z boku pod úhlem 45° přivařené trubky o vnějším průměru 60,3 mm, tloušťce stěny 4 mm, na jejímž konci je vytvořen závit pro našroubování spojky na hadici. Rozměry trubek jsou normovány, materiál je nerezová ocel. Na každý konec svislé trubky základního svařence jsou přivařeny dvě příruby k uchycení šnekového mechanismu 1 anatáčecího mechanismu 4. Kolem svislé trubky jsou umístěny dvě objímky, které zajišťují upevnění celé tiskové hlavy přes konzolu k polohovacímu zařízení.

Tryska 3 je umístěna ve spodní části tiskové hlavy a slouží k tvarování výnosu betonu z tiskové hlavy. Tvar výstupní trysky 3 je obdélníkový s rozměry 45 x 28 mm a je opatřen zahlazovacími segmenty. Natáčecí tryska 3 je uložena na vnějším kroužku radiálního ložiska nalisovaného na nosném dílu natáčecího mechanismu 4, vymezení pozice trysky 3 vůči ozubení je realizováno pomocí šroubů a matic. Natáčení trysky 3 je poháněno krokovým motorem v kombinaci s ozubeným řemenovým převodem. Tryska 3 je opatřena žebrováním pro zvýšení její tuhosti a na konci trysky 3 je implementována dvojice zahlazovacích segmentů zajišťujících lepší stabilitu a přesnost výnosu.

Pohon šnekového mechanismu uvnitř tiskové hlavy je realizován pomocí asynchronního motoru se šnekovou převodovkou. Přenos kroutícího momentu od motoru ke šneku je realizován hřídelem uloženým do dvojice ložisek. Šnek je k hřídeli přišroubován čtyřmi šrouby, což zajistí možnost jeho výměny za šnek jiný. Čištění zařízení bude probíhat tak, že se odjistí CLAMP systém mezi natáčecím mechanismem 4 a tělem 2 tiskové hlavy a mezi tělem 2 hlavy a šnekovým mechanismem L Šnekový mechanismus 1 i natáčecí mechanismus 4 se poté vyjmou, čímž je možné funkční díly očistit.

Průmyslová využitelnost

Projekt tiskové hlavy kromě inovačního přínosu mění i pohled na dodavatelsko-odběratelské vztahy ve stavebnictví a soustřeďuje se na decentralizaci výroby a možnosti individualizace výstupu. Výsledný produkt může vzniknout kdekoliv v jakémkoliv čase dle potřeb zákazníka, digitální data mohou být využita pro „sériovou“ výstavbu, ale stejně tak zajišťují opakovatelnost provedení stavby.

Technologie přináší přidanou hodnotu v možnosti respektovat environmentální aspekty formou ovlivnění urbanistických řešení a začlenění do krajiny. Proces stavby objektů vrstvu po vrstvě umožňuje plně integrovat 3D digitální data s reálným objektem, a to v celém životním cyklu výrobku.

-2 CZ 34847 UI

Unikátní technické řešení aktivní tiskové hlavy s rotací trysky pro 3D tisk betonových směsí umožňuje technologickému souboru zařízení pro aditivní výrobu ve stavebnictví disponovat vyšší mírou kvality výroby a zlepšuje efektivitu procesu. Natáčecí mechanismus zlepšuje kvalitu povrchu výrobku a vytváří kvalitnější spojení jednotlivých výnosů, což přispívá k celkovému zvýšení produktivity. Aktivní koncepce tiskové hlavy dále stabilizuje výnos materiálu a rozšiřuje možnosti regulace toku materiálu při procesu tisku. Důležitým aspektem konstrukce je možnost snadné demontáže klíčových funkčních částí tiskové hlavy za účelem čištění a inspekce. Zmíněné inovační přínosy poté zvyšují konkurenceschopnost daného zařízení v technické a ekonomické rovině.

Cílovou skupinou jsou provozovatelé výrobních závodů stavebních hmot a prefabrikátů. Tito disponují zázemím pro výrobu finálního výrobku, a to jak z hlediska technického, tak z hlediska prodejního. Uvedená technologie se v jejich případě stává součástí komplexní technologie firmy a rozšiřuje jak možnosti stávajícího portfolia výrobků, tak případně nahrazení konvenční produkce produkcí novou.

Další cílovou skupinou jsou stavební firmy. Ty mohou výstupy projektu využívat a tím optimalizovat výstavbu s výrazným snížením osobních nákladů a nákladů na ostatní stavební stroje.

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

1. Tisková hlava s rotací trysky pro 3D tisk betonových směsí, zejména pro kontinuální tisk betonové směsi s obsahem kameniva s max. zrnem 8 mm a dalších aditiv, vyznačující se tím, že je tvořena tělem (2) tiskové hlavy se vstupním otvorem pro přívod zpracovávané směsi, šnekovým mechanismem (1) pro regulaci množství vytlačovaného materiálu a výstupní tryskou (3) opatřenou natáčecím mechanismem (4) pro tvarování a nanášení zpracovávané směsi v požadovaném tvaru na podložku.
2. Tisková hlava s rotací trysky pro 3D tisk betonových směsí podle nároku 1, vyznačující se tím, že šnekový mechanismus (1) je poháněn asynchronním motorem se šnekovou převodovkou.
3. Tisková hlava s rotací trysky pro 3D tisk betonových směsí podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že natáčecí mechanismus (4) je poháněn krokovým elektromotorem v kombinaci s ozubeným řemenovým převodem.
4. Tisková hlava s rotací trysky pro 3D tisk betonových směsí podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že výstupní tryska (3) je opatřena zahlazovacími segmenty.
5. Tisková hlava s rotací trysky pro 3D tisk betonových směsí podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že výstupní tryska (3) je uložena letmo na radiálním nebo axiálním ložisku.