DE102017126345A1 - Reinforcement of 3D printed concrete bodies - Google Patents

Reinforcement of 3D printed concrete bodies Download PDF

Info

Publication number
DE102017126345A1
DE102017126345A1 DE102017126345.4A DE102017126345A DE102017126345A1 DE 102017126345 A1 DE102017126345 A1 DE 102017126345A1 DE 102017126345 A DE102017126345 A DE 102017126345A DE 102017126345 A1 DE102017126345 A1 DE 102017126345A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layers
strands
component
concrete
reinforcing element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102017126345.4A
Other languages
German (de)
Inventor
Jürgen Mayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Peri GmbH
Original Assignee
Peri GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peri GmbH filed Critical Peri GmbH
Priority to DE102017126345.4A priority Critical patent/DE102017126345A1/en
Priority to PCT/EP2018/080728 priority patent/WO2019092169A1/en
Publication of DE102017126345A1 publication Critical patent/DE102017126345A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28BSHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28BSHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B23/00Arrangements specially adapted for the production of shaped articles with elements wholly or partly embedded in the moulding material; Production of reinforced objects
    • B28B23/0006Arrangements specially adapted for the production of shaped articles with elements wholly or partly embedded in the moulding material; Production of reinforced objects the reinforcement consisting of aligned, non-metal reinforcing elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28BSHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B23/00Arrangements specially adapted for the production of shaped articles with elements wholly or partly embedded in the moulding material; Production of reinforced objects
    • B28B23/0062Arrangements specially adapted for the production of shaped articles with elements wholly or partly embedded in the moulding material; Production of reinforced objects forcing the elements into the cast material, e.g. hooks into cast concrete
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28BSHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B23/00Arrangements specially adapted for the production of shaped articles with elements wholly or partly embedded in the moulding material; Production of reinforced objects
    • B28B23/02Arrangements specially adapted for the production of shaped articles with elements wholly or partly embedded in the moulding material; Production of reinforced objects wherein the elements are reinforcing members
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/188Processes of additive manufacturing involving additional operations performed on the added layers, e.g. smoothing, grinding or thickness control
    • B29C64/194Processes of additive manufacturing involving additional operations performed on the added layers, e.g. smoothing, grinding or thickness control during lay-up
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04BGENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/35Extraordinary methods of construction, e.g. lift-slab, jack-block
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04CSTRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/20Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of concrete or other stone-like material, e.g. with reinforcements or tensioning members
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04CSTRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/28Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of materials not covered by groups E04C3/04 - E04C3/20
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04CSTRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/07Reinforcing elements of material other than metal, e.g. of glass, of plastics, or not exclusively made of metal
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04GSCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G21/00Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/02Conveying or working-up concrete or similar masses able to be heaped or cast
    • E04G21/04Devices for both conveying and distributing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00Products made by additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04BGENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B2103/00Material constitution of slabs, sheets or the like
    • E04B2103/02Material constitution of slabs, sheets or the like of ceramics, concrete or other stone-like material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Reinforcement Elements For Buildings (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (1) aus aushärtbarem Material, wobei in einem ersten Verfahrensschritt mindest eine Lage (2, 3) des Materials in einem 3D-Druckverfahren in einer Richtung gedruckt, in einem zweiten Verfahrensschritt mindestens ein Bewehrungselement in die Lage(n) (2, 3) eingebracht, und die beiden Verfahrensschritte bis zur Fertigstellung des Bauteils (1) zyklisch wiederholt werden. Bekannte derartige Verfahren weisen den Nachteil auf, dass keine großflächige Armierung möglich ist.Die Aufgabe, ein Verfahren so auszubilden, dass seine Bewehrung hohen Belastungen standhält, wird dadurch gelöst, dass jedes Bewehrungselement als sich in Richtung der Lagen (2, 3) erstreckender Strang (4) mit einem senkrecht zu den Lagen (2, 3) oszillierenden, periodischen Muster ausgebildet ist und sich über mindestens zwei Lagen (2, 3) erstreckt. Ferner wird ein entsprechendes Bauteil zur Verfügung gestellt.The invention relates to a method for producing a component (1) of hardenable material, wherein in a first method step at least one layer (2, 3) of the material is printed in one direction in a 3D printing method, in a second method step at least one reinforcing element in the Position (s) (2, 3) introduced, and the two process steps to the completion of the component (1) are repeated cyclically. Known such methods have the disadvantage that no large-area reinforcement is possible. The task of designing a method so that its reinforcement can withstand high loads is achieved in that each reinforcing element as in the direction of the layers (2, 3) extending strand (4) is formed with a perpendicular to the layers (2, 3) oscillating, periodic pattern and extending over at least two layers (2, 3). Furthermore, a corresponding component is provided.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus aushärtbarem Material nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein entsprechendes Bauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.The invention relates to a method for producing a component made of hardenable material according to the preamble of claim 1 and to a corresponding component according to the preamble of claim 8.

Auch in Industrieländern beruht die Herstellung von Bauwerken aus Beton noch größtenteils auf handwerklichen Leistungen. Prinzipiell können solche Bauwerke oder Teile dieser Bauwerke auf zwei verschiedene Weisen hergestellt werden. Zum Einen kann man vor Ort mit Schalungen arbeiten, welche dann mit sogenanntem Ortbeton ausgegossen werden, wobei bei tragenden Teilen zusätzlich Bewehrungen eingebracht werden können. Anschließend wird gewartet, bis der Beton teilweise oder vollständig ausgehärtet ist, worauf die Schalungen entfernt, gereinigt und dann wieder verwendet werden können. Das Verfahren ist zeitaufwendig und erfordert den Einsatz einer Vielzahl von Mitarbeitern an der Baustelle.Even in industrialized countries, the construction of concrete structures is still largely based on craftsmanship. In principle, such structures or parts of these structures can be produced in two different ways. On the one hand you can work with formwork on site, which are then poured with so-called in-situ concrete, with reinforcing reinforcements can be introduced in load-bearing parts. Then wait until the concrete is partially or fully cured, after which the formwork can be removed, cleaned and then reused. The process is time consuming and requires the deployment of a large number of site workers.

Eine andere Methode besteht darin, die Betonteile des Bauwerks vorher in einer Fabrik zu gießen, also als Fertigbauteile zu erstellen und als solche an die Baustelle zu liefern. Es können hier nicht nur Wände oder Bodenbestandteile, sondern ganze Raumzellen als Fertigteile aus Beton hergestellt und an die Baustelle geliefert werden. Dieses Verfahren ist preisgünstiger, hat jedoch einen hohen Standardisierungsgrad und eignet sich somit nur für die Herstellung einer Vielzahl von gleichen oder gleichartigen Bauwerken oder für sehr große Strukturen, welche eine Vielzahl gleicher Raumzellen benötigen. Eine individuelle Bauweise ist wiederum nur mit hohem Kostenaufwand möglich.Another method is to pour the concrete parts of the structure beforehand in a factory, so to create as prefabricated components and deliver as such to the site. Not only walls or floor components, but entire room cells can be manufactured as prefabricated concrete parts and delivered to the construction site. This method is less expensive, but has a high degree of standardization and is therefore suitable only for the production of a large number of identical or similar structures or for very large structures which require a large number of identical spatial cells. An individual design is again possible only with high cost.

Ausgehend von diesen bekannten Techniken hat sich auch in der Herstellung von Bauwerken aus Beton in jüngster Zeit ein sogenanntes additives Herstellungsverfahren herausgebildet, nämlich das 3D-Drucken von Beton. Hierbei wird das Bauwerk an einem Computer entworfen und die Daten werden anschließend an einen Drucker weitergeleitet. Bei dem Drucker handelt es sich um einen vollautomatischen Portalroboter, der größer als das zu erstellende Gebäude bzw. Gebäudeteil ist. Anstelle von Portalrobotern können auch Mehrachs- oder Konsolroboter oder Mobilroboter eingesetzt werden. Dieser weist einen Druckkopf und Betonzuführungen auf, über welche der Ortbeton dem Druckkopf zugeführt wird. Dieser Druckkopf gießt sodann das zu erstellende Bauwerk bzw. dessen Wände in mehreren Lagen übereinander, wobei jede Lage eine Stärke zwischen 1 und 10 cm aufweist. Der verwendete Beton ist hierbei zähflüssig genug, um die Stabilität bis zum Aushärten, zumindest jedoch bis zum Anhärten zu halten. Auf diese Weise gießt der Druckkopf eine Wand in mehreren, übereinander angeordneten Lagen.On the basis of these known techniques, a so-called additive manufacturing process has recently emerged in the manufacture of concrete structures, namely the 3D printing of concrete. Here, the building is designed on a computer and the data is then forwarded to a printer. The printer is a fully automatic gantry robot that is larger than the building or part of the building to be constructed. Instead of gantry robots, multi-axis or console robots or mobile robots can also be used. This has a print head and concrete feeds, via which the in-situ concrete is fed to the print head. This printhead then pours the structure to be created or its walls in several layers on top of each other, each layer has a thickness between 1 and 10 cm. The concrete used here is viscous enough to keep the stability until curing, or at least until hardening. In this way, the print head pours a wall in a plurality of layers arranged one above the other.

Problematisch ist bei der Erstellung von Bauwerken mittels 3D-Druckverfahren die Bewehrung der Wände. Es können prinzipiell fertige Stahlgerüste oder ähnliche Bewehrungselemente mit eingebracht werden, jedoch kann dies erst erfolgen, wenn die Wand zumindest teilweise gedruckt ist, da die Bewehrungselemente ansonsten die Bewegung des Druckkopfes stören bzw. verhindern würden. Wartet man allerdings ab, bis die Wand vollständig gedruckt ist, sind die unteren Lagen des Betons bereits ganz oder weitgehend ausgehärtet, sodass nachträglich keine Bewehrungselemente mehr eingebracht werden können.The problem is the creation of buildings by means of 3D printing process the reinforcement of the walls. In principle, finished steel frameworks or similar reinforcing elements can be incorporated, but this can only take place when the wall is at least partially printed, since otherwise the reinforcing elements would disturb or prevent the movement of the printing head. If one waits, however, until the wall is completely printed, the lower layers of the concrete are already completely or largely cured, so that subsequently no reinforcing elements can be introduced more.

Die CN 106313272 A beschreibt ein 3D-Druckverfahren zur Herstellung von Betonbauwerken, wobei der Beton mit Fasermaterialien bewehrt ist und wobei mit zwei Druckköpfen gearbeitet wird, von denen einer den Beton und der andere Stahlelemente druckt. Hierbei übergreifen die eingebrachten Stahlelemente jeweils zwei übereinander liegende Lagen des Betons und verbinden diese somit.The CN 106313272 A describes a 3D printing process for the manufacture of concrete structures where the concrete is reinforced with fibrous materials and where two printheads are used, one of which prints the concrete and the other steel elements. In this case, the introduced steel elements each overlap two superimposed layers of concrete and connect them thus.

Nachteilig ist hierbei, dass nur eine punktuelle Verbindung benachbarter Betonschichten möglich ist, jedoch keine großflächige Armierung, wie diese in klassischen Herstellungsverfahren z.B. mit Stahlmatten möglich ist.The disadvantage here is that only a selective connection of adjacent concrete layers is possible, but no large-area reinforcement, as in classical manufacturing method, e.g. with steel mats is possible.

Es besteht die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus aushärtbarem Material, insbesondere Beton, so auszubilden, dass seine Bewehrung hohen Belastungen stand hält.It is an object to provide a method for producing a component made of hardenable material, in particular concrete, in such a way that its reinforcement withstands high loads.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.This problem is solved by the characterizing features of claim 1.

Ferner besteht die Aufgabe, ein entsprechendes Bauteil bereit zu stellen. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 8 gelöst.Furthermore, the object is to provide a corresponding component. This object is solved by the characterizing features of claim 8.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der begleitenden Zeichnungen länger erläutert. Diese zeigen:

  • 1: Einen Querschnitt durch ein teilweise erstelltes Bauteil nach dem erfindungsgemäßen Verfahren;
  • 2: einen Querschnitt durch eine alternative Ausführungsform des Verfahrens;
  • 3: einen Querschnitt durch eine weitere alternative Ausführungsform des Verfahrens.
Some embodiments of the invention will be explained in the following with reference to the accompanying drawings. These show:
  • 1 : A cross section through a partially created component according to the inventive method;
  • 2 a cross-section through an alternative embodiment of the method;
  • 3 Fig. 3: a cross section through a further alternative embodiment of the method.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird - insoweit in an sich bekannter Weise - ein 3D-Drucker, z.B. in Gestalt eines vollautomatischen Portalroboters, verwendet, welcher eine Wandung oder eine vollständige Raumzelle oder weitere vertikale Einheiten eines Bauwerks in aufeinanderfolgenden Lagen drucken kann. In 1 ist ein Bauteil im Entstehungsprozess dargestellt, welches aus mehreren übereinander gedruckten Lagen aus Beton besteht, wobei zwei mittlere Lagen beispielhaft mit den Bezugszahlen 2 und 3 versehen sind und wobei die oberste dargestellte Lage sich noch im Entstehungsprozess - also während des Druckvorgangs - befindet.To carry out the method according to the invention - in so far as known per se - a 3D printer, for example in the form of a fully automatic gantry robot, which can print a wall or a whole room cell or other vertical units of a building in successive layers. In 1 a component in the formation process is shown, which consists of several layers of concrete printed on one another, wherein two middle layers by way of example with the reference numbers 2 and 3 are provided and wherein the uppermost position is still in the formation process - ie during the printing process - is.

Bei der Durchführung des Verfahrens wiederholen sich die folgenden Verfahrensschritte zyklisch bis zur Fertigstellung des Bauwerks.In carrying out the process, the following process steps repeat cyclically until the completion of the structure.

In einem ersten Verfahrensschritt wird jeweils eine Lage 2 bzw. 3 des aushärtbaren Materials, hier Beton, in einem 3D-Druckverfahren aufgebracht und in einem zweiten Verfahrensschritt wird ein als Bewehrungselemente fungierender Strang 4 in die Lagen 2 bzw. 3 eingebracht. Beide Verfahrensschritte werden bis zur Fertigstellung des Bauteils 1 zyklisch wiederholt. Jeder Strang 4 besteht bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem starren Material, insbesondere Metall, z.B. Stahl, und kann in die noch nicht ausgehärteten Lagen 2 bzw. 3 des aushärtbaren Materials eingeschoben werden, nachdem diese gedruckt worden sind.In a first process step in each case one layer 2 or. 3 of the curable material, in this case concrete, applied in a 3D printing process and in a second process step becomes a strand acting as reinforcing elements 4 in the layers 2 or. 3 brought in. Both process steps are until the completion of the component 1 cyclically repeated. Every strand 4 exists at the in 1 illustrated embodiment of a rigid material, in particular metal, for example steel, and can in the not yet cured layers 2 or. 3 of the curable material are inserted after they have been printed.

Jeder Strang 4 erstreckt sich hierbei über mindestens zwei Lagen 2 bzw. 3 und die Stränge 4 erstrecken sich in Richtung der Lagen 2 bzw. 3 mit einem senkrecht zu den Lagen 2 bzw. 3 oszillierenden periodischen Muster. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich jeder Strang 4 über zwei Lagen 2 bzw. 3 und die periodische Ausbildung entspricht einem Rechteckverlauf. Wie 1 zu entnehmen ist, sind die nach Art eines Rechteckverlaufs oszillierenden Stränge 4 innerhalb der Lagen 2 bzw. 3 des Bauteils 1 so angeordnet, dass sich die Phasen zweier übereinanderliegender Stränge 4 abwechseln. Auf diese Weise gibt es einen Überlappungsbereich, in welchem sich der von einer unteren in die obere Lage erstreckende rechteckige Bereich eines Strangs 4 mit dem unteren rechteckigen Bereich des darüberliegenden Strangs 4 überdeckt bzw. diesen sogar übersteigt, so dass der dazwischen liegende Beton einen Kraftfluss zwischen benachbarten Strängen 4 ermöglichst, wodurch eine stabile Bewehrung und eine hohe Stabilität des Bauteils 1 erzeugt wird. Bei dieser Vorgehensweise wird jeder Strang 4 gegenphasig zu dem darunterliegenden Strang 4 in die Lagen 2 bzw. 3 eingedrückt.Every strand 4 extends over at least two layers 2 or. 3 and the strands 4 extend in the direction of the layers 2 or. 3 with a perpendicular to the layers 2 or. 3 oscillating periodic pattern. In the illustrated embodiment, each strand extends 4 over two layers 2 or. 3 and the periodic training corresponds to a rectangular course. As 1 can be seen, are the oscillating in the manner of a rectangular course strands 4 within the layers 2 or. 3 of the component 1 arranged so that the phases of two superimposed strands 4 alternate. In this way, there is an overlap area in which the rectangular region of a strand extending from a lower to the upper layer 4 with the lower rectangular area of the overlying strand 4 covered or even exceeds, so that the intervening concrete a power flow between adjacent strands 4 enabling a stable reinforcement and a high stability of the component 1 is produced. In this approach, each strand 4 out of phase with the underlying strand 4 in the layers 2 or. 3 pressed.

In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens, wie sie in 2 dargestellt ist, bestehen die Stränge 4 nicht aus einem starren Material, sondern aus einem flexiblen Material, z.B. einem zugfesten Faden, der aus einem Kunststoff, z.B. Kevlar, bestehen kann. Aufgrund der Flexibilität des Materials ist hier ein Eindrücken in die Lagen 3 bzw. 3 des bereits relativ harten, jedoch noch plastischen Betonmörtels der Lagen 2 bzw. 3 nicht möglich. Vielmehr bedient man sich hier, wie es in 2 dargestellt ist, zum Eindrücken jeweils einer rechteckigen Schlaufe des Strangs 4 eines Führungsstifts 5, der im dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei nebeneinander liegenden Stiften besteht, deren Abstand der Breite des Rechtecks des periodischen Verlaufs des Strangs 4 entspricht. Mithilfe dieses Führungsstifts 5 können aufeinanderfolgende Bestandteile des rechteckigen Verlaufs des Fadens 4 in den noch weichen Betonmörtel der Lagen 2 bzw. 3 eingedrückt werden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel werden übereinanderliegende Stränge 4 des Bewehrungsmaterials vorzugsweise gegenphasig eingeschoben, so dass sich eine teilweise Überlappung bzw. Übergreifung übereinanderliegender Stränge 4 ergibt, wodurch nach Aushärten des Betons eine erhöhte Stabilität in dem Bereich benachbarter Teile der Stränge erzeugt wird.In an alternative embodiment of the method, as in 2 is shown, the strands exist 4 not of a rigid material, but of a flexible material, such as a tensile thread, which may consist of a plastic, such as Kevlar. Due to the flexibility of the material here is an impression in the layers 3 or. 3 the already relatively hard but still plastic concrete mortar of the layers 2 or. 3 not possible. Rather, one uses oneself here, as in 2 is shown, for pressing in each case a rectangular loop of the strand 4 a guide pin 5 which consists in the illustrated embodiment of two adjacent pins whose distance to the width of the rectangle of the periodic course of the strand 4 equivalent. Using this guide pin 5 may be consecutive components of the rectangular course of the thread 4 in the still soft concrete mortar of the layers 2 or. 3 be pressed. Also in this embodiment are superimposed strands 4 of the reinforcement material preferably inserted in phase opposition, so that there is a partial overlap or overlapping of superimposed strands 4 resulting in increased stability in the region of adjacent parts of the strands after curing of the concrete.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform, wie sie in 3 dargestellt ist, wird anstelle eines rechteckigen Verlaufs der Periodizität der Stränge ein sinusförmiger Verlauf gewählt. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform bestehen die Stränge 4 ebenfalls aus flexiblen Fäden, so dass auch hier ein Führungsstift 5 zum Eindrücken der Stränge 4 in die Lagen 2 bzw. 3 des Bauteils 1 notwendig ist. Auch bei dieser Ausführungsform überlappen bzw. überschneiden sich die übereinander gegenphasig verlegten Stränge 4, so dass durch deren Nähe im Überlappungsbereich eine besonders hohe Kraftübertragung benachbarter Stränge und damit benachbarter Lagen stattfindet.In a further alternative embodiment, as in 3 is shown, a sinusoidal shape is chosen instead of a rectangular course of the periodicity of the strands. At the in 3 illustrated embodiment, the strands 4 also made of flexible threads, so that here too a guide pin 5 for impressing the strands 4 in the layers 2 or. 3 of the component 1 necessary is. In this embodiment too, the strands laid one above the other in an opposite phase overlap or overlap 4 , so that by their proximity in the overlapping region takes place a particularly high power transmission of adjacent strands and thus adjacent layers.

Weitere alternative Ausführungsformen sind denkbar. So kann das periodische Muster, wie in den 1 und 2 dargestellt, rechteckförmig sein, oder wie in 3 dargestellt, sinusförmig sein. Es kann auch dreieckig sein oder eine andere Periodizität aufweisen. In allen Ausführungsbeispielen kann anstelle eines starren Materials auch, wie es in 1 dargestellt ist, auch ein flexibles Material, also z.B. ein Faden, verwendet werden, wie es in den 2 und 3 dargestellt ist.Further alternative embodiments are conceivable. So the periodic pattern, as in the 1 and 2 shown to be rectangular, or as in 3 shown to be sinusoidal. It can also be triangular or have a different periodicity. In all embodiments, instead of a rigid material, as in 1 is shown, also a flexible material, so eg a thread, are used, as it is in the 2 and 3 is shown.

Anstelle von Beton kann die Erfindung auch mit thixotropen Geopolymer verwirklichet werden. Vorzugsweise ist der seitliche Abstand einander überlappender Stränge maximal das fünffache des Durchmessers jedes Bewehrungselements. Auf diese Weise entsteht eine besonders innige Verbindung und ein besonders guter Kraftfluss zwischen benachbarten Bewehrungselementen durch den dazwischen liegenden Beton.Instead of concrete, the invention can also be realized with thixotropic geopolymer. Preferably, the lateral spacing of overlapping strands is at most five times the diameter of each reinforcing element. In this way, a particularly intimate connection and a particularly good flow of force between adjacent reinforcing elements by the intervening concrete.

Wie den Figuren zu entnehmen ist, überlappen sich die übereinanderliegenden, periodischen Bewehrungselemente, wobei sie in dem Überlappungsbereich einen möglichst geringen seitlichen Abstand zueinander haben, vorzugsweise einen seitlichen Abstand, der geringer ist als die maximale seitliche Ausdehnung, also die halbe Periodizität, jedes Bewehrungselements 4, vorzugsweise jedoch noch deutliche geringer. Durch diesen geringen seitlichen Abstand übereinanderliegender Bewehrungselemente 4 wird in dem Überlappungsbereich ein optimaler Kraftfluss durch den dazwischen liegenden, vermittelnden Beton gewährleistet und damit eine möglichst hohe, an die Stabilität einer Baustahlmatte sich annähernde Stabilität der Bewehrung erzielt. As can be seen from the figures, the superimposed, periodic reinforcement elements overlap, wherein in the overlapping region they have the smallest possible lateral distance from one another, preferably a lateral distance which is less than the maximum lateral extent, ie half the periodicity, of each reinforcement element 4 , but preferably still significantly lower. Due to this small lateral spacing of superimposed reinforcement elements 4 In the overlapping region, an optimal force flow is ensured by the intervening, mediating concrete, and thus the highest possible stability of the reinforcement, which approaches the stability of a reinforcing steel mat, is achieved.

Das erfindungsgemäße Verfahren und das damit erstellte Bauteil haben den Vorteil einer wesentlich innigeren Verbindung der Bewehrungselemente bzw. Stränge 4 und einer wesentlich festeren Bewehrung, da durch die Stränge 4 die gleiche Wirkung erzielt werden kann, wie beim klassischen Betonguss durch Verwendung einer Stahlmatte. Durch die erfindungsgemäße Einbringung von Strängen wird es möglich, auch im 3D-Druck, wo eine durchgängige Stahlmatte nicht eingesetzt werden kann, die gleichen oder ähnliche Festigkeitswerte zu erzielen wie bei der Verwendung durchgehender Baustahlmatten im Betongussverfahren.The inventive method and the thus created component have the advantage of a much more intimate connection of the reinforcing elements or strands 4 and a much firmer reinforcement, because of the strands 4 the same effect can be achieved as in the classic concrete casting by using a steel mat. The introduction of strands according to the invention makes it possible, even in 3D printing, where a continuous steel mat can not be used, to achieve the same or similar strength values as when using continuous structural steel mats in the concrete casting process.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • CN 106313272 A [0006]CN 106313272 A [0006]

Claims (14)

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (1) aus aushärtbarem Material, wobei in einem ersten Verfahrensschritt mindest eine Lage (2, 3) des Materials in einem 3D-Druckverfahren in einer Richtung gedruckt, in einem zweiten Verfahrensschritt mindestens ein Bewehrungselement in die Lage(n) (2, 3) eingebracht, und die beiden Verfahrensschritte bis zur Fertigstellung des Bauteils (1) zyklisch wiederholt werden, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bewehrungselement als sich in Richtung der Lagen (2, 3) erstreckender Strang (4) mit einem senkrecht zu den Lagen (2, 3) oszillierenden, periodischen Muster ausgebildet ist und sich über mindestens zwei Lagen (2, 3) erstreckt.Method for producing a component (1) from a hardenable material, wherein in a first method step at least one layer (2, 3) of the material is printed in one direction in a 3D printing method, in a second method step at least one reinforcing element is in the layer (s) (2, 3), and the two process steps are repeated cyclically until completion of the component (1), characterized in that each reinforcing element as in the direction of the layers (2, 3) extending strand (4) with a perpendicular to the Layers (2, 3) oscillating, periodic pattern is formed and extends over at least two layers (2, 3). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei übereinander liegende Stränge (4) die gleiche Periodizität mit umgekehrter Phase aufweisen und sich auf diese Weise innerhalb einer Lage (2, 3) überlappen.Method according to Claim 1 , characterized in that two superimposed strands (4) have the same periodicity with reversed phase and overlap in this way within a layer (2, 3). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aushärtbare Material Beton ist.Method according to Claim 1 , characterized in that the hardenable material is concrete. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stränge (4) aus einem starren Material, insbesondere Metall, insbesondere Stahl bestehen und in die noch nicht ausgehärteten Lagen (2, 3) des aushärtbaren Materials eingeschoben werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the strands (4) made of a rigid material, in particular metal, in particular steel and are inserted into the uncured layers (2, 3) of the curable material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stränge (4) aus einem flexiblen Material, z.B. einem zugfesten Faden, z.B. aus Kevlar, bestehen und mit Hilfe eines Führungsstifts (5) in die noch nicht ausgehärteten Lagen (2, 3) des aushärtbaren Materials eingeschoben werden.Method according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the strands (4) made of a flexible material, such as a tensile thread, eg made of Kevlar, and with the aid of a guide pin (5) in the uncured layers (2, 3) of the curable material are inserted. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das periodische Muster rechteckig oder dreieckig oder sinusförmig ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the periodic pattern is rectangular or triangular or sinusoidal. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, dass der seitliche Abstand überlappender Stränge (4) maximal das fünffache des Durchmessers eines Bewehrungselements (4) beträgt.Method according to one of Claims 2 - 6 , characterized in that the lateral distance of overlapping strands (4) is at most five times the diameter of a reinforcing element (4). Bauteil (1) aus einem bewehrten Material, welches eine Vielzahl von in einem 3D-Druckverfahren hergestellten Lagen (2, 3) sowie diese Lagen (2, 3) verbindende, zueinander gleichartige Bewehrungselemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bewehrungselement als sich in Richtung der Lagen (2, 3) erstreckender Strang (4) mit einem senkrecht zu den Lagen (2, 3) oszillierenden, periodischen Muster ausgebildet ist und sich über mindestens zwei Lagen (2, 3) erstreckt.Component (1) made of a reinforced material, which has a multiplicity of layers (2, 3) produced in a 3D printing process and reinforcing elements which connect these layers (2, 3) to one another, characterized in that each reinforcing element is in the direction of the layers (2, 3) extending strand (4) is formed with a perpendicular to the layers (2, 3) oscillating, periodic pattern and extending over at least two layers (2, 3). Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei übereinander liegende Stränge (5) die gleiche Periodizität mit umgekehrter Phase aufweisen und sich auf diese Weise innerhalb einer Lage (2, 3) überlappen.Component after Claim 8 , characterized in that two superimposed strands (5) have the same periodicity with reversed phase and overlap in this way within a layer (2, 3). Bauteil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Material Beton ist.Component after Claim 8 or 9 , characterized in that the material is concrete. Bauteil nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stränge (4) aus einem starren Material, insbesondere Metall, insbesondere Stahl bestehen.Component according to one of Claims 8 to 10 , characterized in that the strands (4) made of a rigid material, in particular metal, in particular steel. Bauteil nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stränge (4) aus einem flexiblen Material, z.B. einem zugfesten Faden, z.B. aus Kevlar, bestehen.Component according to one of Claims 8 to 10 , characterized in that the strands (4) made of a flexible material, such as a tensile thread, eg Kevlar consist. Bauteil nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das periodische Muster rechteckig oder dreieckig oder sinusförmig ist.Component according to one of Claims 8 to 12 , characterized in that the periodic pattern is rectangular or triangular or sinusoidal. Bauteil nach einem der Ansprüche 9-13, dadurch gekennzeichnet, dass der seitliche Abstand überlappender Stränge (4) maximal das fünffache des Durchmessers eines Bewehrungselements (4) beträgt.Component according to one of Claims 9 - 13 , characterized in that the lateral distance of overlapping strands (4) is at most five times the diameter of a reinforcing element (4).
DE102017126345.4A 2017-11-10 2017-11-10 Reinforcement of 3D printed concrete bodies Pending DE102017126345A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017126345.4A DE102017126345A1 (en) 2017-11-10 2017-11-10 Reinforcement of 3D printed concrete bodies
PCT/EP2018/080728 WO2019092169A1 (en) 2017-11-10 2018-11-09 Reinforcement of 3d-printed concrete bodies

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017126345.4A DE102017126345A1 (en) 2017-11-10 2017-11-10 Reinforcement of 3D printed concrete bodies

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017126345A1 true DE102017126345A1 (en) 2019-05-16

Family

ID=64270893

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017126345.4A Pending DE102017126345A1 (en) 2017-11-10 2017-11-10 Reinforcement of 3D printed concrete bodies

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017126345A1 (en)
WO (1) WO2019092169A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020120895A1 (en) 2020-08-07 2022-02-10 Karlsruher Institut für Technologie Shaped body and method for producing a shaped body
EP4302950A1 (en) 2022-07-07 2024-01-10 Hochschule für angewandte Wissenschaften Augsburg Method and device for producing a component
EP4306311A1 (en) 2022-07-11 2024-01-17 Knauf Gips KG Building elements comprising reinforcements

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112022014450A2 (en) * 2020-03-04 2022-09-13 Bekaert Sa Nv 3D CONCRETE PRINTING WITH FLEXIBLE REINFORCEMENT STRUCTURE
BR112022014503A2 (en) * 2020-03-04 2022-09-20 Bekaert Sa Nv 3D PRINTING OF CONCRETE WITH WELL ANCHORING CABLES
AT17414U1 (en) * 2020-08-13 2022-03-15 Progress Maschinen & Automation Ag Plant for the production of a, preferably flat, prefabricated concrete element
AT17413U1 (en) * 2020-08-13 2022-03-15 Progress Maschinen & Automation Ag Process for producing a 3D printed finished part
US20220213684A1 (en) * 2021-01-07 2022-07-07 Skidmore, Owings & Merrill Llp Modular composite action panel and structural systems using same
CN114033040B (en) * 2021-11-08 2023-11-07 欢颜创新科技(杭州)有限公司 House construction method and house

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005070657A1 (en) * 2004-01-20 2005-08-04 University Of Southern California Automated construction including robotic systems
DE102005062406A1 (en) * 2005-12-23 2007-06-28 Baufritz-Ag Method for erecting wall involves extruding first layer onto foundation before adding in reinforcement threads and then applying second layer
CN106313272A (en) 2016-10-28 2017-01-11 同济大学 3D printing method for adding reinforcement-ratio based directional fibers into binding materials
US20170129153A1 (en) * 2014-06-27 2017-05-11 Fimatec Finnish Intelligent Module Apartments Oy An Apparatus and a Method for Constructing a Construction Element or a Building

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10369742B2 (en) * 2015-12-28 2019-08-06 Southwest Research Institute Reinforcement system for additive manufacturing, devices and methods using the same
US20170203468A1 (en) * 2016-01-15 2017-07-20 Caterpillar Inc. Structural formation system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005070657A1 (en) * 2004-01-20 2005-08-04 University Of Southern California Automated construction including robotic systems
DE102005062406A1 (en) * 2005-12-23 2007-06-28 Baufritz-Ag Method for erecting wall involves extruding first layer onto foundation before adding in reinforcement threads and then applying second layer
US20170129153A1 (en) * 2014-06-27 2017-05-11 Fimatec Finnish Intelligent Module Apartments Oy An Apparatus and a Method for Constructing a Construction Element or a Building
CN106313272A (en) 2016-10-28 2017-01-11 同济大学 3D printing method for adding reinforcement-ratio based directional fibers into binding materials

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CN 106313272 A (Maschinenübersetzung), Google Patents [online] [abgerufen am 20.03.2018].pdf *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020120895A1 (en) 2020-08-07 2022-02-10 Karlsruher Institut für Technologie Shaped body and method for producing a shaped body
EP4302950A1 (en) 2022-07-07 2024-01-10 Hochschule für angewandte Wissenschaften Augsburg Method and device for producing a component
DE102022116948A1 (en) 2022-07-07 2024-01-18 Hochschule für angewandte Wissenschaften Augsburg, Körperschaft des öffentlichen Rechts Method and device for producing a component
EP4306311A1 (en) 2022-07-11 2024-01-17 Knauf Gips KG Building elements comprising reinforcements

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019092169A1 (en) 2019-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102017126345A1 (en) Reinforcement of 3D printed concrete bodies
EP3706972B1 (en) Method of manufacturing a construction element and corresponding construction element
EP3781372B1 (en) Method for producing a component from curable material
WO2019092162A1 (en) Reinforcement of 3d-printed concrete bodies
EP3047081B1 (en) Spacer for a reinforcement layer, reinforcement system for a concrete component, and method for the production of a reinforcement system
DE19711211A1 (en) Prefabricated building element
WO2014040653A1 (en) Reinforcing element for producing prestressed concrete components, concrete component and production methods
DE2757965A1 (en) THROTTLE TRANSMISSION ELEMENT AND METHOD FOR MANUFACTURING IT
EP3318689B1 (en) Reinforcement grid element, structure having such a reinforcement grid element and method for producing a reinforcement grid element
EP0051101A1 (en) Cement slab, and process and device for producing the same
EP3545210B1 (en) Dampening and spring arrangement and method for its production
EP0595171B1 (en) Reinforcement tissue for plasters, insulation systems, screeds or the like
DE202013006822U1 (en) Spacer for components to be produced with a base material with textile reinforcement layers
DE102017129740A1 (en) Formwork for the construction of a building
DE19720637C1 (en) Process for producing a component from reinforced concrete and formwork for carrying out the process
DE2119863A1 (en) Lightweight building panel prodn - with deformed reinforcing core
DE19654564A1 (en) Fibre reinforced concrete construction element manufactured by casting
WO2020245360A1 (en) Form element, arrangement of the form element and method for forming at least one part of a formwork for a concrete part with the form element
WO2022214547A1 (en) Method of additively manufacturing a component, load transfer element, reinforcement for use within a component, and actively manufactured component
EP4022144A1 (en) Method for producing a textile transverse force reinforcement, supporting device, transverse force reinforcement, concrete component and thread placement data file
EP3282063A1 (en) Reinforcing mat with pressure elements and road structure
EP1970501B1 (en) Method and device for setting a stop end to a reinforced slab-like concrete element
DE3321771A1 (en) CEMENT COMPONENTS WITH REINFORCEMENT
DE202019106248U1 (en) Formwork element for creating a toothed construction joint in a concrete part
DE202006015918U1 (en) Spacer means

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified