EA039426B1 - Device for three-dimensional printing of buildings and architectural and construction modules - Google Patents
Device for three-dimensional printing of buildings and architectural and construction modules Download PDFInfo
- Publication number
- EA039426B1 EA039426B1 EA202000078A EA202000078A EA039426B1 EA 039426 B1 EA039426 B1 EA 039426B1 EA 202000078 A EA202000078 A EA 202000078A EA 202000078 A EA202000078 A EA 202000078A EA 039426 B1 EA039426 B1 EA 039426B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- plates
- possibility
- printing
- walls
- buildings
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к аддитивным технологиям методом трехмерной печати и может быть использовано при строительстве зданий, архитектурных и строительных модулей из жестких строительных смесей.The invention relates to additive technologies by 3D printing and can be used in the construction of buildings, architectural and building modules from rigid building mixtures.
Известно устройство трехмерной печати зданий, содержащее печатающую головку и механизм трехмерного позиционирования печатающей головки, а в качестве печатающей головки используется стекловаренная печь, имеется выравнивающее устройство для выравнивания плоскости стены, расположенное с возможностью формирования плоскости стены после нанесения материала стены печатающей головкой (патент RU на изобретение №2618235, опубл. 03.05.2017, бюл. №13).A device for 3D printing of buildings is known, containing a print head and a mechanism for three-dimensional positioning of the print head, and a glass melting furnace is used as a print head, there is a leveling device for leveling the wall plane, located with the possibility of forming a wall plane after applying the wall material by the print head (RU patent for invention No. 2618235, published 05/03/2017, Bulletin No. 13).
Недостатком известного устройства является узкая область применения, сложность эксплуатации и невозможность использования для печати бетонных изделий.The disadvantage of the known device is the narrow scope, the complexity of operation and the inability to use for printing concrete products.
Известен 3D принтер, применяемый для возведения зданий и конструкций с использованием бетонов, состоящий из башни-основания, стрелы с экструдером и устройством фиксации элементов армирующей сетки и стрелы с устройством гибки и резки элементов армирующей сетки, при этом каждая стрела имеет возможность независимо вращаться относительно оси башни, укорачиваться или удлинятся вдоль своей оси, перемещаться вверх и вниз по башне, а устройства на стрелах имеют возможность поворачиваться вокруг оси стрелы, при этом стрела с устройством гибки и резки элементов армирующей сетки расположена на оси башни выше стрелы с экструдером (патент RU на полезную модель №179287, опубл. 07.05.2018, бюл. №13).Known 3D printer used for the construction of buildings and structures using concrete, consisting of a base tower, an arrow with an extruder and a device for fixing elements of a reinforcing mesh and an arrow with a device for bending and cutting elements of a reinforcing mesh, while each arrow has the ability to independently rotate about the axis towers, shorten or lengthen along their axis, move up and down the tower, and devices on the booms have the ability to rotate around the axis of the boom, while the boom with a device for bending and cutting elements of the reinforcing mesh is located on the axis of the tower above the boom with an extruder (RU patent for utility model No. 179287, published on May 7, 2018, Bulletin No. 13).
Недостатком известного 3D принтера является низкая производительность в связи с дополнительными функциями гибки, резки и укладки армирующей сетки, а также в связи с необходимостью дополнительной обработки поверхности стен напечатанного сооружения.The disadvantage of the known 3D printer is low productivity due to the additional functions of bending, cutting and laying the reinforcing mesh, as well as due to the need for additional surface treatment of the walls of the printed structure.
Известно устройство для изготовления трехмерного объекта для осуществления способа по патенту DE на изобретение №4400523, опубл. 13.07.1995 г., вид публикации С2, принятое в качестве прототипа, включающее устройство для нанесения слоя материала, который может быть отвержден под действием электромагнитного облучения, устройство для облучения материала в точках слоя, соответствующего объекту. Устройство для нанесения слоя материала включает емкость для материала, установленную на платформе, которая снабжена механизмом для перемещения, а на ее нижней стороне имеется устройство для регулировки толщины слоя наносимого материала, включающее зачистной элемент, снабженный вибратором, обеспечивающий вибрацию зачистного элемента, кроме того емкость для материала снабжена устройством для заполнения заданного количества материала.A device for manufacturing a three-dimensional object for implementing the method according to the DE patent for the invention No. 4400523, publ. 07/13/1995, publication type C2, adopted as a prototype, including a device for applying a layer of material that can be cured under the action of electromagnetic radiation, a device for irradiating the material at the points of the layer corresponding to the object. The device for applying a layer of material includes a container for material installed on a platform, which is equipped with a mechanism for moving, and on its lower side there is a device for adjusting the thickness of the layer of applied material, including a scraping element equipped with a vibrator that provides vibration of the scraping element, in addition, a container for material is equipped with a device for filling a given amount of material.
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: устройство для нанесения слоя материала, содержащее емкость для материала и вибратор, установленное на платформе, которая снабжена механизмом для перемещения, а также устройство для заполнения заданного количества материала.The essential features of the invention coincide with the following set of features of the prototype: a device for applying a layer of material, containing a container for material and a vibrator mounted on a platform, which is equipped with a mechanism for moving, as well as a device for filling a given amount of material.
Недостатком прототипа является получение недостаточно прочных зданий, что обусловлено отсутствием возможности введения твердого наполнителя, кроме того прототип имеет низкую произвольность, так как требуется время на отверждение смеси.The disadvantage of the prototype is to obtain insufficiently strong buildings, due to the lack of the possibility of introducing a solid filler, in addition, the prototype has a low arbitrariness, since it takes time to cure the mixture.
Изобретение направлено на получение прочных зданий и архитектурно-строительных модулей из жестких строительных смесей сложной геометрической формы.The invention is aimed at obtaining durable buildings and architectural and building modules from rigid building mixtures of complex geometric shape.
Это достигается тем, что устройство для трехмерной печати зданий и архитектурно-строительных модулей включает установленное на платформе, которая снабжена механизмом для перемещения, устройство для нанесения слоя материала, содержащее емкость для материала и вибратор, а также устройство для заполнения заданного количества сырьевой смеси. В предложенном решении емкость для материала выполнена в виде трансформируемого элемента дискретной аддитивной печати, состоящего из боковых и торцевых стенок, при этом боковые стенки выполнены из ряда шарнирно соединенных вертикальных прямоугольных пластин, которые, за исключением двух центральных противоположных пластин, выполнены с возможностью горизонтального взаимного перемещения противоположных пластин при одновременном повороте относительно вертикальной плоскости на равные смежные углы, обеспечивающие заданный профиль закругления стен здания, торцевые стенки шарнирно соединены с горизонтальными поперечными стержнями, закрепленными между крайними вертикальными пластинами в верхней кромке с возможностью обеспечения постоянного расстояния между пластинами, снабжены механизмами поворота относительно поперечных стержней на угол не менее чем 90°, вибратор с горизонтальным распространением акустических колебаний выполнен с возможностью возвратнопоступательного ввода в слой материала при каждом акте дискретной печати, а платформа выполнена с возможностью поворота вокруг своей оси.This is achieved by the fact that the device for 3D printing of buildings and architectural and building modules includes a device installed on a platform, which is equipped with a mechanism for moving, a device for applying a layer of material, containing a container for the material and a vibrator, as well as a device for filling a given amount of raw mixture. In the proposed solution, the container for the material is made in the form of a transformable element of discrete additive printing, consisting of side and end walls, while the side walls are made of a number of hinged vertical rectangular plates, which, with the exception of two central opposite plates, are made with the possibility of horizontal mutual movement opposite plates while simultaneously turning relative to the vertical plane at equal adjacent angles, providing a given profile of the rounding of the walls of the building, the end walls are pivotally connected to horizontal transverse rods fixed between the extreme vertical plates in the upper edge with the possibility of ensuring a constant distance between the plates, equipped with mechanisms for rotation relative to the transverse rods at an angle of at least 90°, the vibrator with horizontal propagation of acoustic vibrations is made with the possibility of reciprocating insertion into the material layer and each act of discrete printing, and the platform is made with the possibility of rotation around its axis.
В зависимости от размера трансформируемого элемента дискретной аддитивной печати устройство может иметь несколько вибраторов.Depending on the size of the transformable discrete additive printing element, the device may have several vibrators.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид устройства для трехмерной печати, на фиг. 2 показан трансформируемый элемент дискретной аддитивной печати, на фиг. 3 представлен вид сбоку устройства с поворотными торцевыми стенками трансформируемого элемента дискретной аддитивной печати.The invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows a general view of the device for three-dimensional printing, Fig. 2 shows a transformable discrete additive printing element, FIG. 3 is a side view of a device with swivel end walls of a transformable discrete additive printing element.
Устройство для трехмерной печати зданий и архитектурно-строительных модулей включает рам- 1 039426 ную конструкцию 1, выполненную с возможностью перемещения по направляющим 2, несущий мост 3, выполненный с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, например при помощи шариковинтовой пары, тележку 4, перемещающуюся по несущему мосту 3, например за счет зубчато-реечной передачи.A device for three-dimensional printing of buildings and architectural and building modules includes a frame structure 1, which is movable along guides 2, a bearing bridge 3, which is movable in a vertical plane, for example, using a ball screw pair, a trolley 4 moving along carrier bridge 3, for example, by rack and pinion.
На тележке 4 установлена платформа 5, которая выполнена с возможностью поворота вокруг своей оси в соответствии с заданной формой сопряжения стен здания или модуля, например за счет зубчатой передачи с приводом от электродвигателя. На платформе 5 установлено устройство для нанесения слоя материала, которое содержит емкость для материала, выполненную в виде трансформируемого элемента дискретной аддитивной печати 6, и по крайней мере один вибратор 7 с горизонтальным распространением акустических колебаний, который выполнен с возможностью возвратно-поступательного ввода в слой материала при каждом цикле дискретной печати, например при помощи линейного привода (на фигуре не показан).A platform 5 is mounted on the trolley 4, which is rotatable around its axis in accordance with a predetermined form of interface of the walls of the building or module, for example, due to a gear driven by an electric motor. A device for applying a layer of material is installed on the platform 5, which contains a container for the material, made in the form of a transformable element of discrete additive printing 6, and at least one vibrator 7 with horizontal propagation of acoustic vibrations, which is made with the possibility of reciprocating insertion into the layer of material at each cycle of discrete printing, for example, using a linear drive (not shown in the figure).
Количество вибраторов определяется размерами элемента дискретной аддитивной печати.The number of vibrators is determined by the size of the discrete additive printing element.
Боковые стенки трансформируемого элемента дискретной аддитивной печати 6 выполнены из множества шарнирно соединенных вертикальных прямоугольных пластин 8, которые, за исключением двух центральных противоположных пластин, выполнены с возможностью плоскопараллельного взаимного перемещения пластин в горизонтальном направлении при одновременном повороте относительно вертикальной плоскости на равные смежные углы, обеспечивающие заданный профиль закругления стен здания. Это может быть осуществлено за счет того, что крайние пластины с каждой стороны снабжены тягами 9, которые соединены с механизмами перемещения, например актуаторами.The side walls of the transformable element of discrete additive printing 6 are made of a plurality of hinged vertical rectangular plates 8, which, with the exception of two central opposite plates, are made with the possibility of plane-parallel mutual movement of the plates in the horizontal direction while simultaneously rotating relative to the vertical plane by equal adjacent angles, providing a given profile of the curvature of the walls of the building. This can be done due to the fact that the end plates on each side are provided with rods 9, which are connected to movement mechanisms, such as actuators.
Над трансформируемым элементом дискретной аддитивной печати 6 установлено устройство для заполнения заданного количества материала, включающее материалопровод 10, который может быть снабжен затвором, перекрывающим подачу материала в трансформируемый элемент дискретной аддитивной печати, во время цикла печати.Above the transformable discrete additive printing element 6, a device is installed for filling a given amount of material, including a material conduit 10, which can be equipped with a shutter that shuts off the supply of material to the transformable discrete additive printing element during the printing cycle.
Торцевые стенки 11 трансформируемого элемента дискретной аддитивной печати 6 (фиг. 3) шарнирно соединены с горизонтальными поперечными стержнями, закрепленными между крайними вертикальными пластинами в верхней кромке с возможностью обеспечения постоянного расстояния между пластинами, снабжены механизмами поворота относительно поперечных стержней на угол не менее чем 90°.The end walls 11 of the transformable discrete additive printing element 6 (Fig. 3) are pivotally connected to horizontal transverse rods fixed between the extreme vertical plates in the upper edge with the possibility of ensuring a constant distance between the plates, equipped with mechanisms for turning relative to the transverse rods at an angle of at least 90° .
Печать осуществляется следующим образом.Printing is carried out as follows.
Координаты точки печати объекта по оси Y обеспечиваются заданным перемещением рамной конструкции 1 по направляющим 2, по оси X - перемещением тележки 4. Несущий мост 3 обеспечивает перемещение узла печати по оси Z. Изменение направления печати в горизонтальной плоскости в соответствии с заданной формой сопряжения стен здания или модуля обеспечивается поворотной платформой 5. Приготовленный материал заданного состава, например бетонная смесь с наполнителем, с размером частиц до 30 мм и в заданном количестве, поступает в трансформируемый элемент дискретной аддитивной печати 6 (см. фиг. 1) с закрытыми торцевыми стенками по материалопроводу 10 (фиг. 2). Уплотнение сырьевой смеси обеспечивают вибраторы 7. Заданные геометрические формы стен здания или модуля обеспечиваются изменением радиуса кривизны боковых стенок трансформируемого элемента дискретной аддитивной печати за счет шарнирно соединенных вертикальных прямоугольных пластин 8, крайние из которых с каждой стороны снабжены тягами 9 для соединения с механизмами плоскопараллельного взаимного перемещения противоположных пластин.The coordinates of the print point of the object along the Y axis are provided by the specified movement of the frame structure 1 along the guides 2, along the X axis - by the movement of the trolley 4. The carrier bridge 3 ensures the movement of the printing unit along the Z axis. or a module is provided by a turntable 5. The prepared material of a given composition, for example, a concrete mix with filler, with a particle size of up to 30 mm and in a given amount, enters the transformable element of discrete additive printing 6 (see Fig. 1) with closed end walls along the material pipeline 10 (FIG. 2). The compaction of the raw mixture is provided by vibrators 7. The given geometric shapes of the walls of a building or module are provided by changing the radius of curvature of the side walls of the transformable element of discrete additive printing due to hinged vertical rectangular plates 8, the outermost of which are equipped with rods 9 on each side for connection with the mechanisms of plane-parallel mutual movement opposite plates.
После уплотнения смеси вибраторы 7 извлекаются из смеси и трансформируемый элемента дискретной аддитивной печати перемещается на расстояние, равное его длине. При этом торцевая стенка 11 (см. фиг. 3) трансформируемого элемента дискретной аддитивной печати 6 со стороны напечатанного элемента поднимается за счет шарнирного соединения с горизонтальным поперечным стержнем 12, закрепленным между крайними вертикальными пластинами в верхней кромке и ее функции выполняет торец напечатанного элемента. Последующие элементы печати повторяются аналогично. При начале печати перпендикулярно расположенной стены, торцевой стенкой трансформируемого элемента дискретной аддитивной печати будет служить часть боковой поверхности предыдущего напечатанного элемента. Закругление стен производится радиусом кривизны, который обеспечивается перемещением взаимно противоположных боковых пластин 8 трансформируемого элемента дискретной аддитивной печати 6 и плавным поворотом платформы 5.After compaction of the mixture, the vibrators 7 are removed from the mixture and the transformable discrete additive printing element moves a distance equal to its length. In this case, the end wall 11 (see Fig. 3) of the transformable element of discrete additive printing 6 from the side of the printed element rises due to the hinged connection with the horizontal transverse rod 12, fixed between the extreme vertical plates in the upper edge, and its function is performed by the end of the printed element. Subsequent print elements are repeated similarly. When you start printing a perpendicular wall, the end wall of the transformable discrete additive printing element will be part of the side surface of the previous printed element. The walls are rounded by the radius of curvature, which is provided by the movement of mutually opposite side plates 8 of the transformable element of discrete additive printing 6 and the smooth rotation of the platform 5.
Применение поэлементной печати стен строительных конструкций и архитектурно-строительных модулей с использованием трансформируемого элемента дискретной аддитивной печати обеспечивает заданные сложные геометрические формы стен здания. Закругление профиля стены осуществляется за счет взаимного перемещения противоположных пластин боковых стенок трансформируемого элемента дискретной аддитивной печати на расстояние, обеспечивающее заданный радиус кривизны. Трансформируемый элемент дискретной аддитивной печати позволяет применять для печати жесткие строительные смеси с наполнителем, для уплотнения которых служат вибраторы с горизонтальным распространением акустических колебаний в пределах трансформируемого элемента дискретной аддитивной печати, что повышает прочность печатной конструкции и сокращает время твердения. Выполнение стенок трансформируемого элемента дискретной аддитивной печати из пластин с гладкой поверхностью исклю- 2 039426 чает необходимость дополнительной обработки боковых поверхностей стен. Для обеспечения заданной формы сопряжения стен платформа, на которой установлено устройство для нанесения слоя материала, выполнена с возможностью поворота вокруг своей оси.The use of element-by-element printing of the walls of building structures and architectural and building modules using a transformable element of discrete additive printing provides the specified complex geometric shapes of the walls of the building. Rounding of the wall profile is carried out due to the mutual displacement of the opposite plates of the side walls of the transformable element of discrete additive printing at a distance that provides a given radius of curvature. The transformable element of discrete additive printing allows the use of rigid construction mixtures with filler for printing, which are compacted by vibrators with horizontal propagation of acoustic vibrations within the transformable element of discrete additive printing, which increases the strength of the printed structure and reduces the curing time. The execution of the walls of the transformable element of discrete additive printing from plates with a smooth surface eliminates the need for additional processing of the side surfaces of the walls. To provide a given form of wall interface, the platform on which the device for applying a layer of material is installed is rotatable around its axis.
Использование изобретения позволяет получать прочные здания, архитектурно-строительные модули из жестких строительных смесей сложной геометрической формы за счет введения твердого наполнителя. Помимо этого, устройство имеет высокую производительность за счет сокращения сроков твердения слоя материала при использовании полусухих смесей.The use of the invention makes it possible to obtain strong buildings, architectural and building modules from rigid building mixtures of complex geometric shapes due to the introduction of a solid filler. In addition, the device has high productivity due to the reduction of the hardening time of the material layer when using semi-dry mixtures.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA202000078A EA039426B1 (en) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | Device for three-dimensional printing of buildings and architectural and construction modules |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA202000078A EA039426B1 (en) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | Device for three-dimensional printing of buildings and architectural and construction modules |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA202000078A1 EA202000078A1 (en) | 2021-08-31 |
| EA039426B1 true EA039426B1 (en) | 2022-01-26 |
Family
ID=77515142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA202000078A EA039426B1 (en) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | Device for three-dimensional printing of buildings and architectural and construction modules |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA039426B1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4400523A1 (en) * | 1994-01-11 | 1995-07-13 | Eos Electro Optical Syst | Method and device for producing a three-dimensional object |
| JP2007518586A (en) * | 2004-01-20 | 2007-07-12 | ユニバーシティ オブ サウザーン カリフォルニア | Automated construction including robotic systems |
| RU169634U1 (en) * | 2016-09-30 | 2017-03-27 | Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" | Extruder for additive manufacturing of composite materials |
| RU179287U1 (en) * | 2017-07-28 | 2018-05-07 | Глеб Алексеевич Ноздрин | 3D printer used for the construction of buildings and structures |
-
2020
- 2020-02-25 EA EA202000078A patent/EA039426B1/en unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4400523A1 (en) * | 1994-01-11 | 1995-07-13 | Eos Electro Optical Syst | Method and device for producing a three-dimensional object |
| JP2007518586A (en) * | 2004-01-20 | 2007-07-12 | ユニバーシティ オブ サウザーン カリフォルニア | Automated construction including robotic systems |
| RU169634U1 (en) * | 2016-09-30 | 2017-03-27 | Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" | Extruder for additive manufacturing of composite materials |
| RU179287U1 (en) * | 2017-07-28 | 2018-05-07 | Глеб Алексеевич Ноздрин | 3D printer used for the construction of buildings and structures |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA202000078A1 (en) | 2021-08-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11945157B2 (en) | Multi-material additive manufacturing apparatus and method | |
| CN108127794B (en) | Half-moon-shaped concrete swinging and stirring device for building construction | |
| RU2704995C1 (en) | Method of erecting concrete wall, working member of construction 3d printer and concrete wall | |
| EA011978B1 (en) | A method and a device for building automatically conglomerate structures | |
| CN215038462U (en) | Concrete vibrating device | |
| CN105822044A (en) | Brick tiling device | |
| RU2711637C1 (en) | Device for three-dimensional printing of buildings and architectural and construction modules | |
| CN108465783A (en) | A kind of two-way sanding gear of molding sand 3D printing | |
| CN118065495B (en) | Casting process of non-orthogonal frame fan-shaped plane bare concrete structure | |
| CN112720833A (en) | Production device and application method of precast concrete structure | |
| EA039426B1 (en) | Device for three-dimensional printing of buildings and architectural and construction modules | |
| RU204318U1 (en) | DEVICE FOR APPLYING A LAYER OF MATERIAL IN THREE-DIMENSIONAL PRINTING OF BUILDINGS AND ARCHITECTURAL-CONSTRUCTION MODULES | |
| CN210190090U (en) | Prefabricated wallboard vibration screeding device | |
| CN218875797U (en) | Shaking table is used in concrete production | |
| KR100691422B1 (en) | Automatic Machine For Manufacturing Yellow Earth Blocks With Various Deformations And Process to Manufacture Yellow Earth Blocks With Said Automatic Machine | |
| CN214394711U (en) | Semi-automatic concreting former | |
| CN208645648U (en) | A kind of precast concrete filling production lines | |
| CN213509654U (en) | High-efficiency concrete vibrator | |
| CN214981801U (en) | Vibrating prefabricated part pouring and tamping platform | |
| CN206030209U (en) | Prefab production line | |
| JP2000202915A (en) | Sqeegee device for stereo lithographing apparatus, and method therefor | |
| CN111531680A (en) | Prefabricated component production auxiliary device | |
| CN216275245U (en) | Concrete pouring equipment for single-hole frame bridge construction | |
| CN206030164U (en) | Prefab production line | |
| CN1176791C (en) | Method and apparatus for producing integral hollow wallboard |