EP3927915A1 - 3d printing method for producing concrete-containing segments of a 3d object - Google Patents

3d printing method for producing concrete-containing segments of a 3d object

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Publication number
EP3927915A1
EP3927915A1 EP20703466.1A EP20703466A EP3927915A1 EP 3927915 A1 EP3927915 A1 EP 3927915A1 EP 20703466 A EP20703466 A EP 20703466A EP 3927915 A1 EP3927915 A1 EP 3927915A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
concrete
layer
adhesive
layers
building
Prior art date
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Pending
Application number
EP20703466.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Maik SCHACHT
Markus Streicher
Bogdan Moraru
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.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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 BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of EP3927915A1 publication Critical patent/EP3927915A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/02—Conveying or working-up concrete or similar masses able to be heaped or cast
    • E04G21/04—Devices for both conveying and distributing
    • E04G21/0418—Devices for both conveying and distributing with distribution hose
    • E04G21/0445—Devices for both conveying and distributing with distribution hose with booms
    • E04G21/0463—Devices for both conveying and distributing with distribution hose with booms with boom control mechanisms, e.g. to automate concrete distribution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B3/00—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor
    • B28B3/20—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor wherein the material is extruded
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive 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
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE 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
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE 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
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE 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
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE 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
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
    • C04B2111/00181—Mixtures specially adapted for three-dimensional printing (3DP), stereo-lithography or prototyping

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional (3D) printing method for the (layer-by-layer) production of at least one at least three-layer concrete-containing segment (partial area) of a three-dimensional (3D) object based on concrete.
  • a first concrete layer is first produced by extruding fresh concrete.
  • a first adhesive layer is then applied to the upwardly directed side of the first concrete layer, whereupon a second concrete layer is in turn applied to the upwardly directed side of the first adhesive layer.
  • further adhesive and concrete layers can be applied successively, the corresponding concrete layers and adhesive layers being arranged one above the other in alternating order and the top layer and the bottom layer of the respective concrete-containing segment being formed by one concrete layer each.
  • Another object of the present invention is an at least three-layer concrete-containing segment of a 3D object as such, which is produced by the method according to the invention. Another object is the use of at least one at least three-layer concrete-containing segment as such for the production of or for incorporation into a 3D object. Another object of the present invention is a three-dimensional (3D) object as such, containing at least one at least three-layer concrete-containing segment that can be produced using the method according to the invention.
  • 3D printing as such is now a widespread process in which, in principle, a suitable starting material is applied layer by layer (for example on a base plate) and thus three-dimensional (3D) objects (also known as workpieces, objects or 3D printed products) in countless variations can be generated in terms of geometry, shape, size and / or shape.
  • 3D printing several different types / techniques of 3D printing processes are now known, such as selective laser melting, electron beam melting, selective laser sintering, stereolithography or Fused Deposition Modeling (FDM) processes.
  • FDM Fused Deposition Modeling
  • the aforementioned processes as such are all known to the person skilled in the art; they differ in particular with regard to the use of the specific starting materials and / or the special process conditions with which the starting materials are transformed into the desired 3D product (for example, use of special lasers, electron beams or special melting - / extrusion techniques).
  • the commercially available 3D printers are often tailored to the desired 3D printing process.
  • 3D printing processes can, among other things, also be used to produce very large objects or partial areas (segments) of such large (3D) objects. It is now quite possible to produce even very large objects such as buildings / houses in whole or in part with 3D printing processes. In such cases, materials containing concrete are also used as starting materials in 3D printing processes.
  • a 3D printing process is in principle an automated process in which the corresponding segment or the entire 3D object is largely or even completely produced by machine on the basis of a predefined construction plan using a machine, i.e. the 3D printer , while in classic processes many work steps are carried out manually (in the form of handwork).
  • Classic concrete production processes are therefore more time-consuming and costly and / or require a significantly greater amount of personnel.
  • US-B 7,814,937 discloses a method for the layer-by-layer production of large three-dimensional objects, such as houses, using cementitious materials.
  • the cementitious material is processed in layers using a nozzle, which is part of a complex printing device, to obtain a complex 3D object, in particular a house.
  • US Pat. No. 7,814,937 discloses a three-dimensional printing method, a 3D printer being permanently installed on a vehicle, in particular a truck. Before the concrete application, for example the construction of a house, the 3D printer attached to the vehicle is brought into an operational state, whereby the 3D printer is converted from the "folded state" (for transport on the vehicle) to an operational state got to.
  • US-A 2010/0257792 discloses an automated system for extrusion of construction material which also includes cementitious material.
  • the automated system includes an extrusion nozzle.
  • extrusion nozzle systems are disclosed which have at least two separately operable extrusion nozzles. By such systems with at least two Extrusion nozzles, for example, three-dimensional objects can be produced that have special layers (walls) on the side surfaces of a correspondingly produced three-dimensional object.
  • EP-B 0 950 484 discloses a method and a device for producing composite stones. This process is not a 3D printing process, but a classic process in which concrete is poured into a mold in order to harden there. Specifically, a method for the production of composite stones is described there which comprise an upper natural stone slab in use positions and a lower support layer made of concrete, which are intimately connected to one another. The natural stone slab with its top facing down is placed on a base and sealed with a molding box using an elastic element surrounding the natural stone slab. Then concrete is poured into the molding box and compacted. Finally, the molding box is separated from the composite stone. The composite stone thus comprises a component made from (hardened concrete) and a component made from a natural stone slab.
  • concrete-containing materials Regardless of whether a 3D printing process or a classic process for the production of concrete-containing 3D objects is to be used, the person skilled in the art knows that certain rules must be observed when processing concrete-containing materials or which specific chemical compounds / compositions under the
  • the term “concrete” should be understood by a specialist (see, for example, the online encyclopedia Wikipedia under the term “concrete”: https://de.wikipedia.org/wiki/beton; version of January 10, 2019).
  • Concrete is available in different compositions, but the basic components are usually cement (acts as a binding agent), aggregates (as aggregates) and water.
  • the so-called cement paste i.e. a mixture of water, cement and other fine-grained components
  • the fresh concrete can still be processed, that is, it can be shaped and in some cases flowable.
  • fresh concrete is usually kept moving in practice, for example in the form of mixers, which can also be installed on trucks. This prevents the corresponding fresh concrete mixture from settling and (at least partially) hardening.
  • chemical additives can also be added to the fresh concrete.
  • the object on which the present invention is based is to provide a new 3D printing method for the production of three-dimensional objects or segments (partial areas) thereof on a concrete basis.
  • This object is achieved by a 3D printing process for the layer-by-layer production of an at least three-layer concrete-containing segment of a three-dimensional (3D) object, comprising the following steps a) to c): a) Extrusion of fresh concrete with the formation of a first concrete layer (B1), the one comprises upwardly directed side, b) applying a first adhesive layer (K1) to the first concrete layer (B1) using at least one adhesive, wherein the first adhesive layer (K1) completely or at least the upwardly directed side of the first concrete layer (B1) partially covered, c) applying a second concrete layer (B2) by extrusion of fresh concrete onto the first adhesive layer (K1), the second concrete layer (B2) completely or at least partially covering the upward-facing side of the first adhesive layer (K1), with formation an at least three-layer concrete-containing segment of a 3
  • three-layer or higher-layer concrete-containing segments of a three-dimensional (3D) object can be produced in an advantageous manner.
  • These concrete-containing segments have an increased stability compared to conventionally produced layer-by-layer segments, since according to the invention the layers are frictionally connected to one another regardless of the degree of hardening of the concrete used. Since the stability of such a concrete-containing segment is higher, the stability of the corresponding three-dimensional object, for example a building, which is composed of one or more such multi-layer concrete-containing segments is thus also higher.
  • the corresponding at least three-layer or multi-layer concrete-containing segments can be produced faster and / or higher / larger.
  • an adhesive layer is used between the individual concrete layers in the 3D printing process according to the invention, it is no longer necessary to wait until the concrete layer underneath is completely or at least largely dried, on the one hand to be able to exclude the concrete layer from running away and at the same time to ensure that the connection is as strong as possible to achieve the subsequent concrete layer.
  • the adhesive layer can already be applied to the underlying concrete layer when the upward-facing side of the respective concrete layer is at least partially, preferably completely, hardened as hardened concrete.
  • complete or at least extensive curing of the entire underlying concrete layer is not necessary.
  • the degree of hardening of the entire concrete layer can usually not be precisely determined during a 3D printing process.
  • the next concrete layer can be applied to an existing concrete layer in order to definitely prevent the lower concrete layer from flowing away, also due to the additional pressure of the newly applied upper concrete layer to be able to avoid. If the lower concrete layer partially dissolves due to the additional weight, it also loses its shape as a result, which in turn has a negative effect on the adhesion of the individual layers to the contact points.
  • the adhesive layer used according to the invention improves this adhesion and thereby also indirectly effects a pressure equalization on the lower, possibly not yet completely hardened, concrete layer. Consequently, it is particularly advantageous that, in the method according to the invention, the adhesive layer can be applied to the underlying concrete layer immediately before the 3D printing of the subsequent / overlying concrete layer.
  • the adhesive layer can be applied, for example, by an additional nozzle or an additional print head, which are attached directly in front of the corresponding nozzle or the corresponding print head for applying the subsequent concrete layer. This means that two work steps can be carried out one after the other with a single 3D printing device.
  • the 3D printing method according to the invention has the advantage that it is a principally automated method, whereby the corresponding segment or the entire 3D printer is usually based on a predefined construction plan using a machine, i.e. a 3D printer. Item is largely or even entirely machine-made. In contrast to this, most of the work steps are carried out manually in classic concrete production processes. This is much more time-consuming and costly; in particular, it requires more personnel. In addition, in the method according to the invention, in contrast to conventional (classic) concrete production methods, no molds have to be used to pour the fresh concrete.
  • the individual concrete-containing layers and / or the multi-layer concrete-containing segment or the entire 3D object is thus more stable. For example, it shows no cracks or fewer cracks, in particular at the points where the respective concrete-containing layers touch. This can be determined, for example, by measuring adhesive tensile values. Adhesive tensile values for two concrete layers that are applied to one another in a 3D printing process without an intervening adhesive layer are generally in the range from 0 to 0.1 N / mm 2 .
  • the corresponding adhesive tensile values according to the method according to the invention with an adhesive layer in between are 0.5 to 3 N / mm 2 , which corresponds to a significantly improved adhesion / stability.
  • Adhesive pull values can be determined, for example, according to the DIN 1048 (1979-06-13) standard.
  • the stability of the multi-layer concrete-containing segments produced with the method according to the invention is thus comparable to the stability of a corresponding concrete fragment produced according to a classic one-step process using appropriate shapes to define the geometry (as described for example in EP-B 0 950 484) has been.
  • the layer-by-layer production method according to the invention has the advantage of a significantly higher variation in terms of geometry, shape, size and shape of the corresponding concrete-containing object.
  • all directional information such as the X direction, Y direction or Z direction and the XY plane, relate to a Cartesian coordinate system in three-dimensional space.
  • the three directional axes (X-axis, Y-axis and Z-axis) are each orthogonal to one another, i.e. each form a 90 ° angle to one another.
  • the Z-axis (Z-direction) is also referred to as the "vertical axis”.
  • XY planes can also be referred to as horizontal planes, whereby several XY planes can be arranged parallel to one another in the vertical direction (that is, along the Z axis). Movements along the Z-axis can also be referred to as "up” or "down”.
  • the present invention is defined in more detail below.
  • a first object of the present invention is a 3D printing method for the layer-by-layer production of an at least three-layer concrete-containing segment of a three-dimensional (3D) object, comprising the following steps a) to c): a) Extrusion of fresh concrete with the formation of a first concrete layer (B1), which comprises an upwardly directed side, b) applying a first adhesive layer (K1) to the first concrete layer (B1) using at least one adhesive, wherein the first adhesive layer (K1) completely covers the upwardly directed side of the first concrete layer (B1) or at least partially covered, c) applying a second concrete layer (B2) by extrusion of fresh concrete onto the first adhesive layer (K1), the second concrete layer (B2) completely or at least partially covering the upwardly directed side of the first adhesive layer (K1), with the formation of an at least three-layer concrete-containing segment of a 3D object, the first e concrete layer (B1) form the bottom layer, the first adhesive layer (K1) form the intermediate layer and the second concrete layer (B2) form the
  • concrete is understood to mean the following: Concrete is a mixture that contains cement, aggregate and water as main components. Depending on the desired application, the concrete can also contain other additives.
  • the mandatory component cement is used as a binding agent.
  • the term “aggregate” includes components such as grit, gravel or, if appropriate, also sand.
  • the aggregate is also known as the concrete aggregate.
  • the water contained in the concrete is also known as added water / mixing water and is used to set the concrete.
  • the concrete has a binder content, preferably a cement content, in the range of a maximum of 25% by weight, more preferably of a maximum of 20% by weight and particularly preferably in the range of 10 to 15 Contains wt .-%.
  • the minimum proportion of binder, preferably cement, in concrete is generally at least 1% by weight, preferably at least 5% by weight.
  • any cement known to the person skilled in the art can be used as cement.
  • Cements can be used in their pure form, but cements are often mixed with other additives, which may also function as binders, such as fly ash, slag or pozzolans (see also the DIN EN 196 standard).
  • binders such as fly ash, slag or pozzolans (see also the DIN EN 196 standard).
  • the concrete contains a total binder content of 240 to 320 kg / m 3 .
  • concrete is preferably understood to mean already (at least partially) hardened, in particular fully hardened, concrete, which can also be referred to as “hardened concrete”.
  • hardened concrete the setting process initiated by the water, i.e. the chemical bonding of the water with the cement and / or the aggregate, is already completely or at least largely completed.
  • fresh concrete means that the concrete in question can still be processed.
  • the individual basic components of the concrete, in particular the binding agent and the water, have not yet reacted with one another, or at least only to a small extent, so hardening has not yet taken place.
  • Fresh concrete is therefore still malleable and at least partially flowable.
  • concrete-containing segment is understood to mean the following:
  • a concrete-containing segment is composed of several (a multiplicity of) concrete layers and adhesive layers, the concrete layers and adhesive layers being arranged one above the other in alternating order.
  • the top layer (top) and the bottom layer (bottom) of the respective concrete-containing segment are each formed by a concrete layer.
  • the concrete-containing segment the concrete is generally already fully cured, especially after the manufacturing process has ended.
  • Concrete-containing segments as such can also represent a three-dimensional object per se. As a rule, however, several such concrete-containing segments are assembled to form a three-dimensional object or a three-dimensional object contains at least one such concrete-containing segment.
  • the concrete-containing segments can be constructed from any number of individual concrete layers.
  • the “smallest segment containing concrete” (smallest unit) is a three-layer segment containing concrete.
  • a three-layer concrete-containing segment is obtained when method steps a) to c) are each carried out once.
  • a three-layer concrete-containing segment thus has a first concrete layer (B1) as the bottom layer (bottom), a first adhesive layer (K1) as an intermediate layer and a second concrete layer (B2) as the top layer (top).
  • concrete-containing segments with a (much) higher number of layers can also be produced than the (at least) three-layer concrete-containing segment of a three-dimensional (3D) object described above.
  • steps b) and c) are repeated at least once according to the invention (step d) according to the invention).
  • the respective concrete layers can have different or identical geometries, thicknesses and / or chemical compositions with regard to the fresh concrete used for production. According to the invention, however, it is preferred that in a segment containing concrete the individual concrete layers contained therein are the same or at least largely the same with regard to their chemical composition, their shape, geometry and / or size.
  • the term “three-dimensional (3D) object” or “3D objects containing at least one (according to the invention) at least three-layer concrete-containing segment” means that the corresponding 3D object can also be composed of two or more concrete-containing segments according to the invention can.
  • the 3D object can also contain partial areas / components that differ from a concrete-containing segment of the present invention. If the 3D object according to the invention is, for example, a building, parts (areas / segments) of the corresponding 3D object can have been produced using the method according to the invention. An example of this is the walls of a house.
  • 3D object can in turn have been manufactured using a different method and / or they can have been manufactured from a different material.
  • This can include doors, windows and / or roofs of a house, for example.
  • Methods for connecting / bringing together two or more at least three-layer concrete-containing segments according to the invention with one another and / or with other components while obtaining a 3D object or parts thereof are known to the person skilled in the art. This can be done, for example, by screwing or gluing.
  • a three-dimensional (3D) object such as a building can be produced in layers from a single multi-layered concrete-containing segment according to the invention.
  • the optional process step d) is carried out according to the invention, which is defined as follows: d) at least one repetition of steps b) and c ) with the formation of a multi-layered concrete-containing segment of a 3D object, whereby in the multi-layered concrete-containing segment the respective concrete layers and adhesive layers are arranged one above the other in alternating order and the top layer and the bottom layer of the concrete-containing segment are each formed by a concrete layer.
  • the optional process step d) can be carried out as often as desired. Each time method step d) is carried out, step b) according to the invention and step c) according to the invention are repeated once. According to the invention, it is preferred that the optional process step d) is carried out at least once. In this way, multi-layered concrete-containing segments of a three-dimensional (3D) object can be produced.
  • a first concrete layer (B1) is first produced by extrusion of the corresponding fresh concrete (step a)).
  • a first adhesive layer (K1) is then applied to the first concrete layer (B1) in accordance with step b).
  • a second concrete layer (B2) is then applied to the first adhesive layer (K1) in step c) by extruding fresh concrete.
  • the fresh concrete of the second concrete layer (B2) can have the same chemical composition as the fresh concrete that was used to produce the first concrete layer (B1). If necessary, the two concrete layers (B1) and (B2) can differ with regard to the chemical composition of the corresponding fresh concrete or the geometric shape and / or layer thickness also differ.
  • the respective concrete layers (B1) and (B2) and, if applicable, also all other concrete layers, preferably match with regard to the fresh concrete used, as well as geometry, shape and layer thickness.
  • the optional step d) according to the invention is then carried out twice, that is to say the aforementioned method steps b) and c) are each repeated twice until a concrete-containing segment with a total of four concrete layers has been produced.
  • This multi-layered concrete-containing segment thus contains a total of four concrete layers (B1, B2, B3 and B4), with the first concrete layer (B1) and the fourth concrete layer (B4) being the bottom layer or bottom (B1) and the top layer or top (B4) ) of the corresponding concrete segment.
  • a seven-layer concrete-containing segment has thus been produced which comprises four concrete layers (B1 to B4) and three adhesive layers (K1 to K3) in an alternating sequence.
  • multi-layered concrete-containing segment is therefore always understood to mean the sum of the alternately arranged concrete layers and adhesive layers.
  • Multi-layer concrete-containing segments can thus be, for example, five-layer, seven-layer, nine-layer, fifty-one-layer or even higher-layer concrete-containing segments.
  • an alternative method of counting can be carried out in such a way that only the number of concrete layers in the respective multilayer concrete-containing segment is counted.
  • multi-layered concrete-containing segments with any number of concrete layers can be produced. For example, segments containing concrete with 5, 10, 100 or even more concrete layers can also be produced in this way.
  • a concrete segment with 100 concrete layers thus contains a hundred concrete layers (B1 to B100) with 99 adhesive layers in between (K1 to K99).
  • a segment containing concrete with 100 concrete layers is a segment containing 199 layers according to the first counting method described above.
  • the respective thicknesses (Z-direction) of the individual layers of a concrete-containing segment can assume any dimensions.
  • the respective concrete layers within a three-layer or multi-layer concrete-containing segment preferably have (largely) the same layer thickness. The same applies mutatis mutandis to the existing adhesive layers.
  • at least one Concrete layer, preferably all concrete layers have a greater thickness than at least one adhesive layer, preferably all adhesive layers. It is even more preferred that the ratio of the average thickness of a concrete layer to the average thickness of an adhesive layer applied thereon is> 1: 1, preferably> 3: 1, in particular 6: 1 to 50: 1.
  • an adhesive layer has a thickness of 0.2 to 10 mm and / or a concrete layer has a thickness of 10 to 300 mm. Even more preferably, an adhesive layer has a thickness of 1 to 5 mm and a concrete layer has a thickness of 10 to 100 mm.
  • the respective subsequent layer (both an adhesive layer and a concrete layer) is applied in such a way that it completely or at least partially covers the upward-facing side of the layer below ( in X and / or Y direction).
  • the respective layer to be applied is applied completely or almost completely to the layer below. If a corresponding subsequent layer is only partially applied to the underlying layer, according to the invention preferably at least 50%, even more preferably at least 75%, in particular at least 90% of the total area of the upward-facing side of the underlying layer is covered with the corresponding subsequent layer .
  • the incomplete covering of an underlying layer with a subsequent layer to be applied thereon can be carried out, among other things, if, for example, recesses such as windows or doors are to be incorporated or taken into account in the corresponding at least three-layer concrete-containing segment.
  • recesses such as windows or doors
  • Y-direction width
  • step b) The application of the first adhesive layer (K1) in step b) according to the invention and, if appropriate, its repetition in the optional step d) need not necessarily be carried out by extrusion of the corresponding adhesive. According to the invention, however, it is preferred that method step b) in the context of an extrusion of the used at least one adhesive is carried out. The same applies mutatis mutandis to any repetition of step b) as part of the optional process step d). If the respective adhesive layers are not applied to the respective underlying concrete layer by extrusion, this can be done according to the invention by all methods known to the person skilled in the art, for example also by brushing on, spraying on or other types of application. According to the invention, the adhesive layer can generally be applied manually or automatically; this is preferably done automatically.
  • any compound known to the person skilled in the art can be used as the adhesive, in particular those which enable a stable bond between hardened concrete and fresh concrete and / or which can be extruded in an at least partially liquid state.
  • Concrete slurry is preferably used as the adhesive.
  • concrete slurry is understood to mean a type of concrete that is more fluid compared to conventional (fast-setting) concrete or fresh concrete.
  • Concrete slurry preferably contains two thirds of cement and one third of sand, to which in turn 15 to 40% by weight of water are added.
  • Concrete slurry can also be referred to as adhesive slurry.
  • concrete slurry can contain other components such as aggregates, in particular grit, gravel or sand.
  • Concrete slurry can also contain water and / or other additives.
  • concrete slurries preferably contain plasticizers (e.g. polycarboxylate ether), celluloses, in particular methyl celluloses, latex dispersions or dispersion powders as other additives.
  • Latex dispersions or dispersion powders are preferably based on styrene acrylate, vinyl acetate ethylene, vinyl acetate or styrene butadiene.
  • further additives such as, for example, wetting agents or thickening additives, can be added to the concrete slurry according to the invention to improve processing.
  • Celluloses are also used as water retention agents.
  • concrete slurry contain at least 30% by weight of binding agent, preferably cement, and even more preferably contain 50 to 70% by weight of binding agent, in particular cement.
  • the water content in the concrete slurry is preferably 15 to 40% by weight, it being possible, if necessary, to replace all or at least some of the water with liquefiers or plasticizers.
  • the 3D printing process is carried out as a 3D extrusion printing process, in particular that all process steps a) to d) are carried out as a 3D extrusion printing process.
  • the 3D printing method is carried out with computer support, in particular using at least one slicer software.
  • the computer-aided implementation of a 3D printing process and / or suitable slicer software as such are known to those skilled in the art.
  • the extrusion of fresh concrete in steps a), c) and / or optionally d) is carried out using a first nozzle (D1); the nozzle (D1) is preferably part of a 3D printer, in particular the nozzle (D1) is contained in a print head of a 3D printer.
  • the extrusion of the adhesive is carried out using a second nozzle (D2)
  • the nozzle (D2) is preferably part of a 3D printer, in particular the nozzle (D2) is contained in a print head of a 3D printer .
  • the nozzles (D1) and (D2) are part of the same 3D printer, wherein preferably i) the two nozzles (D1) and (D2) are arranged in the same print head of the 3D printer and operated coupled to one another or ii) the two nozzles (D1) and (D2) are each arranged in separate print heads of the 3D printer and operated separately from one another.
  • the adhesive in steps b) and / or optionally d) is only applied to the underlying concrete layer when the upward-facing side of the respective concrete layer has at least partially, preferably completely, hardened as hardened concrete.
  • next concrete layer is applied to the upwardly directed side of the respective adhesive layer in steps c) and / or optionally d) in such a way that i) the next concrete layer takes place immediately after the adhesive layer has been fully formed on the underlying concrete layer, or ii) the next concrete layer is applied to the underlying concrete layer at the same time as the adhesive, with the fresh concrete for forming the next concrete layer only on those Places is extruded on which adhesive has already been applied to the underlying concrete layer with the formation of a corresponding partial area of the adhesive layer.
  • the next concrete layer is particularly preferably applied to the underlying concrete layer at the same time as the adhesive, the fresh concrete being extruded to form the next concrete layer only on those points where adhesive has already been applied to the underlying concrete layer with the formation of a corresponding portion of the adhesive layer is.
  • the 3D object is a building or part of a building, preferably the building is a house, a residential building, a hall, a garage and / or a warehouse.
  • Part of a building is preferably understood to mean a wall, a wall, a balcony, a roof, a floor and / or a shell.
  • a building or part of a building can also be provided with or connected with other objects that have not been produced with a 3D printing process, for example with doors, windows, gutters and other comparable fixtures.
  • all at least three-layer concrete-containing segments or at least a large part of the at least three-layer concrete-containing segments, preferably all at least three-layer concrete-containing segments, produced according to a method according to steps a) to c) and optionally d) have been.
  • Another object of the present invention is an at least three-layer concrete-containing segment of a 3D object that can be produced by the method described above.
  • the 3D object is preferably a building or part of a building, preferably the building is a house, a residential building, a hall, a garage and / or a warehouse.
  • Another object of the present invention is therefore also the use of at least one at least three-layer concrete-containing segment according to the present invention for the production of or for incorporation into a 3D object, preferably the 3D object is a building or part of a building, preferably the building a house, a residential building, a hall, a garage and / or a warehouse.
  • Another object of the present invention is a three-dimensional (3D) object containing at least one at least three-layer concrete-containing segment according to the present invention.

Abstract

The present invention relates to a three-dimensional (3D) printing method for the (layer-by-layer) production of at least one segment (portion) of a three-dimensional (3D) concrete-based object, the at least one segment having at least three layers and containing concrete. In the method, a first concrete layer is produced to start with by extruding fresh concrete. Subsequently, a first adhesive layer is applied to the side of the first concrete layer facing upward, and then, in turn, a second concrete layer is applied to the side of the first adhesive layer facing upward. Further adhesive and concrete layers can be successively applied as necessary, wherein the corresponding concrete layers and adhesive layers in each segment are arranged in an alternating manner one atop the other, and the top layer and the bottom layer of each concrete-containing segment are formed from a concrete layer. The present invention also relates to a segment of a 3D object as such, the segment having at least three layers and containing concrete and being produced by the method according to the invention. The invention also relates to the use of at least one segment as such, having at least three layers and containing concrete, to produce a 3D object or for integration in a 3D object. The present invention also relates to a three-dimensional (3D) object as such, containing at least one segment which has at least three layers and contains concrete and can be produced by the method according to the invention.

Description

3D-Druckverfahren zur Herstellung von betonhaltigen Segmenten eines 3D- Gegenstandes 3D printing process for the production of concrete segments of a 3D object
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein dreidimensionales (3D) Druckverfahren zur (schichtweisen) Herstellung von mindestens einem zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segment (Teilbereich) eines dreidimensionalen (3D) Gegenstandes auf Betonbasis. In dem Verfahren wird zunächst durch Extrusion von Frischbeton eine erste Betonschicht hergestellt. Anschließend wird auf die nach oben gerichtete Seite der ersten Betonschicht eine erste Klebeschicht aufgebracht, worauf wiederum auf die nach oben gerichtete Seite der ersten Klebeschicht eine zweite Betonschicht aufgebracht wird. Sukzessive können gegebenenfalls weitere Klebe- und Betonschichten aufgebracht werden, wobei im jeweiligen Segment die entsprechenden Betonschichten und Klebeschichten in abwechselnder Reihenfolge übereinander angeordnet sind und die oberste Schicht und die unterste Schicht des jeweiligen betonhaltigen Segments von jeweils einer Betonschicht ausgebildet werden. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein zumindest dreischichtiges betonhaltiges Segment eines 3D-Gegenstandes als solches, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird. Ein weiterer Gegenstand ist die Verwendung von mindestens einem zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segment als solchem zur Herstellung von einem oder zur Einarbeitung in einen 3D-Gegenstand. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein dreidimensionaler (3D) Gegenstand als solcher, enthaltend mindestens ein zumindest dreischichtiges betonhaltiges Segment herstellbar gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. The present invention relates to a three-dimensional (3D) printing method for the (layer-by-layer) production of at least one at least three-layer concrete-containing segment (partial area) of a three-dimensional (3D) object based on concrete. In the process, a first concrete layer is first produced by extruding fresh concrete. A first adhesive layer is then applied to the upwardly directed side of the first concrete layer, whereupon a second concrete layer is in turn applied to the upwardly directed side of the first adhesive layer. If necessary, further adhesive and concrete layers can be applied successively, the corresponding concrete layers and adhesive layers being arranged one above the other in alternating order and the top layer and the bottom layer of the respective concrete-containing segment being formed by one concrete layer each. Another object of the present invention is an at least three-layer concrete-containing segment of a 3D object as such, which is produced by the method according to the invention. Another object is the use of at least one at least three-layer concrete-containing segment as such for the production of or for incorporation into a 3D object. Another object of the present invention is a three-dimensional (3D) object as such, containing at least one at least three-layer concrete-containing segment that can be produced using the method according to the invention.
Der 3D-Druck als solcher ist mittlerweile ein weitverbreitetes Verfahren, bei dem prinzipiell ein geeignetes Ausgangsmaterial Schicht für Schicht (beispielsweise auf einer Grundplatte) aufgetragen und so dreidimensionale (3D) Gegenstände (auch als Werkstücke, Objekte oder 3D-Druckprodukt bezeichnet) in zahllosen Variationen hinsichtlich Geometrie, Form, Größe und/oder Gestalt erzeugt werden können. Im Rahmen des 3D-Drucks sind mittlerweile mehrere unterschiedliche Arten/Techniken von 3D-Druckverfahren bekannt, wie beispielsweise selektives Laserschmelzen, Elektronenstrahlschmelzen, selektives Lasersintern, Stereolithographie oder das Fused Deposition Modeling (FDM)-Verfahren. Die vorgenannten Verfahren als solche sind dem Fachmann allesamt bekannt, sie unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich des Einsatzes der spezifischen Ausgangsstoffe und/oder der speziellen Verfahrensbedingungen, mit denen die Ausgangsstoffe in das gewünschte 3D-Produkt verwandelt werden (beispielsweise Verwendung spezieller Laser, Elektronenstrahlen oder spezieller Aufschmelz-/Extrusionstechniken). Häufig sind die kommerziell erhältlichen 3D-Drucker auf das gewünschte 3D-Druckverfahren abgestimmt. 3D-Druckverfahren können unter anderem auch zur Herstellung von sehr großen Gegenständen bzw. Teilbereichen (Segmente) solcher großer (3D)-Gegenstände eingesetzt werden. So ist es mittlerweile durchaus möglich, selbst sehr große Gegenstände wie Gebäude/Häuser ganz oder teilweise mit 3D-Druckverfahren herzustellen. Als Ausgangsmaterialien werden in solchen Fällen auch bei 3D- Druckverfahren betonhaltige Materialien eingesetzt. Der große Vorteil von 3D- Druckverfahren in der Herstellung von großen Gegenständen, wie beispielsweise Gebäuden aus betonhaltigen Materialien, ist darin zu sehen, dass die Herstellung der entsprechenden Gegenstände bzw. Segmente schichtweise erfolgt, was eine große Vielfalt hinsichtlich der Geometrie, Form, Größe und/oder Gestalt ermöglicht, während bei klassischen Betonherstellungsverfahren (bzw. klassischen Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Beton) hingegen der entsprechende Gegenstand bzw. der Teilbereich an einem Stück hergestellt wird, wobei in der Regel Formen zum Eingießen des Betons verwendet werden müssen, was die Formgebung bzw. Weiterverarbeitung deutlich erschwert. 3D printing as such is now a widespread process in which, in principle, a suitable starting material is applied layer by layer (for example on a base plate) and thus three-dimensional (3D) objects (also known as workpieces, objects or 3D printed products) in countless variations can be generated in terms of geometry, shape, size and / or shape. In the context of 3D printing, several different types / techniques of 3D printing processes are now known, such as selective laser melting, electron beam melting, selective laser sintering, stereolithography or Fused Deposition Modeling (FDM) processes. The aforementioned processes as such are all known to the person skilled in the art; they differ in particular with regard to the use of the specific starting materials and / or the special process conditions with which the starting materials are transformed into the desired 3D product (for example, use of special lasers, electron beams or special melting - / extrusion techniques). The commercially available 3D printers are often tailored to the desired 3D printing process. 3D printing processes can, among other things, also be used to produce very large objects or partial areas (segments) of such large (3D) objects. It is now quite possible to produce even very large objects such as buildings / houses in whole or in part with 3D printing processes. In such cases, materials containing concrete are also used as starting materials in 3D printing processes. The great advantage of 3D printing processes in the production of large objects, such as buildings made of concrete-containing materials, can be seen in the fact that the corresponding objects or segments are produced in layers, which means a great variety in terms of geometry, shape, size and shape / or shape allows, while with classic concrete manufacturing processes (or classic processes for manufacturing objects from concrete), however, the corresponding object or the sub-area is manufactured in one piece, with molds usually having to be used for pouring the concrete, which Shaping and further processing made significantly more difficult.
Weiterhin bleibt festzuhalten, dass ein 3D-Druckverfahren ein prinzipiell automatisiertes Verfahren ist, bei dem auf Basis eines vordefinierten Bauplans unter Verwendung einer Maschine, also des 3D-Druckers, das entsprechende Segment bzw. der gesamte 3D-Gegenstand größtenteils oder sogar vollständig maschinell hergestellt wird, während bei klassischen Verfahren viele Arbeitsschritte manuell (in Form von Handarbeit) durchgeführt werden. Klassische Betonherstellungsverfahren sind also zeit- und kostenintensiver und/oder bedürfen eines deutlich größeren personellen Aufwands. It should also be noted that a 3D printing process is in principle an automated process in which the corresponding segment or the entire 3D object is largely or even completely produced by machine on the basis of a predefined construction plan using a machine, i.e. the 3D printer , while in classic processes many work steps are carried out manually (in the form of handwork). Classic concrete production processes are therefore more time-consuming and costly and / or require a significantly greater amount of personnel.
Sofern ein 3D-Druckverfahren bei der Herstellung von betonhaltigen Gegenständen eingesetzt wird, erfolgt dies in der Praxis meistens durch Extrusion von Betonwerkstoffen, wobei über Düsen der entsprechende Betonwerkstoff schichtweise, beispielsweise zur Errichtung von Mauern oder anderen Gebäudeteilen, extrudiert bzw. eingesetzt wird. Ein generelles Problem ist dabei, dass der verwendete Betonwerkstoff relativ schnell eine hohe Festigkeit erreichen muss, damit er das Gewicht der weiteren Schichten, die darauf aufgebracht werden, tragen kann ohne seitwärts zu zerlaufen. Betonwerkstoffe, die relativ schnell trocknen bzw. relativ schnell eine hohe Festigkeit entwickeln, sind kommerziell erhältlich. If a 3D printing process is used in the production of objects containing concrete, in practice this is usually done by extruding concrete materials, with the corresponding concrete material being extruded or used in layers via nozzles, for example to erect walls or other building parts. A general problem here is that the concrete material used must achieve high strength relatively quickly so that it can bear the weight of the additional layers that are applied to it without running sideways. Concrete materials that dry relatively quickly or develop high strength relatively quickly are commercially available.
Trotz dieser kommerziell erhältlichen, schneller trocknenden Betonwerkstoffe ist ein wesentliches Problem bei den entsprechenden 3D-Druckverfahren darin zu sehen, dass innerhalb einer einzelnen Schicht das eingesetzte Material unterschiedlich stark getrocknet und/oder erhärtet ist, da die horizontale Aufbringungslänge von beispielsweise einer Mauer oder eines sonstigen beliebigen Segmentes stark variieren kann und damit der Trockenprozess und/oder Erhärtungsprozess in einem Teil bereits weit fortgeschritten ist, während in einem anderen Teil die Oberfläche noch nass genug ist, um eine Bindung mit der nächsten Betonschicht einzugehen. Weiterhin weist jede neu aufgebrachte Betonschicht einen anderen durchschnittlichen Trocknungsgrad bzw. Erhärtungsgrad auf als die entsprechende darunter liegende Schicht. Je trockener die einzelnen Schichten sind, desto mehr Last kann die jeweilige Schicht aufnehmen, aber umso schlechter ist die Haftung an der Grenzfläche zwischen den einzelnen Schichten. Demzufolge sind insbesondere die Verbindungsflächen zwischen den einzelnen Betonschichten beim 3D-Druckverfahren als potentielle Schwachpunkte der dementsprechend hergestellten 3D-Gegenstände anzusehen, weil die Stabilität dort am geringsten ist. Despite these commercially available, faster drying concrete materials, a major problem with the corresponding 3D printing processes is that the material used is dried and / or hardened to different degrees within a single layer, since the horizontal length of application of a wall or other, for example any segment can vary greatly and thus the drying process and / or hardening process in a part already is well advanced, while in another part the surface is still wet enough to bond with the next layer of concrete. Furthermore, each newly applied concrete layer has a different average degree of drying or hardening than the corresponding underlying layer. The drier the individual layers, the more load the respective layer can take, but the worse the adhesion at the interface between the individual layers. As a result, the connecting surfaces between the individual concrete layers in the 3D printing process are to be viewed as potential weak points of the 3D objects produced accordingly, because this is where the stability is lowest.
US-B 7,814,937 offenbart eine Methode zur schichtweisen Herstellung von großen dreidimensionalen Gegenständen, wie Häusern, unter Verwendung von zementhaltigen Materialien. Das zementhaltige Material wird unter Verwendung einer Düse, die Bestandteil einer komplexen Druckvorrichtung ist, schichtweise unter Erhalt eines komplexen 3D-Gegenstandes, insbesondere eines Hauses, verarbeitet. Letztendlich ist in US-B 7,814,937 ein dreidimensionales Druckverfahren offenbart, wobei ein 3D-Drucker auf einem Fahrzeug, insbesondere einem Lastkraftwagen, fest installiert ist. Vor der konkreten Anwendung, beispielsweise der Herstellung eines Hauses, wird der auf dem Fahrzeuge angebrachte 3D-Drucker in einen betriebsbereiten Zustand gebracht, wobei der 3D-Drucker aus dem „zusammengefalteten Zustand“ (zum Transport auf dem Fahrzeug) in einen betriebsbereiten Zustand ummontiert werden muss. Durch schichtweises Aufbringen des zementhaltigen Materials wird letztendlich (aufgrund des eingesetzten Zements) ein vermutlich betonhaltiger, dreidimensionaler Gegenstand, insbesondere ein Haus, hergestellt. Weder in diesem noch in den beiden nachfolgend aufgeführten Dokumenten ist jedoch in irgendeiner Form ausgeführt, wie das Haftungsproblem zwischen den einzelnen 3D-gedruckten Schichten überwunden werden kann. US-B 7,814,937 discloses a method for the layer-by-layer production of large three-dimensional objects, such as houses, using cementitious materials. The cementitious material is processed in layers using a nozzle, which is part of a complex printing device, to obtain a complex 3D object, in particular a house. Finally, US Pat. No. 7,814,937 discloses a three-dimensional printing method, a 3D printer being permanently installed on a vehicle, in particular a truck. Before the concrete application, for example the construction of a house, the 3D printer attached to the vehicle is brought into an operational state, whereby the 3D printer is converted from the "folded state" (for transport on the vehicle) to an operational state got to. By applying the cementitious material in layers, a three-dimensional object, in particular a house, which is presumed to contain concrete, is ultimately produced (due to the cement used). Neither this nor the two documents listed below, however, provide any form of how the problem of adhesion between the individual 3D-printed layers can be overcome.
Ein weiteres dreidimensionales Drucksystem, das zur Extrusion von zementhaltigem Material durch eine Düse eingesetzt werden kann, ist in US-A 2010/0025349 offenbart. Der dort beschriebene 3D-Drucker wird als Roboter- Kran-System bezeichnet. Über eine entsprechend bewegliche Brücke, an der eine Extrusionsdüse für das zementhaltige Material angebracht ist, können je nach Wunsch Bewegungen der Düse in alle Raumrichtungen (X-, Y- und Z-Richtung) durchgeführt werden, wodurch das zementhaltige Material in beliebigen Formen gedruckt werden kann. Another three-dimensional printing system that can be used to extrude cementitious material through a nozzle is disclosed in US-A 2010/0025349. The 3D printer described there is known as a robot crane system. Via a correspondingly movable bridge to which an extrusion nozzle for the cementitious material is attached, the nozzle can be moved in all spatial directions (X, Y and Z directions) as required, whereby the cementitious material can be printed in any shape can.
US-A 2010/0257792 offenbart ein automatisiertes System zur Extrusion von Konstruktionsmaterial, das auch zementhaltiges Material umschließt. Das automatisierte System enthält eine Extrusionsdüse. Weiterhin werden Extrusionsdüsensysteme offenbart, die über mindestens zwei getrennt voneinander betreibbare Extrusionsdüsen verfügen. Durch solche Systeme mit mindestens zwei Extrusionsdüsen können beispielsweise dreidimensionale Gegenstände hergestellt werden, die über spezielle Schichten (Wände) an den Seitenflächen eines entsprechend hergestellten dreidimensionalen Gegenstandes verfügen. US-A 2010/0257792 discloses an automated system for extrusion of construction material which also includes cementitious material. The automated system includes an extrusion nozzle. Furthermore, extrusion nozzle systems are disclosed which have at least two separately operable extrusion nozzles. By such systems with at least two Extrusion nozzles, for example, three-dimensional objects can be produced that have special layers (walls) on the side surfaces of a correspondingly produced three-dimensional object.
EP-B 0 950 484 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Verbundsteinen. Bei diesem Verfahren handelt es sich nicht um ein 3D- Druckverfahren, sondern um ein klassisches Verfahren, bei dem Beton in eine Form gegossen wird, um dort auszuhärten. Konkret wird dort ein Verfahren zur Herstellung von Verbundsteinen beschrieben, die eine in Gebrauchslagen obere Natursteinplatte und eine untere Tragschicht aus Beton umfassen, die innig miteinander verbunden sind. Die mit ihrer Oberseite nach unten weisende Natursteinplatte wird dabei auf eine Unterlage gelegt und mit einem Formkasten unter Verwendung eines die Natursteinplatte umgebenden elastischen Elementes abdichtend umschlossen. Anschließend wird in den Formkasten Beton eingebracht und verdichtet. Abschließend wird der Formkasten vom Verbundstein getrennt. Der Verbundstein umfasst somit einen Bestandteil aus (gehärtetem Beton) sowie einen Bestandteil aus einer Natursteinplatte. EP-B 0 950 484 discloses a method and a device for producing composite stones. This process is not a 3D printing process, but a classic process in which concrete is poured into a mold in order to harden there. Specifically, a method for the production of composite stones is described there which comprise an upper natural stone slab in use positions and a lower support layer made of concrete, which are intimately connected to one another. The natural stone slab with its top facing down is placed on a base and sealed with a molding box using an elastic element surrounding the natural stone slab. Then concrete is poured into the molding box and compacted. Finally, the molding box is separated from the composite stone. The composite stone thus comprises a component made from (hardened concrete) and a component made from a natural stone slab.
Unabhängig davon, ob ein 3D-Druckverfahren oder ein klassisches Verfahren zur Herstellung von betonhaltigen 3D-Gegenständen eingesetzt werden soll, ist es dem Fachmann bekannt, dass bei der Verarbeitung von betonhaltigen Werkstoffen gewisse Regeln einzuhalten sind bzw. welche konkreten chemischen Verbindungen/Zusammensetzungen unter dem Begriff „Beton“ von einem Fachmann verstanden werden (siehe beispielsweise die Online-Enzyklopädie Wikipedia unter dem Begriff „Beton“: https://de.wikipedia.org/wiki/beton; Fassung vom 10. Januar 2019). Bereits ausgehärteter Beton wird als Festbeton bezeichnet, zur Verarbeitung wird jedoch Frischbeton eingesetzt, also Beton, der noch nicht ausgehärtet ist. Beton ist in unterschiedlichen Zusammensetzungen erhältlich, als Grundbestandteile sind darin jedoch Zement (fungiert als Bindemittel), Gesteinskörnungen (als Zuschlagstoffe) sowie Wasser in aller Regel enthalten. In Frischbeton ist der sogenannte Zementleim, also ein Gemisch aus Wasser, Zement und weiteren feinkörnigen Bestandteilen noch nicht abgebunden. Dadurch ist der Frischbeton noch verarbeitbar, das heißt formbar und zum Teil fließfähig. Um ein Absetzen des Betons und gegebenenfalls ein Vorzeitiges Abbinden zu unterbinden, wird in der Praxis Frischbeton in der Regel in Bewegung gehalten, beispielsweise in Form von Mischern, die auch auf Lastkraftwagen vorhanden sein können. Dadurch wird ein Absetzen und (zumindest teilweises) Aushärten des entsprechenden Frischbetongemisches unterbunden. Alternativ können auch chemische Zusatzstoffe dem Frischbeton zugegeben werden. Regardless of whether a 3D printing process or a classic process for the production of concrete-containing 3D objects is to be used, the person skilled in the art knows that certain rules must be observed when processing concrete-containing materials or which specific chemical compounds / compositions under the The term “concrete” should be understood by a specialist (see, for example, the online encyclopedia Wikipedia under the term “concrete”: https://de.wikipedia.org/wiki/beton; version of January 10, 2019). Already hardened concrete is called hardened concrete, but fresh concrete is used for processing, i.e. concrete that has not yet hardened. Concrete is available in different compositions, but the basic components are usually cement (acts as a binding agent), aggregates (as aggregates) and water. In fresh concrete, the so-called cement paste, i.e. a mixture of water, cement and other fine-grained components, has not yet set. This means that the fresh concrete can still be processed, that is, it can be shaped and in some cases flowable. In order to prevent the concrete from settling and, if necessary, from setting prematurely, fresh concrete is usually kept moving in practice, for example in the form of mixers, which can also be installed on trucks. This prevents the corresponding fresh concrete mixture from settling and (at least partially) hardening. Alternatively, chemical additives can also be added to the fresh concrete.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines neuen 3D-Druckverfahrens zur Herstellung von dreidimensionalen Gegenständen bzw. Segmenten (Teilbereichen) davon auf Betonbasis. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein 3D-Druckverfahren zur schichtweisen Herstellung eines zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segments eines dreidimensionalen (3D) Gegenstandes, umfassend die folgenden Schritte a) bis c): a) Extrusion von Frischbeton unter Ausbildung einer ersten Betonschicht (B1), die eine nach oben gerichtete Seite umfasst, b) Aufbringen einer ersten Klebeschicht (K1) auf die erste Betonschicht (B1) unter Verwendung von mindestens einem Klebemittel, wobei die erste Klebeschicht (K1) die nach oben gerichtete Seite der ersten Betonschicht (B1) vollständig oder zumindest teilweise bedeckt, c) Aufbringen einer zweiten Betonschicht (B2) durch Extrusion von Frischbeton auf die erste Klebeschicht (K1), wobei die zweite Betonschicht (B2) vollständig oder zumindest teilweise die nach oben gerichtete Seite der ersten Klebeschicht (K1) bedeckt, unter Ausbildung eines zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segments eines 3D- Gegenstandes, wobei die erste Betonschicht (B1) die unterste Schicht, die erste Klebeschicht (K1) die Zwischenschicht und die zweite Betonschicht (B2) die oberste Schicht des zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segments ausbilden. The object on which the present invention is based is to provide a new 3D printing method for the production of three-dimensional objects or segments (partial areas) thereof on a concrete basis. This object is achieved by a 3D printing process for the layer-by-layer production of an at least three-layer concrete-containing segment of a three-dimensional (3D) object, comprising the following steps a) to c): a) Extrusion of fresh concrete with the formation of a first concrete layer (B1), the one comprises upwardly directed side, b) applying a first adhesive layer (K1) to the first concrete layer (B1) using at least one adhesive, wherein the first adhesive layer (K1) completely or at least the upwardly directed side of the first concrete layer (B1) partially covered, c) applying a second concrete layer (B2) by extrusion of fresh concrete onto the first adhesive layer (K1), the second concrete layer (B2) completely or at least partially covering the upward-facing side of the first adhesive layer (K1), with formation an at least three-layer concrete-containing segment of a 3D object, the first concrete layer (B1) d The bottom layer, the first adhesive layer (K1) form the intermediate layer and the second concrete layer (B2) form the top layer of the at least three-layer concrete-containing segment.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können in vorteilhafter Weise drei- oder höherschichtige betonhaltige Segmente eines dreidimensionalen (3D) Gegenstandes hergestellt werden. Diese betonhaltigen Segmente weisen eine erhöhte Stabilität im Vergleich zu herkömmlich hergestellten schichtweisen Segmenten auf, da die Schichten erfindungsgemäß unabhängig vom Aushärtungsgrad des eingesetzten Betons kraftschlüssig miteinander verbunden werden. Da die Stabilität eines solchen betonhaltigen Segmentes höher ist, ist somit auch die Stabilität des entsprechenden dreidimensionalen Gegenstandes, beispielsweise eines Gebäudes, höher, das sich aus einem oder mehreren solcher mehrschichtiger betonhaltiger Segmente zusammensetzt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können die entsprechenden zumindest dreischichtigen bzw. mehrschichtigen betonhaltigen Segmente schneller und/oder höher/größer hergestellt werden. In der gleichen Zeiteinheit lässt sich also schneller und höher/größer bauen im Vergleich zu klassischen Betonherstellungsverfahren sowie nach bereits bekannten 3D-Drucktechniken auf Betonbasis. Aufgrund der zwischen den einzelnen betonhaltigen Schichten vorhandenen Klebeschicht können schneller bzw. höher mehrere darüber liegende Schichten aufeinander aufgetragen werden, ohne auf den ausreichenden bzw. vollständigen Aushärtungsgrad der unten liegenden Schichten warten zu müssen. With the method according to the invention, three-layer or higher-layer concrete-containing segments of a three-dimensional (3D) object can be produced in an advantageous manner. These concrete-containing segments have an increased stability compared to conventionally produced layer-by-layer segments, since according to the invention the layers are frictionally connected to one another regardless of the degree of hardening of the concrete used. Since the stability of such a concrete-containing segment is higher, the stability of the corresponding three-dimensional object, for example a building, which is composed of one or more such multi-layer concrete-containing segments is thus also higher. With the method according to the invention, the corresponding at least three-layer or multi-layer concrete-containing segments can be produced faster and / or higher / larger. In the same time unit, you can build faster and taller / larger in comparison to classic concrete manufacturing processes and according to already known 3D printing techniques based on concrete. Due to the adhesive layer between the individual concrete-containing layers, several overlying layers can be applied faster or higher without having to wait for the layers below to cure sufficiently or completely.
Weil im erfindungsgemäßen 3D-Druckverfahren zwischen den einzelnen Betonschichten eine Klebeschicht eingesetzt wird, muss nicht mehr gewartet werden, bis die jeweils darunter liegende Betonschicht vollständig oder zumindest weitgehend getrocknet ist, um einerseits ein Zerlaufen der Betonschicht ausschließen zu können und gleichzeitig eine möglichst feste Verbindung mit der nachfolgenden Betonschicht zu erzielen. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass die Klebeschicht auf die darunter liegende Betonschicht bereits dann aufgebracht werden kann, wenn die nach oben gerichtete Seite der jeweiligen Betonschicht zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, als Festbeton ausgehärtet ist. Ein vollständiges oder zumindest weitgehendes Aushärten der gesamten darunter liegenden Betonschicht ist erfindungsgemäß jedoch nicht erforderlich. Because an adhesive layer is used between the individual concrete layers in the 3D printing process according to the invention, it is no longer necessary to wait until the concrete layer underneath is completely or at least largely dried, on the one hand to be able to exclude the concrete layer from running away and at the same time to ensure that the connection is as strong as possible to achieve the subsequent concrete layer. According to the invention, it is preferred that the adhesive layer can already be applied to the underlying concrete layer when the upward-facing side of the respective concrete layer is at least partially, preferably completely, hardened as hardened concrete. However, according to the invention, complete or at least extensive curing of the entire underlying concrete layer is not necessary.
Während es technisch relativ einfach ist, zu bestimmen, ob die Oberfläche einer Betonschicht bereits ausgehärtet ist, gilt dies nicht für die Bestimmung des Aushärtungsgrades der kompletten Betonschicht. In der Praxis kann der Aushärtungsgrad der gesamten Betonschicht während eines 3D-Druckprozesses in der Regel nicht genau bestimmt werden. Demzufolge wird in der Praxis auch bei einem 3D-Druckprozess relativ lange gewartet, bis die nächste Betonschicht auf eine bereits bestehende Betonschicht aufgebracht werden kann, um ein Zerfließen einer nicht ausreichend gehärteten unteren Betonschicht, auch aufgrund des zusätzlichen Drucks der neu aufgebrachten oberen Betonschicht, definitiv vermeiden zu können. Sofern die untere Betonschicht aufgrund des zusätzlichen Gewichtes teilweise zerfließt, verliert sie dadurch auch ihre Form, was sich wiederum negativ auf die Haftung der einzelnen Schichten an den Kontaktstellen auswirkt. Durch die erfindungsgemäß verwendete Klebeschicht wird jedoch diese Haftung verbessert und dadurch auch indirekt ein Druckausgleich auf die untere, unter Umständen noch nicht vollständig ausgehärtete, Betonschicht bewirkt. Folglich ist es besonders vorteilhaft, dass im erfindungsgemäßen Verfahren die Klebeschicht auf die darunter liegende Betonschicht zeitlich direkt vor dem 3D-Druck der nachfolgenden/darüber liegenden Betonschicht aufgebracht werden kann. Die Klebeschicht kann zum Beispiel durch eine zusätzliche Düse oder einen zusätzlichen Druckkopf, die direkt vor der entsprechenden Düse oder dem entsprechenden Druckkopf zum Aufbringen der nachfolgenden Betonschicht angebracht sind, aufgetragen werden. Somit können zwei Arbeitsgänge direkt hintereinander mit einem einzigen 3D-Druckgerät erfolgen. While it is technically relatively easy to determine whether the surface of a concrete layer has already hardened, this does not apply to the determination of the degree of hardening of the entire concrete layer. In practice, the degree of hardening of the entire concrete layer can usually not be precisely determined during a 3D printing process. As a result, in practice, even with a 3D printing process, there is a relatively long wait until the next concrete layer can be applied to an existing concrete layer in order to definitely prevent the lower concrete layer from flowing away, also due to the additional pressure of the newly applied upper concrete layer to be able to avoid. If the lower concrete layer partially dissolves due to the additional weight, it also loses its shape as a result, which in turn has a negative effect on the adhesion of the individual layers to the contact points. However, the adhesive layer used according to the invention improves this adhesion and thereby also indirectly effects a pressure equalization on the lower, possibly not yet completely hardened, concrete layer. Consequently, it is particularly advantageous that, in the method according to the invention, the adhesive layer can be applied to the underlying concrete layer immediately before the 3D printing of the subsequent / overlying concrete layer. The adhesive layer can be applied, for example, by an additional nozzle or an additional print head, which are attached directly in front of the corresponding nozzle or the corresponding print head for applying the subsequent concrete layer. This means that two work steps can be carried out one after the other with a single 3D printing device.
Gegenüber herkömmlichen Betonverarbeitungsverfahren hat das erfindungsgemäße 3D-Druckverfahren den Vorteil, dass es ein prinzipiell automatisiertes Verfahren ist, wobei in der Regel aufgrund eines vordefinierten Bauplanes unter Verwendung einer Maschine, also eines 3D-Druckers, das entsprechende Segment bzw. der gesamte 3D- Gegenstand größtenteils oder sogar vollständig maschinell hergestellt wird. Im Gegensatz dazu wird bei klassischen Betonherstellungsverfahren ein Großteil der Arbeitsschritte manuell erledigt. Dies ist viel zeit- und kostenintensiver, insbesondere erfordert dies einen höheren personellen Aufwand. Zudem müssen beim erfindungsgemäßen Verfahren im Gegensatz zu herkömmlichen (klassischen) Betonherstellungsverfahren keine Formen zum Eingießen des Frischbetons verwendet werden. Compared to conventional concrete processing methods, the 3D printing method according to the invention has the advantage that it is a principally automated method, whereby the corresponding segment or the entire 3D printer is usually based on a predefined construction plan using a machine, i.e. a 3D printer. Item is largely or even entirely machine-made. In contrast to this, most of the work steps are carried out manually in classic concrete production processes. This is much more time-consuming and costly; in particular, it requires more personnel. In addition, in the method according to the invention, in contrast to conventional (classic) concrete production methods, no molds have to be used to pour the fresh concrete.
Aufgrund der besseren Haftung der einzelnen Schichten untereinander ist das Problem des unterschiedlichen Trocknungszustandes der jeweiligen Schichten minimiert bzw. ganz ausgeräumt. Die einzelnen betonhaltigen Schichten und/oder das mehrschichtige betonhaltige Segment bzw. der gesamte 3D-Gegenstand ist somit stabiler. Beispielsweise zeigt er keine oder weniger Risse auf, insbesondere an den Stellen, an denen sich die jeweiligen betonhaltigen Schichten berühren. Dies kann beispielsweise durch Messung von Haftzugwerten bestimmt werden. Haftzugwerte für zwei Betonschichten, die im Rahmen eines 3D-Druckverfahrens ohne eine dazwischen liegende Klebeschicht aufeinander aufgebracht werden, liegen in der Regel im Bereich von 0 bis 0,1 N/mm2. Im Gegensatz dazu betragen die entsprechenden Haftzugwerte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit dazwischen liegender Klebeschicht 0,5 bis 3 N/mm2, was einer deutlich verbesserten Haftung/Stabilität entspricht. Haftzugwerte können zum Beispiel nach der Norm DIN 1048 (1979-06-13) bestimmt werden. Due to the better adhesion of the individual layers to one another, the problem of the different drying states of the respective layers is minimized or eliminated entirely. The individual concrete-containing layers and / or the multi-layer concrete-containing segment or the entire 3D object is thus more stable. For example, it shows no cracks or fewer cracks, in particular at the points where the respective concrete-containing layers touch. This can be determined, for example, by measuring adhesive tensile values. Adhesive tensile values for two concrete layers that are applied to one another in a 3D printing process without an intervening adhesive layer are generally in the range from 0 to 0.1 N / mm 2 . In contrast to this, the corresponding adhesive tensile values according to the method according to the invention with an adhesive layer in between are 0.5 to 3 N / mm 2 , which corresponds to a significantly improved adhesion / stability. Adhesive pull values can be determined, for example, according to the DIN 1048 (1979-06-13) standard.
Die Stabilität der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten mehrschichtigen betonhaltigen Segmente ist somit mit der Stabilität eines entsprechenden Betonfragmentes vergleichbar, das nach einem klassischen einstufigen Verfahren unter Verwendung entsprechender Formen zur Festlegung der Geometrie (wie sie beispielsweise in EP-B 0 950 484 beschrieben sind) hergestellt worden ist. Gegenüber solchen klassischen Verfahren zur Verarbeitung von betonhaltigen Gegenständen weist das erfindungsgemäße schichtweise Herstellungsverfahren jedoch den Vorteil einer deutlich höheren Variation hinsichtlich Geometrie, Form, Größe und Gestalt des entsprechenden betonhaltigen Gegenstandes auf. The stability of the multi-layer concrete-containing segments produced with the method according to the invention is thus comparable to the stability of a corresponding concrete fragment produced according to a classic one-step process using appropriate shapes to define the geometry (as described for example in EP-B 0 950 484) has been. Compared to such classic methods for processing concrete-containing objects, the layer-by-layer production method according to the invention has the advantage of a significantly higher variation in terms of geometry, shape, size and shape of the corresponding concrete-containing object.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen sich (soweit nicht anders angegeben) alle Richtungsangaben, wie X-Richtung, Y-Richtung oder Z-Richtung sowie XY-Ebene, auf ein kartesisches Koordinatensystem im dreidimensionalen Raum. Dies bedeutet, dass die drei Richtungsachsen (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) jeweils orthogonal zueinander stehen, also jeweils einen 90°-Winkel zueinander ausbilden. Die Z-Achse (Z-Richtung) wird auch als„vertikale Achse“ bezeichnet. XY-Ebenen können auch als horizontale Ebenen bezeichnet werden, wobei mehrere XY-Ebenen in vertikaler Richtung (also entlang der Z-Achse) parallel zueinander angeordnet sein können. Bewegungen entlang der Z-Achse können auch als„nach oben“ bzw.„nach unten“ bezeichnet werden. In the context of the present invention (unless stated otherwise) all directional information, such as the X direction, Y direction or Z direction and the XY plane, relate to a Cartesian coordinate system in three-dimensional space. This means that the three directional axes (X-axis, Y-axis and Z-axis) are each orthogonal to one another, i.e. each form a 90 ° angle to one another. The Z-axis (Z-direction) is also referred to as the "vertical axis". XY planes can also be referred to as horizontal planes, whereby several XY planes can be arranged parallel to one another in the vertical direction (that is, along the Z axis). Movements along the Z-axis can also be referred to as "up" or "down".
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung näher definiert. The present invention is defined in more detail below.
Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein 3D-Druckverfahren zur schichtweisen Herstellung eines zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segments eines dreidimensionalen (3D) Gegenstandes, umfassend die folgenden Schritte a) bis c): a) Extrusion von Frischbeton unter Ausbildung einer ersten Betonschicht (B1), die eine nach oben gerichtete Seite umfasst, b) Aufbringen einer ersten Klebeschicht (K1) auf die erste Betonschicht (B1) unter Verwendung von mindestens einem Klebemittel, wobei die erste Klebeschicht (K1) die nach oben gerichtete Seite der ersten Betonschicht (B1) vollständig oder zumindest teilweise bedeckt, c) Aufbringen einer zweiten Betonschicht (B2) durch Extrusion von Frischbeton auf die erste Klebeschicht (K1), wobei die zweite Betonschicht (B2) vollständig oder zumindest teilweise die nach oben gerichtete Seite der ersten Klebeschicht (K1) bedeckt, unter Ausbildung eines zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segments eines 3D- Gegenstandes, wobei die erste Betonschicht (B1) die unterste Schicht, die erste Klebeschicht (K1) die Zwischenschicht und die zweite Betonschicht (B2) die oberste Schicht des zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segments ausbilden. A first object of the present invention is a 3D printing method for the layer-by-layer production of an at least three-layer concrete-containing segment of a three-dimensional (3D) object, comprising the following steps a) to c): a) Extrusion of fresh concrete with the formation of a first concrete layer (B1), which comprises an upwardly directed side, b) applying a first adhesive layer (K1) to the first concrete layer (B1) using at least one adhesive, wherein the first adhesive layer (K1) completely covers the upwardly directed side of the first concrete layer (B1) or at least partially covered, c) applying a second concrete layer (B2) by extrusion of fresh concrete onto the first adhesive layer (K1), the second concrete layer (B2) completely or at least partially covering the upwardly directed side of the first adhesive layer (K1), with the formation of an at least three-layer concrete-containing segment of a 3D object, the first e concrete layer (B1) form the bottom layer, the first adhesive layer (K1) form the intermediate layer and the second concrete layer (B2) form the top layer of the at least three-layer concrete-containing segment.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Beton“ Folgendes verstanden: Beton ist ein Gemisch, das als Hauptkomponenten Zement, Gesteinskörnung sowie Wasser enthält. In Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung können darüber hinaus noch weitere Zusatzstoffe im Beton enthalten sein. Der zwingend enthaltene Bestandteil Zement dient als Bindemittel. Der Begriff „Gesteinskörnung“ umfasst erfindungsgemäß Komponenten wie Split, Kies oder gegebenenfalls auch Sand. Die Gesteinskörnung wird auch als Zuschlagstoff des Betons bezeichnet. Das im Beton enthaltene Wasser wird auch als Zugabewasser/Anmachwasser bezeichnet und dient zum Abbinden des Betons. In the context of the present invention, the term “concrete” is understood to mean the following: Concrete is a mixture that contains cement, aggregate and water as main components. Depending on the desired application, the concrete can also contain other additives. The mandatory component cement is used as a binding agent. According to the invention, the term “aggregate” includes components such as grit, gravel or, if appropriate, also sand. The aggregate is also known as the concrete aggregate. The water contained in the concrete is also known as added water / mixing water and is used to set the concrete.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass der Beton einen Bindemittelanteil, vorzugsweise einen Zementanteil, im Bereich von maximal 25 Gew.-%, mehr bevorzugt von maximal 20 Gew.-% und besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 15 Gew.-% enthält. Der Mindestanteil an Bindemittel, vorzugsweise an Zement, ist im Beton in der Regel mindestens 1 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 5 Gew.-%. According to the invention, it is preferred that the concrete has a binder content, preferably a cement content, in the range of a maximum of 25% by weight, more preferably of a maximum of 20% by weight and particularly preferably in the range of 10 to 15 Contains wt .-%. The minimum proportion of binder, preferably cement, in concrete is generally at least 1% by weight, preferably at least 5% by weight.
Als Zement kann erfindungsgemäß jeder beliebige, dem Fachmann bekannte Zement eingesetzt werden. Zemente können dabei in Reinform eingesetzt werden, häufig sind Zemente aber auch mit weiteren Zusatzstoffen, die gegebenenfalls ebenfalls als Bindemittel fungieren, wie Flugaschen, Schlacken oder Puzzolanen, versetzt (siehe auch die Norm DIN EN 196). Erfindungsgemäß ist es weiterhin bevorzugt, dass der Beton einen Gesamtbindemittelanteil von 240 bis 320 kg/m3 enthält. According to the invention, any cement known to the person skilled in the art can be used as cement. Cements can be used in their pure form, but cements are often mixed with other additives, which may also function as binders, such as fly ash, slag or pozzolans (see also the DIN EN 196 standard). According to the invention, it is further preferred that the concrete contains a total binder content of 240 to 320 kg / m 3 .
Sinngemäßes gilt auch für den Begriff „betonhaltig“ bzw. den Begriff „Betonschicht“. Erfindungsgemäß bevorzugt ist solch ein Beton bzw. eine Betonschicht, die schnell aushärtet und/oder eine hohe Standfestigkeit aufweist. The same applies analogously to the term “containing concrete” or the term “concrete layer”. According to the invention, preference is given to such a concrete or a concrete layer that hardens quickly and / or has high stability.
Sofern im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht anders ausgeführt, wird unter dem Begriff „Beton“ vorzugsweise der bereits (zumindest teilweise) ausgehärtete, insbesondere der vollständig ausgehärtete, Beton verstanden, der auch als„Festbeton“ bezeichnet werden kann. Beim Festbeton ist somit der vom Wasser initiierte Abbindevorgang, also die chemische Bindung des Wassers mit dem Bindemittel Zement und/oder der Gesteinskörnung bereits vollständig oder zumindest größtenteils abgeschlossen. Unless stated otherwise in the context of the present invention, the term “concrete” is preferably understood to mean already (at least partially) hardened, in particular fully hardened, concrete, which can also be referred to as “hardened concrete”. In the case of hardened concrete, the setting process initiated by the water, i.e. the chemical bonding of the water with the cement and / or the aggregate, is already completely or at least largely completed.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „Frischbeton“, dass der entsprechende Beton noch verarbeitbar ist. Die einzelnen Grundkomponenten des Betons, insbesondere das Bindemittel und das Wasser, haben noch nicht oder zumindest nur zu einem geringen Teil miteinander abreagiert, die Aushärtung hat also noch nicht stattgefunden. Frischbeton ist somit noch formbar und zumindest zum Teil fließfähig. In the context of the present invention, the term “fresh concrete” means that the concrete in question can still be processed. The individual basic components of the concrete, in particular the binding agent and the water, have not yet reacted with one another, or at least only to a small extent, so hardening has not yet taken place. Fresh concrete is therefore still malleable and at least partially flowable.
Erfindungsgemäß wird unter dem Begriff „betonhaltiges Segment“ Folgendes verstanden: Ein betonhaltiges Segment ist aus mehreren (einer Vielzahl von) Betonschichten und Klebeschichten aufgebaut, wobei die Betonschichten und Klebeschichten in abwechselnder Reihenfolge übereinander angeordnet sind. Die oberste Schicht (Oberseite) und die unterste Schicht (Unterseite) des jeweiligen betonhaltigen Segmentes werden jeweils von einer Betonschicht ausgebildet. Im betonhaltigen Segment ist der Beton in der Regel, insbesondere nach Beendigung des Herstellungsprozesses, bereits vollständig ausgehärtet. Betonhaltige Segmente als solche können für sich genommen ebenfalls einen dreidimensionalen Gegenstand darstellen. In der Regel werden aber mehrere solcher betonhaltigen Segmente zu einem dreidimensionalen Gegenstand zusammengebaut oder ein dreidimensionaler Gegenstand enthält zumindest ein solches betonhaltiges Segment. Erfindungsgemäß können die betonhaltigen Segmente aus einer beliebigen Anzahl an einzelnen Betonschichten aufgebaut sein. Erfindungsgemäß ist das „kleinste betonhaltige Segment“ (kleinste Einheit) ein dreischichtiges betonhaltiges Segment. Ein dreischichtiges betonhaltiges Segment wird erfindungsgemäß dann erhalten, wenn die Verfahrensschritte a) bis c) jeweils einmal durchgeführt werden. Ein dreischichtiges betonhaltiges Segment weist somit eine erste Betonschicht (B1) als unterste Schicht (Unterseite), eine erste Klebeschicht (K1) als Zwischenschicht und eine zweite Betonschicht (B2) als oberste Schicht (Oberseite) auf. According to the invention, the term “concrete-containing segment” is understood to mean the following: A concrete-containing segment is composed of several (a multiplicity of) concrete layers and adhesive layers, the concrete layers and adhesive layers being arranged one above the other in alternating order. The top layer (top) and the bottom layer (bottom) of the respective concrete-containing segment are each formed by a concrete layer. In the concrete-containing segment, the concrete is generally already fully cured, especially after the manufacturing process has ended. Concrete-containing segments as such can also represent a three-dimensional object per se. As a rule, however, several such concrete-containing segments are assembled to form a three-dimensional object or a three-dimensional object contains at least one such concrete-containing segment. According to the invention, the concrete-containing segments can be constructed from any number of individual concrete layers. According to the invention, the “smallest segment containing concrete” (smallest unit) is a three-layer segment containing concrete. According to the invention, a three-layer concrete-containing segment is obtained when method steps a) to c) are each carried out once. A three-layer concrete-containing segment thus has a first concrete layer (B1) as the bottom layer (bottom), a first adhesive layer (K1) as an intermediate layer and a second concrete layer (B2) as the top layer (top).
Erfindungsgemäß können aber auch betonhaltige Segmente mit einer (viel) höheren Anzahl an Schichten hergestellt werden als das vorstehend beschriebene (zumindest) dreischichtige betonhaltige Segment eines dreidimensionalen (3D) Gegenstands. Um solche höherschichtigen oder vielschichtigen betonhaltigen Segmente herzustellen, werden erfindungsgemäß die vorstehend beschriebenen Schritte b) und c) mindestens einfach wiederholt (erfindungsgemäßer Schritt d)). According to the invention, however, concrete-containing segments with a (much) higher number of layers can also be produced than the (at least) three-layer concrete-containing segment of a three-dimensional (3D) object described above. In order to produce such higher-layered or multi-layered concrete-containing segments, the above-described steps b) and c) are repeated at least once according to the invention (step d) according to the invention).
Die jeweiligen Betonschichten können unterschiedliche oder gleiche Geometrien, Dicken und/oder chemische Zusammensetzungen hinsichtlich des zur Herstellung eingesetzten Frischbetons aufweisen. Erfindungsgemäß ist es jedoch bevorzugt, dass in einem betonhaltigen Segment die darin enthaltenen einzelnen Betonschichten gleich oder zumindest weitgehend gleich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung, ihrer Form, Geometrie und/oder Größe sind. The respective concrete layers can have different or identical geometries, thicknesses and / or chemical compositions with regard to the fresh concrete used for production. According to the invention, however, it is preferred that in a segment containing concrete the individual concrete layers contained therein are the same or at least largely the same with regard to their chemical composition, their shape, geometry and / or size.
Sinngemäßes gilt auch für die Klebeschichten und/oder das Verhältnis von Klebeschichten zu Betonschichten, wobei sich Klebeschichten und Betonschichten vorzugsweise hinsichtlich ihrer jeweiligen Dicke (Ausdehnung in Z-Richtung) jeweils voneinander unterscheiden. The same applies mutatis mutandis to the adhesive layers and / or the ratio of adhesive layers to concrete layers, with adhesive layers and concrete layers preferably differing from one another with regard to their respective thickness (extension in the Z direction).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „dreidimensionaler (3D) Gegenstand“ bzw.„3D-Gegenstände enthaltend mindestens ein (erfindungsgemäßes) zumindest dreischichtiges betonhaltiges Segment“, dass der entsprechende 3D- Gegenstand auch aus zwei oder noch mehr erfindungsgemäßen betonhaltigen Segmenten zusammengesetzt sein kann. Darüber hinaus kann der 3D-Gegenstand auch Teilbereiche/Komponenten enthalten, die sich von einem betonhaltigen Segment der vorliegenden Erfindung unterscheiden. Ist der erfindungsgemäße 3D-Gegenstand beispielsweise ein Gebäude, können Teile (Bereiche/Segmente) des entsprechenden 3D-Gegenstandes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sein. Ein Beispiel hierfür sind beispielsweise die Wände eines Hauses. Andere Teile eines solchen 3D-Gegenstandes können wiederum nach einem anderen Verfahren hergestellt worden sein und/oder sie können aus einem anderen Material hergestellt worden sein. Darunter können beispielsweise Türen, Fenster und/oder Dächer eines Hauses fallen. Verfahren zum Verbinden/Zusammenführen von zwei oder mehreren erfindungsgemäßen zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segmenten miteinander und/oder mit sonstigen Komponenten unter Erhalt eines 3D-Gegenstandes oder Teilen davon sind dem Fachmann bekannt. Dies kann beispielsweise durch Verschrauben oder Verkleben erfolgen. Erfindungsgemäß ist es theoretisch auch denkbar, dass ein dreidimensionaler (3D) Gegenstand wie ein Gebäude aus einem einzigen erfindungsgemäßen vielschichtigen betonhaltigen Segment schichtweise hergestellt werden kann. In the context of the present invention, the term “three-dimensional (3D) object” or “3D objects containing at least one (according to the invention) at least three-layer concrete-containing segment” means that the corresponding 3D object can also be composed of two or more concrete-containing segments according to the invention can. In addition, the 3D object can also contain partial areas / components that differ from a concrete-containing segment of the present invention. If the 3D object according to the invention is, for example, a building, parts (areas / segments) of the corresponding 3D object can have been produced using the method according to the invention. An example of this is the walls of a house. Other parts of such a 3D object can in turn have been manufactured using a different method and / or they can have been manufactured from a different material. This can include doors, windows and / or roofs of a house, for example. Methods for connecting / bringing together two or more at least three-layer concrete-containing segments according to the invention with one another and / or with other components while obtaining a 3D object or parts thereof are known to the person skilled in the art. This can be done, for example, by screwing or gluing. According to the invention, it is theoretically also conceivable that a three-dimensional (3D) object such as a building can be produced in layers from a single multi-layered concrete-containing segment according to the invention.
Um erfindungsgemäße betonhaltige Segmente herzustellen, die mehr als dreischichtig sind, also um vielschichtige (mehrschichtige oder höherschichtige) betonhaltige Segmente herzustellen, wird erfindungsgemäß der optionale Verfahrensschritt d) durchgeführt, der wie folgt definiert ist: d) mindestens einfache Wiederholung der Schritte b) und c) unter Ausbildung eines vielschichtigen betonhaltigen Segments eines 3D- Gegenstandes, wobei im vielschichtigen betonhaltigen Segment die jeweiligen Betonschichten und Klebeschichten in abwechselnder Reihenfolge übereinander angeordnet sind und die oberste Schicht und die unterste Schicht des betonhaltigen Segments von jeweils einer Betonschicht ausgebildet werden. In order to produce concrete-containing segments according to the invention that are more than three-layered, i.e. in order to produce multi-layered (multilayered or higher-layered) concrete-containing segments, the optional process step d) is carried out according to the invention, which is defined as follows: d) at least one repetition of steps b) and c ) with the formation of a multi-layered concrete-containing segment of a 3D object, whereby in the multi-layered concrete-containing segment the respective concrete layers and adhesive layers are arranged one above the other in alternating order and the top layer and the bottom layer of the concrete-containing segment are each formed by a concrete layer.
Erfindungsgemäß kann der optionale Verfahrensschritt d) beliebig oft durchgeführt werden. Bei jeder Durchführung des Verfahrensschritts d) werden also jeweils einmal der erfindungsgemäße Schritt b) und der erfindungsgemäße Schritt c) wiederholt. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass der optionale Verfahrensschritt d) zumindest einmal durchgeführt wird. Auf diese Weise lassen sich somit vielschichtige betonhaltige Segmente eines dreidimensionalen (3D) Gegenstandes hersteilen. According to the invention, the optional process step d) can be carried out as often as desired. Each time method step d) is carried out, step b) according to the invention and step c) according to the invention are repeated once. According to the invention, it is preferred that the optional process step d) is carried out at least once. In this way, multi-layered concrete-containing segments of a three-dimensional (3D) object can be produced.
Sofern erfindungsgemäß beispielsweise ein betonhaltiges Segment aus vier Betonschichten hergestellt werden soll, wird erfindungsgemäß zuerst eine erste Betonschicht (B1) durch Extrusion des entsprechenden Frischbetons hergestellt (Schritt a)). Anschließend wird eine erste Klebeschicht (K1) auf die erste Betonschicht (B1) gemäß Schritt b) aufgebracht. Eine zweite Betonschicht (B2) wird anschließend in Schritt c) durch Extrusion von Frischbeton auf die erste Klebeschicht (K1) aufgebracht. If, according to the invention, for example, a concrete-containing segment is to be produced from four concrete layers, according to the invention a first concrete layer (B1) is first produced by extrusion of the corresponding fresh concrete (step a)). A first adhesive layer (K1) is then applied to the first concrete layer (B1) in accordance with step b). A second concrete layer (B2) is then applied to the first adhesive layer (K1) in step c) by extruding fresh concrete.
Der Frischbeton der zweiten Betonschicht (B2) kann dieselbe chemische Zusammensetzung aufweisen wie der Frischbeton, der zur Herstellung der ersten Betonschicht (B1) eingesetzt worden ist. Gegebenenfalls können sich die beiden Betonschichten (B1) und (B2) hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung des entsprechenden Frischbetons bzw. der geometrischen Form und/oder Schichtdicke auch unterscheiden. Vorzugsweise stimmen die jeweiligen Betonschichten (B1) und (B2) sowie gegebenenfalls auch alle weiteren Betonschichten hinsichtlich des eingesetzten Frischbetons sowie Geometrie, Form und Schichtdicke überein. The fresh concrete of the second concrete layer (B2) can have the same chemical composition as the fresh concrete that was used to produce the first concrete layer (B1). If necessary, the two concrete layers (B1) and (B2) can differ with regard to the chemical composition of the corresponding fresh concrete or the geometric shape and / or layer thickness also differ. The respective concrete layers (B1) and (B2) and, if applicable, also all other concrete layers, preferably match with regard to the fresh concrete used, as well as geometry, shape and layer thickness.
Anschließend wird der optionale erfindungsgemäße Schritt d) zweimal durchgeführt, es werden also die vorstehend erwähnten Verfahrensschritte b) und c) je zweifach wiederholt, bis ein betonhaltiges Segment mit insgesamt vier Betonschichten hergestellt worden ist. Dieses vielschichtige betonhaltige Segment enthält also insgesamt vier Betonschichten (B1 , B2, B3 und B4), wobei die erste Betonschicht (B1) und die vierte Betonschicht (B4) die unterste Schicht oder Unterseite (B1) bzw. die oberste Schicht oder Oberseite (B4) des entsprechenden Betonsegmentes ausbilden. Zwischen den insgesamt vier Betonschichten (B1 bis B4) befinden sich somit drei Klebeschichten (K1 bis K3). Im vorgenannten Beispiel ist somit ein siebenschichtiges betonhaltiges Segment hergestellt worden, das vier Betonschichten (B1 bis B4) und drei Klebeschichten (K1 bis K3) in alternierender Reihenfolge umfasst. The optional step d) according to the invention is then carried out twice, that is to say the aforementioned method steps b) and c) are each repeated twice until a concrete-containing segment with a total of four concrete layers has been produced. This multi-layered concrete-containing segment thus contains a total of four concrete layers (B1, B2, B3 and B4), with the first concrete layer (B1) and the fourth concrete layer (B4) being the bottom layer or bottom (B1) and the top layer or top (B4) ) of the corresponding concrete segment. There are therefore three adhesive layers (K1 to K3) between the total of four concrete layers (B1 to B4). In the above example, a seven-layer concrete-containing segment has thus been produced which comprises four concrete layers (B1 to B4) and three adhesive layers (K1 to K3) in an alternating sequence.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „vielschichtiges betonhaltiges Segment“ somit immer die Summe der alternierend angeordneten Betonschichten und Klebeschichten verstanden. Vielschichtig ist in diesem Zusammenhang somit immer eine ungerade Anzahl an Schichten, weil jedes betonhaltige Segment als oberste und unterste Schicht immer eine Betonschicht aufweist. Vielschichtige betonhaltige Segmente können somit beispielsweise fünfschichtige, siebenschichtige, neunschichtige, einundfünfzigschichtige oder noch höherschichtige betonhaltige Segmente sein. In the context of the present invention, the term “multi-layered concrete-containing segment” is therefore always understood to mean the sum of the alternately arranged concrete layers and adhesive layers. In this context, there is always an uneven number of layers, because each segment containing concrete always has a concrete layer as the top and bottom layers. Multi-layer concrete-containing segments can thus be, for example, five-layer, seven-layer, nine-layer, fifty-one-layer or even higher-layer concrete-containing segments.
Eine alternative Zählweise kann erfindungsgemäß so durchgeführt werden, dass nur die Anzahl der Betonschichten im jeweiligen mehrschichtigen betonhaltigen Segment gezählt werden. Für einen Fachmann ist es klar, dass unabhängig von der Zählweise erfindungsgemäß somit vielschichtige betonhaltige Segmente mit einer beliebigen Anzahl an Betonschichten hergestellt werden können. Beispielsweise lassen sich auf diese Weise auch betonhaltige Segmente mit 5, 10, 100 oder noch mehr Betonschichten hersteilen. Ein betonhaltiges Segment mit 100 Betonschichten enthält somit hundert Betonschichten (B1 bis B100) mit 99 dazwischen befindlichen Klebeschichten (K1 bis K99). Ein betonhaltiges Segment mit 100 Betonschichten ist erfindungsgemäß nach der vorstehend beschriebenen ersten Zählweise somit ein 199- schichtiges betonhaltiges Segment. According to the invention, an alternative method of counting can be carried out in such a way that only the number of concrete layers in the respective multilayer concrete-containing segment is counted. It is clear to a person skilled in the art that, regardless of the method of counting, according to the invention, multi-layered concrete-containing segments with any number of concrete layers can be produced. For example, segments containing concrete with 5, 10, 100 or even more concrete layers can also be produced in this way. A concrete segment with 100 concrete layers thus contains a hundred concrete layers (B1 to B100) with 99 adhesive layers in between (K1 to K99). According to the invention, a segment containing concrete with 100 concrete layers is a segment containing 199 layers according to the first counting method described above.
Die jeweiligen Dicken (Z-Richtung) der einzelnen Schichten eines betonhaltigen Segmentes können beliebige Dimensionen annehmen. Vorzugsweise weisen die jeweiligen Betonschichten innerhalb eines drei- oder vielschichtigen betonhaltigen Segmentes (weitgehend) die gleiche Schichtdicke auf. Sinngemäßes gilt auch für die jeweils vorhandenen Klebeschichten. Weiterhin ist es bevorzugt, dass mindestens eine Betonschicht, vorzugsweise alle Betonschichten, eine größere Dicke aufweisen als mindestens eine Klebeschicht, vorzugsweise alle Klebeschichten. Noch mehr bevorzugt ist es, dass das Verhältnis der durchschnittlichen Dicke einer Betonschicht zu der durchschnittlichen Dicke einer darauf aufgebrachten Klebeschicht > 1 : 1 , vorzugsweise > 3 : 1 , insbesondere 6 : 1 bis 50 : 1 beträgt. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass eine Klebeschicht eine Dicke von 0,2 bis 10 mm aufweist und/oder eine Betonschicht eine Dicke von 10 bis 300 mm. Noch mehr bevorzugt weist eine Haftschicht eine Dicke von 1 bis 5 mm und eine Betonschicht eine Dicke von 10 bis 100 mm auf. The respective thicknesses (Z-direction) of the individual layers of a concrete-containing segment can assume any dimensions. The respective concrete layers within a three-layer or multi-layer concrete-containing segment preferably have (largely) the same layer thickness. The same applies mutatis mutandis to the existing adhesive layers. It is also preferred that at least one Concrete layer, preferably all concrete layers, have a greater thickness than at least one adhesive layer, preferably all adhesive layers. It is even more preferred that the ratio of the average thickness of a concrete layer to the average thickness of an adhesive layer applied thereon is> 1: 1, preferably> 3: 1, in particular 6: 1 to 50: 1. According to the invention it is preferred that an adhesive layer has a thickness of 0.2 to 10 mm and / or a concrete layer has a thickness of 10 to 300 mm. Even more preferably, an adhesive layer has a thickness of 1 to 5 mm and a concrete layer has a thickness of 10 to 100 mm.
In den erfindungsgemäßen Schritten b), c) und/oder gegebenenfalls d) wird die jeweils nachfolgende Schicht (sowohl eine Klebeschicht als auch eine Betonschicht) jeweils so aufgetragen, dass sie die nach oben gerichtete Seite der darunter liegenden Schicht vollständig oder zumindest teilweise bedeckt (in X- und/oder Y-Richtung). Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass die jeweils aufzutragende Schicht vollständig oder nahezu vollständig auf die darunter liegende Schicht aufgetragen wird. Sofern eine entsprechende nachfolgende Schicht nur teilweise auf die darunter liegende Schicht aufgebracht wird, werden erfindungsgemäß vorzugsweise mindestens 50 %, noch mehr bevorzugt mindestens 75 %, insbesondere mindestens 90 % der Gesamtfläche der nach oben gerichteten Seite der darunter liegenden Schicht mit der entsprechenden nachfolgenden Schicht bedeckt. Die nicht vollständige Bedeckung einer unten liegenden Schicht mit einer darauf aufzubringenden nachfolgenden Schicht kann unter anderem dann durchgeführt werden, wenn beispielsweise Aussparungen wie Fenster oder Türen in das entsprechende zumindest dreischichtige betonhaltige Segment eingearbeitet bzw. berücksichtigt werden sollen. Sinngemäßes kann auch gelten, sofern in der nachfolgenden Betonschicht eine andere Geometrie, Form, Länge (X-Richtung) und/oder Breite (Y-Richtung) gegenüber der darunter liegenden Betonschicht bzw. Klebeschicht verwirklicht werden soll. In steps b), c) and / or optionally d) according to the invention, the respective subsequent layer (both an adhesive layer and a concrete layer) is applied in such a way that it completely or at least partially covers the upward-facing side of the layer below ( in X and / or Y direction). According to the invention, it is preferred that the respective layer to be applied is applied completely or almost completely to the layer below. If a corresponding subsequent layer is only partially applied to the underlying layer, according to the invention preferably at least 50%, even more preferably at least 75%, in particular at least 90% of the total area of the upward-facing side of the underlying layer is covered with the corresponding subsequent layer . The incomplete covering of an underlying layer with a subsequent layer to be applied thereon can be carried out, among other things, if, for example, recesses such as windows or doors are to be incorporated or taken into account in the corresponding at least three-layer concrete-containing segment. The same can also apply if a different geometry, shape, length (X-direction) and / or width (Y-direction) compared to the underlying concrete layer or adhesive layer is to be implemented in the subsequent concrete layer.
Die Extrusion von Frischbeton als solchem, wie sie in den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten a), c) und gegebenenfalls d) durchgeführt wird, ist dem Fachmann bekannt. Erfindungsgemäß erfolgt dies im Rahmen eines 3D-Druckverfahrens unter Verwendung eines entsprechend geeigneten 3D-Druckers. 3D-Druckverfahren als solche und/oder 3D-Drucker als solche unter Verwendung von betonhaltigen Substanzen sind dem Fachmann bekannt und werden beispielsweise in dem eingangs beschriebenen Stand der Technik US-B 7,814,937, US-A 2010/0025349 oder US-A 2010/0257792 offenbart. The extrusion of fresh concrete as such, as carried out in process steps a), c) and, if appropriate, d) according to the invention, is known to the person skilled in the art. According to the invention, this takes place within the framework of a 3D printing process using a correspondingly suitable 3D printer. 3D printing processes as such and / or 3D printers as such using concrete-containing substances are known to the person skilled in the art and are, for example, described in the prior art US-B 7,814,937, US-A 2010/0025349 or US-A 2010/0257792 disclosed.
Das Aufbringen der ersten Klebeschicht (K1) im erfindungsgemäßen Schritt b) sowie gegebenenfalls dessen Wiederholung im optionalen Schritt d) muss nicht zwingend durch Extrusion des entsprechenden Klebemittels erfolgen. Erfindungsgemäß ist es jedoch bevorzugt, dass auch der Verfahrensschritt b) im Rahmen einer Extrusion des eingesetzten mindestens einen Klebemittels durchgeführt wird. Sinngemäßes gilt auch für die etwaige Wiederholung des Schrittes b) im Rahmen des optionalen Verfahrensschrittes d). Sofern die jeweiligen Klebeschichten nicht durch Extrusion auf die jeweils darunter liegende Betonschicht aufgebracht werden, kann dies erfindungsgemäß nach allen dem Fachmann bekannten Methoden erfolgen, beispielsweise auch durch Aufpinseln, Aufsprühen oder sonstige Arten des Auftragens. Das Aufbringen der Klebeschicht kann erfindungsgemäß generell manuell oder automatisch erfolgen, vorzugsweise erfolgt dies automatisch. The application of the first adhesive layer (K1) in step b) according to the invention and, if appropriate, its repetition in the optional step d) need not necessarily be carried out by extrusion of the corresponding adhesive. According to the invention, however, it is preferred that method step b) in the context of an extrusion of the used at least one adhesive is carried out. The same applies mutatis mutandis to any repetition of step b) as part of the optional process step d). If the respective adhesive layers are not applied to the respective underlying concrete layer by extrusion, this can be done according to the invention by all methods known to the person skilled in the art, for example also by brushing on, spraying on or other types of application. According to the invention, the adhesive layer can generally be applied manually or automatically; this is preferably done automatically.
Als Klebemittel kann erfindungsgemäß jede dem Fachmann bekannte Verbindung eingesetzt werden, insbesondere solche, die eine stabile Bindung zwischen ausgehärtetem Beton und Frischbeton ermöglichen und/oder die in zumindest teilflüssigem Zustand extrudiert werden können. Vorzugsweise wird als Klebemittel Betonschlämme eingesetzt. According to the invention, any compound known to the person skilled in the art can be used as the adhesive, in particular those which enable a stable bond between hardened concrete and fresh concrete and / or which can be extruded in an at least partially liquid state. Concrete slurry is preferably used as the adhesive.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff„Betonschlämme“ eine Betonart verstanden, die flüssiger ist im Vergleich zu herkömmlichem (schnell härtendem) Beton bzw. Frischbeton. Vorzugsweise enthält Betonschlämme zwei Drittel Zement und ein Drittel Sand, dem wiederum 15 bis 40 Gew.-% Wasser beigemischt werden. In the context of the present invention, the term “concrete slurry” is understood to mean a type of concrete that is more fluid compared to conventional (fast-setting) concrete or fresh concrete. Concrete slurry preferably contains two thirds of cement and one third of sand, to which in turn 15 to 40% by weight of water are added.
Betonschlämme können auch als Haftschlämme bezeichnet werden. Betonschlämme können neben einem gegenüber herkömmlichem Beton höheren Bindemittelanteil, insbesondere höheren Zementanteil, weitere Komponenten enthalten, wie Gesteinskörnungen, insbesondere Split, Kies oder Sand. Ebenfalls kann in Betonschlämme Wasser enthalten sein und/oder sonstige Zusatzstoffe. Als sonstige Zusatzstoffe enthalten Betonschlämme erfindungsgemäß vorzugsweise Plastifizierer (z.B. Polycarboxylatether) , Cellulosen, insbesondere Methylcellulosen, Latexdispersionen oder Dispersionspulver. Latexdispersionen oder Dispersionspulver sind vorzugsweise auf Basis von Styrolacrylat, Vinylacetatethylen, Vinylacetat oder Styrolbutadien. Zudem können noch weitere Additive, wie zum Beispiel Netzmittel oder Verdickungsadditive, zur Verbesserung der Verarbeitung in die erfindungsgemäßen Betonschlämme zugegeben werden. Cellulosen werden auch als Wasserrückhaltemittel eingesetzt. Concrete slurry can also be referred to as adhesive slurry. In addition to a higher proportion of binding agent than conventional concrete, in particular a higher proportion of cement, concrete slurry can contain other components such as aggregates, in particular grit, gravel or sand. Concrete slurry can also contain water and / or other additives. According to the invention, concrete slurries preferably contain plasticizers (e.g. polycarboxylate ether), celluloses, in particular methyl celluloses, latex dispersions or dispersion powders as other additives. Latex dispersions or dispersion powders are preferably based on styrene acrylate, vinyl acetate ethylene, vinyl acetate or styrene butadiene. In addition, further additives, such as, for example, wetting agents or thickening additives, can be added to the concrete slurry according to the invention to improve processing. Celluloses are also used as water retention agents.
Erfindungsgemäß ist es weiterhin bevorzugt, dass Betonschlämme mindestens 30 Gew.-% Bindemittel, vorzugsweise Zement, enthalten, noch mehr bevorzugt enthalten sie 50 bis 70 Gew.-% Bindemittel, insbesondere Zement. Der Gehalt an Wasser beträgt in den Betonschlämmen vorzugsweise 15 bis 40 Gew.-%, wobei gegebenenfalls das Wasser ganz oder zumindest teilweise durch Verflüssiger oder Plastifizierer ersetzt werden kann. Erfindungsgemäß ist es somit bevorzugt, dass in den Schritten b) und/oder gegebenenfalls d) das mindestens eine Klebemittel durch Extrusion auf die darunter liegende Betonschicht aufgebracht wird. According to the invention, it is further preferred that concrete slurry contain at least 30% by weight of binding agent, preferably cement, and even more preferably contain 50 to 70% by weight of binding agent, in particular cement. The water content in the concrete slurry is preferably 15 to 40% by weight, it being possible, if necessary, to replace all or at least some of the water with liquefiers or plasticizers. According to the invention, it is therefore preferred that in steps b) and / or optionally d) the at least one adhesive is applied to the underlying concrete layer by extrusion.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass das 3D-Druckverfahren als 3D- Extrusionsdruckverfahren durchgeführt wird, insbesondere, dass alle Verfahrensschritte a) bis d) als 3D-Extrusionsdruckverfahren durchgeführt werden. Furthermore, it is preferred that the 3D printing process is carried out as a 3D extrusion printing process, in particular that all process steps a) to d) are carried out as a 3D extrusion printing process.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass das 3D-Druckverfahren computergestützt durchgeführt wird, insbesondere unter Verwendung von mindestens einer Slicersoftware. Die computergestützte Durchführung eines 3D-Druckverfahrens und/oder geeignete Slicersoftware als solche sind dem Fachmann bekannt. Furthermore, it is preferred according to the invention that the 3D printing method is carried out with computer support, in particular using at least one slicer software. The computer-aided implementation of a 3D printing process and / or suitable slicer software as such are known to those skilled in the art.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Extrusion von Frischbeton in den Schritten a), c) und/oder gegebenenfalls d) unter Verwendung einer ersten Düse (D1) durchgeführt wird, vorzugsweise ist die Düse (D1) Bestandteil eines 3D-Druckers, insbesondere ist die Düse (D1) in einem Druckkopf eines 3D-Druckers enthalten. Furthermore, it is preferred according to the invention that the extrusion of fresh concrete in steps a), c) and / or optionally d) is carried out using a first nozzle (D1); the nozzle (D1) is preferably part of a 3D printer, in particular the nozzle (D1) is contained in a print head of a 3D printer.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Extrusion des Klebemittels unter Verwendung einer zweiten Düse (D2) durchgeführt wird, vorzugsweise ist die Düse (D2) Bestandteil eines 3D-Druckers, insbesondere ist die Düse (D2) in einem Druckkopf eines 3D-Druckers enthalten. Furthermore, it is preferred according to the invention that the extrusion of the adhesive is carried out using a second nozzle (D2), the nozzle (D2) is preferably part of a 3D printer, in particular the nozzle (D2) is contained in a print head of a 3D printer .
Ebenso ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Düsen (D1) und (D2) Bestandteil desselben 3D-Druckers sind, wobei vorzugsweise i) die beiden Düsen (D1) und (D2) im selben Druckkopf des 3D-Druckers angeordnet sind und miteinander gekoppelt betrieben werden, oder ii) die beiden Düsen (D1) und (D2) jeweils in separaten Druckköpfen des 3D-Druckers angeordnet sind und getrennt voneinander betrieben werden. It is also preferred according to the invention that the nozzles (D1) and (D2) are part of the same 3D printer, wherein preferably i) the two nozzles (D1) and (D2) are arranged in the same print head of the 3D printer and operated coupled to one another or ii) the two nozzles (D1) and (D2) are each arranged in separate print heads of the 3D printer and operated separately from one another.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Klebemittel in den Schritten b) und/oder gegebenenfalls d) auf die darunter liegende Betonschicht erst dann aufgebracht, wenn die nach oben gerichtete Seite der jeweiligen Betonschicht zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, als Festbeton ausgehärtet ist. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the adhesive in steps b) and / or optionally d) is only applied to the underlying concrete layer when the upward-facing side of the respective concrete layer has at least partially, preferably completely, hardened as hardened concrete.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Aufbringen der nächsten Betonschicht auf die nach oben gerichtete Seite der jeweiligen Klebeschicht in den Schritten c) und/oder gegebenenfalls d) so erfolgt, dass i) die nächste Betonschicht direkt im Anschluss an das vollständige Ausbilden der Klebeschicht auf der darunter liegenden Betonschicht erfolgt, oder ii) die nächste Betonschicht zeitgleich mit dem Klebemittel auf die darunter liegende Betonschicht aufgebracht wird, wobei der Frischbeton zur Ausbildung der nächsten Betonschicht nur auf diejenigen Stellen extrudiert wird, auf denen bereits Klebemittel unter Ausbildung eines entsprechenden Teilbereichs der Klebeschicht auf die darunter liegende Betonschicht aufgebracht worden ist. Furthermore, it is preferred according to the invention that the next concrete layer is applied to the upwardly directed side of the respective adhesive layer in steps c) and / or optionally d) in such a way that i) the next concrete layer takes place immediately after the adhesive layer has been fully formed on the underlying concrete layer, or ii) the next concrete layer is applied to the underlying concrete layer at the same time as the adhesive, with the fresh concrete for forming the next concrete layer only on those Places is extruded on which adhesive has already been applied to the underlying concrete layer with the formation of a corresponding partial area of the adhesive layer.
Besonders bevorzugt wird die nächste Betonschicht zeitgleich mit dem Klebemittel auf die darunter liegende Betonschicht aufgebracht, wobei der Frischbeton zur Ausbildung der nächsten Betonschicht nur auf diejenigen Stellen extrudiert wird, auf denen bereits Klebemittel unter Ausbildung eines entsprechenden Teilbereichs der Klebeschicht auf die darunter liegende Betonschicht aufgebracht worden ist. The next concrete layer is particularly preferably applied to the underlying concrete layer at the same time as the adhesive, the fresh concrete being extruded to form the next concrete layer only on those points where adhesive has already been applied to the underlying concrete layer with the formation of a corresponding portion of the adhesive layer is.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass der 3D-Gegenstand ein Gebäude oder Teil eines Gebäudes ist, vorzugsweise ist das Gebäude ein Haus, ein Wohnhaus, eine Halle, eine Garage und/oder ein Lager. Unter Teil eines Gebäudes wird vorzugsweise eine Mauer, eine Wand, ein Balkon, ein Dach, ein Boden und/oder ein Rohbau verstanden. Ein Gebäude oder Teil eines Gebäudes kann auch mit anderen Gegenständen versehen oder verbunden werden, die nicht mit einem 3D- Druckverfahren hergestellt worden sind, beispielsweise mit Türen, Fenstern, Dachrinnen und sonstigen vergleichbaren Vorrichtungsgegenständen. According to the invention, it is preferred that the 3D object is a building or part of a building, preferably the building is a house, a residential building, a hall, a garage and / or a warehouse. Part of a building is preferably understood to mean a wall, a wall, a balcony, a roof, a floor and / or a shell. A building or part of a building can also be provided with or connected with other objects that have not been produced with a 3D printing process, for example with doors, windows, gutters and other comparable fixtures.
Erfindungsgemäß ist es weiterhin bevorzugt, dass im jeweiligen 3D-Gegenstand alle zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segmente oder zumindest ein Großteil der zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segmente, vorzugsweise alle zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segmente, nach einem Verfahren gemäß den Schritten a) bis c) und gegebenenfalls d) hergestellt worden sind. According to the invention, it is further preferred that in the respective 3D object all at least three-layer concrete-containing segments or at least a large part of the at least three-layer concrete-containing segments, preferably all at least three-layer concrete-containing segments, produced according to a method according to steps a) to c) and optionally d) have been.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein zumindest dreischichtiges betonhaltiges Segment eines 3D-Gegenstandes, das nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren herstellbar ist. Another object of the present invention is an at least three-layer concrete-containing segment of a 3D object that can be produced by the method described above.
Vorzugsweise ist der 3D-Gegenstand ein Gebäude oder Teil eines Gebäudes, vorzugsweise ist das Gebäude ein Haus, ein Wohnhaus, eine Halle, eine Garage und/oder ein Lager. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch die Verwendung von mindestens einem zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segment gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von einem oder zur Einarbeitung in einen 3D- Gegenstand, vorzugsweise ist der 3D-Gegenstand ein Gebäude oder Teil eines Gebäudes, vorzugsweise ist das Gebäude ein Haus, ein Wohnhaus, eine Halle, eine Garage und/oder ein Lager. The 3D object is preferably a building or part of a building, preferably the building is a house, a residential building, a hall, a garage and / or a warehouse. Another object of the present invention is therefore also the use of at least one at least three-layer concrete-containing segment according to the present invention for the production of or for incorporation into a 3D object, preferably the 3D object is a building or part of a building, preferably the building a house, a residential building, a hall, a garage and / or a warehouse.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein dreidimensionaler (3D) Gegenstand enthaltend mindestens ein zumindest dreischichtiges betonhaltiges Segment gemäß der vorliegenden Erfindung. Another object of the present invention is a three-dimensional (3D) object containing at least one at least three-layer concrete-containing segment according to the present invention.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Dreidimensionales (3D) Druckverfahren zur schichtweisen Herstellung eines zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segments eines dreidimensionalen (3D) Gegenstandes, umfassend die folgenden Schritte a) bis c): a) Extrusion von Frischbeton unter Ausbildung einer ersten Betonschicht (B1), die eine nach oben gerichtete Seite umfasst, b) Aufbringen einer ersten Klebeschicht (K1) auf die erste Betonschicht (B1) unter Verwendung von mindestens einem Klebemittel, wobei die erste Klebeschicht (K1) die nach oben gerichtete Seite der ersten Betonschicht (B1) vollständig oder zumindest teilweise bedeckt, c) Aufbringen einer zweiten Betonschicht (B2) durch Extrusion von Frischbeton auf die erste Klebeschicht (K1), wobei die zweite Betonschicht (B2) vollständig oder zumindest teilweise die nach oben gerichtete Seite der ersten Klebeschicht (K1) bedeckt, unter Ausbildung eines zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segments eines 3D- Gegenstandes, wobei die erste Betonschicht (B1) die unterste Schicht, die erste Klebeschicht (K1) die Zwischenschicht und die zweite Betonschicht (B2) die oberste Schicht des zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segments ausbilden. 1. Three-dimensional (3D) printing process for the layer-by-layer production of an at least three-layer concrete-containing segment of a three-dimensional (3D) object, comprising the following steps a) to c): a) Extrusion of fresh concrete with the formation of a first concrete layer (B1), one facing up facing side comprises, b) applying a first adhesive layer (K1) to the first concrete layer (B1) using at least one adhesive, the first adhesive layer (K1) completely or at least partially covering the upwardly directed side of the first concrete layer (B1) , c) applying a second concrete layer (B2) by extrusion of fresh concrete onto the first adhesive layer (K1), the second concrete layer (B2) completely or at least partially covering the upwardly directed side of the first adhesive layer (K1), forming at least one three-layer concrete-containing segment of a 3D object, the first concrete layer (B1) being the lowest S layer, the first adhesive layer (K1) form the intermediate layer and the second concrete layer (B2) form the top layer of the at least three-layer concrete-containing segment.
2. 3D-Druckverfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das2. 3D printing method according to claim 1, characterized in that the
Verfahren einen zusätzlichen Schritt d) umfasst, wobei d) mindestens einfache Wiederholung der Schritte b) und c) unter Ausbildung eines vielschichtigen betonhaltigen Segments eines 3D-The method comprises an additional step d), wherein d) at least one simple repetition of steps b) and c) with the formation of a multi-layered concrete-containing segment of a 3D-
Gegenstandes, wobei im vielschichtigen betonhaltigen Segment die jeweiligen Betonschichten und Klebeschichten in abwechselnder Reihenfolge übereinander angeordnet sind und die oberste Schicht und die unterste Schicht des betonhaltigen Segments von jeweils einer Betonschicht ausgebildet werden. Object, wherein in the multi-layered concrete-containing segment the respective concrete layers and adhesive layers are arranged one above the other in alternating order and the top layer and the bottom layer of the concrete-containing segment are each formed by a concrete layer.
3. 3D-Druckverfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass i) das Verfahren als 3D-Extrusionsdruckverfahren durchgeführt wird, und/oder ii) die Extrusion von Frischbeton in den Schritten a), c) und/oder gegebenenfalls d) unter Verwendung einer ersten Düse (D1) durchgeführt wird, vorzugsweise ist die Düse (D1) Bestandteil eines 3D- Druckers, insbesondere ist die Düse (D1) in einem Druckkopf eines 3D- Druckers enthalten, und/oder iii) das Verfahren computergestützt durchgeführt wird, insbesondere unter Verwendung von mindestens einer Slicersoftware. 3. 3D printing method according to claim 1 or 2, characterized in that i) the method is carried out as a 3D extrusion printing method, and / or ii) the extrusion of fresh concrete in steps a), c) and / or optionally d) is carried out using a first nozzle (D1), the nozzle (D1) is preferably part of a 3D printer, in particular the nozzle (D1 ) contained in a print head of a 3D printer, and / or iii) the method is carried out with the aid of a computer, in particular using at least one slicer software.
4. 3D-Druckverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schritten b) und/oder gegebenenfalls d) das mindestens eine Klebemittel durch Extrusion auf die darunter liegende Betonschicht aufgebracht wird. 4. 3D printing method according to one of claims 1 to 3, characterized in that in steps b) and / or optionally d) the at least one adhesive is applied to the underlying concrete layer by extrusion.
5. 3D-Druckverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Klebemittel Betonschlämme eingesetzt wird. 5. 3D printing method according to one of claims 1 to 4, characterized in that concrete slurry is used as the adhesive.
6. 3D-Druckverfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrusion des Klebemittels unter Verwendung einer zweiten Düse (D2) durchgeführt wird, vorzugsweise ist die Düse (D2) Bestandteil eines 3D- Druckers, insbesondere ist die Düse (D2) in einem Druckkopf eines 3D- Druckers enthalten. 6. 3D printing method according to claim 4 or 5, characterized in that the extrusion of the adhesive is carried out using a second nozzle (D2), preferably the nozzle (D2) is part of a 3D printer, in particular the nozzle (D2) contained in a print head of a 3D printer.
7. 3D-Druckverfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (D1) und (D2) Bestandteil desselben 3D-Druckers sind, wobei vorzugsweise i) die beiden Düsen (D1) und (D2) im selben Druckkopf des 3D-Druckers angeordnet sind und miteinander gekoppelt betrieben werden, oder ii) die beiden Düsen (D1) und (D2) jeweils in separaten Druckköpfen des 3D-Druckers angeordnet sind und getrennt voneinander betrieben werden. 7. 3D printing method according to claim 6, characterized in that the nozzles (D1) and (D2) are part of the same 3D printer, preferably i) the two nozzles (D1) and (D2) in the same print head of the 3D printer are arranged and operated coupled to one another, or ii) the two nozzles (D1) and (D2) are each arranged in separate print heads of the 3D printer and operated separately from one another.
8. 3D-Druckverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebemittel in den Schritten b) und/oder gegebenenfalls d) auf die darunter liegende Betonschicht erst dann aufgebracht wird, wenn die nach oben gerichtete Seite der jeweiligen Betonschicht zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, als Festbeton ausgehärtet ist. 8. 3D printing method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the adhesive in steps b) and / or optionally d) is only applied to the underlying concrete layer when the upward side of the respective concrete layer is at least is partially, preferably completely, hardened as hardened concrete.
9. 3D-Druckverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der nächsten Betonschicht auf die nach oben gerichtete Seite der jeweiligen Klebeschicht in den Schritten c) und/oder gegebenenfalls d) so erfolgt, dass i) die nächste Betonschicht direkt im Anschluss an das vollständige Ausbilden der Klebeschicht auf der darunter liegenden Betonschicht erfolgt, oder ii) die nächste Betonschicht zeitgleich mit dem Klebemittel auf die darunter liegende Betonschicht aufgebracht wird, wobei der Frischbeton zur Ausbildung der nächsten Betonschicht nur auf diejenigen Stellen extrudiert wird, auf denen bereits Klebemittel unter Ausbildung eines entsprechenden Teilbereichs der Klebeschicht auf die darunter liegende Betonschicht aufgebracht worden ist, vorzugsweise wird die nächste Betonschicht zeitgleich mit dem Klebemittel auf die darunter liegende Betonschicht aufgebracht, wobei der Frischbeton zur Ausbildung der nächsten Betonschicht nur auf diejenigen Stellen extrudiert wird, auf denen bereits Klebemittel unter Ausbildung eines entsprechenden Teilbereichs der Klebeschicht auf die darunter liegende Betonschicht aufgebracht worden ist. 9. 3D printing method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the application of the next concrete layer on the after side of the respective adhesive layer facing upwards in steps c) and / or optionally d) takes place in such a way that i) the next concrete layer takes place immediately after the adhesive layer has been completely formed on the concrete layer below, or ii) the next concrete layer at the same time the adhesive is applied to the underlying concrete layer, the fresh concrete for forming the next concrete layer is only extruded onto those places where adhesive has already been applied to the underlying concrete layer with the formation of a corresponding sub-area of the adhesive layer, preferably the next concrete layer Simultaneously with the adhesive applied to the underlying concrete layer, the fresh concrete to form the next concrete layer is only extruded onto those places where adhesive is already located with the formation of a corresponding portion of the adhesive layer on the one below the end of the concrete layer has been applied.
10. 3D-Druckverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der 3D-Gegenstand ein Gebäude oder Teil eines Gebäudes ist, vorzugsweise ist das Gebäude ein Haus, ein Wohnhaus, eine Halle, eine Garage und/oder ein Lager. 10. 3D printing method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the 3D object is a building or part of a building, preferably the building is a house, a residential building, a hall, a garage and / or a warehouse.
11. 3D-Druckverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im jeweiligen 3D-Gegenstand alle zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segmente oder zumindest ein Großteil der zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segmente, vorzugsweise alle zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segmente, nach einem Verfahren gemäß den Schritten a) bis c) und gegebenenfalls d) hergestellt worden sind. 11. 3D printing method according to one of claims 1 to 10, characterized in that in the respective 3D object all at least three-layer concrete-containing segments or at least a large part of the at least three-layer concrete-containing segments, preferably all at least three-layer concrete-containing segments, according to a method according to the steps a) to c) and possibly d) have been produced.
12. 3D-Druckverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der durchschnittlichen Dicke einer Betonschicht zu der durchschnittlichen Dicke einer darauf aufgebrachten Klebeschicht > 1 : 1 , vorzugsweise > 3 : 1 , insbesondere 6 : 1 bis 50 : 1 beträgt. 12. 3D printing method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the ratio of the average thickness of a concrete layer to the average thickness of an adhesive layer applied to it> 1: 1, preferably> 3: 1, in particular 6: 1 to 50: 1 is.
13. Zumindest dreischichtiges betonhaltiges Segment eines 3D-Gegenstandes, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, vorzugsweise ist der 3D-Gegenstand ein Gebäude oder Teil eines Gebäudes, vorzugsweise ist das Gebäude ein Haus, ein Wohnhaus, eine Halle, eine Garage und/oder ein Lager. 13. At least three-layer concrete segment of a 3D object, producible by a method according to one of claims 1 to 12, The 3D object is preferably a building or part of a building, preferably the building is a house, a residential building, a hall, a garage and / or a warehouse.
14. Verwendung von mindestens einem zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segment gemäß Anspruch 13 zur Herstellung von einem oder zur Einarbeitung in einen 3D-Gegenstand, 14. Use of at least one at least three-layer concrete-containing segment according to claim 13 for the production of or for incorporation into a 3D object,
vorzugsweise ist der 3D-Gegenstand ein Gebäude oder Teil eines Gebäudes, vorzugsweise ist das Gebäude ein Haus, ein Wohnhaus, eine Halle, eine Garage und/oder ein Lager. The 3D object is preferably a building or part of a building, preferably the building is a house, a residential building, a hall, a garage and / or a warehouse.
15. Dreidimensionaler (3D) Gegenstand enthaltend mindestens ein zumindest dreischichtiges betonhaltiges Segment gemäß Anspruch 13. 15. Three-dimensional (3D) object containing at least one at least three-layer concrete-containing segment according to claim 13.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021116194A1 (en) 2021-06-23 2022-12-29 AEDITIVE GmbH Method and production system for producing a concrete component and concrete component
CN116065822A (en) * 2023-03-24 2023-05-05 冠鲁建设股份有限公司 Building construction operation management method, system, device and medium

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19729058A1 (en) * 1997-07-08 1999-01-14 Sika Ag Composite element and method for its production
ATE222525T1 (en) 1997-11-13 2002-09-15 Kombilith Gmbh Entwicklung & Verwertung METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING COMPOSITE BLOCKS
US7814937B2 (en) 2005-10-26 2010-10-19 University Of Southern California Deployable contour crafting
US8029710B2 (en) 2006-11-03 2011-10-04 University Of Southern California Gantry robotics system and related material transport for contour crafting
US8801415B2 (en) 2005-01-21 2014-08-12 University Of Southern California Contour crafting extrusion nozzles
AU2015326927B2 (en) * 2014-10-01 2019-10-24 Jowat Se Aqueous coagulatable polymer dispersion and use thereof as an adhesive
KR101668955B1 (en) * 2015-06-24 2016-10-26 연세대학교 산학협력단 Manufacturing method of structure with reinforce fiber composite using 3d printer
CN205112415U (en) * 2015-11-06 2016-03-30 珠海天威飞马打印耗材有限公司 Three -dimensional printer
JP2017119360A (en) * 2015-12-28 2017-07-06 清水建設株式会社 Method for producing laminate structure and laminate structure
CN105625720B (en) * 2016-01-05 2018-10-23 江苏敦超电子科技有限公司 More materials build 3 D-printing forming method
KR101856642B1 (en) * 2016-08-05 2018-05-10 한국해양대학교 산학협력단 system for 3D concrete print and method for build concrete structure using thereof
KR101948547B1 (en) * 2017-11-06 2019-02-15 한국건설기술연구원 3D Printing Apparatus and Nozzle therefore

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