EP4069516A1 - Pressure head - Google Patents

Pressure head

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Publication number
EP4069516A1
EP4069516A1 EP20817343.5A EP20817343A EP4069516A1 EP 4069516 A1 EP4069516 A1 EP 4069516A1 EP 20817343 A EP20817343 A EP 20817343A EP 4069516 A1 EP4069516 A1 EP 4069516A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
water
print head
binder
valve
outlet opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20817343.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Kurt Wohlgemuth
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.)
Progress Maschinen and Automation AG
Metallconcept SRL
Original Assignee
Progress Maschinen and Automation AG
Metallconcept SRL
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 Progress Maschinen and Automation AG, Metallconcept SRL filed Critical Progress Maschinen and Automation AG
Publication of EP4069516A1 publication Critical patent/EP4069516A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • 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
    • 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
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • 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
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/015—Ink jet characterised by the jet generation process
    • B41J2/04—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/05—Heads having a valve
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/12—Embodiments of or processes related to ink-jet heads with ink circulating through the whole print head

Definitions

  • the invention relates to a print head for the controlled delivery of a water-binder mixture, comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cementitious binder, and the use of at least one such print head for the controlled delivery of a water-binder mixture, comprising water and at least one hydraulic binder, especially a cementitious binder, in a 3D printing device.
  • the invention further relates to an arrangement with a water-binder mixture comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cementitious binder, and at least one such print head, as well as a method for the controlled delivery of a water-binder mixture comprising water and at least a hydraulic binding agent, in particular a cementitious binding agent, by means of at least one such arrangement.
  • the invention relates to a 3D printing device for the construction industry and a method for producing a 3D component for the construction industry by means of a 3D printing device.
  • the invention is located in the technical field of 3D printing of 3D components for the construction industry.
  • Concrete parts are usually manufactured with the aid of formwork elements.
  • the concrete parts that can be produced in this way are limited in their shape. It would therefore be desirable to be able to manufacture concrete parts with the help of a 3D printing process.
  • hydraulic binders such as cementitious binders
  • cementitious binders are used in the production of concrete parts, which react in the presence of water in a hydration reaction to form solid hydrates or hydrate phases. So far it has been assumed that these chemical processes prevent the implementation in 3D printing devices, since they very easily lead to blockages and thus irreparable damage.
  • the object of the present invention is to provide a print head for the controlled delivery of a water-binder mixture, comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cement-based binder, an arrangement with a water-binder mixture, comprising water and at least one hydraulic binder , in particular a cementitious binder, and at least one such print head, a method for the controlled delivery of a water-binder mixture, comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cementitious binder, by means of at least one such arrangement and the use of at least one such print head for controlled delivery of a water-binding agent mixture, comprising water and at least one hydraulic binding agent, in particular a cementitious binding agent, to be provided in a 3D printing device, the difficulties known from the prior art not, or only to a significant extent I appear in a weaker form.
  • Another object is to provide a 3D printing device for the construction industry and a method for producing a 3D component for the construction industry by means of a 3D printing device
  • the print head for the controlled delivery of a water-binder mixture, comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cement-based binder
  • the print head has at least one feed channel for supplying the water-binder mixture, at least one outlet opening, which can be brought into fluid connection with the at least one supply channel, and at least one valve with which the at least one outlet opening can be opened and closed in a controlled manner, whereby a predetermined dose of the water-binding agent mixture can be delivered through the at least one outlet opening.
  • the print head according to the invention can be operated in the manner of the inkjet method, with a predetermined dose of the water-binder mixture being able to be applied in a controlled manner.
  • the printhead is designed in such a way that during regular operation there should not be blockages and thus destruction of the printhead.
  • the print head can be detached at least one base body on which the at least one valve is arranged, and at least one with the at least one base body having connectable interchangeable body, the at least one outlet opening and / or the at least one feed channel being arranged on the at least one interchangeable body. This makes it possible to separate the at least one valve from the parts of the print head in which the water-binder mixture is guided. If local hardening occurs, the at least one interchangeable body can be exchanged simply and easily, and the print head can thus be put back into an operational state.
  • the at least one interchangeable body consists of at least one, preferably acid-resistant, plastic, preferably selected from a group consisting of PE, PVC, POM, PTFE and mixtures thereof, and / or comprises at least one injection-molded part , and / or at least two, preferably releasably connectable to one another, partial bodies, preferably wherein at least one seal is arranged between the at least two partial bodies.
  • PTFE which is also known under the name Teflon, is particularly suitable as a material because it prevents the adhesion of constituents of the water-binder mixture and is also acid-resistant.
  • the acid resistance is advantageous because some cement solvents also contain acids for cleaning.
  • - Is designed as an electropneumatic or electromagnetic valve, and / or
  • adjustable valve rod preferably wherein the at least one valve rod at least partially consists of at least one hard metal, and / or a free end of the at least one valve rod is spherical head, and / or a seal consisting of an elastic material is arranged on at least one free end of the at least one valve rod, with which the at least one outlet opening can be sealed, and / or
  • the at least one return spring comprises at least one return spring, preferably wherein the at least one return spring is designed such that the at least one outlet opening can be closed with a closing force between 10 and 50 N, particularly preferably with a closing force between 20 and 40 N.
  • At least one, preferably exchangeable, sealing membrane is provided, which at least one movable part of the at least one valve, preferably a valve rod, prevents penetration the water-binder mixture seals. In this way, damage to the at least one valve can be prevented very effectively.
  • the at least one outlet opening is formed in a nozzle body, preferably wherein the nozzle body is formed from at least one hard metal or ceramic, and / or at least one inclined, preferably funnel-shaped, contact surface for a free end of a valve rod of the has at least one valve and / or has a diameter between 0.5 and 2.0 mm.
  • the at least one feed channel has at least one inlet opening for the water-binder mixture, preferably wherein the at least one feed channel has at least one outlet opening opposite the at least one inlet opening, particularly preferably wherein the at least one inlet opening and / or the at least one outlet opening has a thread for connecting a fluid line. If the at least one feed channel has both at least one inlet opening for the water-binder mixture and at least one outlet opening, the at least one feed channel can be integrated into a circulation circuit for the water-binder mixture, which is then controlled via the at least one outlet opening a predetermined dose of the water-binder mixture is withdrawn.
  • the print head has at least one ventilation channel with which a pressure equalization for at least one movable part of the at least one valve, preferably a valve rod, can be generated.
  • a negative pressure that is produced by the movement of the at least one movable part of the at least one valve can be avoided efficiently.
  • Such a negative pressure would result in the risk that part of the water-binder mixture penetrates into the at least one valve.
  • at least one control and / or regulating device is provided with which the at least one valve can be controlled, and / or the print head comprises a plurality of outlet openings, the outlet openings, preferably equidistantly, on at least one line are arranged.
  • a water-binder mixture comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cement-based binder, and at least one print head according to the invention for the controlled delivery of the water-binder mixture, preferably where the at least one hydraulic binder is selected from a group consisting of Portland cement, calcium aluminate cement, calcium sulfoaluminate cement and mixtures thereof, and / or the water-binder mixture comprises at least one additive, preferably at least one plasticizer.
  • Protection is also sought for a method for the controlled delivery of a water-binding agent mixture, comprising water and at least one hydraulic binding agent, in particular a cementitious binding agent, by means of at least one arrangement according to the invention, the method comprising the following method steps: the water-binding agent mixture is fed via the at least one feed channel of the at least one print head to the at least one outlet opening of the at least one print head, preferably at a pressure between 0.1 and 2.0 bar, and the at least one outlet opening is controlled by means of the at least one valve of the at least one print head opened and closed and thereby dispensed a predetermined dose of the water-binding agent mixture through the at least one outlet opening.
  • a 3D printing device for the construction industry comprising at least one layer depositing device for depositing at least one particulate additive in layers on a printing platform and at least one print head according to the invention for the controlled delivery of a water-binding agent mixture, comprising water and at least one hydraulic Binding agent, in particular a cementitious binding agent, on at least one locally predetermined area of a layer of the at least one aggregate deposited by the at least one layer depositing device on the printing platform, preferably wherein the 3D printing device has at least one support that can be adjusted vertically in the position of use of the 3D printing device on which the at least one layer depositing device and / or the at least one print head are mounted so as to be adjustable in the horizontal direction.
  • Particulate aggregates - also known as aggregates - are at least all substances that are used in the production of concrete parts at the time of registration, such as sand, gravel, grit.
  • At least one print head according to the invention for the controlled delivery of a water-binder mixture, comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cement-based binder, in a 3D printing device for the construction industry, preferably with the 3D printing device according to claim 12 is formed.
  • protection is sought for a method for producing a 3D component for the construction industry by means of a 3D printing device according to claim 12, the method comprising the following method steps: at least one layer of the at least one particulate aggregate is applied to a printing platform by means of the at least A layer depositing device is deposited, and a predetermined dose of the water-binder mixture is delivered to at least one locally predetermined area of the at least one layer of the at least one aggregate by means of the at least one print head.
  • a predetermined dose of the water-binder mixture is delivered to at least one locally predetermined area of the printing platform, and / or after the deposit a last layer of the at least one additive, a predetermined dose of the water-binder mixture on at least one locally predetermined area of the last layer of the at least one additive is released.
  • FIG. 2 shows a schematically illustrated embodiment of a print head for the controlled delivery of a water-binder mixture in a perspective view
  • Fig. 3a the embodiment of the print head shown in Fig. 2, wherein a first partial body of an interchangeable body has been hidden
  • Fig. 3b the embodiment of the print head shown in Fig. 2, wherein a first and a second part body of an interchangeable body have been hidden,
  • Fig. 4a the embodiment of the print head shown in Fig. 2 in a perspective side view
  • Fig. 4b shows the embodiment of the print head shown in Fig. 4a), wherein a first and a second part body of an interchangeable body have been masked out
  • FIG. 5a a schematically illustrated embodiment of an arrangement with a water-binder mixture, comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cement-based binder, and a print head for the controlled delivery of the water-binder mixture in a cross-sectional view along a cross-sectional plane parallel to a longitudinal axis of the print head,
  • Fig. 5b the embodiment of the print head shown in Fig. 2 in a cross-sectional view along a cross-sectional plane perpendicular to a longitudinal axis of the print head, 6 shows a schematically illustrated embodiment of a valve of a
  • Print head for the controlled delivery of a water-binder mixture in a perspective view
  • FIG. 8 shows an isolated illustration of a valve rod of the one shown in FIG. 6
  • FIG. 9 shows an isolated illustration of a nozzle body of the one shown in FIG. 6
  • FIG. 10 shows a schematically illustrated embodiment of a 3-D component, produced according to a method for positioning a 3-D component for the construction industry by means of a 3-D printing device for the construction industry, in a perspective view.
  • Figure 1 shows a schematically illustrated embodiment of a 3D printing device 29 for the construction industry comprising a layer depositing device 30 for depositing at least one particulate additive 31 in layers on a printing platform 32 and a print head 1 for the controlled delivery of a water-binder mixture 2, comprising water and At least one hydraulic binding agent, in particular a cementitious binding agent, on at least one locally predetermined area 33 of a layer 34, 35 of the at least one aggregate 31 deposited by the layer depositing device 30 on the printing platform 32.
  • a layer depositing device 30 for depositing at least one particulate additive 31 in layers on a printing platform 32
  • a print head 1 for the controlled delivery of a water-binder mixture 2, comprising water and At least one hydraulic binding agent, in particular a cementitious binding agent, on at least one locally predetermined area 33 of a layer 34, 35 of the at least one aggregate 31 deposited by the layer depositing device 30 on the printing platform 32.
  • the 3-D printing device 29 has at least one carrier 38 which is adjustable in the vertical direction 37 when the 3-D printing device 29 is in the position of use and on which the layer depositing device 30 and the print head 1 are mounted to be adjustable in the horizontal direction 40, 41. More than one layer depositing device 30 and / or more than one print head 1 can also be provided. This increases the printing speed.
  • the layer depositing device 30 can have a discharge trough 43 as an intermediate store for the at least one particulate additive 31.
  • the carrier 38 which can be designed as a closed frame as in the case shown, can be adjustably mounted on columns 44 for adjustment in the vertical direction 37.
  • FIG. 2 and the following figures show a schematically illustrated embodiment of a print head 1 for the controlled delivery of a water-binder mixture, comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cement-based binder, the print head 1 having a feed channel 3 for supplying the water Binder mixture 2, several outlet openings 4, which can be brought into fluid connection with the feed channel 3, and several valves 5, with which the outlet openings 4 can be opened and closed in a controlled manner, whereby a predetermined dose 49 of the water-binder mixture 2 through the outlet openings 4 is deliverable, includes.
  • a water-binder mixture comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cement-based binder
  • the print head 1 having a feed channel 3 for supplying the water Binder mixture 2, several outlet openings 4, which can be brought into fluid connection with the feed channel 3, and several valves 5, with which the outlet openings 4 can be opened and closed in a controlled manner, whereby a predetermined dose 49 of the water-binder mixture 2 through the outlet openings 4 is
  • the outlet openings 4 are arranged equidistantly on a line 27.
  • the valves 5 are designed as electropneumatic valves and each have a compressed air connection 11 and an electrical connection 12.
  • the valve 5 can be supplied with compressed air via the compressed air connection 11, with which a cylinder 47, which is connected in a movement-coupled manner to a valve rod 14, can be actuated (see also FIG. 5b)).
  • the valves 5 each have a valve rod 14, preferably made of at least one hard metal, which can be adjusted, preferably over an adjustment path 13 between 0.5 and 1.5 mm.
  • the adjustment path 13 is shown in FIG. 7b).
  • the valve rods 14 can have a free end 15 which is designed in the shape of a spherical head.
  • the valves 5 can comprise at least one return spring 16, preferably wherein the at least one return spring 16 is designed such that the associated outlet opening 4 can be closed with a closing force between 10 and 50 N, particularly preferably with a closing force between 20 and 40 N.
  • a return spring is shown schematically in FIG. 5b).
  • the valves 5 can have a bearing 46 for the valve rod 14, wherein the bearing 46 can be designed as a sleeve, as in the case shown.
  • the bearing 46 surrounds the valve rod 14 and the valve rod 14 moves relative to the bearing 46.
  • a preferably exchangeable sealing membrane 17 is provided per valve 5, which seals the valve rod 14 against the penetration of the water-binder mixture 2.
  • the sealing membrane is arranged between the valve rod 14 and the bearing 46 in a sealing manner.
  • the print head 1 has a plurality of ventilation channels 25 with which a pressure equalization for the valve rods 14 can be generated (see also FIG. 5b)). Without the ventilation channels 25, there is a risk that a negative pressure arises on the side of the sealing membrane 17 facing the valve 5, through which a part of the water-binding agent mixture 2 is sucked in and thus penetrates into the valve 5.
  • the print head 1 has a base body 6 on which the valves 5 are arranged and an interchangeable body 7 which can be detachably connected to the base body 6, the outlet openings 4 and the Feed channel 3 are arranged.
  • fastening means 45 can be provided (compare FIG.
  • the interchangeable body 7 consists of at least one acid-resistant plastic, preferably selected from a group consisting of PE, PVC, POM, PTFE and mixtures thereof and comprises at least one injection-molded part.
  • the interchangeable body 7 has two partial bodies 8, 9 which can be detachably connected to one another, preferably with a seal 10 being arranged between the two partial bodies 8, 9 (compare FIGS. 3a) and 5b)).
  • FIG. 5a shows a schematically illustrated embodiment of an arrangement 28 with a water-binder mixture 2, comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cement-based binder, and a print head 1 for the controlled delivery of the water-binder mixture in a cross-sectional view along a cross-sectional plane parallel to a longitudinal axis 50 of the print head 1.
  • the longitudinal axis 50 is shown as an example in FIG.
  • the print head 1 is designed according to the preferred exemplary embodiment described above.
  • the at least one hydraulic binder is selected from a group consisting of Portland cement, calcium aluminate cement, calcium sulfoaluminate cement and mixtures thereof.
  • the water-binder mixture 2 comprises an additive in the form of a flow agent.
  • the feed channel 3 has an inlet opening 21 for the water-binding agent mixture 2, the feed channel 3 having an outlet opening 22 opposite the inlet opening 21.
  • the inlet opening 21 and the outlet opening 22 each have a thread 23 for connecting a fluid line 24.
  • the water-binder mixture 2 can be arranged in a container 51.
  • the fluid lines 24 connect the container 51 to the feed channel 3 of the print head 1.
  • a control and / or regulating device 26 is provided with which the valves 5 of the print head 1 can be controlled.
  • the control and / or regulating device 26 are each connected to the electrical connection 12 of the valves 5 via lines 52.
  • a method for the controlled delivery of a water-binding agent mixture 2, comprising water and at least one hydraulic binding agent, in particular a cementitious binding agent, can be carried out by means of the arrangement 28, the method comprising the following method steps: the water-binding agent mixture 2 is fed to the outlet openings 4 of the print head 1 via the feed channel 3 of the print head 1, preferably at a pressure between 0.1 and 2.0 bar, and the outlet openings 4 are opened and closed in a controlled manner by means of the valves 5 of the print head 1, thereby creating a predetermined dose 49 of the water-binder mixture 2 delivered through the outlet openings 4.
  • Figures 6, 7a), 7b), 8 and 9 show details of an embodiment of a valve 5 of the print head 1 for the controlled delivery of a water-binder mixture 2 and a nozzle body 18 cooperating with the valve rod 14 of the valve 5, in which the outlet opening 4 is formed.
  • the diameter 20 (compare FIG. 5a)) of the outlet opening 4 is between 0.5 and 2.0 mm.
  • the nozzle body 18 is formed from at least one hard metal or ceramic, and has an inclined contact surface 19 for a free end 15 of the valve rod 14 of the valve 5.
  • the inclined contact surface 19 can be funnel-shaped.
  • FIG. 10 shows a schematically illustrated embodiment of a 3D component 42, produced according to a method for producing a 3D component 42 for the construction industry by means of a 3D printing device 29 for the construction industry, the method comprising the following method steps: layers 34 are formed , 35, 36 of the at least one particulate aggregate 31 are deposited on a printing platform 32 by means of the layer depositing device 30 (the layers 34, 35, 36 are indicated in FIGS. 1 and 10 by dashed lines), and a predetermined Dose 49 of the water-binder mixture 2 is delivered to locally predetermined areas 33 of the layers 34, 35, 36 of the at least one aggregate 31 by means of the print head 1.
  • a predetermined dose 49 of the water-binder mixture 2 was applied to at least one locally predetermined area 33 of the printing platform 32 and after the deposition of a last one Layer 36 of the at least one additive 31, a predetermined dose 49 of the water-binder mixture 2 is delivered to at least one locally predetermined area 33 of the last layer 36 of the at least one additive 31.
  • very smooth surfaces 48 can be produced on the top and bottom of the 3D component 42.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a pressure head (1) for dispensing a water-binder mixture (2) in a controlled manner, said mixture comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cementitious binder, wherein the pressure head (1) comprises at least one supply channel (3) for supplying the water-binder mixture (2), at least one outlet opening (4) which is fluidically connected to the at least one supply channel (3), and at least one valve (5), by means of which the at least one outlet opening (4) can be opened and closed in a controlled manner, whereby a specified dose (49) of the water-binder mixture (2) can be dispensed through the at least one outlet opening (4).

Description

Druckkopf Printhead
Die Erfindung betrifft einen Druckkopf zur gesteuerten Abgabe eines Wasser- Bindemittel-Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, sowie die Verwendung wenigstens eines solchen Druckkopfs zur gesteuerten Abgabe eines Wasser- Bindemittel-Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, in einer 3D-Druckvorrichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung mit einem Wasser-Bindern ittel-Gemisch, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, und wenigstens einem solchen Druckkopf sowie ein Verfahren zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindemittel-Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, mittels wenigstens einer solchen Anordnung. Und schließlich betrifft die Erfindung eine 3D-Druckvorrichtung für die Bauindustrie sowie ein Verfahren zum Herstellen eines 3D- Bauteils für die Bauindustrie mittels einer 3D-Druckvorrichtung. The invention relates to a print head for the controlled delivery of a water-binder mixture, comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cementitious binder, and the use of at least one such print head for the controlled delivery of a water-binder mixture, comprising water and at least one hydraulic binder, especially a cementitious binder, in a 3D printing device. The invention further relates to an arrangement with a water-binder mixture comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cementitious binder, and at least one such print head, as well as a method for the controlled delivery of a water-binder mixture comprising water and at least a hydraulic binding agent, in particular a cementitious binding agent, by means of at least one such arrangement. And finally, the invention relates to a 3D printing device for the construction industry and a method for producing a 3D component for the construction industry by means of a 3D printing device.
Die Erfindung ist auf dem technischen Gebiet des 3D-Drucks von 3D-Bauteilen für die Bauindustrie angesiedelt. The invention is located in the technical field of 3D printing of 3D components for the construction industry.
Üblicherweise werden Betonteile unter Zuhilfenahme von Schalungselementen gefertigt. Allerdings sind die auf diese Weise herstellbaren Betonteile in ihrer Formgebung beschränkt. Deshalb wäre es wünschenswert, Betonteile auch mit Hilfe eines 3D-Druckverfahrens hersteilen zu können. Concrete parts are usually manufactured with the aid of formwork elements. However, the concrete parts that can be produced in this way are limited in their shape. It would therefore be desirable to be able to manufacture concrete parts with the help of a 3D printing process.
Eine große Schwierigkeit besteht allerdings darin, dass bei der Herstellung von Betonteilen hydraulische Bindemittel, wie z.B. zementöse Bindemittel, zum Einsatz kommen, welche in Anwesenheit von Wasser in einer Hydratationsreaktion zu festen Hydraten oder Hydratphasen reagieren. Bisher ist man davon ausgegangen, dass diese chemisch ablaufenden Prozesse die Implementation in 3D-Druckvorrichtungen verhindern, da sie sehr leicht zu Verstopfungen und damit irreparablen Schäden führen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Druckkopf zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindemittel-Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, eine Anordnung mit einem Wasser-Bindemittel-Gemisch, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, und wenigstens einem solchen Druckkopf, ein Verfahren zur gesteuerten Abgabe eines Wasser- Bindemittel-Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, mittels wenigstens einer solchen Anordnung sowie die Verwendung wenigstens eines solchen Druckkopfs zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindemittel-Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, in einer 3D-Druckvorrichtung bereitzustellen, wobei die aus dem Stand der Technik bekannten Schwierigkeiten nicht, oder nur in deutlich abgeschwächter Form auftreten. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine 3D-Druckvorrichtung für die Bauindustrie sowie ein Verfahren zum Herstellen eines 3D-Bauteils für die Bauindustrie mittels einer 3D-Druckvorrichtung bereitzustellen. A major difficulty, however, is that hydraulic binders, such as cementitious binders, are used in the production of concrete parts, which react in the presence of water in a hydration reaction to form solid hydrates or hydrate phases. So far it has been assumed that these chemical processes prevent the implementation in 3D printing devices, since they very easily lead to blockages and thus irreparable damage. The object of the present invention is to provide a print head for the controlled delivery of a water-binder mixture, comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cement-based binder, an arrangement with a water-binder mixture, comprising water and at least one hydraulic binder , in particular a cementitious binder, and at least one such print head, a method for the controlled delivery of a water-binder mixture, comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cementitious binder, by means of at least one such arrangement and the use of at least one such print head for controlled delivery of a water-binding agent mixture, comprising water and at least one hydraulic binding agent, in particular a cementitious binding agent, to be provided in a 3D printing device, the difficulties known from the prior art not, or only to a significant extent I appear in a weaker form. Another object is to provide a 3D printing device for the construction industry and a method for producing a 3D component for the construction industry by means of a 3D printing device.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 , 10, 11, 12, 13 und 14. These objects are achieved by the features of claims 1, 10, 11, 12, 13 and 14.
Beim erfindungsgemäßen Druckkopf zur gesteuerten Abgabe eines Wasser- Bindemittel-Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, ist es demnach vorgesehen, dass der Druckkopf wenigstens einen Zuführkanal zur Zufuhr des Wasser-Bindemittel- Gemischs, wenigstens eine Auslassöffnung, welche in Fluidverbindung mit dem wenigstens einen Zuführkanal bringbar ist, und wenigstens ein Ventil, mit welchem die wenigstens eine Auslassöffnung gesteuert öffenbar und verschließbar ist, wodurch eine vorbestimmte Dosis des Wasser-Bindemitte-Gemischs durch die wenigstens eine Auslassöffnung abgebbar ist, umfasst. In the print head according to the invention for the controlled delivery of a water-binder mixture, comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cement-based binder, it is accordingly provided that the print head has at least one feed channel for supplying the water-binder mixture, at least one outlet opening, which can be brought into fluid connection with the at least one supply channel, and at least one valve with which the at least one outlet opening can be opened and closed in a controlled manner, whereby a predetermined dose of the water-binding agent mixture can be delivered through the at least one outlet opening.
Dadurch ist es entgegen der bisherigen Annahmen des Stands der Technik möglich, ein Wasser-Bindemittel-Gemisch mittels eines Druckkopfes in einer 3D-Druckvorrichtung gesteuert abzugeben und damit Betonteile auch mit Hilfe eines 3D-Druckverfahrens hersteilen zu können. As a result, contrary to the previous assumptions of the prior art, it is possible to create a water-binder mixture by means of a print head in a 3D printing device controlled delivery and thus to be able to produce concrete parts with the help of a 3D printing process.
Der erfindungsgemäße Druckkopf kann nach Art des Inkjet-Verfahrens betrieben werden, wobei eine vorbestimmte Dosis des Wasser-Bindern ittel-Gemischs gesteuert applizierbar ist. The print head according to the invention can be operated in the manner of the inkjet method, with a predetermined dose of the water-binder mixture being able to be applied in a controlled manner.
Der Druckkopf ist derart ausgebildet, dass es bei einem regulären Betrieb nicht zu Verstopfungen und damit zu einer Zerstörung des Druckkopfes kommen sollte. Für den Fall, dass dennoch, z.B. durch einen Fehlgebrauch, eine Verstopfung auftritt, kann es gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen sein, dass der Druckkopf wenigstens einen Grundkörper, an welchem das wenigstens eine Ventil angeordnet ist, und wenigstens einen mit dem wenigstens einen Grundkörper lösbar verbindbaren Wechselkörper aufweist, wobei am wenigstens einen Wechselkörper die wenigstens eine Auslassöffnung und/oder der wenigstens eine Zuführkanal angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, das wenigstens eine Ventil von den Teilen des Druckkopfes zu trennen, in denen das Wasser-Bindemittel-Gemisch geführt wird. Sollte es zu einer lokalen Aushärtung kommen, so kann der wenigstens eine Wechselkörper einfach und leicht ausgetauscht und damit der Druckkopf wieder in einen betriebsbereiten Zustand versetzt werden. The printhead is designed in such a way that during regular operation there should not be blockages and thus destruction of the printhead. In the event that a blockage nevertheless occurs, for example due to misuse, it can be provided according to an advantageous embodiment that the print head can be detached at least one base body on which the at least one valve is arranged, and at least one with the at least one base body having connectable interchangeable body, the at least one outlet opening and / or the at least one feed channel being arranged on the at least one interchangeable body. This makes it possible to separate the at least one valve from the parts of the print head in which the water-binder mixture is guided. If local hardening occurs, the at least one interchangeable body can be exchanged simply and easily, and the print head can thus be put back into an operational state.
In diesem Zusammenhang kann es bevorzugt vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Wechselkörper aus wenigstens einem, vorzugsweise säurebeständigen, Kunststoff, vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus PE, PVC, POM, PTFE und Mischungen davon, besteht, und/oder wenigstens ein Spritzgussteil umfasst, und/oder wenigstens zwei, vorzugsweise lösbar miteinander verbindbare, Teilkörper aufweist, vorzugsweise wobei zwischen den wenigstens zwei Teilkörper wenigstens eine Dichtung angeordnet ist. In this context, it can preferably be provided that the at least one interchangeable body consists of at least one, preferably acid-resistant, plastic, preferably selected from a group consisting of PE, PVC, POM, PTFE and mixtures thereof, and / or comprises at least one injection-molded part , and / or at least two, preferably releasably connectable to one another, partial bodies, preferably wherein at least one seal is arranged between the at least two partial bodies.
Durch diese Maßnahmen - allein oder in Kombination miteinander - ist es möglich, den wenigstens einen Wechselkörper kostengünstig auszubilden. PTFE, das auch unter der Bezeichnung Teflon bekannt ist, bietet sich als Material in besonderer Weise an, da es eine Anhaftung von Bestandteilen des Wasser-Bindern ittel- Gemischs verhindert und darüber hinaus säurebeständig ist. By means of these measures - alone or in combination with one another - it is possible to design the at least one interchangeable body inexpensively. PTFE, which is also known under the name Teflon, is particularly suitable as a material because it prevents the adhesion of constituents of the water-binder mixture and is also acid-resistant.
Die Säurebeständigkeit ist deshalb vorteilhaft, da in einigen Zementlösern auch Säuren zur Reinigung enthalten sind. The acid resistance is advantageous because some cement solvents also contain acids for cleaning.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass das wenigstens eine Ventil It has proven to be advantageous that the at least one valve
- als elektropneumatisches oder elektromagnetisches Ventil ausgebildet ist, und/oder - Is designed as an electropneumatic or electromagnetic valve, and / or
- wenigstens einen Druckluftanschluss und/oder wenigstens einen Elektrikanschluss aufweist, und/oder - Has at least one compressed air connection and / or at least one electrical connection, and / or
- wenigstens eine, vorzugsweise über einen Verstellweg zwischen 0,5 und 1 ,5 mm, verstellbare Ventilstange aufweist, vorzugsweise wobei die wenigstens eine Ventilstange zumindest bereichsweise aus wenigstens einem Hartmetall besteht, und/oder ein freies Ende der wenigstens einen Ventilstange kugelkopfförmig ausgebildet ist, und/oder an wenigstens einem freien Ende der wenigstens einen Ventilstange eine aus einem elastischen Material bestehende Dichtung angeordnet ist, mit welcher die wenigstens eine Auslassöffnung abdichtbar ist, und/oder - has at least one, preferably over an adjustment distance between 0.5 and 1.5 mm, adjustable valve rod, preferably wherein the at least one valve rod at least partially consists of at least one hard metal, and / or a free end of the at least one valve rod is spherical head, and / or a seal consisting of an elastic material is arranged on at least one free end of the at least one valve rod, with which the at least one outlet opening can be sealed, and / or
- wenigstens eine Rückstellfeder umfasst, bevorzugt wobei die wenigstens eine Rückstellfeder derart ausgebildet ist, dass die wenigstens eine Auslassöffnung mit einer Schließkraft zwischen 10 und 50 N, besonders bevorzugt mit einer Schließkraft zwischen 20 und 40 N, verschließbar ist. - comprises at least one return spring, preferably wherein the at least one return spring is designed such that the at least one outlet opening can be closed with a closing force between 10 and 50 N, particularly preferably with a closing force between 20 and 40 N.
Diese Maßnahmen - allein oder in Kombination miteinander - tragen dazu bei, dass die wenigstens eine Auslassöffnung mittels des wenigstens einen Ventils sicher geöffnet und verschlossen werden kann, ohne dass eine Verstopfung durch eine Aushärtungsreaktion kommt. These measures - alone or in combination with one another - contribute to the fact that the at least one outlet opening can be safely opened and closed by means of the at least one valve without clogging due to a curing reaction.
Es hat sich auch als günstig erwiesen, dass wenigstens eine, vorzugsweise austauschbare, Dichtmembran vorgesehen ist, welche wenigstens ein bewegbares Teil des wenigstens einen Ventils, vorzugsweise eine Ventilstange, gegen ein Eindringen des Wasser-Bindemittel-Gemischs abdichtet. Auf diese Weise kann sehr effektiv eine Beschädigung des wenigstens einen Ventils verhindert werden. It has also proven to be advantageous that at least one, preferably exchangeable, sealing membrane is provided, which at least one movable part of the at least one valve, preferably a valve rod, prevents penetration the water-binder mixture seals. In this way, damage to the at least one valve can be prevented very effectively.
Alternativ oder ergänzend kann es vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Auslassöffnung in einem Düsenkörper ausgebildet ist, vorzugsweise wobei der Düsenkörper aus wenigstens einem Hartmetall oder Keramik gebildet ist, und/oder wenigstens eine schräge, vorzugsweise trichterförmige, Anpressfläche für ein freies Ende einer Ventilstange des wenigstens einen Ventils aufweist, und/oder einen Durchmesser zwischen 0,5 und 2,0 mm aufweist. Auch diese Maßnahmen - allein oder in Kombination miteinander - tragen dazu bei, dass die wenigstens eine Auslassöffnung mittels des wenigstens einen Ventils sicher geöffnet und verschlossen werden kann, ohne dass eine Verstopfung durch eine Aushärtungsreaktion kommt. Alternatively or in addition, it can be provided that the at least one outlet opening is formed in a nozzle body, preferably wherein the nozzle body is formed from at least one hard metal or ceramic, and / or at least one inclined, preferably funnel-shaped, contact surface for a free end of a valve rod of the has at least one valve and / or has a diameter between 0.5 and 2.0 mm. These measures - alone or in combination with one another - also contribute to the fact that the at least one outlet opening can be safely opened and closed by means of the at least one valve without clogging due to a curing reaction.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der wenigstens eine Zuführkanal wenigstens eine Eingangsöffnung für das Wasser-Bindern ittel- Gemisch aufweist, bevorzugt wobei der wenigstens eine Zuführkanal wenigstens eine der wenigstens einen Eingangsöffnung gegenüber liegende Ausgangsöffnung aufweist, besonders bevorzugt wobei die wenigstens eine Eingangsöffnung und/oder die wenigstens eine Ausgangsöffnung ein Gewinde zum Anschluss einer Fluidleitung aufweist. Weist der wenigstens eine Zuführkanal sowohl wenigstens eine Eingangsöffnung für das Wasser-Bindemittel-Gemisch als auch wenigstens eine Ausgangsöffnung auf, so kann der wenigstens eine Zuführkanal in einen Zirkulationskreislauf für das Wasser-Bindemittel-Gemisch eingebunden werden, dem dann gesteuert über die wenigstens eine Ausgangsöffnung eine vorbestimmte Dosis des Wasser-Bindemittel-Gemischs entnommen wird. According to an advantageous embodiment, it is provided that the at least one feed channel has at least one inlet opening for the water-binder mixture, preferably wherein the at least one feed channel has at least one outlet opening opposite the at least one inlet opening, particularly preferably wherein the at least one inlet opening and / or the at least one outlet opening has a thread for connecting a fluid line. If the at least one feed channel has both at least one inlet opening for the water-binder mixture and at least one outlet opening, the at least one feed channel can be integrated into a circulation circuit for the water-binder mixture, which is then controlled via the at least one outlet opening a predetermined dose of the water-binder mixture is withdrawn.
Es bietet sich an, dass der Druckkopf wenigstens einen Entlüftungskanal aufweist, mit welchem ein Druckausgleich für wenigstens ein bewegbares Teil des wenigstens einen Ventils, vorzugsweise eine Ventilstange, erzeugbar ist. Auf diese Weise kann effizient ein durch die Bewegung des wenigstens einen bewegbaren Teil des wenigstens einen Ventils entstehender Unterdrück vermieden werden. Durch einen solchen Unterdrück würde die Gefahr bestehen, dass ein Teil des Wasser-Bindemittel-Gemischs in das wenigstens eine Ventil eindringt. Es hat sich als günstig erwiesen, dass wenigstens eine Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung vorgesehen ist, mit welcher das wenigstens eine Ventil steuerbar ist, und/oder der Druckkopf eine Vielzahl an Auslassöffnungen umfasst, wobei die Auslassöffnungen, vorzugsweise äquidistant, auf wenigstens einer Linie angeordnet sind. It is advisable that the print head has at least one ventilation channel with which a pressure equalization for at least one movable part of the at least one valve, preferably a valve rod, can be generated. In this way, a negative pressure that is produced by the movement of the at least one movable part of the at least one valve can be avoided efficiently. Such a negative pressure would result in the risk that part of the water-binder mixture penetrates into the at least one valve. It has proven to be advantageous that at least one control and / or regulating device is provided with which the at least one valve can be controlled, and / or the print head comprises a plurality of outlet openings, the outlet openings, preferably equidistantly, on at least one line are arranged.
Wie eingangs ausgeführt, wird Schutz auch begehrt für eine Anordnung mit einem Wasser-Bindemittel-Gemisch, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, und wenigstens einem erfindungsgemäßen Druckkopf zur gesteuerten Abgabe des Wasser-Bindemittel- Gemischs, vorzugsweise wobei das wenigstens eine hydraulische Bindemittel ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Portlandzement, Calciumaluminatzement, Calciumsulfoaluminatzement und Mischungen davon, und/oder das Wasser-Bindemittel-Gemisch wenigstens einen Zusatzstoff, vorzugsweise wenigstens ein Fließmittel, umfasst. As stated at the beginning, protection is also desired for an arrangement with a water-binder mixture, comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cement-based binder, and at least one print head according to the invention for the controlled delivery of the water-binder mixture, preferably where the at least one hydraulic binder is selected from a group consisting of Portland cement, calcium aluminate cement, calcium sulfoaluminate cement and mixtures thereof, and / or the water-binder mixture comprises at least one additive, preferably at least one plasticizer.
Weiterhin wird Schutz begehrt für ein Verfahren zur gesteuerten Abgabe eines Wasser- Bindemittel-Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, mittels wenigstens einer erfindungsgemäßen Anordnung, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: das Wasser-Bindemittel-Gemisch wird über den wenigstens einen Zuführkanal des wenigstens einen Druckkopfs der wenigstens einen Auslassöffnung des wenigstens einen Druckkopfs zugeführt, vorzugsweise mit einem Druck zwischen 0,1 und 2,0 bar, und die wenigstens eine Auslassöffnung wird mittels des wenigstens einen Ventils des wenigstens einen Druckkopfs gesteuert geöffnet und verschlossen und dadurch eine vorbestimmte Dosis des Wasser-Bindemitte-Gemischs durch die wenigstens eine Auslassöffnung abgegeben. Protection is also sought for a method for the controlled delivery of a water-binding agent mixture, comprising water and at least one hydraulic binding agent, in particular a cementitious binding agent, by means of at least one arrangement according to the invention, the method comprising the following method steps: the water-binding agent mixture is fed via the at least one feed channel of the at least one print head to the at least one outlet opening of the at least one print head, preferably at a pressure between 0.1 and 2.0 bar, and the at least one outlet opening is controlled by means of the at least one valve of the at least one print head opened and closed and thereby dispensed a predetermined dose of the water-binding agent mixture through the at least one outlet opening.
Weiterhin wird Schutz begehrt für eine 3D-Druckvorrichtung für die Bauindustrie umfassend wenigstens eine Schichtablagevorrichtung zur schichtweisen Ablage wenigstens eines partikelförmigen Zuschlagstoffs auf einer Druckplattform und wenigstens einen erfindungsgemäßen Druckkopf zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindemittel-Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich einer von der wenigstens einen Schichtablagevorrichtung auf der Druckplattform abgelegten Schicht des wenigstens einen Zuschlagstoffs, vorzugsweise wobei die 3D-Druckvorrichtung wenigstens einen in Gebrauchslage der 3D-Druckvorrichtung in vertikaler Richtung verstellbaren Träger aufweist, an welchem die wenigstens eine Schichtablagevorrichtung und/oder der wenigstens eine Druckkopf in horizontaler Richtung verstellbar gelagert sind. Als partikelförmige Zuschlagstoffe - auch als Gesteinskörnung bezeichnet - kommen zumindest alle Stoffe in Frage, die zum Anmeldezeitpunkt bei der Herstellung von Betonteilen zum Einsatz kommen, wie z.B. Sand, Kies, Splitt. Furthermore, protection is sought for a 3D printing device for the construction industry comprising at least one layer depositing device for depositing at least one particulate additive in layers on a printing platform and at least one print head according to the invention for the controlled delivery of a water-binding agent mixture, comprising water and at least one hydraulic Binding agent, in particular a cementitious binding agent, on at least one locally predetermined area of a layer of the at least one aggregate deposited by the at least one layer depositing device on the printing platform, preferably wherein the 3D printing device has at least one support that can be adjusted vertically in the position of use of the 3D printing device on which the at least one layer depositing device and / or the at least one print head are mounted so as to be adjustable in the horizontal direction. Particulate aggregates - also known as aggregates - are at least all substances that are used in the production of concrete parts at the time of registration, such as sand, gravel, grit.
Weiterhin wird Schutz begehrt für eine Verwendung wenigstens eines erfindungsgemäßen Druckkopfs zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindern ittel- Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, in einer 3D-Druckvorrichtung für die Bauindustrie, vorzugsweise wobei die 3D-Druckvorrichtung nach Anspruch 12 ausgebildet ist. Furthermore, protection is sought for the use of at least one print head according to the invention for the controlled delivery of a water-binder mixture, comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cement-based binder, in a 3D printing device for the construction industry, preferably with the 3D printing device according to claim 12 is formed.
Und schließlich wird Schutz begehrt für ein Verfahren zum Herstellen eines 3D-Bauteils für die Bauindustrie mittels einer 3D-Druckvorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: es wird wenigstens eine Schicht des wenigstens einen partikelförmigen Zuschlagstoffs auf einer Druckplattform mittels der wenigstens einen Schichtablagevorrichtung abgelegt, und es wird eine vorbestimmte Dosis des Wasser-Bindemittel-Gemischs an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich der wenigstens einen Schicht des wenigstens einen Zuschlagstoffs mittels des wenigstens einen Druckkopfs abgegeben. And finally, protection is sought for a method for producing a 3D component for the construction industry by means of a 3D printing device according to claim 12, the method comprising the following method steps: at least one layer of the at least one particulate aggregate is applied to a printing platform by means of the at least A layer depositing device is deposited, and a predetermined dose of the water-binder mixture is delivered to at least one locally predetermined area of the at least one layer of the at least one aggregate by means of the at least one print head.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist es vorgesehen, dass vor der Ablage einer ersten Schicht des wenigstens einen Zuschlagstoffs auf der Druckplattform eine vorbestimmte Dosis des Wasser-Bindemittel-Gemischs an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich der Druckplattform abgegeben wird, und/oder nach der Ablage einer letzten Schicht des wenigstens einen Zuschlagstoffs eine vorbestimmte Dosis des Wasser-Bindemittel-Gemischs an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich der letzten Schicht des wenigstens einen Zuschlagstoffs abgegeben wird. Durch diese Verfahrensschritte ist es möglich, 3D-Baueteile mit besonders glatten Oberflächen zu erzielen, welche sich von der Glätte von mittels Schalelementen erzeugbaren Oberflächen nicht oder nur unwesentlich unterscheiden. According to a preferred embodiment of the method, it is provided that before a first layer of the at least one additive is deposited on the printing platform, a predetermined dose of the water-binder mixture is delivered to at least one locally predetermined area of the printing platform, and / or after the deposit a last layer of the at least one additive, a predetermined dose of the water-binder mixture on at least one locally predetermined area of the last layer of the at least one additive is released. These process steps make it possible to achieve 3D components with particularly smooth surfaces which do not differ or differ only insignificantly from the smoothness of surfaces that can be generated by means of formwork elements.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Folgenden näher erläutert. Darin zeigen: Further details and advantages of the invention are explained in more detail below on the basis of the description of the figures with reference to the drawings. Show in it:
Fig. 1 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel einer 3D-1 shows a schematically illustrated embodiment of a 3D
Druckvorrichtung für die Bauindustrie in einer perspektivischen Ansicht,Printing device for the construction industry in a perspective view,
Fig. 2 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel eines Druckkopfes zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindemittel-Gemischs in einer perspektivischen Ansicht, 2 shows a schematically illustrated embodiment of a print head for the controlled delivery of a water-binder mixture in a perspective view,
Fig. 3a) das Ausführungsbeispiel des in Fig. 2 dargestellten Druckkopfes, wobei ein erster Teilkörper eines Wechselkörpers ausgeblendet wurde, Fig. 3a) the embodiment of the print head shown in Fig. 2, wherein a first partial body of an interchangeable body has been hidden,
Fig. 3b) das Ausführungsbeispiel des in Fig. 2 dargestellten Druckkopfes, wobei ein erster und ein zweiter Teilkörper eines Wechselkörpers ausgeblendet wurden, Fig. 3b) the embodiment of the print head shown in Fig. 2, wherein a first and a second part body of an interchangeable body have been hidden,
Fig. 4a) das Ausführungsbeispiel des in Fig. 2 dargestellten Druckkopfes in einer perspektivischen Seitenansicht, Fig. 4a) the embodiment of the print head shown in Fig. 2 in a perspective side view,
Fig. 4b) das Ausführungsbeispiel des in Fig. 4a) dargestellten Druckkopfes, wobei ein erster und ein zweiter Teilkörper eines Wechselkörpers ausgeblendet wurden, Fig. 4b) shows the embodiment of the print head shown in Fig. 4a), wherein a first and a second part body of an interchangeable body have been masked out,
Fig. 5a) ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit einem Wasser-Bindemittel-Gemisch, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, und einem Druckkopf zur gesteuerten Abgabe des Wasser-Bindemittel- Gemischs in einer Querschnittsansicht entlang einer Querschnittsebene parallel zu einer Längsachse des Druckkopfes, 5a) a schematically illustrated embodiment of an arrangement with a water-binder mixture, comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cement-based binder, and a print head for the controlled delivery of the water-binder mixture in a cross-sectional view along a cross-sectional plane parallel to a longitudinal axis of the print head,
Fig. 5b) das Ausführungsbeispiel des in Fig. 2 dargestellten Druckkopfes in einer Querschnittsansicht entlang einer Querschnittsebene senkrecht zu einer Längsachse des Druckkopfes, Fig. 6 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel eines Ventils einesFig. 5b) the embodiment of the print head shown in Fig. 2 in a cross-sectional view along a cross-sectional plane perpendicular to a longitudinal axis of the print head, 6 shows a schematically illustrated embodiment of a valve of a
Druckkopfes zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindemittel-Gemischs in einer perspektivischen Ansicht, Print head for the controlled delivery of a water-binder mixture in a perspective view,
Fig. 7a), b) eine isolierte Darstellung einer Ventilstange des in Fig. 6 dargestellten Ventils und eines Düsenkörpers, wobei sich die Ventilstange und der Düsenkörper in der Teilfigur a) kontaktieren und die Ventilstange und der Düsenkörper in der Teilfigur b) voneinander beabstandet sind,7a), b) an isolated representation of a valve rod of the valve shown in FIG. 6 and a nozzle body, the valve rod and the nozzle body in contact in part a) and the valve rod and the nozzle body in part b) being spaced from one another ,
Fig. 8 eine isolierte Darstellung einer Ventilstange des in Fig. 6 dargestelltenFIG. 8 shows an isolated illustration of a valve rod of the one shown in FIG. 6
Ventils, Valve,
Fig. 9 eine isolierte Darstellung eines Düsenkörpers des in Fig. 6 dargestelltenFIG. 9 shows an isolated illustration of a nozzle body of the one shown in FIG. 6
Ventils, und Valve, and
Fig. 10 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel eines 3D-Bauteils, hergestellt nach einem Verfahren zum Fierstellen eines 3D-Bauteils für die Bauindustrie mittels einer 3D-Druckvorrichtung für die Bauindustrie, in einer perspektivischen Ansicht. 10 shows a schematically illustrated embodiment of a 3-D component, produced according to a method for positioning a 3-D component for the construction industry by means of a 3-D printing device for the construction industry, in a perspective view.
Die Figur 1 zeigt ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel einer 3D- Druckvorrichtung 29 für die Bauindustrie umfassend eine Schichtablagevorrichtung 30 zur schichtweisen Ablage wenigstens eines partikelförmigen Zuschlagstoffs 31 auf einer Druckplattform 32 und einen Druckkopf 1 zur gesteuerten Abgabe eines Wasser- Bindemittel-Gemischs 2, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich 33 einer von der Schichtablagevorrichtung 30 auf der Druckplattform 32 abgelegten Schicht 34, 35 des wenigstens einen Zuschlagstoffs 31. Der Druckkopf 1 kann gemäß dem nachfolgend näher beschriebenen Ausführungsbeispiel ausgebildet sein. Figure 1 shows a schematically illustrated embodiment of a 3D printing device 29 for the construction industry comprising a layer depositing device 30 for depositing at least one particulate additive 31 in layers on a printing platform 32 and a print head 1 for the controlled delivery of a water-binder mixture 2, comprising water and At least one hydraulic binding agent, in particular a cementitious binding agent, on at least one locally predetermined area 33 of a layer 34, 35 of the at least one aggregate 31 deposited by the layer depositing device 30 on the printing platform 32.
Die 3D-Druckvorrichtung 29 weist wenigstens einen in Gebrauchslage der 3D- Druckvorrichtung 29 in vertikaler Richtung 37 verstellbaren Träger 38 auf, an welchem die Schichtablagevorrichtung 30 und der Druckkopf 1 in horizontaler Richtung 40, 41 verstellbar gelagert sind. Es können auch mehr als eine Schichtablagevorrichtung 30 und/oder mehr als ein Druckkopf 1 vorgesehen sein. Dadurch lässt sich die Druckgeschwindigkeit erhöhen. The 3-D printing device 29 has at least one carrier 38 which is adjustable in the vertical direction 37 when the 3-D printing device 29 is in the position of use and on which the layer depositing device 30 and the print head 1 are mounted to be adjustable in the horizontal direction 40, 41. More than one layer depositing device 30 and / or more than one print head 1 can also be provided. This increases the printing speed.
Die Schichtablagevorrichtung 30 kann wie im dargestellten Fall einen Abgabetrog 43 als Zwischenspeicher für den wenigstens einen partikelförmigen Zuschlagstoff 31 aufweisen. As in the case shown, the layer depositing device 30 can have a discharge trough 43 as an intermediate store for the at least one particulate additive 31.
Der Träger 38, welche wie im dargestellten Fall als geschlossener Rahmen ausgebildet sein kann, kann zur Verstellung in vertikaler Richtung 37 an Säulen 44 verstellbar gelagert sein. The carrier 38, which can be designed as a closed frame as in the case shown, can be adjustably mounted on columns 44 for adjustment in the vertical direction 37.
Die Figur 2 sowie die nachfolgenden Figuren zeigen ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel eines Druckkopfes 1 zur gesteuerten Abgabe eines Wasser- Bindemittel-Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, wobei der Druckkopf 1 einen Zuführkanal 3 zur Zufuhr des Wasser-Bindemittel-Gemischs 2, mehrere Auslassöffnungen 4, welche in Fluidverbindung mit dem Zuführkanal 3 bringbar sind, und mehrere Ventile 5, mit welchen die Auslassöffnungen 4 gesteuert öffenbar und verschließbar ist, wodurch eine vorbestimmte Dosis 49 des Wasser-Bindemitte- Gemischs 2 durch die Auslassöffnungen 4 abgebbar ist, umfasst. Figure 2 and the following figures show a schematically illustrated embodiment of a print head 1 for the controlled delivery of a water-binder mixture, comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cement-based binder, the print head 1 having a feed channel 3 for supplying the water Binder mixture 2, several outlet openings 4, which can be brought into fluid connection with the feed channel 3, and several valves 5, with which the outlet openings 4 can be opened and closed in a controlled manner, whereby a predetermined dose 49 of the water-binder mixture 2 through the outlet openings 4 is deliverable, includes.
Die Auslassöffnungen 4 sind äquidistant auf einer Linie 27 angeordnet. The outlet openings 4 are arranged equidistantly on a line 27.
Die Ventile 5 sind als elektropneumatische Ventile ausgebildet und weisen jeweils einen Druckluftanschluss 11 und einen Elektrikanschluss 12 auf. Über den Druckluftanschluss 11 kann das Ventil 5 mit Druckluft versorgt werden, mit der in weiterer Folge ein Zylinder 47, welcher mit einer Ventilstange 14 bewegungsgekoppelt verbunden ist, betätigbar ist (vergleiche auch Figur 5b)). The valves 5 are designed as electropneumatic valves and each have a compressed air connection 11 and an electrical connection 12. The valve 5 can be supplied with compressed air via the compressed air connection 11, with which a cylinder 47, which is connected in a movement-coupled manner to a valve rod 14, can be actuated (see also FIG. 5b)).
Die Ventile 5 weisen jeweils eine, vorzugsweise über einen Verstellweg 13 zwischen 0,5 und 1,5 mm, verstellbare Ventilstange 14, vorzugsweise aus wenigstens einem Hartmetall, auf. Der Verstellweg 13 ist in der Figur 7b) dargestellt. Die Ventilstangen 14 können wie im dargestellten Fall ein freies Ende 15 aufweisen, welches kugel kopfförmig ausgebildet ist. The valves 5 each have a valve rod 14, preferably made of at least one hard metal, which can be adjusted, preferably over an adjustment path 13 between 0.5 and 1.5 mm. The adjustment path 13 is shown in FIG. 7b). As in the case shown, the valve rods 14 can have a free end 15 which is designed in the shape of a spherical head.
Die Ventile 5 können wenigstens eine Rückstellfeder 16 umfassen, bevorzugt wobei die wenigstens eine Rückstellfeder 16 derart ausgebildet ist, dass die zugeordnete Auslassöffnung 4 mit einer Schließkraft zwischen 10 und 50 N, besonders bevorzugt mit einer Schließkraft zwischen 20 und 40 N, verschließbar ist. In der Figur 5b) ist eine solche Rückstellfeder schematisch dargestellt. The valves 5 can comprise at least one return spring 16, preferably wherein the at least one return spring 16 is designed such that the associated outlet opening 4 can be closed with a closing force between 10 and 50 N, particularly preferably with a closing force between 20 and 40 N. Such a return spring is shown schematically in FIG. 5b).
Die Ventile 5 können ein Lager 46 für die Ventilstange 14 aufweisen, wobei das Lager 46 wie im dargestellten Fall hülsenförmig ausgebildet sein kann. Das Lager 46 umgibt die Ventilstange 14 und die Ventilstange 14 bewegt sich relativ zum Lager 46. The valves 5 can have a bearing 46 for the valve rod 14, wherein the bearing 46 can be designed as a sleeve, as in the case shown. The bearing 46 surrounds the valve rod 14 and the valve rod 14 moves relative to the bearing 46.
Pro Ventil 5 ist eine, vorzugsweise austauschbare, Dichtmembran 17 vorgesehen, welche die Ventilstange 14 gegen ein Eindringen des Wasser-Bindern ittel-Gemischs 2 abdichtet. Im konkreten Fall ist die Dichtmembran dichtend zwischen der Ventilstange 14 und dem Lager 46 angeordnet. A preferably exchangeable sealing membrane 17 is provided per valve 5, which seals the valve rod 14 against the penetration of the water-binder mixture 2. In the specific case, the sealing membrane is arranged between the valve rod 14 and the bearing 46 in a sealing manner.
Der Druckkopf 1 weist mehrere Entlüftungskanäle 25 auf, mit welchen ein Druckausgleich für die Ventilstangen 14 erzeugbar ist (vergleiche auch Figur 5b)). Ohne die Entlüftungskanäle 25 besteht die Gefahr, dass sich auf der dem Ventil 5 zugewandten Seite der Dichtmembran 17 ein Unterdrück entsteht, durch welchen ein Teil des Wasser-Bindemittel-Gemischs 2 angesaugt wird und dadurch in das Ventil 5 eindringt. The print head 1 has a plurality of ventilation channels 25 with which a pressure equalization for the valve rods 14 can be generated (see also FIG. 5b)). Without the ventilation channels 25, there is a risk that a negative pressure arises on the side of the sealing membrane 17 facing the valve 5, through which a part of the water-binding agent mixture 2 is sucked in and thus penetrates into the valve 5.
Anhand der Figuren 3a) und 3b) ist besonders gut erkennbar, dass der Druckkopf 1 einen Grundkörper 6, an welchem die Ventile 5 angeordnet sind, und einen mit dem Grundkörper 6 lösbar verbindbaren Wechselkörper 7 aufweist, wobei am Wechselkörper 7 die Auslassöffnungen 4 und der Zuführkanal 3 angeordnet sind. Zur lösbaren Verbindung des Wechselkörpers 7 am Grundkörper 6 können Befestigungsmittel 45 vorgesehen sein (vergleiche Figur 2), welche wie im dargestellten Fall als Schrauben ausgebildet sein können, die in Gewinde, welche im Grundkörper 6 ausgebildet sind, eingreifen. Der Wechselkörper 7 besteht aus wenigstens einem säurebeständigen Kunststoff, vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus PE, PVC, POM, PTFE und Mischungen davon und umfasst wenigstens ein Spritzgussteil. With reference to Figures 3a) and 3b) it can be seen particularly well that the print head 1 has a base body 6 on which the valves 5 are arranged and an interchangeable body 7 which can be detachably connected to the base body 6, the outlet openings 4 and the Feed channel 3 are arranged. For the releasable connection of the interchangeable body 7 to the base body 6, fastening means 45 can be provided (compare FIG. The interchangeable body 7 consists of at least one acid-resistant plastic, preferably selected from a group consisting of PE, PVC, POM, PTFE and mixtures thereof and comprises at least one injection-molded part.
Der Wechselkörper 7 weist zwei lösbar miteinander verbindbare Teilkörper 8, 9 auf, vorzugsweise wobei zwischen den zwei Teilkörpern 8, 9 eine Dichtung 10 angeordnet ist (vergleiche die Figuren 3a) und 5b)). The interchangeable body 7 has two partial bodies 8, 9 which can be detachably connected to one another, preferably with a seal 10 being arranged between the two partial bodies 8, 9 (compare FIGS. 3a) and 5b)).
Die Figur 5a) zeigt ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel einer Anordnung 28 mit einem Wasser-Bindern ittel-Gemisch 2, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, und einem Druckkopf 1 zur gesteuerten Abgabe des Wasser-Bindern ittel-Gemischs in einer Querschnittsansicht entlang einer Querschnittsebene parallel zu einer Längsachse 50 des Druckkopfes 1. Die Längsachse 50 ist exemplarisch in der Figur 2 eingezeichnet. FIG. 5a) shows a schematically illustrated embodiment of an arrangement 28 with a water-binder mixture 2, comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cement-based binder, and a print head 1 for the controlled delivery of the water-binder mixture in a cross-sectional view along a cross-sectional plane parallel to a longitudinal axis 50 of the print head 1. The longitudinal axis 50 is shown as an example in FIG.
Der Druckkopf 1 ist gemäß dem zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel ausgebildet. The print head 1 is designed according to the preferred exemplary embodiment described above.
Das wenigstens eine hydraulische Bindemittel ist ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Portlandzement, Calciumaluminatzement, Calciumsulfoaluminatzement und Mischungen davon. The at least one hydraulic binder is selected from a group consisting of Portland cement, calcium aluminate cement, calcium sulfoaluminate cement and mixtures thereof.
Das Wasser-Bindemittel-Gemisch 2 umfasst einen Zusatzstoff in Form eines Fließmittels. The water-binder mixture 2 comprises an additive in the form of a flow agent.
Der Zuführkanal 3 weist eine Eingangsöffnung 21 für das Wasser-Bindemittel-Gemisch 2 auf, wobei der Zuführkanal 3 eine der Eingangsöffnung 21 gegenüber liegende Ausgangsöffnung 22 aufweist. Die Eingangsöffnung 21 und die Ausgangsöffnung 22 weisen jeweils ein Gewinde 23 zum Anschluss einer Fluidleitung 24 auf. The feed channel 3 has an inlet opening 21 for the water-binding agent mixture 2, the feed channel 3 having an outlet opening 22 opposite the inlet opening 21. The inlet opening 21 and the outlet opening 22 each have a thread 23 for connecting a fluid line 24.
Das Wasser-Bindemittel-Gemisch 2 kann in einem Behälter 51 angeordnet sein. Die Fluidleitungen 24 verbinden den Behälter 51 mit dem Zuführkanal 3 des Druckkopfes 1. Es ist eine Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung 26 vorgesehen, mit welcher die Ventile 5 des Druckkopfes 1 steuerbar sind. Die Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung 26 sind jeweils über Leitungen 52 mit dem Elektrikanschluss 12 der Ventile 5 verbunden. The water-binder mixture 2 can be arranged in a container 51. The fluid lines 24 connect the container 51 to the feed channel 3 of the print head 1. A control and / or regulating device 26 is provided with which the valves 5 of the print head 1 can be controlled. The control and / or regulating device 26 are each connected to the electrical connection 12 of the valves 5 via lines 52.
Mittels der Anordnung 28 kann ein Verfahren zur gesteuerten Abgabe eines Wasser- Bindemittel-Gemischs 2, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, durchgeführt werden, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: das Wasser-Bindern ittel-Gemisch 2 wird über den Zuführkanal 3 des Druckkopfs 1 den Auslassöffnungen 4 Druckkopfs 1 zugeführt, vorzugsweise mit einem Druck zwischen 0,1 und 2,0 bar, und die Auslassöffnungen 4 werden mittels der Ventile 5 des Druckkopfs 1 gesteuert geöffnet und verschlossen und es wird dadurch eine vorbestimmte Dosis 49 des Wasser- Bindemitte-Gemischs 2 durch die Auslassöffnungen 4 abgegeben. A method for the controlled delivery of a water-binding agent mixture 2, comprising water and at least one hydraulic binding agent, in particular a cementitious binding agent, can be carried out by means of the arrangement 28, the method comprising the following method steps: the water-binding agent mixture 2 is fed to the outlet openings 4 of the print head 1 via the feed channel 3 of the print head 1, preferably at a pressure between 0.1 and 2.0 bar, and the outlet openings 4 are opened and closed in a controlled manner by means of the valves 5 of the print head 1, thereby creating a predetermined dose 49 of the water-binder mixture 2 delivered through the outlet openings 4.
Die Figuren 6, 7a), 7b), 8 und 9 zeigen Details eines Ausführungsbeispiel eines Ventils 5 des Druckkopfes 1 zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindern ittel-Gemischs 2 sowie eines mit der Ventilstange 14 des Ventils 5 zusammenwirkenden eines Düsenkörpers 18, in welchem die Auslassöffnung 4 ausgebildet ist. Der Durchmesser 20 (vergleiche Figur 5a)) der Auslassöffnung 4 beträgt zwischen 0,5 und 2,0 mm. Figures 6, 7a), 7b), 8 and 9 show details of an embodiment of a valve 5 of the print head 1 for the controlled delivery of a water-binder mixture 2 and a nozzle body 18 cooperating with the valve rod 14 of the valve 5, in which the outlet opening 4 is formed. The diameter 20 (compare FIG. 5a)) of the outlet opening 4 is between 0.5 and 2.0 mm.
Der Düsenkörper 18 ist aus wenigstens einem Hartmetall oder Keramik gebildet, und weist eine schräge Anpressfläche 19 für ein freies Ende 15 der Ventilstange 14 des Ventils 5 auf. Die schräge Anpressfläche 19 kann wie im dargestellten Fall trichterförmig ausgebildet sein. The nozzle body 18 is formed from at least one hard metal or ceramic, and has an inclined contact surface 19 for a free end 15 of the valve rod 14 of the valve 5. As in the case shown, the inclined contact surface 19 can be funnel-shaped.
Die Figur 10 zeigt ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel eines 3D-Bauteils 42, hergestellt nach einem Verfahren zum Herstellen eines 3D-Bauteils 42 für die Bauindustrie mittels einer 3D-Druckvorrichtung 29 für die Bauindustrie, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: es werden Schichten 34, 35, 36 des wenigstens einen partikelförmigen Zuschlagstoffs 31 auf einer Druckplattform 32 mittels der Schichtablagevorrichtung 30 abgelegt (die Schichten 34, 35, 36 sind in den Figuren 1 und 10 durch gestrichelte Linien angedeutet), und es wird eine vorbestimmte Dosis 49 des Wasser-Bindemittel-Gemischs 2 an örtlich vorbestimmten Bereichen 33 der Schichten 34, 35, 36 des wenigstens einen Zuschlagstoffs 31 mittels des Druckkopfs 1 abgegeben. Beim dargestellten 3D-Bauteil 42 wurden vor der Ablage einer ersten Schicht 34 des wenigstens einen Zuschlagstoffs 31 auf der Druckplattform 32 eine vorbestimmte Dosis 49 des Wasser-Bindemittel-Gemischs 2 an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich 33 der Druckplattform 32 und nach der Ablage einer letzten Schicht 36 des wenigstens einen Zuschlagstoffs 31 eine vorbestimmte Dosis 49 des Wasser- Bindemittel-Gemischs 2 an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich 33 der letzten Schicht 36 des wenigstens einen Zuschlagstoffs 31 abgegeben. Auf diese Weise sind an der Ober- und Unterseite des 3D-Bauteils 42 sehr glatte Oberflächen 48 erzeugbar. FIG. 10 shows a schematically illustrated embodiment of a 3D component 42, produced according to a method for producing a 3D component 42 for the construction industry by means of a 3D printing device 29 for the construction industry, the method comprising the following method steps: layers 34 are formed , 35, 36 of the at least one particulate aggregate 31 are deposited on a printing platform 32 by means of the layer depositing device 30 (the layers 34, 35, 36 are indicated in FIGS. 1 and 10 by dashed lines), and a predetermined Dose 49 of the water-binder mixture 2 is delivered to locally predetermined areas 33 of the layers 34, 35, 36 of the at least one aggregate 31 by means of the print head 1. In the illustrated 3D component 42, before a first layer 34 of the at least one additive 31 was deposited on the printing platform 32, a predetermined dose 49 of the water-binder mixture 2 was applied to at least one locally predetermined area 33 of the printing platform 32 and after the deposition of a last one Layer 36 of the at least one additive 31, a predetermined dose 49 of the water-binder mixture 2 is delivered to at least one locally predetermined area 33 of the last layer 36 of the at least one additive 31. In this way, very smooth surfaces 48 can be produced on the top and bottom of the 3D component 42.

Claims

Patentansprüche: Patent claims:
1. Druckkopf (1) zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindemittel-Gemischs (2), umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkopf (1) wenigstens einen Zuführkanal (3) zur Zufuhr des Wasser-Bindemittel-Gemischs (2), wenigstens eine Auslassöffnung (4), welche in Fluidverbindung mit dem wenigstens einen Zuführkanal (3) bringbar ist, und wenigstens ein Ventil (5), mit welchem die wenigstens eine Auslassöffnung (4) gesteuert öffenbar und verschließbar ist, wodurch eine vorbestimmte Dosis (49) des Wasser-Bindemitte- Gemischs (2) durch die wenigstens eine Auslassöffnung (4) abgebbar ist, umfasst. 1. Print head (1) for the controlled delivery of a water-binder mixture (2), comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cement-based binder, characterized in that the print head (1) has at least one feed channel (3) for feeding the Water-binder mixture (2), at least one outlet opening (4) which can be brought into fluid connection with the at least one feed channel (3), and at least one valve (5) with which the at least one outlet opening (4) can be opened and controlled in a controlled manner can be closed, whereby a predetermined dose (49) of the water-binding agent mixture (2) can be dispensed through the at least one outlet opening (4).
2. Druckkopf (1) nach Anspruch 1 , wobei der Druckkopf (1) wenigstens einen Grundkörper (6), an welchem das wenigstens eine Ventil (5) angeordnet ist, und wenigstens einen mit dem wenigstens einen Grundkörper (6) lösbar verbindbaren Wechselkörper (7) aufweist, wobei am wenigstens einen Wechselkörper (7) die wenigstens eine Auslassöffnung (4) und/oder der wenigstens eine Zuführkanal (3) angeordnet sind. 2. Print head (1) according to claim 1, wherein the print head (1) has at least one base body (6) on which the at least one valve (5) is arranged, and at least one interchangeable body (6) releasably connectable to the at least one base body (6). 7), the at least one outlet opening (4) and / or the at least one feed channel (3) being arranged on the at least one interchangeable body (7).
3. Druckkopf (1 ) nach Anspruch 2, wobei der wenigstens eine Wechselkörper (7)3. Print head (1) according to claim 2, wherein the at least one interchangeable body (7)
- aus wenigstens einem, vorzugsweise säurebeständigen, Kunststoff, vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus PE, PVC, POM, PTFE und Mischungen davon, besteht, und/oder - of at least one, preferably acid-resistant, plastic, preferably selected from a group consisting of PE, PVC, POM, PTFE and mixtures thereof, and / or
- wenigstens ein Spritzgussteil umfasst, und/oder - comprises at least one injection molded part, and / or
- wenigstens zwei, vorzugsweise lösbar miteinander verbindbare, Teilkörper (8, 9) aufweist, vorzugsweise wobei zwischen den wenigstens zwei Teilkörpern (8, 9) wenigstens eine Dichtung (10) angeordnet ist. - Has at least two, preferably releasably connectable, partial bodies (8, 9), preferably with at least one seal (10) being arranged between the at least two partial bodies (8, 9).
4. Druckkopf (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das wenigstens eine Ventil (5) 4. Print head (1) according to one of claims 1 to 3, wherein the at least one valve (5)
- als elektropneumatisches oder elektromagnetisches Ventil ausgebildet ist, und/oder - wenigstens einen Druckluftanschluss (11) und/oder wenigstens einen Elektrikanschluss (12) aufweist, und/oder - Is designed as an electropneumatic or electromagnetic valve, and / or - Has at least one compressed air connection (11) and / or at least one electrical connection (12), and / or
- wenigstens eine, vorzugsweise über einen Verstellweg (13) zwischen 0,5 und 1 ,5 mm, verstellbare Ventilstange (14) aufweist, vorzugsweise wobei die wenigstens eine Ventilstange (14) zumindest bereichsweise aus wenigstens einem Hartmetall besteht, und/oder ein freies Ende (15) der wenigstens einen Ventilstange (14) kugelkopfförmig ausgebildet ist, und/oder an einem freien Ende (15) der wenigstens einen Ventilstange (14) eine aus einem elastischen Material bestehende Dichtung angeordnet ist, mit welcher die wenigstens eine Auslassöffnung (4) abdichtbar ist, und/oder - Has at least one, preferably over an adjustment path (13) between 0.5 and 1.5 mm, adjustable valve rod (14), preferably wherein the at least one valve rod (14) at least partially consists of at least one hard metal and / or a free one The end (15) of the at least one valve rod (14) is spherical and / or a seal made of an elastic material is arranged on a free end (15) of the at least one valve rod (14), with which the at least one outlet opening (4 ) is sealable, and / or
- wenigstens eine Rückstellfeder (16) umfasst, bevorzugt wobei die wenigstens eine Rückstellfeder (16) derart ausgebildet ist, dass die wenigstens eine Auslassöffnung (4) mit einer Schließkraft zwischen 10 und 50 N, besonders bevorzugt mit einer Schließkraft zwischen 20 und 40 N, verschließbar ist. - comprises at least one return spring (16), preferably wherein the at least one return spring (16) is designed such that the at least one outlet opening (4) with a closing force between 10 and 50 N, particularly preferably with a closing force between 20 and 40 N, is lockable.
5. Druckkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei wenigstens eine, vorzugsweise austauschbare, Dichtmembran (17) vorgesehen ist, welche wenigstens ein bewegbares Teil des wenigstens einen Ventils (5), vorzugsweise eine Ventilstange (14), gegen ein Eindringen des Wasser-Bindemittel-Gemischs (2) abdichtet. 5. Print head (1) according to one of claims 1 to 4, wherein at least one, preferably exchangeable, sealing membrane (17) is provided which at least one movable part of the at least one valve (5), preferably a valve rod (14), against a Penetration of the water-binder mixture (2) seals.
6. Druckkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die wenigstens eine Auslassöffnung (4) 6. Print head (1) according to one of claims 1 to 5, wherein the at least one outlet opening (4)
- in einem Düsenkörper (18) ausgebildet ist, vorzugsweise wobei der Düsenkörper (18) aus wenigstens einem Hartmetall oder Keramik gebildet ist, und/oder - Is formed in a nozzle body (18), preferably wherein the nozzle body (18) is formed from at least one hard metal or ceramic, and / or
- wenigstens eine schräge, vorzugsweise trichterförmige, Anpressfläche (19) für ein freies Ende (15) einer Ventilstange (14) des wenigstens einen Ventils (5) aufweist, und/oder - Has at least one inclined, preferably funnel-shaped, pressing surface (19) for a free end (15) of a valve rod (14) of the at least one valve (5), and / or
- einen Durchmesser (20) zwischen 0,5 und 2,0 mm aufweist. - Has a diameter (20) between 0.5 and 2.0 mm.
7. Druckkopf (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der wenigstens eine Zuführkanal (3) wenigstens eine Eingangsöffnung (21) für das Wasser- Bindemittel-Gemisch (2) aufweist, bevorzugt wobei der wenigstens eine Zuführkanal (3) wenigstens eine der wenigstens einen Eingangsöffnung (21) gegenüber liegende Ausgangsöffnung (22) aufweist, besonders bevorzugt wobei die wenigstens eine Eingangsöffnung (21) und/oder die wenigstens eine Ausgangsöffnung (22) ein Gewinde (23) zum Anschluss einer Fluidleitung (24) aufweist. 7. Print head (1) according to one of claims 1 to 6, wherein the at least one feed channel (3) has at least one inlet opening (21) for the water-binder mixture (2), preferably wherein the at least one feed channel (3) at least one of the at least one inlet opening (21) opposite outlet opening (22), particularly preferably wherein the at least one inlet opening (21) and / or the at least one outlet opening (22) has a thread (23) for connecting a fluid line (24).
8. Druckkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Druckkopf (1) wenigstens einen Entlüftungskanal (25) aufweist, mit welchem ein Druckausgleich für wenigstens ein bewegbares Teil des wenigstens einen Ventils (5), vorzugsweise eine Ventilstange (14), erzeugbar ist. 8. Print head (1) according to one of claims 1 to 7, wherein the print head (1) has at least one ventilation channel (25) with which a pressure equalization for at least one movable part of the at least one valve (5), preferably a valve rod (14 ), can be generated.
9. Druckkopf (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei 9. printhead (1) according to any one of claims 1 to 8, wherein
- wenigstens eine Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung (26) vorgesehen ist, mit welcher das wenigstens eine Ventil (5) steuerbar ist, und/oder- At least one control and / or regulating device (26) is provided with which the at least one valve (5) can be controlled, and / or
- der Druckkopf (1) eine Vielzahl an Auslassöffnungen (4) umfasst, wobei die Auslassöffnungen (4), vorzugsweise äquidistant, auf wenigstens einer Linie (27) angeordnet sind. - The print head (1) comprises a multiplicity of outlet openings (4), the outlet openings (4) being arranged, preferably equidistantly, on at least one line (27).
10. Anordnung (28) mit einem Wasser-Bindemittel-Gemisch (2), umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, und wenigstens einem Druckkopf (1) zur gesteuerten Abgabe des Wasser-Bindemittel-Gemischs (2), wobei der wenigstens eine Druckkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist, vorzugsweise wobei 10. Arrangement (28) with a water-binder mixture (2), comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cement-based binder, and at least one print head (1) for the controlled delivery of the water-binder mixture (2), wherein the at least one print head (1) is designed according to one of claims 1 to 9, preferably wherein
- das wenigstens eine hydraulische Bindemittel ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Portlandzement, Calciumaluminatzement, Calciumsulfoaluminatzement und Mischungen davon, und/oder- The at least one hydraulic binder is selected from a group consisting of Portland cement, calcium aluminate cement, calcium sulfoaluminate cement and mixtures thereof, and / or
- das Wasser-Bindemittel-Gemisch (2) wenigstens einen Zusatzstoff, vorzugsweise wenigstens ein Fließmittel, umfasst. - The water-binder mixture (2) comprises at least one additive, preferably at least one flow agent.
11. Verfahren zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindemittel-Gemischs (2), umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, mittels wenigstens einer Anordnung (28) nach Anspruch 10, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: 11. A method for the controlled delivery of a water-binding agent mixture (2), comprising water and at least one hydraulic binding agent, in particular a cementitious binding agent, by means of at least one arrangement (28) according to claim 10, the method comprising the following method steps:
- das Wasser-Bindemittel-Gemisch (2) wird über den wenigstens einen Zuführkanal (3) des wenigstens einen Druckkopfs (1) der wenigstens einen Auslassöffnung (4) des wenigstens einen Druckkopfs (1) zugeführt, vorzugsweise mit einem Druck zwischen 0,1 und 2,0 bar, und - The water-binder mixture (2) is fed via the at least one feed channel (3) of the at least one print head (1) to the at least one outlet opening (4) of the at least one print head (1), preferably at a pressure of between 0.1 and 2.0 bar, and
- die wenigstens eine Auslassöffnung (4) wird mittels des wenigstens einen Ventils (5) des wenigstens einen Druckkopfs (1) gesteuert geöffnet und verschlossen und dadurch eine vorbestimmte Dosis (49) des Wasser- Bindemitte-Gemischs (2) durch die wenigstens eine Auslassöffnung (4) abgegeben. - The at least one outlet opening (4) is opened and closed in a controlled manner by means of the at least one valve (5) of the at least one print head (1) and a predetermined dose (49) of the water-binding agent mixture (2) through the at least one outlet opening (4) submitted.
12. 3D-Druckvorrichtung (29) für die Bauindustrie umfassend wenigstens eine Schichtablagevorrichtung (30) zur schichtweisen Ablage wenigstens eines partikelförmigen Zuschlagstoffs (31) auf einer Druckplattform (32) und wenigstens einen Druckkopf (1) zur gesteuerten Abgabe eines Wasser- Bindemittel-Gemischs (2), umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich (33) einer von der wenigstens einen Schichtablagevorrichtung (30) auf der Druckplattform (32) abgelegten Schicht (34, 35, 36) des wenigstens einen Zuschlagstoffs (31), wobei der wenigstens eine Druckkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist, vorzugsweise wobei die 3D-Druckvorrichtung (29) wenigstens einen in Gebrauchslage der 3D-Druckvorrichtung (29) in vertikaler Richtung (37) verstellbaren Träger (38) aufweist, an welchem die wenigstens eine Schichtablagevorrichtung (30) und/oder der wenigstens eine Druckkopf (1 ) in horizontaler Richtung (40, 41) verstellbar gelagert sind. 12. 3D printing device (29) for the construction industry comprising at least one layer depositing device (30) for depositing in layers at least one particulate aggregate (31) on a printing platform (32) and at least one print head (1) for the controlled delivery of a water-binder mixture (2), comprising water and at least one hydraulic binding agent, in particular a cementitious binding agent, on at least one locally predetermined area (33) of a layer (34, 35, 36) deposited by the at least one layer depositing device (30) on the printing platform (32) of the at least one aggregate (31), wherein the at least one print head (1) is designed according to one of claims 1 to 9, preferably wherein the 3D printing device (29) at least one in the position of use of the 3D printing device (29) in the vertical direction ( 37) has adjustable carrier (38) on which the at least one layer depositing device (30) and / or the at least one print head (1) are mounted adjustable in the horizontal direction (40, 41).
13. Verwendung wenigstens eines Druckkopfs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindemittel-Gemischs (2), umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, in einer 3D-Druckvorrichtung (29) für die Bauindustrie, vorzugsweise wobei die 3D-Druckvorrichtung (29) nach Anspruch 12 ausgebildet ist. 13. Use of at least one print head (1) according to one of claims 1 to 9 for the controlled delivery of a water-binder mixture (2), comprising water and at least one hydraulic binder, in particular one cementitious binding agent, in a 3D printing device (29) for the construction industry, preferably wherein the 3D printing device (29) is designed according to claim 12.
14. Verfahren zum Herstellen eines 3D-Bauteils (42) für die Bauindustrie mittels einer 3D-Druckvorrichtung (29) nach Anspruch 12, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: 14. A method for producing a 3D component (42) for the construction industry by means of a 3D printing device (29) according to claim 12, the method comprising the following method steps:
- es wird wenigstens eine Schicht (34, 35, 36) des wenigstens einen partikelförmigen Zuschlagstoffs (31) auf einer Druckplattform (32) mittels der wenigstens einen Schichtablagevorrichtung (30) abgelegt, und- At least one layer (34, 35, 36) of the at least one particulate additive (31) is deposited on a printing platform (32) by means of the at least one layer depositing device (30), and
- es wird eine vorbestimmte Dosis (49) des Wasser-Bindemittel-Gemischs (2) an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich (33) der wenigstens einen Schicht (34, 35, 36) des wenigstens einen Zuschlagstoffs (31) mittels des wenigstens einen Druckkopfs (1) abgegeben. - A predetermined dose (49) of the water-binder mixture (2) is applied to at least one locally predetermined area (33) of the at least one layer (34, 35, 36) of the at least one additive (31) by means of the at least one print head (1) submitted.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei 15. The method of claim 14, wherein
- vor der Ablage einer ersten Schicht (34) des wenigstens einen Zuschlagstoffs (31) auf der Druckplattform (32) eine vorbestimmte Dosis (49) des Wasser-Bindemittel-Gemischs (2) an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich (33) der Druckplattform (32) abgegeben wird, und/oder - Before a first layer (34) of the at least one aggregate (31) is deposited on the printing platform (32), a predetermined dose (49) of the water-binding agent mixture (2) is applied to at least one locally predetermined area (33) of the printing platform ( 32) is delivered, and / or
- nach der Ablage einer letzten Schicht (36) des wenigstens einen Zuschlagstoffs (31) eine vorbestimmte Dosis (49) des Wasser-Bindemittel- Gemischs (2) an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich (33) der letzten Schicht (36) des wenigstens einen Zuschlagstoffs (31) abgegeben wird. - After a last layer (36) of the at least one aggregate (31) has been deposited, a predetermined dose (49) of the water-binder mixture (2) in at least one locally predetermined area (33) of the last layer (36) of the at least one Aggregate (31) is released.
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