EP4540048A1 - Vorrichtung und verfahren zur additiven fertigung eines bauteils - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur additiven fertigung eines bauteils

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EP4540048A1
EP4540048A1 EP23733716.7A EP23733716A EP4540048A1 EP 4540048 A1 EP4540048 A1 EP 4540048A1 EP 23733716 A EP23733716 A EP 23733716A EP 4540048 A1 EP4540048 A1 EP 4540048A1
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EP
European Patent Office
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horizontal guide
supply line
deflection
guide
unit
Prior art date
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Pending
Application number
EP23733716.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Braig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Peri SE
Original Assignee
Peri SE
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Filing date
Publication date
Application filed by Peri SE filed Critical Peri SE
Publication of EP4540048A1 publication Critical patent/EP4540048A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227—Driving means
    • B29C64/236—Driving means for motion in a direction within the plane of a layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B33Y—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
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    • E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/02—Conveying or working-up concrete or similar masses able to be heaped or cast
    • E04G21/04—Devices for both conveying and distributing
    • E04G21/0418—Devices for both conveying and distributing with distribution hose
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    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/10—Formation of a green body
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22F12/22—Driving means
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L3/00—Supports for pipes, cables or protective tubing, e.g. hangers, holders, clamps, cleats, clips, brackets
    • F16L3/006—Supports for pipes, cables or protective tubing, e.g. hangers, holders, clamps, cleats, clips, brackets for pipes with a rectangular cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16L3/00—Supports for pipes, cables or protective tubing, e.g. hangers, holders, clamps, cleats, clips, brackets
    • F16L3/01—Supports for pipes, cables or protective tubing, e.g. hangers, holders, clamps, cleats, clips, brackets for supporting or guiding the pipes, cables or protective tubing, between relatively movable points, e.g. movable channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L3/00—Supports for pipes, cables or protective tubing, e.g. hangers, holders, clamps, cleats, clips, brackets
    • F16L3/16—Supports for pipes, cables or protective tubing, e.g. hangers, holders, clamps, cleats, clips, brackets with special provision allowing movement of the pipe
    • F16L3/18—Supports for pipes, cables or protective tubing, e.g. hangers, holders, clamps, cleats, clips, brackets with special provision allowing movement of the pipe allowing movement in axial direction

Definitions

  • the invention relates to a device for the additive manufacturing of a component, comprising a material dispensing unit for depositing a building material and an actuator assembly which is designed to move the material dispensing unit, according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a method for the additive manufacturing of a component.
  • Devices and methods for the additive manufacturing of three-dimensional objects are well known for producing, for example, models, prototypes, tools and end products.
  • Starting materials or building materials in the form of liquids, powders or filaments made of thermoplastic materials are deposited by a print head attached to an end effector of an actuator assembly in order to build up the object in layers based on 3D data of the object to be manufactured.
  • Such a process is also referred to, among other things, as a “generative manufacturing process” or “3D printing”.
  • 3D concrete printers are regularly provided in the so-called gantry design.
  • the material dispensing unit or the print head is attached to a cross member, which in turn runs between two parallel horizontal supports above a work surface.
  • the print head is movable along the longitudinal axis of the cross member, and the cross member can also move back and forth along the longitudinal axis of the horizontal carrier. In this way, horizontal movement is possible parallel to the work surface in the intended printing paths.
  • the horizontal supports are vertically movably connected to corresponding vertical struts, which form a vertical guide rail. Thanks to the structure mentioned, the print head can move in all three spatial directions and additively produce building structures.
  • a supply line is required, which is usually a flexible hose (hereinafter also referred to as a “conveying hose”).
  • hose management for a 3D printer especially for a 3D concrete printer, can be extremely complex, especially when creating larger objects.
  • a hose feed is usually provided via a traverse frame that is raised relative to the device or a separate crane on which a deflection roller for the conveying hose is arranged.
  • the delivery hose is guided from, for example, a silo mixing pump via the deflection roller to the material dispensing unit.
  • the height of the deflection roller is intended, on the one hand, to reduce the slack between the deflection roller and the material dispensing unit and, on the other hand, to make it easier to return the conveying hose.
  • the current hose management is extremely complex and error-prone in terms of the structure of the arrangement and the printing process.
  • the traverse including the deflection pulley must be attached at a great height, which usually requires the use of a separate crane and skilled workers.
  • the work must be carried out extremely precisely, as the traverse does not offer any flexible length compensation or any scope for positioning. This requires a lot of concentration, effort and time for the skilled personnel at high altitude.
  • the delivery hose can twist during the printing process, for example around the deflection roller. This may make it necessary to interrupt the manufacturing process, which has a disruptive effect on construction progress.
  • the object of the present invention is to provide a device for the additive manufacturing of a component with improved management of the supply line for the building material ("hose management"), in particular during operation of the device.
  • the present invention is also based on the object of providing a method for the additive manufacturing of a component with improved management of the supply line for the building material ("hose management").
  • the task is solved for the device with the features listed in claim 1.
  • the task is solved by the features of claim 25.
  • a device for the additive manufacturing of a component, preferably a device for the additive manufacturing of buildings or components of buildings on a work surface or a subsurface.
  • the component to be manufactured can in particular be part of a building or formwork.
  • the component can also be a complete structure or complete formwork. In principle, any components can be manufactured additively according to the invention.
  • buildings can be understood as buildings of all kinds, but in particular protective structures, such as buildings for the accommodation and stay of people or animals, protective walls, dikes, shelters, enclosures, defensive and fortifications, city walls and prison walls.
  • a structure can also be a traffic structure, for example a road, a pedestrian path, a bridge or a tunnel.
  • Supply and disposal structures such as wells, sewage treatment plants, dams, chimneys or temporary structures can also be manufactured additively within the scope of the invention.
  • a component of a building can in particular be a functional component of a building, in particular a functionally or geometrically connected part of the building, such as a wall, a support or a staircase.
  • a part of a building consisting of several components of the building (for example a floor or a floor of a building) can also be summarized under the term “component” within the scope of the invention.
  • the formwork or the formwork component described below can also be a component within the scope of the invention, in particular if the formwork component or the formwork then forms a part of the building, for example the outer part of a wall of the building.
  • the proposed device can also be used to produce several components, possibly even components that are not related to one another.
  • the device has a material dispensing unit for depositing a building material, as well as an actuator assembly which is designed to move the material dispensing unit (in particular to move it over a work surface) in order to deposit the building material, preferably in layers, in predetermined pressure paths.
  • the work surface can be a subsurface - in the context of the invention, in particular a subsoil and/or a foundation on which the component or structure is erected.
  • the work surface according to the invention can also be a floor of a multi-story building or a mobile, movable work surface.
  • the structure, including the work surface or subsurface is transported to its intended installation location after additive manufacturing.
  • any area on which the structure can be erected (permanently or temporarily) can be suitable as a work area within the scope of the invention.
  • the material dispensing unit is designed as a nozzle, print head or extruder in order to dispense the building material.
  • the printing path along which the material dispensing unit deposits the building material can be calculated based on 3D data of the component. Corresponding process steps are known.
  • the 3D data of the component can in particular be three-dimensional CAD data.
  • the component can be represented in the data in particular by point clouds, edge models, surface models and/or volume models.
  • a control device can be provided which controls and/or regulates the method or individual method steps of the device.
  • the control device can be set up to calculate the printing path based on the entered 3D data.
  • the control device can, for example, be set up to create a virtual model of the component in the known STL format ("Standard Triangulation/Tesselation Language” format) or STEP format ("Standard for the Exchange of Product.) from the 3D data of the component model data" format).
  • STL format Standard Triangulation/Tesselation Language
  • STEP format Standard for the Exchange of Product.
  • the component data can be described using triangular facets. The principle is known and is therefore not described in more detail.
  • An STL interface is a standard interface in many CAD systems. In this case, it can the control device can be set up to initially calculate STL data for further processing from any 3D CAD data. However, the control device can also be set up to record and further process 3D data in STL format. In principle, any other data format can also be used be provided.
  • the control device can be set up to use the STL data (or other 3D data) to convert the component data into printer data for 3D printing ( or for additive manufacturing).
  • the control device can be provided, among other things, to convert the 3D data or STL data into individual layers to be printed (so-called "slicing"), after which the printing paths are calculated for the individual layers in order to specify the movements of the material output unit.
  • the actuator assembly for the movement of the material dispensing unit has at least a first horizontal guide and a second horizontal guide.
  • the second horizontal guide has at least one end section (in particular at least one end), via which it is connected to the first horizontal guide.
  • the second horizontal guide is movable along the first horizontal guide.
  • the material dispensing unit can be moved transversely to the first horizontal guide along the second horizontal guide.
  • the material dispensing unit can be moved in at least two translational degrees of freedom in order to dispense the building material. Due to the possibility of movement along two translational degrees of freedom, a straight wall of a building can, for example, be manufactured additively or in layers.
  • the material dispensing unit can be movable directly along the second horizontal guide, for example in the manner of a carriage or a trolley that runs along the second horizontal guide.
  • the material dispensing unit can also only be movable indirectly or indirectly along the second horizontal guide, for example by being moved directly along any other guide, which in turn is attached to the second horizontal guide in a directly or indirectly movable manner (e.g. in the manner of a Carriage or a trolley), so that the movement of the other guide along the second horizontal guide, as it were, moves the material dispensing unit along the second horizontal guide.
  • the device has a supply line position for a flexible supply line for the building material that can be connected to the material dispensing unit.
  • the flexible supply line can preferably be a delivery hose for the building material or the building material in fibrous form (in particular as a filament).
  • the supply line position is arranged along the first horizontal guide.
  • the supply line position can also be arranged at another location on the device, for example along the second horizontal guide.
  • the supply line position is arranged outside the printing area or outside the work surface.
  • the supply line position is arranged along the first horizontal guide, it can preferably be provided that the supply line position is spaced from the ends of the first horizontal guide.
  • the supply line position can, for example, also be arranged in alignment with the first horizontal guide or at an end region or end of the first horizontal guide.
  • a second deflection unit is arranged and designed to guide the supply line and, starting from an input-side course transverse to the second horizontal guide, to deflect it into an output-side course along the second horizontal guide.
  • transverse Insofar as the term "transverse” is used in the context of the present invention, this generally means an angular orientation - preferably, but not necessarily, an orthogonal or rectangular or at least approximately rectangular orientation.
  • the guidance of the supply line can be passed on to the second horizontal axis in a defined manner or the supply line can be redirected in a suitable manner, for example starting from the supply line position.
  • a guide can be provided on the axle, which eliminates the need for a separate traverse including a deflection roller.
  • the material dispensing unit can be moved to a home position, e.g. B. at a low altitude, especially if the vertical guide mentioned below is provided.
  • a collision, twisting or twisting can be avoided by guiding on the axis.
  • the proposed device can significantly improve the hose management of a 3D concrete printer in particular. Downtimes, personnel requirements, and risks of injury and damage can be significantly reduced.
  • the invention is also suitable for use with a conventional 3D printer, for example to guide the filament to the print head. Insofar as the following statements specifically refer to a 3D concrete printer, this is not to be understood as limiting the invention, but is only intended to facilitate understanding.
  • the features related to the 3D concrete printer can easily be abstracted or substituted and transferred to a conventional 3D printer, provided this is not technically impossible.
  • the device has at least one first deflection unit, which is arranged at the supply line position and is designed to guide the supply line and, starting from an input-side course transversely to the first horizontal guide, into an output-side To redirect the course longitudinally to the first horizontal guide.
  • the first deflection unit and/or the second deflection unit is attached directly or indirectly to the corresponding horizontal guide and is therefore immovable along the horizontal guide, at least in the longitudinal direction.
  • the first deflection unit and/or the second deflection unit can advantageously divert the supply line in the area of the supply line position, starting from any desired path on the input side into a defined path along the first horizontal guide.
  • the first deflection unit can possibly be dispensed with, for example if the supply line is already guided along the first horizontal guide due to a suitable arrangement of the supply line position.
  • the actuator assembly has a vertical guide along which the material dispensing unit can be moved vertically to the work surface (directly or indirectly, for example via a movement of the first horizontal guide).
  • the material dispensing unit is moved in all three translational degrees of freedom in order to dispense the building material.
  • a material dispensing unit that can be moved along all translational degrees of freedom enables flexible production of any three-dimensional components on the work surface.
  • the material dispensing unit is moved in at least four degrees of freedom, in particular in all three translational degrees of freedom and at least one rotational degree of freedom. Particularly preferred is a movement along five degrees of freedom (preferably all three translational degrees of freedom and at least two rotational degrees of freedom) and most preferably be provided along all six degrees of freedom.
  • the material dispensing unit is movable in all translational degrees of freedom and additionally in one or more rotational degrees of freedom, the individual printing webs can be deposited with the greatest flexibility. In this way, the geometry of the building or component can be specified almost arbitrarily.
  • a tilting of the material dispensing unit and/or a rotation of the material dispensing unit can be provided during the deposition of the building material.
  • a third deflection unit which can guide the supply line and deflect it transversely to an input-side course into an output-side course in the direction of the work surface, is connected to the material dispensing unit in such a way that the third deflection unit is connected together with the Material dispensing unit or movement-coupled with the material dispensing unit can be moved over the work surface.
  • the guidance of the supply line can thus be transferred from the horizontal axis or axes to the material dispensing unit, preferably regardless of direction.
  • the material dispensing unit is attached to an end effector of the actuator assembly and is moved along the printing path by the actuator assembly.
  • the end effector is preferably designed as a trolley of an actuator assembly designed as a gantry crane unit and can be moved vertically along the vertical guide (preferably indirectly by moving the horizontal guide(s) along the vertical guide).
  • Such a system is also known as a “portal printer”.
  • the supply line can be permanently guided on the horizontal axes during operation, up to the connection point with the material dispensing unit.
  • first horizontal guide, the second horizontal guide and/or the vertical guide each have at least one guide strut in order to form a mutual linear guide and a linear guide for the material dispensing unit.
  • the vertical strut can preferably form a linear guide for the first horizontal guide, the first horizontal guide a linear guide for the second horizontal guide and the second horizontal guide a linear guide for the material dispensing unit.
  • the vertical guide is preferably at least one vertical strut aligned at an angle, preferably orthogonally, to the work surface, along the longitudinal axis(s) of which Material dispensing unit is movable (preferably together with the two horizontal guides).
  • At least one of the horizontal guides is mounted movably along the vertical strut.
  • the first horizontal guide is preferably at least one horizontal support aligned at least substantially parallel to the work surface.
  • the second horizontal guide is preferably a cross member aligned essentially parallel to the work surface and transversely or orthogonally to the first horizontal guide, along whose longitudinal axis the material dispensing unit is movably mounted.
  • the second horizontal guide or the cross member is preferably movable along the first horizontal guide or along the at least one horizontal member of the first horizontal guide.
  • the actuator assembly can also be a robot or robot arm, in particular an industrial robot.
  • a six-axis robot or another movement system for example a hexapod or a five-axis system or a combination of several movement units can be provided to move the material dispensing unit horizontally and/or vertically.
  • Pivotable and/or telescopically extendable movement units and/or cable pull systems can also be provided to form the actuator assembly. Even with these configurations, guiding the supply line on the axles can be extremely advantageous.
  • an existing 3D concrete printer can continue to be used and retrofitted with at least one deflection unit in order to optimize hose management if necessary.
  • first horizontal guide, the second horizontal guide and/or the vertical guide each have a plurality of guide struts running parallel or at a distance from one another.
  • the vertical guide can have a plurality of vertical struts spaced apart from one another on the work surface, which together form a first group of vertical struts.
  • the first group of vertical struts can in principle have any number of vertical struts, for example two or more, three or more, four or more, five or more, sixth or even more vertical struts (usually depending on the dimension of the component to be manufactured). All vertical struts of the first group are preferably arranged in alignment, i.e. along a straight line, in order to form a linear guide for one of the horizontal guides.
  • the vertical struts can First group but also be arranged along a curved line, for example also be arranged along the circumference of a circle in order to form a curved guide course.
  • the first horizontal guide can have a first horizontal support.
  • the first horizontal support can preferably be attached to the vertical struts of the above-mentioned first group in a vertically movable manner.
  • a second horizontal support can be provided, which is guided along further vertical struts of the vertical guide, in particular along a second group of vertical struts.
  • the horizontal beams preferably - but not necessarily - have a linear course and are arranged parallel to one another.
  • a cross member of the second horizontal guide can run between the two horizontal supports of the first horizontal guide, along which the material dispensing unit can be moved directly, for example in the manner of a trolley.
  • the above-mentioned guide struts are each rigid, elongated components, preferably beams, for example steel profile beams.
  • the guides within the scope of the invention can also be designed as ropes, in particular wire ropes, preferably steel ropes.
  • the two horizontal guides can be suspended together on a steel cable to enable vertical mobility. It can also be provided, for example, that the material dispensing unit is suspended in a vertically movable manner starting from one of the horizontal guides via a steel cable.
  • any actuator concepts are possible within the scope of the invention.
  • the supply line position is arranged between the ends of the first horizontal guide or the second horizontal guide.
  • the supply line position can, for example, be spaced from one of the two ends by at least 1/5 of the total length of the corresponding horizontal guide, preferably by at least 1/4, particularly preferably by at least 1/3, and most preferably be arranged at least essentially centrally.
  • the first deflection unit and/or the second deflection unit is designed to guide the supply line above an upper side of the respective horizontal guide facing away from the work surface and preferably to be spaced from the upper side.
  • a respective vertical tube arranged between the horizontal guide and the deflection unit can preferably be provided, which can also form an optional axis of rotation for the deflection unit.
  • a guide below the axis (spaced or not spaced) or to the side next to the axis (spaced or not spaced) can also be provided.
  • the first deflection unit, the second deflection unit and/or the third deflection unit has at least one freely rotatable guide roller for guiding and/or redirecting the supply line.
  • the friction and therefore the load on the device and the supply line can be advantageously reduced by using unrollable guide rollers.
  • material removal or abrasion from the supply line can be reduced.
  • the (tensile) force required to move the material dispensing unit or to pull the material dispensing unit behind it can also be advantageously reduced by the guide rollers.
  • the first deflection unit, the second deflection unit and/or the third deflection unit has at least a first deflection section with a horizontal guide (in particular a guide roller) on which the supply line can rest.
  • the first deflection section can optionally also have at least one, preferably two, vertical guide rollers arranged in the area of the ends of the horizontal guide roller.
  • the supply line can advantageously be inserted into the first deflection section so that it cannot be lost.
  • the vertical guide rollers can form a side boundary of the first deflection section and, together with the horizontal guide or guide roller, can preferably lead to a U-shaped, fork-like structure of the first deflection section.
  • the first deflection unit, the second deflection unit and / or the third deflection unit has, in addition to the first deflection section, a second deflection section spaced apart from the first deflection section, preferably with a horizontal guide (in particular a guide roller) on which the supply line can rest.
  • the second deflection section can preferably be designed like the first deflection section.
  • the second deflection section can also have a different design or be omitted completely.
  • each deflection section has only one vertical guide roller, each on different sides of the deflection unit, so that the supply line as a whole can be inserted into the deflection unit in a captive manner.
  • deflection sections only one of the two deflection sections has a horizontal guide or guide roller, that none of the deflection sections has a horizontal guide or guide roller, or that a horizontal guide or guide roller is provided between or in front of the deflection sections.
  • the deflection unit widens from the first deflection section to the second deflection section, so that the distance between the vertical guide rollers of the second deflection section is greater than the distance between the vertical guide rollers of the first deflection section.
  • the distance between the first deflection section and the second deflection section is adjustable.
  • At least one telescopic connector can preferably be provided, via which the two deflection sections are connected. Thanks to the telescopic connection, the deflection unit can be fixed in the intended length, but if necessary can also be freely movable within defined limits during operation.
  • the maximum bending angle and thus the load on the supply line can be determined using simple means.
  • the first deflection unit, the second deflection unit and/or the third deflection unit are designed as an articulated arm through which the supply line runs.
  • the deflection can be compensated for by one or more joints of the articulated arm, comparable to the principle of an accordion.
  • several short articulated arms can be provided in the form of a scissor joint.
  • an energy chain can alternatively or additionally be provided to support and guide/redirect the supply line.
  • the first deflection unit is attached along the first horizontal guide, at least along the longitudinal direction of the first horizontal guide or axially, immovably, but starting from a central position on both sides in the direction of the ends of the first horizontal guide and / or rotatable is. If we are talking about a pivoting movement (“pivoting”), this is to be understood in particular as a tilting movement (also: tilting or nodding or “pitch”), based on a vertical axis to the work surface.
  • the first deflection unit In the middle position, the first deflection unit can be aligned orthogonally to the first horizontal guide.
  • the first deflection unit can deflect the supply line particularly gently and flexibly in the longitudinal direction of the first horizontal guide, starting from the route on the input side (usually transverse to the first horizontal guide).
  • the second deflection unit is immovably attached along the second horizontal guide, but is pivotally and/or rotatably mounted on both sides starting from a central position in which the second deflection unit is aligned along the second horizontal guide.
  • the second deflection unit can deflect the supply line particularly gently and flexibly in the longitudinal direction of the second horizontal guide, starting from the route on the input side (usually transverse to the second horizontal guide).
  • first deflection unit and/or the second deflection unit can also be designed to carry out a free pivoting or rotational movement along at least one further rotational degree of freedom.
  • first deflection unit and/or second deflection unit can carry out the rotary and/or pivoting movement, as described above.
  • first deflection unit and/or second deflection unit can carry out the rotary and/or pivoting movement, as described above.
  • only individual deflection sections of the deflection units are rotatable and / or pivotable, for example deflection sections arranged in a V-shape, in which case the angle between the deflection sections in particular can be variable.
  • the pivoting movement of the first deflection unit and/or the second deflection unit is limited.
  • first deflection unit and / or the second deflection unit and / or the third deflection unit starting from the middle position, on both sides to a rotation angle of a maximum of 80 °, preferably a maximum of 70 °, particularly preferably a maximum of 60 °, more preferably about 45 ° or are limited to exactly 45°.
  • the device has at least one support element which is fastened along the first horizontal guide and/or the second horizontal guide in order to form a support for the supply line which supports the supply line along the respective horizontal guide.
  • the support elements can reduce sag between the deflection units. Furthermore, it can be ensured that there is no collision with one of the guides and the supply line can be kept at the same height level even over longer distances and, if necessary, centered on the axis, which makes it easier to retract the delivery hose during printing.
  • the support height can be adjustable, in particular by a telescopic fastening of the support element on the horizontal guide.
  • the at least one support element is wedge-shaped in order to form a recess for the supply line to guide and prevent the supply line from being lost.
  • the support element can have exactly one guide roller, which forms a conical or wedge-shaped course along its longitudinal axis or axis of rotation or has a trough for the supply line.
  • the recess is preferably formed centrally or in the middle of the guide roller.
  • Two horizontal guide rollers can also be provided, which are arranged one behind the other and tilted relative to one another, so that a wedge-shaped depression is formed between the two guide rollers.
  • Each of the two horizontal guide rollers can be freely rotatable.
  • the term “horizontal” guide roller does not presuppose that the horizontal guide roller is arranged exactly horizontally to the work surface.
  • a substantially horizontal orientation may already be sufficient.
  • the horizontal guide rollers can each be tilted, for example, by up to 45°. As a rule, however, a smaller tilt angle is sufficient or preferred, such as up to 30°, up to 20° or up to 10°.
  • the support element is designed like the deflection sections described above, for example fork-shaped.
  • Support over a longer axial section can also be provided, for example by several horizontal guide rollers spaced apart from one another, several fork-shaped sections or even a design comparable to one of the deflection units.
  • the first deflection unit, the second deflection unit, the third deflection unit and / or the at least one support element is designed to enable free insertion of the supply line and free removal of the supply line in the vertical direction.
  • the deflection units or the support element are preferably open or freely accessible from above.
  • the deflection units are preferably raised relative to the support elements. In this way, the supply line can be inserted particularly easily from above into the support elements while the material dispensing unit moves along the horizontal axes.
  • the material dispensing unit is preceded by an annular and/or funnel-shaped guide unit, which, together with the material dispensing unit, is movable over the work surface and is designed to guide the supply line to the material dispensing unit.
  • the third deflection unit is attached directly to the guide unit in order to redirect the supply line into the guide unit.
  • the guide unit can be rotatable together with the third deflection unit about an axis of rotation that is preferably orthogonal to the work surface (possibly with a rotation limit).
  • the third deflection unit can be rotatable about the guide unit or a rotation axis rigidly coupled to the guide unit (possibly with a rotation limit).
  • the device has a feed device for the feed line which is designed to feed the feed line to the feed line position.
  • the use of a reel or drum for rolling up and unwinding the supply line can be particularly advantageous, as this allows the supply line to be kept in a compact manner on the construction site. Storage and transport of the supply line is easy and adding an automatic retraction system, as suggested below, is possible without major technical difficulties.
  • the feed device has an automatic retraction mechanism that keeps the feed line under a defined tensile force.
  • the supply line can therefore, for example, be rolled back onto the reel. Depending on the requirements or position of the material dispensing unit, a correspondingly sufficient length of the supply line can therefore be provided. If the defined pulling force of the automatic retraction system is exceeded by a greater pulling force of the printer, the supply line can be unrolled from the reel accordingly.
  • the automatic retraction mechanism can further reduce the risk of the supply cable sagging and/or twisting.
  • the automatic retraction system can be advantageous, particularly in combination with the proposed guidance of the supply line along the at least one axis of the device.
  • the supply line is positioned at the supply line position using several deflection rollers (preferably three deflection rollers).
  • the supply line can be redirected several times and only then be fed to the supply line position (similar to a pulley).
  • An optional weight on the lowest deflection roller can be used to apply a retraction force to the delivery hose.
  • the component can be made from one, two, three, four or even more starting materials or building materials.
  • different concrete mixtures, plastics, metals and/or alloys can be combined with one another as desired.
  • the supply line can, for example, have an inner diameter of 10 mm or more, preferably 20 mm or more, particularly preferably 30 mm or more, for example 40 mm or more, 50 mm or more, 60 mm or more, 70 mm or more, 80 mm or one have an even larger inner diameter.
  • an inner diameter of approximately or exactly 50 mm can be particularly preferred.
  • the third deflection unit 26 does not have any guide rollers 20, 21, but only a simple U-shaped receptacle 28 and an angled support 29 for the delivery hose 13.
  • the third deflection unit 26 also have one or more guide rollers 20, 21 and, for example, also be designed as described in the context of the first deflection unit 17 and / or the second deflection unit 18.

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Abstract

Eine Vorrichtung (3) zur additiven Fertigung eines Bauteils (2), aufweisend eine Materialausgabeeinheit (4) zur Abscheidung eines Baustoffes und eine Aktuatorbaugruppe (5) die ausgebildet ist, die Materialausgabeeinheit (4) über eine Arbeitsfläche (6) zu bewegen. Die Aktuatorbaugruppe (5) weist für die Bewegung der Materialausgabeeinheit (4) zumindest eine erste Horizontalführung (7) und eine zweite Horizontalführung (9) auf, wobei die zweite Horizontalführung (9) einen Endabschnitt aufweist, über den die zweite Horizontalführung (9) mit der ersten Horizontalführung (7) verbunden ist, und wobei die zweite Horizontalführung (9) entlang der ersten Horizontalführung (7) bewegbar ist. Es ist eine Zuleitungsposition (P) für eine mit der Materialausgabeeinheit (4) verbindbare, flexible Zuleitung (13) für den Baustoff vorgesehen, wobei im Bereich des mit der ersten Horizontalführung (7) verbundenen Endabschnitts der zweiten Horizontalführung (9) eine zweite Umlenkeinheit (18) angeordnet und ausgebildet ist, die Zuleitung (13) zu führen und ausgehend von einem eingangsseitigen Verlauf quer zu der zweiten Horizontalführung (9) in einen ausgangsseitigen Verlauf längs der zweiten Horizontalführung (9) umzulenken.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2022 115 249.9 in Anspruch, deren Inhalt durch Verweis hierin vollständig mit aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur additiven Fertigung eines Bauteils, aufweisend eine Materialausgabeeinheit zur Abscheidung eines Baustoffes und eine Aktuatorbaugruppe die ausgebildet ist, die Materialausgabeeinheit zu bewegen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils.
Vorrichtungen und Verfahren zur additiven Fertigung von dreidimensionalen Objekten sind zur Herstellung von beispielsweise Modellen, Prototypen, Werkzeugen und Endprodukten hinlänglich bekannt. Dabei werden Ausgangsmaterialien bzw. Baustoffe in Form von Flüssigkeiten, Pulver oder Filamenten aus thermoplastischen Kunststoffen von einem an einem Endeffektor einer Aktuatorbaugruppe befestigten Druckkopf abgeschieden, um auf Grundlage von 3D-Daten des zu fertigenden Objekts das Objekt schichtweise aufzubauen. Ein derartiges Verfahren wird unter anderem auch als "generatives Fertigungsverfahren" oder als "3D-Druck" bezeichnet.
Mittlerweile ist es auch bekannt, additive Fertigungsverfahren zur Fertigung von ganzen Bauwerken oder Teilen von Bauwerken (beispielsweise Wänden oder Schalungen) zu verwenden. Die additive Fertigung von Bauteilen oder ganzen Bauwerken vermag die Produktivität im Bauwesen erheblich zu steigern. Durch den so genannten "3D-Betondruck" werden Bauwerke schneller und zu geringeren Kosten herstellbar. Mithilfe eines 3D-Betondruckers lassen sich Betonstrukturen schnell und kostengünstig realisieren, bei gleichzeitig größter Gestaltungsfreiheit.
3D-Betondrucker werden regelmäßig in der so genannten Portalbauweise bereitgestellt. Dabei wird die Materialausgabeeinheit bzw. der Druckkopf an einem Querträger befestigt, der wiederum zwischen zwei parallel angeordneten Horizontalträgern oberhalb einer Arbeitsfläche verläuft. Der Druckkopf ist entlang der Längsachse des Querträgers bewegbar, wobei sich außerdem auch der Querträger entlang der Längsachse der Horizontalträger vor- und zurückzubewegen vermag. Auf diese Weise ist eine horizontale Bewegung parallel zu der Arbeitsfläche in den vorgesehenen Druckbahnen möglich. Um außerdem eine vertikale Bewegung zu realisieren, sind die Horizontalträger vertikal bewegbar mit entsprechenden Vertikalstreben verbunden, die eine vertikale Führungsschiene ausbilden. Durch den genannten Aufbau kann sich der Druckkopf in allen drei Raumrichtungen bewegen und additiv Gebäudestrukturen herstellen. Um die Materialausgabeeinheit mit dem abzuscheidenden Baustoff zu versorgen, ist eine Zuleitung erforderlich, bei der es sich in der Regel um einen flexiblen Schlauch handelt (nachfolgend auch als "Förderschlauch" bezeichnet). In der Praxis hat sich gezeigt, dass das Schlauchmanagement für einen 3D-Dru- cker, insbesondere für einen 3D-Betondrucker, außerordentlich aufwändig sein kann, insbesondere bei Erstellung von größeren Objekten.
Beim bekannten Stand der Technik ist in der Regel eine Schlauchzuführung über ein gegenüber der Vorrichtung erhöhtes Traversengestell oder einen separaten Kran vorgesehen, an dem eine Umlenkrolle für den Förderschlauch angeordnet ist. Der Förderschlauch wird während des Druckens somit ausgehend von beispielsweise einer Silomischpumpe über die Umlenkrolle bis zur Materialausgabeeinheit geleitet. Durch die Höhe der Umlenkrolle soll einerseits der Durchhang zwischen der Umlenkrolle und der Materialausgabeeinheit verringert und zum anderen das Rückführen des Förderschlauches erleichtert werden.
Das bisherige Schlauchmanagement ist hinsichtlich des Aufbaus der Anordnung und dem Druckprozess außerordentlich aufwändig und fehleranfällig.
Beim Aufbau der Anordnung gibt es bereits mehrere Herausforderungen. Zunächst muss die Traverse samt Umlenkrolle in großer Höhe befestigt werden, was in der Regel den Einsatz eines separaten Krans nebst Fachkräften erfordert. Die Arbeiten müssen äußerst präzise durchgeführt werden, da die Traverse keinen flexiblen Längenausgleich und auch keinen Spielraum bei der Positionierung bietet. Dies benötigt viel Konzentration, Anstrengung und Zeit für das Fachpersonal in großer Höhe.
Ein weiteres Problem ist nach der abgeschlossenen Montage der Traverse in der Montage des Förderschlauches selbst zu sehen. Bereits zu Beginn der Montage der Traverse muss eine Spanngurt oder ein Seil über die Umlenkrolle gelegt werden, um später über dieses Seil den Förderschlauch auf die montierte Höhe zu ziehen. Das spätere Einziehen des Förderschlauches über die Umlenkrolle ist aufgrund der Montagehöhe eine sehr kraftintensive und auch riskante Tätigkeit, denn aufgrund der Höhe muss ein vergleichsweise langer Abschnitt des schweren Förderschlauches angehoben werden.
Die Hauptproblematik des bisherigen Schlauchmanagements tritt allerdings währen des Druckprozesses zu Tage.
Zunächst kann es zu einem starken Durchhang des Förderschlauches während des Druckprozesses kommen. Der Förderschlauch kann in Folge mit dem gedruckten Bauteil kollidieren und das Bauteil beschädigen. Entsprechend können auch Kollisionen mit sonstigen Gegenständen auf der Baustelle oder gar mit Personen nicht ausgeschlossen werden. Ein noch fataleres Szenario ist, dass der Förderschlauch sich in ein Baugerüst oder eine der Horizontal- oder Vertikalführungen der Vorrichtung einhakt und das Gerüst umgeworfen wird, mit einem hohen Verletzungs- und Beschädigungsrisiko. Daher benötigt der Förderschlauch auf der Baustelle gemäß allen bekannten Varianten des Standes der Technik einen sehr großen frei zu haltenden Operationsbereich sowie die ständige Überwachung durch das Fachpersonal.
Zudem kann es während des Druckprozesses zur Verdrillung des Förderschlauches kommen, beispielsweise um die Umlenkrolle herum. Dadurch kann es erforderlich werden, den Fertigungsprozess zu unterbrechen, was sich störend auf den Baufortschritt auswirkt.
Nicht zuletzt kann es während des Druckprozesses erforderlich werden, den Förderschlauch aus der Vorrichtung vorübergehend zu entfernen, beispielsweise um unregelmäßig bzw. unerwartet auftretende "Stopfer", also Verstopfungen im Förderschlauch, zu entfernen. Meist kann dies durch einen gezielten Hammerschlag auf die verstopfte Stelle erfolgen, was aber eine entsprechende Zugänglichkeit erfordert. Das Entfernen des Förderschlauches von der Umlenkrolle und insbesondere auch die spätere Remon- tage erfordern hohen Zeit- und Personaleinsatz.
Zusammenfassend ist daher festzustellen, dass das bekannte Schlauchmanagement einen hohen Personaleinsatz auf der Baustelle erforderlich macht und damit unter anderem den mit der additiven Fertigung in der Regel einhergehenden Vorteil der Automatisierung, Koste n red ukti on und Arbeiterentlastung schmälert. Nicht zuletzt aus diesem Grunde kommt die additive Fertigung im Bauwesen in der heutigen Praxis noch nicht regelmäßig zum Einsatz.
In Anbetracht des bekannten Stands der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung zur additiven Fertigung eines Bauteils mit verbessertem Management der Zuleitung für den Baustoff ("Schlauchmanagement") bereitzustellen, insbesondere während des Betriebs der Vorrichtung.
Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils mit verbessertem Management der Zuleitung für den Baustoff ("Schlauchmanagement") bereitzustellen.
Die Aufgabe wird für die Vorrichtung mit den in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 25 gelöst.
Die abhängigen Ansprüche und die nachfolgend beschriebenen Merkmale betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
Es ist eine Vorrichtung zur additiven Fertigung eines Bauteils vorgesehen, vorzugsweise eine Vorrichtung zur additiven Fertigung von Bauwerken oder Bauteilen von Bauwerken auf einer Arbeitsfläche bzw. einem Untergrund. Das zu fertigende Bauteil kann insbesondere Teil eines Bauwerks oder einer Schalung sein. Bei dem Bauteil kann es sich auch um ein vollständiges Bauwerk oder um eine vollständige Schalung handeln. Grundsätzlich können beliebige Bauteile erfindungsgemäß additiv gefertigt werden.
Als Bauwerke können im Rahmen der Erfindung Bauwerke aller Art, insbesondere aber Schutzbauten, wie Gebäude zur Unterbringung und zum Aufenthalt von Menschen oder Tieren, Schutzwälle, Deiche, Schutzräume, Einfriedungen, Wehr- und Befestigungsanlagen, Stadtmauern und Gefängnismauern verstanden werden. Es kann sich bei einem Bauwerk allerdings auch um ein Verkehrsbauwerk handeln, beispielsweise um eine Straße, einen Fußgängerweg, eine Brücke oder einen Tunnel. Auch Ver- und Entsorgungsbauwerke wie Brunnen, Klärwerke, Staudämme, Schornsteine oder temporäre Bauwerke können im Rahmen der Erfindung additiv gefertigt werden.
Bei einem Bauteil eines Bauwerks kann es sich im Rahmen der Erfindung insbesondere um eine funktionelle Komponente eines Bauwerks handeln, insbesondere um einen funktionell oder geometrisch zusammenhängenden Teil des Bauwerks, wie zum Beispiel eine Wand, eine Stütze oder eine Treppe. Auch ein Gebäudeteil aus mehreren Bestandteilen des Bauwerks (zum Beispiel ein Stockwerk bzw. eine Etage eines Gebäudes) kann unter dem Begriff "Bauteil" im Rahmen der Erfindung zusammengefasst sein. Auch bei der nachfolgend noch beschriebenen Schalung bzw. dem Schalungsbauteil kann es sich um ein Bauteil im Rahmen der Erfindung handeln, insbesondere wenn das Schalungsbauteil bzw. die Schalung anschließend einen Teil des Bauwerks, beispielsweise den äußeren Teil einer Wandung des Bauwerks, bildet.
Es können durch die vorgeschlagene Vorrichtung auch mehrere Bauteile gefertigt werden, gegebenenfalls auch nicht miteinander zusammenhängende Bauteile.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine Materialausgabeeinheit zur Abscheidung eines Baustoffes auf, sowie eine Aktuatorbaugruppe die ausgebildet ist, die Materialausgabeeinheit zu bewegen (insbesondere über eine Arbeitsfläche zu bewegen), um den Baustoff vorzugsweise schichtenweise in vorgegebenen Druckbahnen abzuscheiden.
Bei der Arbeitsfläche kann es sich um einem Untergrund handeln - im Rahmen der Erfindung insbesondere um einen Baugrund und/oder ein Fundament, auf dem das Bauteil bzw. Bauwerk errichtet wird. Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsfläche kann es sich allerdings auch um ein Stockwerk eines mehrstöckigen Gebäudes oder um eine mobile, bewegliche Arbeitsfläche handeln. Beispielsweise kann vorgesehen sein, das Bauwerk samt Arbeitsfläche bzw. Untergrund nach der additiven Fertigung bis zu seinem vorgesehenen Aufstellort zu transportieren. Grundsätzlich kann sich jede Fläche, auf der das Bauwerk errichtet werden kann (dauerhaft oder vorübergehend) als Arbeitsfläche im Rahmen der Erfindung eignen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Materialausgabeeinheit als Düse, Druckkopf oder Extruder ausgebildet ist, um den Baustoff auszubringen. Die Druckbahn, entlang der die Materialausgabeeinheit den Baustoff abscheidet, kann auf Grundlage von 3D-Daten des Bauteils berechnet werden. Entsprechende Verfahrensschritte sind bekannt. Bei den 3D-Daten des Bauteils kann es sich insbesondere um dreidimensionale CAD-Daten handeln. Das Bauteil kann in den Daten insbesondere durch Punktewolken, Kantenmodelle, Flächenmodelle und/oder Volumenmodelle repräsentiert sein.
Es kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die das Verfahren oder einzelne Verfahrensschritte der Vorrichtung steuert und/oder regelt.
Beispielsweise kann die Steuereinrichtung zur Berechnung der Druckbahn anhand der eingegebenen 3D-Daten eingerichtet sein. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise eingerichtet sein, um aus den 3D- Daten des Bauteils ein virtuelles Modell des Bauteils im bekannten STL-Format ("Standard Triangula- tion/Tesselation Language' -Format) oder STEP-Format („Standard for the Exchange of Product model data“-Format) zu berechnen. Im Rahmen des STL-Formats können die Bauteildaten mit Hilfe von Dreiecksfacetten beschrieben werden. Das Prinzip ist bekannt und wird demnach nicht näher beschrieben. Eine STL-Schnittstelle ist eine Standardschnittstelle vieler CAD-Systeme. Vorliegend kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um aus beliebigen 3D-CAD-Daten zunächst STL-Daten für die Weiterverarbeitung zu berechnen. Die Steuereinrichtung kann allerdings auch eingerichtet sein, bereits 3D-Daten im STL-Format aufzunehmen und weiterzuverarbeiten. Grundsätzlich kann auch ein beliebiges anderes Datenformat vorgesehen sein.
Unabhängig davon, ob die STL-Daten von der Steuereinrichtung selbst erzeugt oder nur an diese übertragen wurden, kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um anhand der STL-Daten (oder anhand sonstiger 3D-Daten) die Bauteildaten in Druckerdaten für einen 3D-Druck (bzw. für die additive Fertigung) umzuwandeln. Hierfür kann unter anderem vorgesehen sein, die 3D-Daten bzw. STL-Daten in einzelne zu druckende Schichten umzuwandeln (sogenanntes "Slicen"), wonach für die einzelnen Schichten die Druckbahnen berechnet werden, um die Bewegungen der Materialausgabeeinheit vorzugeben.
Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, die Materialausgabeeinheit in Abhängigkeit der Druckbahnen anzusteuern und/oder um die Ausbringung bzw. das Abscheiden des Baustoffs zu regulieren.
Die vorstehend genannte Aktuatorbaugruppe kann eingerichtet sein, die Materialausgabeeinheit relativ zu der Arbeitsfläche zu bewegen, insbesondere oberhalb bzw. über der Arbeitsfläche, vorzugsweise parallel und/oder orthogonal zu der Arbeitsfläche. Die Aktuatorbaugruppe kann außerdem eingerichtet sein, die Materialausgabeeinheit in Bezug auf die Arbeitsfläche vertikal zu bewegen, also die Höhe der Materialausgabeeinheit relativ zu der Arbeitsfläche festzulegen. Die Aktuatorbaugruppe kann schließlich für eine horizontale und/oder vertikale Bewegung der Materialausgabeeinheit sorgen, indem die Materialausgabeeinheit entlang entsprechend ausgerichteter Führungen (insbesondere die nachfolgend noch genannten Horizontalführungen und die Vertikalführung) bewegt wird. Insofern im Rahmen der Erfindung von einer "vertikalen" oder "horizontalen" Richtung gesprochen wird, so ist die vertikale Richtung bezogen auf das Lot zu dem Untergrund bzw. zu der Arbeitsfläche und die horizontale Richtung hierzu rechtwinklig zu verstehen, vorbehaltlich toleranz- bzw. praxisbedingte Winkelabweichungen, die den Verfahrensablauf nicht störend beeinträchtigen.
Für die Bewegung der Materialausgabeeinheit mittels der Aktuatorbaugruppe kann ein Aktuator oder können mehrere Aktuatoren vorgesehen sein, die beispielsweise von der bereits genannten Steuereinrichtung einzeln oder in Gruppen entsprechend ansteuerbar sind. Auch eine manuelle Ansteuerung, bis hin zu einer rein manuellen Bewegungseinleitung, kann vorgesehen sein - auf Aktuatoren kann in diesem Fall gegebenenfalls sogar verzichtet werden, wobei die Aktuatoren auch ausgebildet sein können, die manuell / mechanisch eingeleitete Bewegung zu unterstützen.
Erfindungsgemäß weist die Aktuatorbaugruppe für die Bewegung der Materialausgabeeinheit zumindest eine erste Horizontalführung und eine zweite Horizontalführung auf. Die zweite Horizontalführung weist zumindest einen Endabschnitt auf (insbesondere zumindest ein Ende), über den sie mit der ersten Horizontalführung verbunden ist. Die zweite Horizontalführung ist entlang der ersten Horizontalführung bewegbar.
In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Materialausgabeeinheit quer zu der ersten Horizontalführung entlang der zweiten Horizontalführung bewegbar ist.
Auf vorteilhafte Weise kann die Materialausgabeeinheit in zumindest zwei Translationsfreiheitsgraden bewegt werden, um den Baustoff auszubringen. Durch die Möglichkeit der Bewegung entlang zweier Translationsfreiheitsgrade kann beispielsweise eine gerade verlaufende Wand eines Bauwerks additiv bzw. schichtweise gefertigt werden.
Die Materialausgabeeinheit kann direkt bzw. unmittelbar entlang der zweiten Horizontalführung bewegbar sein, beispielsweise in der Art eines Schlittens oder einer Laufkatze, der bzw. die entlang der zweiten Horizontalführung verläuft. Die Materialausgabeeinheit kann aber auch nur indirekt bzw. mittelbar entlang der zweiten Horizontalführung bewegbar sein, beispielsweise indem sie unmittelbar entlang einer beliebigen sonstigen Führung bewegt wird, die wiederum an der zweiten Horizontalführung unmittelbar oder mittelbar beweglich befestigt ist (z. B. in der Art eines Schlittens bzw. einer Laufkatze), so dass die Bewegung der sonstigen Führung entlang der zweiten Horizontalführung gleichsam die Materialausgabeeinheit entlang der zweiten Horizontalführung bewegt.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine Zuleitungsposition für eine mit der Materialausgabeeinheit verbindbare, flexible Zuleitung für den Baustoff auf. Bei der flexiblen Zuleitung kann es sich vorzugsweise um einen Förderschlauch für den Baustoff oder um den Baustoff in faseriger Form (insbesondere als Filament) handeln.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Zuleitungsposition entlang der ersten Horizontalführung angeordnet ist. Die Zuleitungsposition kann grundsätzlich aber auch an einer anderen Stelle der Vorrichtung angeordnet sein, beispielsweise entlang der zweiten Horizontalführung.
Es kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Zuleitungsposition außerhalb des Druckbereichs bzw. außerhalb der Arbeitsfläche angeordnet ist.
Insofern die Zuleitungsposition entlang der ersten Horizontalführung angeordnet ist kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Zuleitungsposition von den Enden der ersten Horizontalführung beabstandet ist. Die Zuleitungsposition kann in diesem Fall aber beispielsweise auch in einer Flucht der ersten Horizontalführung bzw. an einem Endbereich oder Ende der ersten Horizontalführung angeordnet sein.
Erfindungsgemäß ist im Bereich des mit der ersten Horizontalführung verbundenen Endabschnitts der zweiten Horizontalführung eine zweite Umlenkeinheit angeordnet und ausgebildet, die Zuleitung zu führen und ausgehend von einem eingangsseitigen Verlauf quer zu der zweiten Horizontalführung in einen ausgangsseitigen Verlauf längs der zweiten Horizontalführung umzulenken.
Insofern im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Angabe "quer" verwendet wird, ist hierunter generell eine winklige Ausrichtung zu verstehe - vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, eine orthogonale bzw. rechtwinklige oder zumindest annähernd rechtwinklige Ausrichtung.
Auf diese Weise kann die Führung der Zuleitung definiert auf die zweite horizontale Achse weitergegeben bzw. die Zuleitung auf geeignete Weise umgelenkt werden, beispielsweise ausgehend von der Zuleitungsposition. Dadurch kann eine Führung auf der Achse bereitgestellt werden, wodurch die Notwendigkeit einer separaten Traverse samt Umlenkrolle entfallen kann.
Da die Zuleitung entlang bzw. auf der Horizontalführung geführt wird, ist diese einfach montierbar und bleibt auch während des Betriebs der Vorrichtung leicht zugänglich, beispielsweise zur Entfernung von Verstopfungen. Hierzu kann beispielsweise die Materialausgabeeinheit in eine Heimposition verbracht werden, z. B. in eine niedrige Höhenlage, insbesondere wenn die nachfolgend noch genannte Vertikalführung vorgesehen ist.
Eine Kollision, Verdrehung bzw. Verdrillung kann durch die Führung auf der Achse vermieden werden.
Ferner sind die Raumanforderungen an die Zuleitung auf die vorgeschlagene Weise äußerst gering. Durch die vorgeschlagene Vorrichtung kann insbesondere das Schlauchmanagement eines 3D-Beton- druckers deutlich verbessert werden. Standzeiten, Personalbedarf, Verletzungs- und Beschädigungsrisiken können deutlich reduziert sein. Die Erfindung eignet sich allerdings auch für einen Einsatz mit einem herkömmlichen 3D-Drucker, beispielsweise zur Führung des Filaments zu dem Druckkopf. Insofern sich die nachfolgenden Ausführungen konkret auf einen 3D-Betondrucker beziehen, ist dies nicht einschränkend für die Erfindung zu verstehen, sondern soll nur dem einfacheren Verständnis dienen. Die auf den 3D-Betondrucker bezogenen Merkmale können ohne Weiteres entsprechend abstrahiert oder substituiert und auf einen herkömmlichen 3D-Drucker übertragen werden, sofern dies technisch nicht ausgeschlossen ist.
In einer vorteilhaften, jedoch optionalen Weiterbildung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zumindest eine erste Umlenkeinheit aufweist, die an der Zuleitungsposition angeordnet und ausgebildet ist, die Zuleitung zu führen und ausgehend von einem eingangsseitigen Verlauf quer zu der ersten Horizontalführung in einen ausgangsseitigen Verlauf längs zu der ersten Horizontalführung umzulenken.
Vorzugsweise ist die erste Umlenkeinheit und/oder die zweite Umlenkeinheit mittelbar oder unmittelbar an der entsprechenden Horizontalführung befestigt und daher entlang der Horizontalführung zumindest in Längsrichtung unbeweglich.
Die erste Umlenkeinheit und/oder die zweite Umlenkeinheit kann auf vorteilhafte Weise die Zuleitung im Bereich der Zuleitungsposition ausgehend von einem beliebigen, eingangsseitigen Verlauf in einen definierten Verlauf entlang der ersten Horizontalführung umlenken. Wie bereits dargelegt, kann auf die erste Umlenkeinheit ggf. auch verzichtet werden, beispielsweise wenn die Führung der Zuleitung aufgrund einer geeigneten Anordnung der Zuleitungsposition bereits längs zu der ersten Horizontalführung erfolgt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Aktuatorbaugruppe eine Vertikalführung aufweist, entlang der die Materialausgabeeinheit vertikal zu der Arbeitsfläche (direkt oder indirekt, beispielsweise über eine Bewegung der ersten Horizontalführung) bewegbar ist.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Materialausgabeeinheit in allen drei Translationsfreiheitsgraden bewegt wird, um den Baustoff auszubringen.
Insbesondere eine entlang aller Translationsfreiheitsgrade bewegliche Materialausgabeeinheit ermöglicht eine flexible Fertigung beliebiger dreidimensionaler Bauteile auf der Arbeitsfläche.
Vorzugsweise wird die Materialausgabeeinheit in zumindest vier Freiheitsgraden bewegt, insbesondere in allen drei Translationsfreiheitsgraden und zumindest einem Rotationsfreiheitsgrad. Besonders bevorzugt kann eine Bewegung entlang fünf Freiheitsgraden (vorzugsweise alle drei Translationsfreiheitsgrade und zumindest zwei Rotationsfreiheitsgrade) und ganz besonders bevorzugt entlang aller sechs Freiheitsgrade vorgesehen sein.
Insbesondere wenn die Materialausgabeeinheit in allen Translationsfreiheitsgraden und ergänzend in einem oder mehreren Rotationsfreiheitsgraden beweglich ist, können die einzelnen Druckbahnen mit höchster Flexibilität abgeschieden werden. Auf diese Weise kann die Geometrie des Bauwerks bzw. Bauteils nahezu beliebig vorgegeben werden.
Beispielsweise kann ein Verkippen der Materialausgabeeinheit und/oder eine Drehung der Materialausgabeeinheit während des Abscheidens des Baustoffs vorgesehen sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine dritte Umlenkeinheit, die die Zuleitung zu führen und quer zu einem eingangsseitigen Verlauf in einen ausgangsseitigen Verlauf in Richtung der Arbeitsfläche umzulenken vermag, derart mit der Materialausgabeeinheit verbunden ist, dass die dritte Umlenkeinheit zusammen mit der Materialausgabeeinheit bzw. bewegungsgekoppelt mit der Materialausgabeeinheit über die Arbeitsfläche bewegbar ist.
Somit kann die Führung der Zuleitung von der oder den horizontalen Achsen vorzugsweise richtungsunabhängig an die Materialausgabeeinheit übergeben werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Materialausgabeeinheit an einem Endeffektor der Aktuatorbaugruppe befestigt ist und von der Aktuatorbaugruppe entlang der Druckbahn bewegt wird. Vorzugsweise ist der Endeffektor dabei als Laufkatze einer als Portalkraneinheit ausgebildeten Aktuatorbaugruppe ausgebildet, und entlang der Vertikalführung vertikal bewegbar (vorzugsweise indirekt durch Bewegung der Hori- zontalführung(en) entlang der Vertikalführung). Ein derartiges System ist auch unter dem Begriff "Portaldrucker" bekannt.
Insbesondere wenn die Vorrichtung beide Horizontalführungen samt Umlenkeinheiten sowie die dritte Umlenkeinheit aufweist, kann die Zuleitung während des Betriebs dauerhaft auf den horizontalen Achsen geführt werden, bis zur Verbindungsstelle mit der Materialausgabeeinheit.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Horizontalführung, die zweite Horizontalführung und/oder die Vertikalführung jeweils zumindest eine Führungsstrebe aufweisen, um eine gegenseitige Linearführung und eine Linearführung für die Materialausgabeeinheit auszubilden. Die Vertikalstrebe kann vorzugsweise eine Linearführung für die erste Horizontalführung, die erste Horizontalführung eine Linearführung für die zweite Horizontalführung und die zweite Horizontalführung eine Linearführung für die Materialausgabeeinheit ausbilden.
Bei der Vertikalführung handelt es sich vorzugsweise um zumindest eine winklig, vorzugsweise orthogonal, zu der Arbeitsfläche ausgerichtete Vertikalstrebe, entlang deren Längsachse(n) die Materialausgabeeinheit bewegbar ist (vorzugsweise gemeinsam mit den beiden Horizontalführungen).
Vorzugsweise ist daher zumindest eine der Horizontalführungen entlang der Vertikalstrebe beweglich gelagert.
Bei der ersten Horizontalführung handelt es sich vorzugsweise um wenigstens einen zumindest im Wesentlichen parallel zu der Arbeitsfläche ausgerichteten Horizontalträger. Bei der zweiten Horizontalführung handelt es sich vorzugsweise um einen im Wesentlichen parallel zu der Arbeitsfläche und quer bzw. orthogonal zu der ersten Horizontalführung ausgerichteten Querträger, entlang dessen Längsachse die Materialausgabeeinheit beweglich gelagert ist. Die zweite Horizontalführung bzw. der Querträger ist vorzugsweise entlang der ersten Horizontalführung bzw. entlang des wenigstens einen Horizontalträgers der ersten Horizontalführung beweglich.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass es sich bei der Aktuatorbaugruppe auch um einen Roboter oder Roboterarm handeln kann, insbesondere um einen Industrie-Roboter. Beispielsweise kann ein Sechs-Achs- Roboter oder ein anderes Bewegungssystem, zum Beispiel ein Hexapod oder ein Fünf-Achs-System oder auch eine Kombination aus mehreren Bewegungseinheiten vorgesehen sein, um die Materialausgabeeinheit horizontal und/oder vertikal zu bewegen. Auch schwenkbare und/oder teleskopisch ausziehbare Bewegungseinheiten und/oder Seilzugsysteme können zur Ausbildung der Aktuatorbaugruppe vorgesehen sein. Auch bei diesen Ausgestaltungen kann eine Führung der Zuleitung auf den Achsen äußerst vorteilhaft sein.
Auf die konkrete Ausgestaltung der Vorrichtung kommt es im Rahmen der Erfindung nicht unbedingt an, auch wenn sich die Erfindung besonders vorteilhaft zur Verwendung mit einem Portaldrucker eignet.
Auf vorteilhafte Weise können die erfindungsgemäßen Merkmale in einer bestehenden Vorrichtung nachgerüstet werden. So kann beispielsweise ein bestehender 3D-Betondrucker weiterverwendet und mit der zumindest eine Umlenkeinheit nachgerüstet werden, um das Schlauchmanagement bedarfsweise zu optimieren.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Horizontalführung, die zweite Horizontalführung und/oder die Vertikalführung jeweils mehrere parallel bzw. beabstandet nebeneinander verlaufende Führungsstreben aufweisen.
Beispielsweise kann die Vertikalführung mehrere auf der Arbeitsfläche voneinander beabstandete Vertikalstreben aufweisen, die gemeinsam eine erste Gruppe von Vertikalstreben bilden. Die erste Gruppe von Vertikalstreben kann grundsätzlich eine beliebige Anzahl von Vertikalstreben aufweisen, beispielsweise zwei oder mehr, drei oder mehr, vier oder mehr, fünf oder mehr, sechst oder noch mehr Vertikalstreben (in der Regel je nach Dimension des zu fertigenden Bauteils). Vorzugsweise sind alle Vertikalstreben der ersten Gruppe in einer Flucht, also entlang einer geraden Linie, angeordnet, um eine lineare Führung für eine der Horizontalführungen auszubilden. Grundsätzlich können die Vertikalstreben der ersten Gruppe aber auch entlang einer kurvigen Linie angeordnet sein, beispielsweise auch entlang des Umfangs eines Kreises angeordnet sein, um einen kurvigen Führungsverlauf zu bilden.
Die erste Horizontalführung kann einen ersten Horizontalträger aufweisen. Der erste Horizontalträger kann vorzugsweise vertikal beweglich an den Vertikalstreben der vorstehend genannten ersten Gruppe befestigt sein. Parallel zu dem ersten Horizontalträger der ersten Horizontalführung kann ein zweiter Horizontalträger vorgesehen sein, der entlang weiterer Vertikalstreben der Vertikalführung geführt wird, insbesondere entlang einer zweiten Gruppe von Vertikalstreben. Die Horizontalträger weisen vorzugsweise - aber nicht notwendigerweise - einen linearen Verlauf auf und sind parallel zueinander angeordnet.
Zwischen den beiden Horizontalträgern der ersten Horizontalführung kann ein Querträger der zweiten Horizontalführung verlaufen, entlang dem die Materialausgabeeinheit unmittelbar beweglich ist, beispielsweise in der Art einer Laufkatze.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die vorstehend genannten Führungsstreben (Vertikalstreben, Horizontalträger und/oder Querträger) jeweils starre, längliche Bauteile sind, vorzugsweise Balken, beispielsweise Stahlprofilbalken.
Gegebenenfalls können die Führungen (vertikal und/oder horizontal) im Rahmen der Erfindung auch als Seile, insbesondere Drahtseile, vorzugsweise Stahlseile, ausgebildet sein. Beispielsweise können die beiden Horizontalführungen gemeinsam an einem Stahlseil aufgehängt sein, um eine vertikale Beweglichkeit zu ermöglichen. Auch kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Materialausgabeeinheit ausgehend von einer der Horizontalführungen über ein Stahlseil vertikal beweglich aufgehängt ist. Grundsätzlich sind beliebige Aktuatorkonzepte im Rahmen der Erfindung möglich.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Zuleitungsposition zwischen den Enden der ersten Horizontalführung oder der zweiten Horizontalführung angeordnet ist.
Die Zuleitungsposition kann beispielsweise um zumindest 1/5 der Gesamtlänge der entsprechenden Horizontalführung von einem der beiden Enden beabstandet sein, vorzugsweise um zumindest 1/4, besonders bevorzugt um zumindest 1/3, und ganz besonders bevorzugt zumindest im Wesentlichen mittig angeordnet sein.
Je mittiger die Zuleitungsposition festgelegt wird, desto weniger Zuleitungslänge ist erforderlich, um die Führung entlang der Achse zu ermöglichen. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, da die Förderzeit des Baustoffs geringer ist, je kürzer die Zuleitung ausgebildet ist, wodurch der Baustoff zum Zeitpunkt der Abscheidung besonders „frisch“ bzw. besonders vorteilhaft verarbeitbar sein kann. Im Grunde ist allerdings auch eine Anordnung der Zuleitungsposition an einem der Enden der entsprechenden Horizontalführung nicht ausgeschlossen, wenn die zusätzlich erforderliche Zuleitungslänge in Kauf genommen werden kann. In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Umlenkeinheit und/oder die zweite Umlenkeinheit ausgebildet ist, die Zuleitung oberhalb einer von der Arbeitsfläche abgewandten Oberseite der jeweiligen Horizontalführung zu führen und vorzugsweise von der Oberseite zu beabstan- den. Hierfür kann vorzugsweise ein jeweiliges zwischen der Horizontalführung und der Umlenkeinheit angeordnetes Vertikalrohr vorgesehen sein, das außerdem eine optionale Drehachse für die Umlenkeinheit ausbilden kann.
Es erfolgt daher vorzugsweise eine Führung oberhalb der Achse, vorzugsweise beabstandet von der Achse. Auch eine Führung unterhalb der Achse (beabstandet oder nicht beabstandet) oder seitlich neben der Achse (beabstandet oder nicht beabstandet) kann allerdings vorgesehen sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Umlenkeinheit, die zweite Umlenkeinheit und/oder die dritte Umlenkeinheit wenigstens eine frei drehbare Führungsrolle für die Führung und/oder Umlenkung der Zuleitung aufweist.
Die Reibung und daher die Belastung der Vorrichtung und der Zuleitung kann durch die Verwendung abrollbarer Führungsrollen vorteilhaft vermindert werden. Insbesondere Materialabtragung bzw. Abrieb von der Zuleitung kann verringert werden. Auch die erforderliche (Zug)kraft, um die Materialausgabeeinheit zu bewegen bzw. der Materialausgabeeinheit hinterherzuziehen kann durch die Führungsrollen vorteilhaft reduziert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Umlenkeinheit, die zweite Umlenkeinheit und/oder die dritte Umlenkeinheit zumindest einen ersten Umlenkabschnitt mit einer horizontalen Führung (insbesondere einer Führungsrolle) aufweist, auf der die Zuleitung aufzuliegen vermag.
Der erste Umlenkabschnitt kann optional außerdem zumindest eine, vorzugsweise zwei, im Bereich der Enden der horizontalen Führungsrolle angeordnete vertikalen Führungsrollen aufweisen. Bei Verwendung von zwei vertikalen Führungsrollen kann die Zuleitung vorteilhaft in den ersten Umlenkabschnitt verliersicher einlegbar sein. Die vertikalen Führungsrollen können eine Seitenbegrenzung des ersten Umlenkabschnitts ausbilden und vorzugsweise zusammen mit der horizontalen Führung bzw. Führungsrolle zu einem U-förmigen, gabelartigen Aufbau des ersten Umlenkabschnitts führen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Umlenkeinheit, die zweite Umlenkeinheit und/oder die dritte Umlenkeinheit zusätzlich zu dem ersten Umlenkabschnitt einen von dem ersten Umlenkabschnitt beabstandeten, zweiten Umlenkabschnitt aufweist, vorzugsweise mit einer horizontalen Führung (insbesondere einer Führungsrolle), auf der die Zuleitung aufzuliegen vermag. Der zweite Umlenkabschnitt kann vorzugsweise ausgebildet sein wie der erste Umlenkabschnitt. Der zweite Umlenkabschnitt kann allerdings auch eine abweichende Gestaltung aufweisen oder vollständig entfallen. Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass jeder Umlenkabschnitt nur eine vertikale Führungsrolle aufweist, jeweils auf verschiedenen Seiten der Umlenkeinheit, so dass die Zuleitung insgesamt verliersicher in die Umlenkeinheit einlegbar ist.
Es kann außerdem vorgesehen sein, dass lediglich einer der beiden Umlenkabschnitt eine horizontale Führung bzw. Führungsrolle aufweist, dass keiner der Umlenkabschnitte eine horizontale Führung bzw. Führungsrolle aufweist oder dass eine horizontale Führung bzw. Führungsrolle zwischen oder vor den Umlenkabschnitten vorgesehen ist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass sich die Umlenkeinheit ausgehend von dem ersten Umlenkabschnitt zu dem zweiten Umlenkabschnitt verbreitert, dass also der Abstand zwischen den vertikalen Führungsrollen des zweiten Umlenkabschnittes größer ist als der Abstand zwischen den vertikalen Führungsrollen des ersten Umlenkabschnittes.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen dem ersten Umlenkabschnitt und dem zweiten Umlenkabschnitt einstellbar ist.
Hierzu kann vorzugsweise wenigstens ein teleskopischer Verbinder vorgesehen sein, über den die beiden Umlenkabschnitte verbunden sind. Durch die teleskopierbare Verbindung kann die Umlenkeinheit in der vorgesehenen Länge fixierbar, gegebenenfalls aber auch im Betrieb innerhalb definierter Begrenzungen frei beweglich sein.
Durch Einstellung des Abstandes zwischen den Umlenkabschnitten kann der maximale Biegewinkel und damit die Belastung der Zuleitung mit einfachen Mitteln festgelegt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die erste Umlenkeinheit, die zweite Umlenkeinheit und/oder die dritte Umlenkeinheit als Gelenkarm ausgebildet sind, durch den die Zuleitung hindurch verläuft. Dabei kann die Umlenkung durch ein Gelenk oder mehrere Gelenke des Gelenkarms ausgeglichen werden, vergleichbar mit dem Prinzip einer Ziehharmonika. Hierzu können beispielsweise mehrere kurze Gelenkarme in Form eines Scherengelenk vorgesehen sein. Auf ähnliche Weis kann alternativ oder zusätzlich eine Energiekette zur Unterstützung und Führung / Umlenkung der Zuleitung vorgesehen sein.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Umlenkeinheit entlang der ersten Horizontalführung, zumindest entlang der Längsrichtung der ersten Horizontalführung bzw. axial, unbeweglich, jedoch ausgehend von einer Mittelstellung beidseitig in Richtung der Enden der ersten Horizontalführung schwenkbar und/oder drehbar befestigt ist. Wenn vorliegend von einer Schwenkbewegung („schwenkbar“) gesprochen wird, so ist hierunter insbesondere eine Kippbewegung zu verstehen (auch: Neigen bzw. Nicken bzw. „pitch“), bezogen auf eine vertikale Achse zu der Arbeitsfläche.
In der Mittelstellung kann die erste Umlenkeinheit orthogonal zu der ersten Horizontalführung ausgerichtet sein.
Durch die Möglichkeit, eine Dreh- und/oder Schwenkbewegung auszuführen, kann die erste Umlenkeinheit die Zuleitung ausgehend von dem eingangsseitigen Verlauf (in der Regel quer zur ersten Horizontalführung) besonders schonend und flexibel in Längsrichtung der ersten Horizontalführung umlenken.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zweite Umlenkeinheit entlang der zweiten Horizontalführung unbeweglich, jedoch ausgehend von einer Mittelstellung, in der die zweite Umlenkeinheit entlang der zweiten Horizontalführung ausgerichtet ist, beidseitig schwenkbar und/oder drehbar befestigt ist.
Durch die Möglichkeit, eine Dreh- und/oder Schwenkbewegung auszuführen, kann die zweite Umlenkeinheit die Zuleitung ausgehend von dem eingangsseitigen Verlauf (in der Regel quer zur zweiten Horizontalführung) besonders schonend und flexibel in Längsrichtung der zweiten Horizontalführung umlenken.
Optional kann die erste Umlenkeinheit und/oder die zweite Umlenkeinheit auch ausgebildet sein, eine freie Schwenk- bzw. Drehbewegung entlang zumindest eines weiteren Rotationsfreiheitsgrades auszuführen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Umlenkeinheiten, insbesondere die erste Umlenkeinheit, einen gegenüber der Arbeitsfläche ansteigenden Verlauf aufweisen, beispielsweise eine Neigung von zumindest 10° nach oben, vorzugsweise von zumindest 20° nach oben, besonders bevorzugt von zumindest 30° nach oben, und ganz besonders bevorzugt von 40° oder mehr, insbesondere 45° oder mehr.
Es kann also vorgesehen sein, dass die erste Umlenkeinheit und/oder die zweite Umlenkeinheit und/oder die dritte Umlenkeinheit in ihrem Verlauf bezogen auf die Arbeitsfläche nach oben verkippt bzw. ver- schwenkt sind. Der Schwenk- bzw. Kippwinkel kann starr vorgegeben sein. Die Umlenkeinheit(en) kann bzw. können aber auch beweglich gelagert sein, um variabel schwenk- bzw. verkippbar bzw. neigbar bzw. nach oben / unten zu sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die gesamte erste Umlenkeinheit und/oder zweite Umlenkeinheit die Dreh- und/oder Schwenkbewegung auszuführen vermag, wie vorstehend beschrieben. Es kann alternativ oder zusätzlich aber auch vorgesehen sein, dass lediglich einzelne Umlenkabschnitte der Umlenkeinheiten dreh- und/oder schwenkbar sind, beispielsweise V-förmig angeordnete Umlenkabschnitte, wobei dann insbesondere der Winkel zwischen den Umlenkabschnitten variabel sein kann. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schwenkbewegung der ersten Umlenkeinheit und/oder der zweiten Umlenkeinheit begrenzt ist.
Der Verlauf der Zuleitung kann daher in definierten Grenzen festgelegt werden. Beispielsweise ein Überdehnen, ein zu enger Biegeradius oder ein sonstiger unerwünschter Verlauf können dadurch vermieden werden oder zumindest kontrollierbar sein. Hierfür kann beispielsweise ein mechanischer Anschlag vorgesehen sein. Auch eine kontinuierlich ansteigende, in die Mittelstellung weisende Rückstellkraft kann vorgesehen sein, beispielsweise aufgrund einer Feder, die sich in Richtung der Mittelstellung entspannt.
Es kann vorgesehen sein, dass die erste Umlenkeinheit und/oder die zweite Umlenkeinheit und/oder die dritte Umlenkeinheit ausgehend von der Mittelstellung beidseits auf einen Drehwinkel von maximal 80°, vorzugsweise maximal 70°, besonders bevorzugt maximal 60°, weiter bevorzugt etwa 45° oder exakt 45° begrenzt sind.
Durch die Drehbegrenzung kann insbesondere bei großen Distanzen zwischen den Umlenkeinheiten die Position der Zuleitung über den Achsen bzw. Horizontalführungen sichergestellt werden. Die Drehbegrenzung vereinfacht damit auch das sichere Ablegen der Zuleitung auf den nachfolgend noch genannten Stützelementen.
Durch die Drehbegrenzung kann außerdem die mechanische Belastung der Zuleitung an der Umlenkstelle definiert begrenzt werden, beispielsweise auf einen maximalen Biege- oder Umlenkungswinkel von 45°.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung wenigstens ein Stützelement aufweist, das entlang der ersten Horizontalführung und/oder der zweiten Horizontalführung befestigt ist, um eine Auflage für die Zuleitung auszubilden, die die Zuleitung entlang der jeweiligen Horizontalführung abstützt.
Die Führung der Zuleitung auf der Achse bzw. entlang der Achse kann durch die Stützelemente verbessert sein. Die Stützelemente können optional eine Verliersicherung bzw. Zentrierung der Zuleitung auf der Achse ermöglichen und beispielsweise verhindern, dass die Zuleitung seitlich über die Achse bzw. Horizontalführung hinausragt.
Durch die Stützelemente kann ein Durchhang zwischen den Umlenkeinheiten reduziert werden. Ferner kann sichergestellt sein, dass es zu keiner Kollision mit einer der Führungen kommt und die Zuleitung kann auch über längere Distanzen auf dem gleichen Höhenniveau gehalten und ggf. auf der Achse zentriert werden, was den Rückzug des Förderschlauches während des Druckens erleichtert. Optional kann die Stützhöhe einstellbar sein, insbesondere durch eine teleskopierbare Befestigung des Stützelements auf der Horizontalführung.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Stützelement zumindest eine horizontale Führungsrolle aufweist, insbesondere eine frei drehbare horizontale Führungsrolle.
Die Führungsrolle kann die Reibung der Zuleitung auf dem Stützelement verringern und ein Nachführen oder Zurückziehen der Zuleitung vereinfachen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Stützelement keilförmig ausgebildet ist, um zur Führung und Verliersicherung der Zuleitung eine Vertiefung für die Zuleitung auszubilden.
Beispielsweise kann das Stützelement genau eine Führungsrolle aufweisen, die entlang ihrer Längsachse bzw. Drehachse einen konischen bzw. keilförmigen Verlauf ausbildet bzw. eine Mulde für die Zuleitung aufweist.
Die Vertiefung ist vorzugsweise zentral bzw. mittig in der Führungsrolle ausgebildet.
Es können auch zwei horizontale Führungsrollen vorgesehen sein, die hintereinander und zueinander verkippt angeordnet sind, so dass sich zwischen den beiden Führungsrollen eine keilförmige Vertiefung ausbildet. Jede der beiden horizontalen Führungsrollen kann frei drehbar sein.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass der Begriff "horizontale" Führungsrolle nicht voraussetzt, dass die horizontale Führungsrolle exakt horizontal zu der Arbeitsfläche verlaufend angeordnet ist. Eine im Wesentlichen horizontale Ausrichtung kann bereits ausreichend sein. Insbesondere wenn zwei horizontale Führungsrollen vorgesehen sind, die gemeinsam eine zentrale Vertiefung für die Zuleitung ausbilden, können die horizontalen Führungsrollen jeweils beispielsweise um bis zu 45° verkippt sein. In der Regel ist aber ein geringerer Kippwinkel ausreichend bzw. bevorzugt, wie beispielsweise bis zu 30°, bis zu 20° oder bis zu 10°.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Stützelement ausgebildet ist wie die vorstehend beschriebenen Umlenkabschnitte, also beispielsweise gabelförmig. Auch eine Abstützung über einen längeren axialen Abschnitt kann vorgesehen sein, beispielsweise durch mehrere voneinander beanstandete horizontale Führungsrollen, mehrere gabelförmige Abschnitte oder gar eine Ausgestaltung vergleichbar mit einer der Umlenkeinheiten.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Umlenkeinheit, die zweite Umlenkeinheit, die dritte Umlenkeinheit und/oder das wenigstens eine Stützelement ausgebildet ist, ein freies Einlegen der Zuleitung und ein freies Entnehmen der Zuleitung in vertikaler Richtung zu ermöglichen.
Hierzu sind die Umlenkeinheiten bzw. das Stützelement vorzugsweise von oben offen bzw. frei zugänglich.
Vorzugsweise sind die Umlenkeinheiten gegenüber den Stützelementen erhöht. Auf diese Weise kann die Zuleitung besonders gut von oben in die Stützelemente einlegbar sein, während sich die Materialausgabeeinheit entlang der horizontalen Achsen bewegt.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Materialausgabeeinheit eine ringförmige und/oder trichterförmige Führungseinheit vorgeordnet ist, die zusammen mit der Materialausgabeeinheit über der Arbeitsfläche beweglich und ausgebildet ist, die Zuleitung an die Materialausgabeeinheit zu führen.
Aufgrund der Führungseinheit kann vorzugsweise eine richtungsunabhängige und dennoch schonende Einführung der Zuleitung ermöglicht werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die dritte Umlenkeinheit unmittelbar an der Führungseinheit befestigt ist, um die Zuleitung in die Führungseinheit umzulenken. Um dennoch ein richtungsunabhängiges Einführen zu ermöglichen, kann die Führungseinheit zusammen mit der dritten Umlenkeinheit um eine vorzugsweise orthogonal zu der Arbeitsfläche verlaufende Drehachse drehbar sein (gegebenenfalls mit einer Drehbegrenzung). Alternativ oder ergänzend kann die dritte Umlenkeinheit um die Führungseinheit oder eine starr mit der Führungseinheit gekoppelte Drehachse drehbar sein (gegebenenfalls mit einer Drehbegrenzung).
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine Zuführeinrichtung für die Zuleitung aufweist die ausgebildet ist, die Zuleitung an die Zuleitungsposition zuzuführen.
Die Zuführeinrichtung kann vorzugsweise eine Haspel aufweisen und ausgebildet sein, die Zuleitung bedarfsweise von der Haspel abzurollen und/oder auf die Haspel aufzuwickeln.
Die Verwendung einer Haspel bzw. Trommel zum Auf- und Abrollen der Zuleitung kann besonders vorteilhaft sein, da hierdurch eine kompakte Bereithaltung der Zuleitung auf der Baustelle bereitgestellt werden kann. Lagerung und Transport der Zuleitung sind einfach und eine Ergänzung um eine Rückzugsautomatik, wie nachfolgend vorgeschlagen, ist ohne größere technische Schwierigkeiten möglich.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Zuführeinrichtung eine Rückzugsautomatik aufweist, die die Zuleitung unter einer definierten Zugkraft hält. Die Zuleitung kann daher beispielsweise wieder auf die Haspel aufgerollt werden. Je nach Anforderung bzw. Position der Materialausgabeeinheit kann daher eine entsprechend ausreichende Länge der Zuleitung bereitgestellt werden. Wenn die definierte Zugkraft der Rückzugsautomatik durch eine größere Zugkraft des Druckers überschritten wird, kann die Zuleitung entsprechend von der Haspel abgerollt werden.
Durch die Rückzugsautomatik kann die Gefahr des Durchhängens und/oder Verdrillens der Zuleitung weiter verringert werden. Insbesondere in Kombination mit der vorgeschlagenen Führung der Zuleitung entlang der wenigstens einen Achse der Vorrichtung kann die Rückzugsautomatik vorteilhaft sein.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Zuleitung unter Verwendung mehrerer Umlenkrollen (vorzugsweise drei Umlenkrollen) an die Zuleitungsposition zu gestellt wird. Hierbei kann die Zuleitung mehrere Male umgelenkt und erst danach der Zuleitungsposition zugeführt werden (ähnlich einem Flaschenzug). Durch ein optionales Gewicht an der untersten Umlenkrolle kann eine Rückzugskraft auf den Förderschlauch aufgebracht werden. Beim Verfahren der Materialausgabeeinheit kann die sich verändernde Überbrückungsstrecke von der Umlenkrolle zur Materialausgabeeinheit durch Kontraktion und Relaxation ähnlich eines Muskels agieren. Dadurch wird der Verfahrweg durch eine Distanzänderung zwischen der unteren Umlenkrolle zu den oberen Umlenkrollen ausgeglichen.
Optional kann auch vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine Extrusionseinheit aufweist, vorzugsweise aus einer oder mehreren angetriebenen Zustellrollen, zwischen denen die Zuleitung hindurch gefördert wird. Die Extrusionseinheit kann grundsätzlich an einer beliebigen Position innerhalb der Vorrichtung vorgesehen sein, vorzugsweise aber an einer der ersten Umlenkeinheit vorgelagerten Position. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Extrusionseinheit einen Teil der ersten Umlenkeinheit bildet, beispielsweise indem einige oder alle der Führungsrollen der ersten Umlenkeinheit angetrieben sind. Durch die Verwendung der Extrusionseinheit kann die Bewegung der Zuleitung vorteilhaft mit der Bewegung der Materialausgabeeinheit koordiniert werden, vergleichbar mit den bekannten Extrusionsmodulen für Filamente von Kunststoff-3D-Druckern. Optional kann die vorgeschlagene Extrusionseinheit Höhenverstellbar sein (aktiv oder passiv), beispielsweise indem die Extrusionseinheit entlang der Vertikalführung der Vorrichtung beweglich angeordnet ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zur additiven Fertigung von Bauwerken oder Bauteilen von Bauwerken ausgebildet ist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die vorgeschlagene Vorrichtung zur additiven Fertigung eines Schalungsbauteil eines Bauwerks verwendet wird. Bei dem erfindungsgemäßen Bauteil kann es sich somit auch um ein Schalungsbauteil handeln. Insbesondere kann es sich in diesem Fall um eine vollständige Schalung (also eine Hohlform in der Art einer Gussform) aus zwei parallel zueinander verlaufende Schalungsbauteilen handeln. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Materialausgabeeinheit ausgebildet ist, als Baustoff fließfähig angemischten Beton ("Frischbeton") oder Mörtel bzw. Trockenmörtel abzuscheiden.
Vorzugsweise wird eine Betonrezeptur mit kleiner Gesteinskörnung angestrebt. Insbesondere kann ein Beton vorgesehen sein, der schnell abbindet und insbesondere eine hohe Grünstandfestigkeit aufweist. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Beton eines oder mehrere Additive aufweist, beispielsweise um ein zu schnelles Austrocknen zu verhindern, um die Pumpfähigkeit zu erhöhen und/oder um die Farbe zu modifizieren.
Es kann beispielsweise eine Gesteinskörnung von bis zu 10 mm oder mehr, vorzugsweise von bis zu 6 mm, besonders bevorzugt von bis zu 4 mm vorgesehen sein.
Alternativ zur Verwendung von Beton oder Mörtel als Baustoff kann aber auch ein beliebiger anderer Baustoff vorgesehen sein, der sich zur Fertigung bzw. zur Errichtung von Bauwerken oder deren Bauteilen eignen kann, insbesondere Polymerbeton, Gips, Lehm, ein Kunststoff, vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff, aber auch Metalle oder Legierungen. Im Rahmen der Erfindung können grundsätzlich beliebige Baustoffe vorgesehen sein.
Grundsätzlich kann das Bauteil aus einem, zwei, drei, vier oder noch mehr Ausgangsmaterialien bzw. Baustoffen hergestellt werden. Beispielsweise können verschiedene Betonmischungen, Kunststoffe, Metalle und/oder Legierungen beliebig miteinander kombiniert werden.
Die Materialausgabeeinheit kann ausgebildet sein, um den Baustoff in einer definierten Form auszubringen, beispielsweise in Druckbahnen mit rechteckigen oder runden Kanten. Die einzelnen Druckbahnen können im Querschnitt beispielsweise rechteckig (quadratisch oder länglich), rund oder oval ausgebracht werden. Vorzugsweise gibt die Materialausgabeeinheit den Baustoff in der vorgesehenen Wandungsdicke des zu druckenden Bauteils aus.
Die Materialausgabeeinheit kann optional seitliche Führungsschenkel aufweisen, insbesondere zwei sich gegenüberliegende Führungsschenkel, um den Baustoff während des Ausbringens seitlich zu stabilisieren und/oder in Form zu bringen.
Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung zur Fertigung eines Bauteils, aufweisend eine Vorrichtung zur additiven Fertigung des Bauteils gemäß den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen (insbesondere gemäß Anspruch 1 sowie den abhängigen Patentansprüchen), und die flexible Zuleitung.
Bei der flexiblen Zuleitung kann es sich vorzugsweise um einen Förderschlauch für den Baustoff handeln, der den Baustoff in flüssiger und/oder granulärer Form (z. B. als Pulver) oder sonstiger Form an die Materialausgabeeinheit zustellt. Unter dem Begriff "Zuleitung" kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch der Baustoff selbst verstanden werden, wenn dieser der Materialausgabeeinheit in Faserform bzw. als Filament zugeführt wird. Die Zuleitung als Filament des Baustoffs auszubilden ist insbesondere beim herkömmlichen Kunststoff-3D-Druck bekannt.
Die Zuleitung kann beispielsweise einen Innendurchmesser von 10 mm oder mehr, vorzugsweise 20 mm oder mehr, besonders bevorzugt 30 mm oder mehr, beispielsweise 40 mm oder mehr, 50 mm oder mehr, 60 mm oder mehr, 70 mm oder mehr, 80 mm oder einen noch größeren Innendurchmesser aufweisen. Auch kleinere Innendurchmesser sind anwendungsbedingt aber nicht ausgeschlossen. Besonders bevorzugt kann ein Innendurchmesser von ungefähr oder exakt 50 mm sein.
Die Zuleitung kann eine Wanddicke von 1 mm bis 20 mm aufweisen, vorzugsweise 2 mm bis 15 mm, besonders bevorzugt 5 mm bis 12 mm, beispielsweise 9 mm oder 10 mm.
Der Betriebsdruck zur Förderung des Baustoffs durch die Zuleitung kann bis zu 10 bar oder mehr, vorzugsweise bis zu 20 bar oder mehr, besonders bevorzugt bis zu 30 bar oder mehr, insbesondere bis zu 40 bar oder mehr betragen. Auch ein Betriebsdruck von bis zu 85 bar oder mehr kann vorgesehen sein. Der Betriebsdruck kann insbesondere in Abhängigkeit der Zuleitungslänge, der Druckhöhe und dem Baustoff anwendungsbedingt bestimmbar sein. Die Zuleitung sowie die sonstigen beteiligten Komponenten der Vorrichtung bzw. Anordnung können entsprechend ausgebildet sein, dem Förderdruck standzuhalten bzw. den Förderdruck zu erzeugen.
Es kann sich bei der Zuleitung insbesondere um einen Mörtelschlauch handeln.
Die Vorrichtung oder Anordnung kann optional eine Materialaufbereitungseinrichtung aufweisen, die beispielsweise ein Fallsilo und eine Silomischpumpe umfasst. Die Silomischpumpe kann den Baustoff in konzentrierter oder trockener Form in dosierter Menge aus dem Fallsilo entnehmen und mit einer definierten Menge Flüssigkeit (insbesondere Wasser) vermischen. Optional kann ein Zwischenspeicher für diese Mixtur vorgesehen sein. Die Mixtur bzw. der fertige Baustoff kann schließlich zu und durch die Zuleitung gefördert werden.
Ferner betrifft die Erfindung eine Umlenkeinheit für eine Horizontalführung einer Vorrichtung zur additiven Fertigung eines Bauteils (insbesondere gemäß den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen), die an einer definierten Zuleitungsposition der Horizontalführung befestigbar und ausgebildet ist, eine flexible Zuleitung für einen Baustoff zu führen und ausgehend von einem eingangsseitigen Verlauf quer zu der Horizontalführung in einen ausgangsseitigen Verlauf längs zu der Horizontalführung umzulenken, um die Zuleitung zu einer schichtenweise über eine Arbeitsfläche entlang der Horizontalführung bewegbare Materialausgabeeinheit der Vorrichtung zu führen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils, wobei eine Materialausgabeeinheit zur Abscheidung eines Baustoffes mittels einer Aktuatorbaugruppe bewegt wird (insbesondere über eine Arbeitsfläche bewegt wird), um den Baustoff vorzugsweise schichtenweise in vorgegebenen Druckbahnen abzuscheiden, aufweisend zumindest die folgenden Verfahrensschritte: a) Zuführen des Baustoffs an die Materialausgabeeinheit mittels einer flexiblen Zuleitung; b) Zuführen der Zuleitung quer zu einer Horizontalführung (erste oder zweite Horizontalführung); und c) Führen und Umlenken der Zuleitung ausgehend von ihrem eingangsseitigen Verlauf quer zu der Horizontalführung in einen ausgangsseitigen Verlauf längs zu der Horizontalführung mittels einer Umlenkeinheit (erste oder zweite Umlenkeinheit)
Auf vorteilhafte Weise kann eine kartesische Führung durch Führung der Zuleitung über die zumindest eine kartesische Achse entlang der jeweiligen Führung (insbesondere eine Führungsstrebe) ermöglicht werden. Hierbei wird die Zuleitung über eine fixe Position (Zuleitungsposition) von außen in die Vorrichtung eingebracht und über die horizontale Achse oder die horizontalen Achsen bis zur Materialausgabeeinheit geleitet.
Vorteilhaft an dieser Lösung ist vor allem, dass der Durchhang nahezu vollständig vermieden werden kann, da die bereits vorhandenen horizontalen Achsen als Unterstützung im Druckbereich verwendet werden können. Durch die Verwendung der Achsen als Unterstützung ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung außerdem flexibel und bei einer Druckraumveränderung einfach erweiterbar. Weiters werden nur geringe Zugkräfte für den Vorschub und/oder Rückzug der Zuleitung notwendig, da die Zuleitung vorteilhaft auf demselben Höhenniveau durch die Unterstützung der Achsen gehalten werden kann.
Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich insbesondere zur Verwendung mit einem 3D-Betondrucker, insbesondere zur Verwendung mit einem 3D-Betondrucker in Portalbauweise ("Gantry-Bauweise"), um das Schlauchmanagement zu verbessern.
Die Erfindung betrifft schließlich auch ein Computerprogramm, umfassend Steuerbefehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Steuereinrichtung diese veranlassen, ein Verfahren gemäß den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen auszuführen.
Die Steuereinrichtung kann als Mikroprozessor ausgebildet sein. Anstelle eines Mikroprozessors kann auch eine beliebige weitere Einrichtung zur Implementierung der Steuereinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise eine oder mehrere Anordnungen diskreter elektrischer Bauteile auf einer Leiterplatte, eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder eine sonstige programmierbare Schaltung, beispielsweise auch ein Field Programmable Gate Array (FPGA), eine programmierbare logische Anordnung (PLA) und/oder ein handelsüblicher Computer.
Merkmale, die im Zusammenhang mit einem der Gegenstände der Erfindung, namentlich gegeben durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, die erfindungsgemäße Anordnung, die erfindungsgemäße Umlenkeinheit, das erfindungsgemäße Verfahren oder das erfindungsgemäße Computerprogramm beschrieben wurden, sind auch für die anderen Gegenstände der Erfindung vorteilhaft umsetzbar. Ebenso können Vorteile, die im Zusammenhang mit einem der Gegenstände der Erfindung genannt wurden, auch auf die anderen Gegenstände der Erfindung bezogen verstanden werden.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass Begriffe wie "umfassend", "aufweisend" oder "mit" keine anderen Merkmale oder Schritte ausschließen. Ferner schließen Begriffe wie "ein" oder "das", die auf eine Einzahl von Schritten oder Merkmalen hinweisen, keine Mehrzahl von Merkmalen oder Schritten aus - und umgekehrt.
In einer puristischen Ausführungsform der Erfindung kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die in der Erfindung mit den Begriffen "umfassend", "aufweisend" oder "mit" eingeführten Merkmale abschließend aufgezählt sind. Dementsprechend kann eine oder können mehrere Aufzählungen von Merkmalen im Rahmen der Erfindung als abgeschlossen betrachtet werden, beispielsweise jeweils für jeden Anspruch betrachtet. Die Erfindung kann beispielsweise ausschließlich aus den in Anspruch 1 genannten Merkmalen bestehen.
Es sei erwähnt, dass Bezeichnungen wie "erstes" oder "zweites" etc. vornehmlich aus Gründen der Unterscheidbarkeit von jeweiligen Vorrichtungs- oder Verfahrensmerkmalen verwendet werden und nicht unbedingt andeuten sollen, dass sich Merkmale gegenseitig bedingen oder miteinander in Beziehung stehen. Beispielsweise soll die Bezeichnung „zweite Umlenkeinheit“ nicht voraussetzen, dass zwingend auch eine „erste Umlenkeinheit“ vorgesehen sein muss.
Ferner sei betont, dass die vorliegend beschriebenen Werte und Parameter Abweichungen oder Schwankungen von ±10% oder weniger, vorzugsweise ±5% oder weniger, weiter bevorzugt ±1% oder weniger, und ganz besonders bevorzugt ±0,1% oder weniger des jeweils benannten Wertes bzw. Parameters mit einschließen, sofern diese Abweichungen bei der Umsetzung der Erfindung in der Praxis nicht ausgeschlossen sind. Die Angabe von Bereichen durch Anfangs- und Endwerte umfasst auch all diejenigen Werte und Bruchteile, die von dem jeweils benannten Bereich eingeschlossen sind, insbesondere die Anfangs- und Endwerte und einen jeweiligen Mittelwert.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
Die Figuren zeigen jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele, in denen einzelne Merkmale der vorliegenden Erfindung in Kombination miteinander dargestellt sind. Merkmale eines Ausführungsbeispiels sind auch losgelöst von den anderen Merkmalen des gleichen Ausführungsbeispiels umsetzbar und können dementsprechend von einem Fachmann ohne Weiteres zu weiteren sinnvollen Kombinationen und Unterkombinationen mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele verbunden werden.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen schematisch:
Figur 1 eine Anordnung zur additiven Fertigung eines Bauteils, mit zwei Horizontalführungen und einer Vertikalführung für eine Materialausgabeeinheit zur schichtenweisen Abscheidung eines Baustoffes gemäß dem Stand der Technik;
Figur 2 eine Anordnung zur additiven Fertigung eines Bauteils, mit zwei Horizontalführungen und einer Vertikalführung für eine Materialausgabeeinheit zur schichtenweisen Abscheidung eines Baustoffes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 3 eine vergrößerte Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung;
Figur 4 eine Einzeldarstellung der ersten Umlenkeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Figur 5 eine Einzeldarstellung der zweiten Umlenkeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Figur 6 eine Einzeldarstellung der zweiten Umlenkeinheit in einer Draufsicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
Figur 7 eine Einzeldarstellung der dritten Umlenkeinheit samt Führungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Figur 8 eine Einzeldarstellung eines Stützelements gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Figur 9 eine weitere erfindungsgemäße Variante eines Stützelements.
Figur 1 zeigt eine Anordnung 1 zur additiven Fertigung eines Bauteils 2 gemäß dem Stand der Technik. Die Anordnung 1 weist eine Vorrichtung 3 zur additiven Fertigung des Bauteils 2 auf, mit einer nur schematisch angedeuteten Materialausgabeeinheit 4 zur Abscheidung eines Baustoffs und einer Aktuatorbaugruppe 5, die ausgebildet ist, die Materialausgabeeinheit 4 über eine Arbeitsfläche 6 zu bewegen, um den Baustoff schichtenweise in vorgegebenen Druckbahnen D abzuscheiden.
Die Erfindung ist nachfolgend insbesondere im Rahmen eines 3D-Betondrucks beschrieben, also zur additiven Fertigung eines Bauteils 2 eines Bauwerks oder eines vollständigen Bauwerks aus fließfähig angemischtem Beton. Dies ist allerdings grundsätzlich nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung eignet sich im Grunde zur Herstellung beliebiger additiver Bauteile aus einem beliebigen Baustoff, insbesondere auch für die Fertigung von Kunststoffbauteilen.
Um die Materialausgabeeinheit 4 zu bewegen, weist die Aktuatorbaugruppe 5 zumindest eine erste Horizontalführung 7 auf, bei der es sich in Figur 1 und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen jeweils um zwei Horizontalträger 8 handelt, die parallel und voneinander beabstandet angeordnet sind. Zwischen diesen beiden Horizontalträgern 8 ist eine zweite Horizontalführung 9 vorgesehen, die somit entlang der ersten Horizontalführung 7 linear bewegbar ist. Die zweite Horizontalführung 9 ist als einzelner Querträger 10 ausgebildet, entlang dem die Materialausgabeeinheit 4 in der Art einer Laufkatze bewegbar ist, also quer zu der ersten Horizontalführung 7. Durch die beiden Horizontalführungen 7, 9 kann schließlich eine zweidimensionale Bewegung der Materialausgabeeinheit 4 über der Arbeitsfläche 6 ermöglicht werden (vgl. Pfeile "x" und "y").
Ergänzend weist die Aktuatorbaugruppe 5 gemäß Figur 1 und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen eine Vertikalführung 11 auf, entlang der die Materialausgabeeinheit 4 vertikal zu der Arbeitsfläche 6 bewegbar ist. Konkret kann vorgesehen sein, dass die Vertikalführung 11 zwei Gruppen von Vertikalstreben 12 aufweist, wobei die Vertikalstreben 12 jeder Gruppe voneinander beabstandet und in einer Flucht zueinander angeordnet sind, und wobei beide Gruppen voneinander beabstandet sind. Somit kann die erste Horizontalführung 7 bzw. können die Horizontalträger 8 der ersten Horizontalführung 7 entlang den Vertikalstreben 12 der jeweiligen Gruppe bewegt werden (vgl. Pfeil "z").
In Figur 1 und den Ausführungsbeispielen ist somit ein 3D-Betondrucker in Portalbauweise mit jeweils linearer Achsenführung dargestellt. Dies ermöglicht eine Bewegung der Materialausgabeeinheit 4 entlang aller Translationsfreiheitsgrade x, y, z. Portaldrucker, insbesondere solche zur Fertigung von Bauteilen 2 aus Beton, sind grundsätzlich bereits bekannt, weshalb auf zusätzliche Details vorliegend nicht weiter eingegangen wird.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung des Schlauchmanagements bzw. die Verbesserung der Führung einer flexiblen Zuleitung 13 für den Baustoff zu der Materialausgabeeinheit 4. Die Zuleitung 13, in den Ausführungsbeispielen ein Förderschlauch für Trockenmörtel, ist in den Figuren 1 und 2 strichliniert angedeutet.
Gemäß dem Stand der Technik ist eine Traverse 14 vorgesehen, beispielsweise montiert an zwei der Vertikalstreben 12 der Vertikalführung 11 , an der eine Umlenkrolle 15 aufgehängt ist, über die der Förderschlauch 13 ausgehend von einer Materialaufbereitungseinheit 16 (als Black Box angedeutet) bis zu der Materialausgabeeinheit 4 geführt wird. Diese Art des Schlauchmanagements hat sich als nachteilig erwiesen, insbesondere aufgrund der aufwändigen Montierbarkeit, der fehlenden Zugänglichkeit zu dem Förderschlauch 13 während des Betriebs und des Risikos der Verdrillung des Förderschlauches 13.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäße Anordnung 1 zur additiven Fertigung eines Bauteils 2 mit verbessertem Schlauchmanagement. Figur 3 zeigt ein noch etwas konkreteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit weiteren Details in einem vergrößerten Ausschnitt der Vorrichtung 3, wobei der Förderschlauch 13 in den Figuren 3 bis 6 sowie 8 und 9 zur besseren Darstellbarkeit der einzelnen Komponenten ausgeblendet und in Figur 7 teilweise strichliniert gezeigt ist. Auf vorteilhafte Weise kann das vorgeschlagene, verbesserte Schlauchmanagementsystem mit der bestehenden Vorrichtung 3 verwendbar sein. Eine bestehende Vorrichtung 3 kann modular nachgerüstet werden. Aus diesem Grunde wird auf Details zu der Vorrichtung 3, die vorstehend bereits beschrieben wurden, nachfolgend nicht nochmals separat eingegangen und für die einzelnen Merkmale dieselben Bezugszeichen verwendet. Die Anwendung der Erfindung auf die Vorrichtung 3 gemäß den Figuren ist lediglich beispielhaft zu verstehen.
Im Gegensatz zum vorstehend beschriebenen Stand der Technik kann auf eine Traverse 14 und eine Umlenkrolle 15 zur Führung des Förderschlauchs 13 verzichtet werden. Hingegen ist eine kartesische Führung des Förderschlauchs 13 auf den jeweiligen horizontalen Achsen vorgesehen.
Die erste Horizontalführung 7 weist für die Zuführung der Zuleitung 13 bzw. des Förderschlauchs 13 eine konkrete Zuleitungsposition P auf, an der eine erste Umlenkeinheit 17 angeordnet und ausgebildet ist, die Zuleitung 13 zu führen und ausgehend von einem eingangsseitigen Verlauf quer zu der ersten Horizontalführung 7 in einen ausgangsseitigen Verlauf längs der ersten Horizontalführung 7 umzulenken.
Die erste Umlenkeinheit 17 ist in einer beispielhaften Variante in Figur 4 in einer Einzeldarstellung gezeigt. Die erste Umlenkeinheit 17 ist an der vorgesehenen Zuleitungsposition P starr bzw. in Längsrichtung y der ersten Horizontalführung 7 unbeweglich befestigt. Hierfür können beispielsweise Schrauben oder eine sonstige Verbindungsart vorgesehen sein.
Die Zuleitungsposition P ist vorzugsweise zwischen den Enden der ersten Horizontalführung 7 angeordnet, insbesondere im Wesentlichen mittig oder zumindest im mittleren Drittel der ersten Horizontalführung 7. Auf diese Weise kann die erforderliche Länge des Förderschlauchs 13 reduziert sein.
Für eine besonders vorteilhafte Führung und Umlenkung kann die erste Umlenkeinheit 17 (und die nachfolgend noch beschriebene, zweite Umlenkeinheit 18) zumindest einen ersten Umlenkabschnitt 19 aufweisen. Dieser erste Umlenkabschnitt 19 weist im Ausführungsbeispiel der Figur 4 eine horizontale Führungsrolle 20 auf, auf der die Zuleitung 13 aufzuliegen vermag, und zwei im Bereich der Enden der horizontalen Führungsrolle 20 angeordnete, vertikale Führungsrollen 21 , zwischen die die Zuleitung 13 einlegbar ist. Von dem ersten Umlenkabschnitt 19 beabstandet ist im Ausführungsbeispiel der Figur 4 ein zweiter Umlenkabschnitt 22 vorgesehen, der grundsätzlich denselben Aufbau aufweist und daher ebenfalls aus einer horizontalen Führungsrolle 20 und zwei vertikalen Führungsrollen 21 bestehen kann. Der Abstand zwischen dem ersten Umlenkabschnitt 19 und dem zweiten Umlenkabschnitt 22 ist mittels teleskopischer Verbinder 23 einstellbar.
Die erste Umlenkeinheit 17 ist in ihrem Verlauf bezogen auf die Arbeitsfläche 6 nach oben verschwenkt bzw. verkippt und weist vorzugsweise einen Schwenk- bzw. Kippwinkel a von etwa 45° auf. Auf diese Weise kann die Zuführung des Förderschlauchs 13 an die Zuleitungsposition P schonender erfolgen, insbesondere wenn der Förderschlauch 13 von unten zugeführt wird, wie insbesondere in Figur 3 dargestellt.
Wie zuvor bereits beschrieben, ist die erste Umlenkeinheit 17 entlang der ersten Horizontalführung 7 unbeweglich angeordnet. Allerdings ist die erste Umlenkeinheit 17 vorzugsweise entlang einer Drehachse (vgl. Doppelpfeil in Figur 4) ausgehend von einer Mittelstellung einseitig in Richtung der Enden der ersten Horizontalführung 7 drehbar befestigt. Auf diese Weise kann die Umlenkung des Förderschlauchs 13 abhängig von der vorgesehenen Position der Materialausgabeeinheit 4 in Richtung des ersten Endes der ersten Horizontalführung 7 oder in Richtung des zweiten Endes der ersten Horizontalführung 7 umgelenkt werden.
Es hat sich herausgestellt, dass eine Begrenzung der Drehbewegung der ersten Umlenkeinheit 17 vorteilhaft sein kann, insbesondere eine Begrenzung auf einen Drehwinkel von maximal 45°. Die Umlenkung kann dadurch schonender erfolgen bzw. innerhalb vorgegebener Grenzen, beispielsweise um den Knickwinkels des Förderschlauchs 13 zu begrenzen.
Wie sich anhand der Figuren 1 bis 3 gut erkennen lässt, ist die zweite Horizontalführung 9 bzw. der Querträger 10 der zweiten Horizontalführung 9 über einen jeweiligen Endabschnitt mit den Horizontalträgern 8 der ersten Horizontalführung 7 verbunden. Im Bereich des Endabschnitts der zweiten Horizontalführung 9, der der ersten Umlenkeinheit 17 zugewandt ist, ist eine zweite Umlenkeinheit 18 angeordnet und ausgebildet, die Zuleitung 13 zu führen und ausgehend von einem eingangsseitigen Verlauf quer zu der zweiten Horizontalführung 9 in einen ausgangsseitigen Verlauf längs der zweiten Horizontalführung 9 umzulenken. Die zweite Umlenkeinheit 18 ist in einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel in Figur 5 einzeln dargestellt und außerdem auch in Figur 3 gut erkennbar.
Die zweite Umlenkeinheit 18 ist konkret im Bereich eines der Enden des Querträgers 10 befestigt und entlang der zweiten Horizontalführung 9 (in x-Richtung) unbeweglich. Allerdings ist auch die zweite Umlenkeinheit 18 entlang einer Drehachse ausgehend von einer Mittelstellung, in der die zweite Umlenkeinheit 18 entlang der zweiten Horizontalführung 9 ausgerichtet ist, beidseitig drehbar befestigt (vgl. Doppelpfeil in Figur 5). Auf diese Weise kann die Übergabe des Förderschlauchs 13 ausgehend von der Längsrichtung der ersten Horizontalführung 7 zu der zweiten Horizontalführung 9 besonders schonend und exakt erfolgen.
Auch die zweite Umlenkeinheit 18 weist Umlenkabschnitte 19, 22 auf, die teleskopierbar voneinander be- abstandet sind. Für die Drehbewegung ist außerdem ebenfalls eine Begrenzung vorgesehen, beispielsweise eine Maximalauslenkung von beidseitig 45°.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass die zuvor beschriebenen Umlenkeinheiten 17, 18 in ihrer konkreten Ausgestaltung lediglich beispielhaft zu verstehen sind. Denkbar sind noch viele weitere Ausgestaltungen für vorteilhafte Umlenkeinheiten 17, 18. In der Regel ist es allerdings vorteilhaft, wenn die Umlenkeinheiten 17, 18 zumindest eine frei drehbare Führungsrolle 20, 21 für die Führung und/oder Umlenkung der Zuleitung 13 aufweist. Auch eine Führungsrolle 20, 21 ist allerdings nicht unbedingt erforderlich.
In Figur 6 ist beispielhaft eine Variante der zweiten Umlenkeinheit 18 dargestellt. An dieser Stelle sei generell betont, dass Merkmale, die im Zusammenhang mit der ersten Umlenkeinheit 17, der zweiten Umlenkeinheit 18 oder der dritten Umlenkeinheit 26 beschrieben werden, grundsätzlich unter den Umlenkeinheiten 17, 18, 26 austauschbar sein können, auch wenn dies nicht explizit erwähnt wird. Beispielsweise kann die in Figur 6 dargestellte Umlenkeinheit im Rahmen der Erfindung auch als erste Umlenkeinheit 17 verwendbar sein.
Bei der in Figur 6 dargestellten zweiten Umlenkeinheit 18 weist lediglich der zweite Umlenkabschnitt 22 eine horizontale Führungsrolle 20 auf. Der erste Umlenkabschnitt 19 weist hingegen voneinander flexibel beabstandbare vertikale Führungsrollen 21 auf, wodurch sich ein V-förmiger Verlauf für die zweite Umlenkeinheit 18 ergeben kann, wie dargestellt. Hierdurch kann gegebenenfalls das Einführen bzw. Weiterreichen des Förderschlauchs 13 vereinfacht sein. Bei der in Figur 6 dargestellten Variante der zweiten Umlenkeinheit 18 kann außerdem vorgesehen sein, dass nicht die gesamte zweite Umlenkeinheit 18 drehbar (oder zumindest einstellbar) ist, sondern lediglich die vertikalen Führungsrollen 21 des ersten Umlenkabschnitts 22 um eine jeweilige Drehachse der vertikalen Führungsrollen 21 des zweiten Umlenkabschnitts 19 (vgl. Doppelpfeile in Figur 6). Auch dies ist lediglich beispielhaft zu verstehen.
Wie in Figur 6 beispielhaft und strichliniert angedeutet kann außerdem optional vorgesehen sein, die Zuleitung 13 bogenförmig zu führen, indem weitere vertikale Führungsrollen 21 entlang des (teleskopischen) Verbinders 23 verteilt angeordnet sind. Das Handling bzw. die Führung der Zuleitung 13 kann hierdurch ggf. weiter optimiert werden.
Auf vorteilhafte Weise ist es möglich, die Zuleitung 13 bzw. den Förderschlauch 13 oberhalb einer von der Arbeitsfläche 6 abgewandten Oberseite der jeweiligen Horizontalführung 7, 9 zu führen und dabei optional auch von der Oberseite zu beabstanden, wie dargestellt. Um die Führung entlang bzw. auf den horizontalen Achsen weiter zu verbessern, können optional Stützelemente 24 vorgesehen sein, wie in den Figuren 1 bis 3 angedeutet und insbesondere in Figur 8 in einer vergrößerten Einzeldarstellung gezeigt. Die Stützelemente 24 können entlang der jeweiligen Horizontalführung 7, 9 verteilt angeordnet sein, vorzugsweise gleichmäßig verteilt, und an der jeweiligen Horizontalführung 7, 9 befestigt sein, insbesondere teleskopierbar befestigt. Die Stützelemente 24 vermögen eine Auflage für den Förderschlauch 13 auszubilden, um den Förderschlauch 13 entlang der jeweiligen Horizontalführung 7, 9 definiert abzustützen. Die Stützelemente 24 sind dabei, wie auch die Umlenkeinheiten 17, 18, jeweils ausgebildet, ein freies Einlegen des Förderschlauchs 13 und ein freies Entnehmen des Förderschlauchs 13 in vertikaler Richtung ("von oben") zu ermöglichen. Um ein einfaches Abrollen bzw. eine einfache Führung zu gewährleisten, weisen die Stützelemente 24 jeweils zumindest eine horizontale Führungsrolle 20 auf. Durch die vertikale Unterstützung der Zuleitung 13 kann diese leichter bewegt und dadurch unter anderem die benötigte Rückzugskraft einer Rückzugsautomatik reduziert werden. In Figur 8 ist eine Variante eines Stützelements 24 mit genau zwei horizontalen Führungsrollen 20 und in Figur 9 mit genau einer horizontalen Führungsrolle 20 gezeigt. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Stützelemente 24 optional auch noch vertikale Führungsrollen, z. B. kurze Seitenrollen, aufweisen können (ähnlich wie bei den Umlenkeinheiten 17, 18). Es sollte vorzugsweise aber sichergestellt sein, dass die vornehmlich vertikale Ablage und Entnahme der Zuleitung 13 während des Druckprozesses gewährleistet ist.
Um eine gewisse Verliersicherheit und Seitenführung für den Förderschlauch 13 bereitzustellen, sind die Stützelemente 24 keilförmig ausgebildet und weisen eine zentrale Vertiefung 25 bzw. eine konische/kon- kave Vertiefung für die Zuleitung 13 bzw. den Förderschlauch 13 auf. In Figur 8 wird die zentrale Vertiefung 25 dadurch ausgebildet, dass die beiden horizontalen Führungsrollen 20 zueinander gekippt und daher insgesamt V-förmig angeordnet sind. In Figur 9 ist die genau eine horizontale Führungsrolle 20 hingegen entsprechend konkav ausgeformt.
Wie sich gut in den Figuren 2, 3 und 7 erkennen lässt, ist ergänzend noch eine dritte Umlenkeinheit 26 vorgesehen, die die Zuleitung 13 zu führen und quer zu einem eingangsseitigen Verlauf in einen ausgangsseitigen Verlauf in Richtung der Arbeitsfläche 6 umzulenken vermag und die derart mit dem Materialausgabeeinheit 4 verbunden ist, dass die dritte Umlenkeinheit 26 zusammen mit der Materialausgabeeinheit 4 über die Arbeitsfläche 6 bewegbar ist. Diese dritte Umlenkeinheit 26 ist dabei mit einer ringförmig bzw. trichterförmigen Führungseinheit 27 der Materialausgabeeinheit teleskopierbar verbunden (vgl. insbesondere Figur 7). Die Führungseinheit 27 dient dazu, das finale Heranführen des Förderschlauchs 13 an die Materialausgabeeinheit 4 zu vereinfachen. Hierzu kann die Führungseinheit 27 optional drehbar sein (vgl. Doppelpfeil in Figur 7). Auch die dritte Umlenkeinheit 26 kann gegebenenfalls drehbar bzw. um die Führungseinheit 27 rotierbar mit der Führungseinheit 27 befestigt sein, insbesondere mit dem Vorteil eines größeren Montagebereichs. Eine Drehbarkeit der Führungseinheit 27 oder der dritten Umlenkeinheit 26 ist allerdings nicht unbedingt erforderlich.
Im Gegensatz zu der ersten Umlenkeinheit 17 und der zweiten Umlenkeinheit 18 weist die dritte Umlenkeinheit 26 beispielhaft keine Führungsrollen 20, 21 auf, sondern lediglich eine einfache U-förmige Aufnahme 28 und eine angewinkelte Auflage 29 für den Förderschlauch 13. Grundsätzlich kann die dritte Umlenkeinheit 26 allerdings auch eine oder mehrere Führungsrollen 20, 21 aufweisen und beispielsweise auch ausgebildet sein, wie im Rahmen der ersten Umlenkeinheit 17 und/oder der zweiten Umlenkeinheit 18 beschrieben.
Zur Zuführung der Zuleitung 13 bzw. des Förderschlauchs 13 an die Zuleitungsposition P kann eine Zuführeinrichtung 30 vorgesehen sein, die in Figur 2 vereinfacht als "Blackbox" und in Figur 3 in einer beispielhaften Ausgestaltung gezeigt ist. In Figur 3 weist die Zuführeinrichtung 30 eine Haspel 31 auf, von der der Förderschlauch 13 abgerollt werden kann. Die Verwendung einer Haspel 31 hat sich als besonders geeignet herausgestellt, da insbesondere in diesem Fall auch eine vergleichsweise einfache Rückzugsautomatik bereitgestellt werden kann (nicht dargestellt), die den Förderschlauch 13 unter einer definierten Zugkraft hält, was eine defi- nierte Führung oberhalb der Achsen bzw. Horizontalführungen 7, 9 weiter verbessern kann.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Vorrichtung (3) zur additiven Fertigung eines Bauteils
(2), aufweisend eine Materialausgabeeinheit (4) zur Abscheidung eines Baustoffes und eine Aktuatorbaugruppe (5) die ausgebildet ist, die Materialausgabeeinheit (4) über eine Arbeitsfläche (6) zu bewegen wobei die Aktuatorbaugruppe (5) für die Bewegung der Materialausgabeeinheit (4) zumindest eine erste Horizontalführung (7) und eine zweite Horizontalführung (9) aufweist, wobei die zweite Horizontalführung (9) einen Endabschnitt aufweist, über den die zweite Horizontalführung (9) mit der ersten Horizontalführung (7) verbunden ist, und wobei die zweite Horizontalführung (9) entlang der ersten Horizontalführung (7) bewegbar ist, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Zuleitungsposition (P) für eine mit der Materialausgabeeinheit (4) verbindbare, flexible Zuleitung (13) für den Baustoff, wobei im Bereich des mit der ersten Horizontalführung (7) verbundenen Endabschnitts der zweiten Horizontalführung (9) eine zweite Umlenkeinheit (18) angeordnet und ausgebildet ist, die Zuleitung (13) zu führen und ausgehend von einem eingangsseitigen Verlauf quer zu der zweiten Horizontalführung (9) in einen ausgangsseitigen Verlauf längs der zweiten Horizontalführung (9) umzulenken. Vorrichtung
(3) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Materialausgabeeinheit
(4) quer zu der ersten Horizontalführung (7) entlang der zweiten Horizontalführung (9) bewegbar ist. Vorrichtung (3) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zuleitungsposition (P) entlang der ersten Horizontalführung (7) angeordnet und vorzugsweise von den Enden der ersten Horizontalführung (7) beabstandet ist. Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine erste Umlenkeinheit (17), die an der Zuleitungsposition (P) angeordnet und ausgebildet ist, die Zuleitung (13) zu führen und ausgehend von einem eingangsseitigen Verlauf quer zu der ersten Horizontalführung (7) in einen ausgangsseitigen Verlauf längs zu der ersten Horizontalführung (7) umzulenken. Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Aktuatorbaugruppe
(5) eine Vertikalführung (11) aufweist, entlang der die Materialausgabeeinheit (4) vertikal zu der Arbeitsfläche (6) bewegbar ist.
6. Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine dritte Umlenkeinheit (26), die die Zuleitung (13) zu führen und quer zu einem eingangsseitigen Verlauf in einen ausgangsseitigen Verlauf in Richtung der Arbeitsfläche (6) umzulenken vermag, derart mit der Materialausgabeeinheit (4) verbunden ist, dass die dritte Umlenkeinheit (26) zusammen mit der Materialausgabeeinheit (4) über die Arbeitsfläche (6) bewegbar ist.
7. Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Horizontalführung (7), die zweite Horizontalführung (9) und/oder die Vertikalführung (11) jeweils zumindest eine Führungsstrebe (8, 10, 12) aufweisen, um eine gegenseitige Linearführung und eine Linearführung für die Materialausgabeeinheit (4) auszubilden.
8. Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zuleitungsposition (P) zwischen den Enden der ersten Horizontalführung (7) oder der zweiten Horizontalführung (9) angeordnet ist, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen mittig.
9. Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Umlenkeinheit (17) und/oder die zweite Umlenkeinheit (18) ausgebildet ist, die Zuleitung (13) oberhalb einer von der Arbeitsfläche (6) abgewandten Oberseite der jeweiligen Horizontalführung (7, 9) zu führen und vorzugsweise von der Oberseite zu beabstanden, vorzugsweise durch ein jeweiliges zwischen der Horizontalführung (7, 9) und der Umlenkeinheit (17, 18) angeordnetes Vertikalrohr.
10. Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Umlenkeinheit (17), die zweite Umlenkeinheit (18) und/oder die dritte Umlenkeinheit (26) wenigstens eine frei drehbare Führungsrolle (20, 21) für die Führung und/oder Umlenkung der Zuleitung (13) aufweist.
11. Vorrichtung (3) nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Umlenkeinheit (17), die zweite Umlenkeinheit (18) und/oder die dritte Umlenkeinheit (26) zumindest einen ersten Umlenkabschnitt (19) mit einer horizontalen Führungsrolle (20) aufweist, auf der die Zuleitung (13) aufzuliegen vermag, und zwei im Bereich der Enden der horizontalen Führungsrolle (20) angeordnete vertikalen Führungsrollen (21) aufweist, zwischen die die Zuleitung (13) einlegbar ist.
12. Vorrichtung (3) nach Anspruch 11 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Umlenkeinheit (17), die zweite Umlenkeinheit (18) und/oder die dritte Umlenkeinheit (26) zusätzlich zu dem ersten Umlenkabschnitt (19) einen von dem ersten Umlenkabschnitt (19) beab- standeten, zweiten Umlenkabschnitt (22) mit einer horizontalen Führungsrolle (20) aufweist, auf der die Zuleitung (13) aufzuliegen vermag, und zwei im Bereich der Enden der horizontalen Führungsrolle (20) angeordnete vertikalen Führungsrollen (21) aufweist, zwischen die die Zuleitung (13) einlegbar ist.
13. Vorrichtung (3) nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Abstand zwischen dem ersten Umlenkabschnitt (19) und dem zweiten Umlenkabschnitt (22) einstellbar ist.
14. Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 4 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Umlenkeinheit (17) entlang der ersten Horizontalführung (7) unbeweglich, jedoch ausgehend von einer Mittelstellung beidseitig in Richtung der Enden der ersten Horizontalführung (7) schwenkbar befestigt ist.
15. Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zweite Umlenkeinheit (18) entlang der zweiten Horizontalführung (9) unbeweglich, jedoch ausgehend von einer Mittelstellung, in der die zweite Umlenkeinheit (18) entlang der zweiten Horizontalführung (9) ausgerichtet ist, beidseitig schwenkbar befestigt ist.
16. Vorrichtung (3) nach Anspruch 14 oder 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schwenkbewegung der Umlenkeinheit (17, 18, 26) begrenzt ist, vorzugsweise ausgehend von der Mittelstellung beidseits auf einen Drehwinkel von maximal 60°, besonders bevorzugt auf einen Drehwinkel von maximal 45°.
17. Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h wenigstens ein Stützelement (24), das entlang der ersten Horizontalführung (7) und/oder der zweiten Horizontalführung (9) befestigt ist, um eine Auflage für die Zuleitung (13) auszubilden, die die Zuleitung (13) entlang der jeweiligen Horizontalführung (7, 9) abstützt.
18. Vorrichtung (3) nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das wenigstens eine Stützelement (24) zumindest eine horizontale Führungsrolle (20) aufweist.
19. Vorrichtung (3) nach Anspruch 17 oder 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das wenigstens eine Stützelement (24) keilförmig ausgebildet ist, um zur Führung und Verliersicherung der Zuleitung (13) eine zentrale Vertiefung (25) für die Zuleitung (13) auszubilden.
20. Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Umlenkeinheit (17), die zweite Umlenkeinheit (18), die dritte Umlenkeinheit (26) und/oder das wenigstens eine Stützelement (24) ausgebildet ist, ein freies Einlegen der Zuleitung (13) und ein freies Entnehmen der Zuleitung (13) in vertikaler Richtung zu ermöglichen.
21. Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Materialausgabeeinheit (4) eine ringförmige und/oder trichterförmige Führungseinheit (27) vorgeordnet ist, die zusammen mit der Materialausgabeeinheit (4) über der Arbeitsfläche (6) beweglich und ausgebildet ist, die Zuleitung (13) an die Materialausgabeeinheit (4) zu führen.
22. Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Zuführeinrichtung (30) für die Zuleitung (13) die ausgebildet ist, die Zuleitung (13) an die Zuleitungsposition (P) zuzuführen, insbesondere bedarfsweise von einer Haspel (31) abzurollen und/oder auf die Haspel (31) aufzuwickeln.
23. Vorrichtung (3) nach Anspruch 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zuführeinrichtung (30) eine Rückzugsautomatik aufweist, die die Zuleitung (13) unter einer definierten Zugkraft hält.
24. Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Materialausgabeeinheit (4) ausgebildet ist, um zur additiven Fertigung von Bauwerken oder Bauteilen (2) von Bauwerken als Baustoff fließfähig angemischten Beton abzuscheiden.
25. Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils (2), wobei eine Materialausgabeeinheit (4) zur Abscheidung eines Baustoffes mittels einer Aktuatorbaugruppe (5) über eine Arbeitsfläche (6) bewegt wird, aufweisend zumindest die folgenden Verfahrensschritte: a) Zuführen des Baustoffs an die Materialausgabeeinheit (4) mittels einer flexiblen Zuleitung (13); b) Zuführen der Zuleitung (13) quer zu einer zweiten Horizontalführung (7), entlang der die Materialausgabeeinheit (4) bewegt wird; und c) Führen und Umlenken der Zuleitung (13) ausgehend von ihrem eingangsseitigen Verlauf quer zu der zweiten Horizontalführung (7) in einen ausgangsseitigen Verlauf längs der zweiten Horizontalführung (7) mittels einer zweiten Umlenkeinheit (17).
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