ES2649395T3 - Método de fabricación de un componente de hormigón por medio de una tecnología de impresión 3d - Google Patents

Abstract

Procedimiento para fabricar un componente de hormigón usando tecnología de impresión 3D, en el que varias capas (5) de una mezcla seca de al menos una arena y un aglutinante hidráulico se depositan una sobre otra sobre una base (7), de manera que después de la aplicación de cada capa (5), la capa respectiva (5) se mezcla con agua, de manera que el contorno de la superficie que se mezcla con agua se correlaciona con la forma deseada del componente de hormigón a la largo de la altura de la capa respectiva (5) que se va a aplicar, de forma que una o varias escotaduras o muescas se configuran en el componente de hormigón por medio de la tecnología de impresión 3D, en las que se introduce una masa líquida o pastosa endurecible una vez completado el componente de hormigón, que se caracteriza por que la masa es un plástico o un metal.

Description

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DESCRIPCION

Metodo de fabricacion de un componente de hormigon por medio de una tecnologfa de impresion 3d

La invencion hace referencia a un metodo para fabricar un componente de hormigon usando tecnologfa 3D.

De la EP 2269808 A1 se conoce la fabricacion de un cuerpo sintetico por medio de una tecnologfa 3D. Para ello se conoce un molde con una base ajustable en una direccion vertical, de manera que la base se desliza hacia abajo respecto al montaje tipo capas del cuerpo en el molde. El cuerpo puede presentar pues unos cortes, salientes y cavidades.

De la EP 2063039 A1 se sabe como fundir un cuerpo de hormigon en un molde de tal forma que antes del proceso de fundicion se coloque en el molde un cuerpo hueco, por ejemplo, un tubo, que para el envasado de un material endurecible, pastoso, forme la escotadura.

La WO 2011/021080 A2 informa sobre un metodo conforme a la invencion para fabricar un componente de hormigon en tecnologfa de impresion 3D. Los componentes de hormigon se conocen en las distintas formas y magnitudes.

Antiguamente el hormigon solo se utilizaba en la fabricacion de obras, en particular edificios o incluso en puentes.

Con el paso del tiempo el campo de utilizacion del hormigon se ha ampliado. Asf por ejemplo se sabe como fabricar bancos de maquinas a partir del hormigon. Dichos bancos de maquinas ya no se fabrican a partir de un hormigon convencional, tal como se hacfa antiguamente en la industria de la construccion, sino que a partir de hormigon especial, y aqrn en particular a partir de mezclas de hormigon UHPC. Dichos hormigones ultrarresistentes se caracterizan entre otras cosas porque los componentes aqrn fabricados presentan unas dimensiones notablemente inferiores habiendo alcanzado los mismos valores de resistencia que los de los hormigones convencionales. Esto abre la posibilidad a este tipo de hormigones, que como ya se ha dicho no se emplean unicamente para la fabricacion de obras, sino para componentes que en su estructura son altamente complejos.

Ahora se sabe que el hormigon se funde en moldes para conseguir una forma. Pero este tipo de moldes tienen el inconveniente de que dependiendo de la complejidad del componente a fundir los moldes son muy caros. Puesto que esto es muy similar a lo que se dispone en la tecnica de fundicion por inyeccion de plasticos, los moldes se preparan con correderas. La fabricacion de moldes especiales para determinados componentes esta condicionada en general a que debido a los considerables costes del molde con el molde conocido, se ha fabricado un numero considerable de piezas que no amortizan un solo tipo de molde.

El cometido en el que se basa la invencion consiste pues en conseguir un procedimiento para fabricar componentes estructurados de hormigon con escotaduras, salientes de escalon y muescas que sea economico y permita a este respecto tambien la fabricacion de series pequenas economicas y ademas facilite la fabricacion de componentes de hormigon con mayor precision.

Para resolver este cometido sirven las caractensticas de la reivindicacion 1. Es decir sobre una base se depositan varias capas de una mezcla seca de al menos una arena y un aglutinante seco, por lo que al aplicar cada capa, la capa correspondiente se mezcla con agua, de manera que el perfil de la superficie que se ha mezclado con agua, se correlaciona con la forma deseada de componente de hormigon a la altura de las capas correspondientes aplicadas.

Mediante la tecnologfa 3D se configuran escotaduras y salientes en el componente de hormigon aplicandose una masa lfquida o pastosa endurecible. Es decir con el metodo conforme a la invencion se fabrican componentes de hormigon que hasta el momento solamente se han podido fabricar con grandes dificultades y unos costes considerables. En particular, los componentes de hormigon que se fabrican con este metodo tienen escotaduras que discurren en distintas direcciones espaciales.

Con la tecnologfa de impresion 3D se introduce en una impresora determinada la forma deseada del componente de hormigon, digitalizado en sus dimensiones. El proceso se lleva a cabo paso a paso pues inicialmente se aplica la mezcla seca a capas, y luego se realiza la humectacion de cada de las capas con agua.

Ademas en este conjunto se ha previsto que cada una de las capas se apliquen en determinados intervalos de tiempo de tal forma que la distancia temporal dependa del avance del proceso de curado o secado de la capa inferior correspondiente. Queda claro pues que el requisito para aplicar una nueva capa es que al menos la capa inferior se haya secado parcialmente. Esto es suficiente pues ya se sabe que la capa inferior correspondiente se humedece con agua en los lugares previstos para ello. Es decir, a la siguiente capa de mezcla se le aplica agua tras la humectacion de la capa anterior. Se garantiza un cierto secado para que al aplicar la siguiente capa la capa anterior se mantenga en su perfil y no se desplace debido a su propio peso o bien al peso de la capa o capas que se encuentran sobre ella. Por otro lado se tiene que garantizar que las capas presentan una cierta humedad que permite la union material entre cada una de las capas, para que se forme un componente homogeneo.

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En particular se ha demostrado que cuando la capa tiene un grosor de 0,05 mm hasta 5 mm y este es preferiblemente de 0,1 mm se necesita un intervalo de tiempo relativamente corto para el proceso de secado tras el pulverizado con agua, de manera que una vez finalizado el proceso de pulverizado ya se puede aplicar en el otro extremo de la capa la siguiente capa. Es decir, es posible una fabricacion o un acabado continuado.

En el caso de un dispositivo para fabricar un componente de hormigon que disponga de varias capas de una mezcla seca y se haya construido a base de al menos una arena y un aglutinante hidraulico, la capa mas externa se mezclara con agua. De la tecnica de impresion 3D se sabe como fabricar objetos tridimensionales (DE 10 2008 059 600 A1). Como material impreso se utilizan aquellos a base de resina epoxfdica y poliamida. Al utilizar resina epoxfdica y poliamida no existen limitaciones en el uso de cabezales para la descarga del material correspondiente.

La resina epoxfdica y tambien la poliamida son pulverizables a traves de boquillas en un estado lfquido o incluso pastoso, que son tan finas que es posible un contorneo del componente con una nitidez de contornos. En objetivo de la invencion no es solo la fabricacion de componentes a base de dichas resinas epoxfdicas o de poliamidas sino la fabricacion de componentes complejos, estructurados de hormigon. Para la fabricacion de hormigon se emplea al menos arena, asf como un aglutinante hidraulico, en particular cemento de Portland. La mezcla a base de una arena y un cemento es adecuada sin utilizar moldes para fabricar un componente de hormigon estructurado con una gran nitidez de contornos. Tan pronto como la ultima capa correspondiente o bien la capa mas externa de la mezcla seca de arena y aglutinante hidraulico se humedece con agua, existe la posibilidad de conseguir ademas de la humectacion mtida del contorno de las capas con agua tambien un componente con un contorno nftido. A la vista de todo esto se ha previsto para el dispositivo para fabricar el componente de hormigon que este comprenda dos cabezales de descarga que esten dispuestos en un soporte al menos en una direccion espacial, de manera que un cabezal sirva para la descarga de arena y de un aglutinante hidraulico y el otro cabezal para la descarga de agua.

Por lo tanto el cabezal de descarga de la mezcla seca discurrira al menos en una direccion espacial. En particular para el cabezal de descarga del agua se ha previsto una movilidad al menos bidimensional, preferiblemente tridimensional del cabezal, puesto que tal como se ha indicado el cabezal para el agua se ha configurado como un cabezal de rociado y en definitiva se debe conseguir el contorneo de las capas y con ello el contorneo del componente de hormigon compuesto capa a capa. Es decir, el cabezal de rociado se ha disenado a modo de cabezal a presion.

De acuerdo con otra caractenstica de la invencion se ha previsto que el cabezal de descarga tenga forma de ranura de descarga, de forma que la ranura de descarga presente un orificio tipo ranurado. A este respecto, se deduce la forma de actuacion siguiente para la fabricacion de un componente de hormigon contorneado con muescas y/o espacios huecos. Inicialmente el cabezal de descarga disenado como ranura de descarga se desplaza a una velocidad moderada por una capa de base. Por el orificio a modo de ranura de la ranura de descarga se descarga la mezcla seca de arena y aglutinante hidraulico a modo de capa sobre la base. Inmediatamente despues se roda la capa con agua. El rociado de la capa con agua se realiza por medio del cabezal de descarga disenado a modo de cabezal a presion o cabezal pulverizador y se sigue el contorno del componente deseado. Es decir, que mediante la descarga, varias capas, una sobre otra, forman un cuerpo, por ejemplo, en forma de sillar. Tanto para la descarga de la mezcla seca como para la descarga de agua, los cabezales se desplazaran preferiblemente en vertical.

Alternativamente se puede pensar que se puede hacer descender la base sobre la que se ha construido el sillar.

En el sillar se encuentra el componente estructural deseado. Puesto que la humectacion con agua solamente se realiza en las zonas que forman o configuran en definitiva el componente de hormigon estructurado, las zonas restantes no se humedecen con agua. Es decir que allf tampoco se realiza ninguna union con el hormigon. Si ahora se saca el propio componente del sillar, queda un polvo o un resto granulado en la mezcla que no se ha unido, solamente en base al hecho de que determinadas zonas de las capas no han entrado en contacto con el agua. Los espacios huecos en el componente de hormigon estructurado deben ser aspirados o explosionados, para liberar los espacios huecos y ello se hace a traves de las muescas o cortes de la mezcla. En otro lugar se ha aclarado que el montaje en forma de capas de un determinado componente de hormigon se puede llevar a cabo basicamente solo si despues del pulverizado con agua de cada capa esta capa no se cubre con otra capa hasta que tiene un volumen determinado. En el caso de grosores de capa mmimos este proceso va rapido por lo que es posible una descarga y una humectacion continuas. En caso de que el montaje tipo capas fuera demasiado rapido, es decir, sin esperar a la union de cada una de las capas, todo el cuerpo finalmente se desmontana debido a una sobrecarga de las capas inferiores.

Un componente de hormigon que se ha fabricado segun el metodo descrito se caracteriza por una o varias escotaduras, por ejemplo, espacios huecos a modo de tubos, por los que circula una masa pastosa o lfquida endurecible. La masa se ha configurado a base de material sintetico o consta de metales lfquidos. Se sabe que los componentes de hormigon en gran medida son capaces de mantener fuerzas de compresion, en general fuerzas de traccion incluso en caso de volumenes pequenos. Para que con un componente de hormigon se puedan transferir fuerzas de traccion siempre es necesario el empleo de armaduras o refuerzos. Los mas conocidos son los llamados aceros de construccion que presentan nervaduras para incrementar la friccion en un componente de hormigon por su cara exterior. En particular en los componentes de hormigon fuertemente estructurados y contorneados, como los

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objetos de la presente invencion, apenas es posible introducir armaduras o refuerzos. Por lo que cuando se fabrican componentes estructurados de este tipo existe la posibilidad de prever en la fabricacion del componente de hormigon unas escotaduras cuya geometna sea optima para que el flujo de fuerza pueda adaptarse y estas puedan ser absorbidas por el volumen de hormigon correspondiente. Tras la fabricacion del componente de hormigon se descarga en las escotaduras la masa lfquida o pastosa endurecible tal como se ha mencionado antes. Este tipo de plasticos o metales, que se vierten en las correspondientes escotaduras en el componente de hormigon pueden servir de armaduras. Resulta inmediatamente evidente que en un componente fabricado conforme al metodo segun la invencion no solamente se transfieren fuerzas de presion sino tambien fuerzas de traccion. Tambien queda claro que las escotaduras en el componente de hormigon sirven para la recogida de materiales que son capaces de transferir las fuerzas de traccion como es el caso de los plasticos y de los metales. Por tanto se forma un componente compacto cuya capacidad de carga o fuerza portante puede ser mayor que la de sus propios componentes.

Segun una caractenstica especial se ha previsto en este contexto que la masa en un estado endurecido se disponga sobre la escotadura para conseguir inmediatamente la union con otro componente de hormigon.

Con ayuda de las figuras siguientes se aclara la invencion.

Fig. 1 muestra esquematicamente un componente de hormigon del tipo conforme a la invencion;

Fig. 2 muestra una vision desde arriba del componente de hormigon de la figura 1;

Fig. 2a muestra una configuracion del espacio hueco en una vision del componente de hormigon conforme a la lmea lla/IIa de la figura 1;

Fig. 3 muestra un dispositivo para fabricar un componente de hormigon en una representacion esquematica;

Fig. 4 muestra una vision lateral de la figura 3;

De acuerdo con la representacion de la figura 1 al componente de hormigon se le atribuye el numero 1. El componente de hormigon 1 muestra tres escotaduras 2 una solapada a la otra, que sirven para la recepcion de un refuerzo o armadura. Las escotaduras discurren en tres direcciones espaciales y ello abre las distintas posibilidades del metodo conforme a la invencion.

De la fig. 2 y de la fig. 2a puede ver la estructura en la zona de la escotadura 2 superior y media o central, que discurre inclinada por el componente de hormigon. Se pueden ver cada una de las capas 5 del componente de hormigon en la zona de la escotadura 2 que discurren hacia fuera a modo de escalones, para que luego tras alcanzar los vertices laterales de la escotadura algo redondeada vuelvan juntas hacia arriba. La fabricacion de la escotadura 2 se realiza individualmente de manera que, tal como se ha indicado, cada una de las capas de la mezcla seca se deposite una sobre otra. Las capas se humedeceran con agua unicamente en el lugar en que se deban unirse para la formacion del componente de hormigon. A este respecto, en el espacio nuevo configurado se disponen tambien capas de la mezcla seca que no deben ser pulverizadas con agua. La mezcla seca no conexionada que se encuentra en la escotadura gotea o corre lentamente por fuera de la escotadura o bien es explosionada.

El dispositivo conforme a la figura 3 se caracteriza por un cabezal de descarga 10 desplazable en tres direcciones espaciales, que se ha configurado como una ranura de descarga y que se dispone en un travesano o traversa 21. La traversa 21 se aguanta mediante dos apoyos o puntales22, que se desplazan por carriles o railes 23 en la direccion de la flecha 25. La traversa 21 se mantiene vertical mediante los dos soportes 22 (flecha 25). La traversa 21 forma con los railes 23 y los apoyos 22 el soporte 20. En el cabezal de descarga 10 se encuentra otro cabezal de descarga configurado como un cabezal rociador, que sirve para la descarga del agua.

La ranura de descarga dispuesta para desplazarse desde la traversa en la direccion de la flecha 30 asf como el cabezal 27 configurado como cabezal rociador son por tanto desplazables en las tres direcciones espaciales. El cabezal configurado como ranura de descarga 10 presenta un orificio 11 a modo de ranura en el lateral inferior para la mezcla de aglutinante hidraulico y arena. El cabezal pulverizador sirve para el rociado de agua.

La forma de proceder para fabricar un componente de hormigon estructurado se representa tal como sigue: Inicialmente se aplica una capa de la mezcla de aglutinante hidraulico y arena sobre la base 7 mediante el cabezal de descarga 10 configurado como una ranura de descarga. La capa tiene forma rectangular en la vista en planta.

Luego la capa se rocfa con agua segun el contorno deseado. Una vez se ha unido la capa o bien se ha unido parcialmente, de manera que esta ngida, se aplica una nueva capa de la mezcla seca en una forma rectangular sobre esta primera capa. Entonces esta capa es rociada con agua siguiendo el contorno deseado. Todo el proceso avanza paso a paso hasta que el cuerpo se ha fabricado como una pieza de hormigon. Luego la pieza de hormigon

es retirada de la base o soporte. La mezcla no ligada se separa de la pieza de hormigon o del cuerpo de hormigon; los espacios huecos en la pieza de hormigon se podran cerrar con aire a presion.

En los espacios huecos se colocara una masa endurecible, que tras el endurecimiento es capaz de absorber las 5 fuerzas de traccion. Para endurecer la masa se cuestiona qm el uso de un plastico, por ejemplo, una resina sintetica.

Claims (3)

1. REIVINDICACIONES

   1. Procedimiento para fabricar un componente de hormigon usando tecnolog^a de impresion 3D, en el que varias

   5 capas (5) de una mezcla seca de al menos una arena y un aglutinante hidraulico se depositan una sobre otra

   sobre una base (7), de manera que despues de la aplicacion de cada capa (5), la capa respectiva (5) se mezcla con agua, de manera que el contorno de la superficie que se mezcla con agua se correlaciona con la forma deseada del componente de hormigon a la largo de la altura de la capa respectiva (5) que se va a aplicar, de forma que una o varias escotaduras o muescas se configuran en el componente de hormigon por medio de la 10 tecnologfa de impresion 3D, en las que se introduce una masa lfquida o pastosa endurecible una vez completado

   el componente de hormigon, que se caracteriza por que la masa es un plastico o un metal.
2. 2. Procedimiento conforme a la reivindicacion 1, que se caracteriza por que cada una de las capas (5) se va aplicando a intervalos determinados de tiempo, de manera que los intervalos temporales dependen del avance

   15 del proceso de secado de la capa inferior correspondiente.
3. 3. Procedimiento conforme a la reivindicacion 1 o 2, que se caracteriza por que las capas (5) presentan un grosor de 0,05 hasta 5 mm, preferiblemente de 0,1 mm.

   2 0 4. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que la masa sobresale

   en un estado endurecido por la escotadura (2).