ES2910154T3

ES2910154T3 - Sistema de extrusión de cordones de material de construcción para robot de fabricación aditiva de estructuras arquitectónicas que comprende un dispositivo de inserción de fibras de refuerzo

Info

Publication number: ES2910154T3
Application number: ES18752601T
Authority: ES
Inventors: Philippe Roux; Alban Mallet; Charles Bouyssou; Zakeri Mahriz Akhavan
Original assignee: Xtreee
Current assignee: Xtreee
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2022-05-11
Anticipated expiration: 2038-07-20
Also published as: WO2019038491A1; EP3638473B1; EP3638473A1; FR3070302A1; FR3070302B1

Abstract

Sistema de extrusión de cordones (9) de material de construcción para robot de fabricación aditiva (8) de estructuras arquitectónicas (6) que comprende: - un cabezal de extrusión (30) de cordones de material de construcción que comprende una boca de entrada (31) de material de construcción, una boquilla de salida (34) configurada para formar unos cordones (9) de material de construcción y una bomba de dosificación (51) configurada para poder vehicular el material de construcción de la boca de entrada (31) hacia la boquilla de salida (34), estando dicho cabezal de extrusión (30) destinado a ser desplazado por el robot de fabricación aditiva (8) según una trayectoria predeterminada para formar una estructura arquitectónica (6) por apilamiento de capas de dichos cordones extrudidos (8), - un circuito de alimentación (20) de material de construcción de dicho cabezal de extrusión (30) que comprende un tanque de almacenamiento (10) de material de construcción, una conducción de alimentación (21) de material de construcción que conecta dicho tanque de almacenamiento (10) y dicho cabezal de extrusión (30) y una bomba de cebado (22) de dicha conducción de alimentación (21) de material de construcción procedente del tanque de almacenamiento (10), caracterizado por que comprende, además, un dispositivo de proyección (40) de fibras de refuerzo estructural (48) de los cordones extrudidos (9) adaptado para poder proyectar e insertar en los cordones extrudidos por dicho cabezal de extrusión, unas fibras de refuerzo estructural (48) de estos cordones, comprendiendo dicho dispositivo de proyección de fibras: - una fuente (41) de fibras, - unos medios de propulsión (43) de las fibras en los cordones extrudidos, - unos medios de transporte (42) de las fibras de la fuente (41) de fibras hacia los medios de propulsión (43) de las fibras.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de extrusión de cordones de material de construcción para robot de fabricación aditiva de estructuras arquitectónicas que comprende un dispositivo de inserción de fibras de refuerzo

1. Campo técnico de la invención

La invención se refiere a la fabricación aditiva de materiales de construcción. La invención se refiere, más particularmente, a un cabezal de extrusión de cordones de material de construcción para robot de fabricación aditiva de estructuras arquitectónicas por apilamiento de capas sucesivas de cordones extrudidos. La invención se refiere, igualmente, a un robot de fabricación aditiva de estructuras arquitectónicas que comprende un sistema de extrusión de este tipo. La invención se refiere, igualmente, a un procedimiento de extrusión de cordones de materiales de construcción.

2. Antecedentes de la técnica

En todo el texto, la expresión "materiales de construcción" designa cualesquiera tipos de materiales que se pueden utilizar para producir unas estructuras arquitectónicas por apilamiento de capas de cordones extrudidos de estos materiales. Se trata, por ejemplo, de materiales cementosos, de materiales arcillosos, de materiales a base de yeso y, de una manera general, de cualesquiera materiales de pastas viscosas compatibles con la fabricación aditiva de estructuras arquitectónicas.

En todo el texto, la expresión "estructuras arquitectónicas" designa a la vez unos elementos de construcción individuales (puente, pilar, muro, mobiliario urbano, etc.), unas estructuras completas (edificio, casa, inmueble, etc.) y unas piezas arquitectónicas diversas (obras artísticas, esculturas, etc.).

La fabricación aditiva de estructuras arquitectónicas por apilamiento de capas de cordones extrudidos, de la que deriva la impresión 3D de materiales de construcción, en particular, de material cementoso, es una nueva tecnología muy prometedora en el campo de la arquitectura y de la construcción.

En efecto, la impresión 3D de material de construcción aporta unas numerosas ventajas con respecto a las técnicas tradicionales, de entre las que, en concreto, la posibilidad de poder realizar unas formas complejas por añadidura de capas sucesivas de material de construcción, la rapidez de las operaciones de construcción, la reducción de los costes y de la mano de obra, una seguridad mejorada sobre las obras de construcción, etc.

El dominio de la impresión 3D de material de construcción recurre a unas competencias en el campo de la mecánica de los fluidos, la mecánica, la electrónica y la ingeniería civil. La extrusión de material de construcción destinada a la fabricación de una estructura arquitectónica implementa un cabezal de extrusión (también designado, a veces, por la expresión de cabezal de impresión) que comprende una boca de entrada de material de construcción, una boquilla de salida de material de construcción y una bomba de dosificación configurada para poder vehicular el material de construcción de la boca de entrada hacia la boquilla de salida. La extrusión de material de construcción implementa, igualmente, un circuito de alimentación del cabezal de extrusión de material de construcción que comprende un tanque de almacenamiento de material de construcción, una conducción que conecta el tanque de almacenamiento y la entrada del cabezal de extrusión y una bomba de cebado de la conducción de alimentación de material de construcción procedente del tanque de almacenamiento.

El cabezal de extrusión está destinado a ser desplazado por un sistema de posicionamiento, tal como un brazo articulado de un robot, a lo largo de una trayectoria predeterminada, para poder formar una pieza arquitectónica por apilamiento de capas sucesivas de cordones extrudidos.

Se conoce que una estructura arquitectónica formada a partir de materiales de pastas viscosas, en particular, de materiales cementosos resiste bien a la compresión, pero bastante poco a la tracción.

En el marco de las técnicas tradicionales de construcción, este problema se ha resuelto utilizando unos armazones de acero en las zonas críticas, con el fin de reforzar localmente el material. Se conoce, igualmente, que se utiliza hormigón con fibras, que es una mezcla de hormigón y de fibras repartidas en el hormigón. Estas fibras son, por ejemplo, unas fibras metálicas, poliméricas, orgánicas, etc. y desempeñan el papel de armazones infinitesimales. Esta técnica habitual en el campo de la construcción tradicional no puede trasladarse al campo de la impresión 3D. En efecto, como se ha indicado anteriormente, un sistema de extrusión para impresión 3D implementa un cabezal de extrusión que comprende una entrada de material de construcción, una boquilla de salida de material de construcción y una bomba de dosificación configurada para poder vehicular el material de construcción de la boca de entrada hacia la boquilla de salida. Además, el sistema de extrusión también comprende un tanque de almacenamiento de material de construcción y un circuito de alimentación del cabezal de extrusión que se extiende entre el tanque de almacenamiento y el cabezal de extrusión. Este circuito comprende una bomba de cebado del circuito de alimentación de material de construcción.

En otros términos, la presencia indispensable de las bombas de dosificación y de cebado no permite utilizar un material con fibras rígido, tal como se implementa en las técnicas tradicionales, salvo que se deterioren rápidamente las bombas de dosificación y de cebado del sistema de extrusión.

También, una de las soluciones utilizadas en el campo de la impresión 3D de estructuras arquitectónicas consiste en diseñar aguas arriba unas geometrías de estructuras que limitan los esfuerzos de tracción. Esta solución presenta, por supuesto, el inconveniente de limitar las geometrías posibles, lo que es un freno para una gran variedad de proyectos de arquitectura.

Otra solución propuesta consiste en prever, durante la impresión de la pieza, unas cavidades que, posteriormente, van a acomodar un material colado de refuerzo de la estructura. Un material colado de este tipo es, por ejemplo, hormigón armado, hormigón pretensado, hormigón con fibras tradicional, etc. El inconveniente de esta solución es que aumenta la duración de las obras de construcción, necesita una mano de obra importante e impone la utilización de materiales de refuerzo específicos que, a veces, son costosos.

Otra solución propuesta consiste en realizar, previamente a la impresión de la pieza arquitectónica, una estructura metálica alrededor de la que se realiza la extrusión de los cordones de material de construcción. Esta solución presenta el inconveniente de complicar las operaciones imponiendo, en concreto, la fabricación de un armazón metálico previamente a la impresión. Además, esto complica las operaciones de desplazamiento del cabezal de extrusión alrededor del armazón metálico. Igualmente, pueden ponerse de manifiesto unos problemas de adherencia entre el armazón metálico y el material de construcción. Por último, la cantidad de material de construcción a extrudir puede ser importante para revestir el armazón.

El documento US2017129153A1 divulga un sistema de extrusión de cordones de material según el preámbulo de la reivindicación 1.

Ninguna de las soluciones propuestas actualmente es totalmente satisfactoria. También, los inventores han buscado proponer una nueva solución que permita reforzar las estructuras arquitectónicas procedentes de la fabricación aditiva de material de construcción, en particular, la resistencia a la tracción de estas estructuras.

3. Objetivos de la invención

Por lo tanto, la invención tiene como propósito proporcionar un sistema de extrusión de material de construcción, en particular, de material cementoso, que permite resolver al menos ciertos de los inconvenientes de las soluciones anteriores.

La invención tiene como propósito, en particular, proporcionar, en al menos un modo de realización, un sistema de extrusión de material de construcción, en particular, de material cementoso, que permite fabricar unas estructuras arquitectónicas que resisten a la tracción.

La invención también tiene como propósito proporcionar, en al menos un modo de realización de la invención, un sistema de extrusión que permite fabricar unas estructuras arquitectónicas cuya geometría no está impuesta por unas restricciones de resistencia a la tracción.

La invención también tiene como propósito proporcionar, en al menos un modo de realización de la invención, un sistema de extrusión que permite la fabricación de estructuras arquitectónicas de manera precisa, estable, repetible y a menor coste.

La invención también tiene como propósito proporcionar, en al menos un modo de realización de la invención, un sistema de extrusión que permite reforzar la cohesión de dos capas de cordones superpuestas.

La invención también tiene como objetivo proporcionar un robot equipado con un sistema de extrusión de cordones de material de construcción según la invención.

Por último, la invención tiene como objetivo proporcionar un procedimiento de extrusión de cordones de material de construcción.

4. Exposición de la invención

Para hacer esto, la invención se refiere a un sistema de extrusión de cordones de material de construcción para robot de fabricación aditiva de estructuras arquitectónicas que comprende:

- un cabezal de extrusión de cordones de material de construcción que comprende una boca de entrada de material de construcción, una boquilla de salida configurada para formar unos cordones de material de construcción y una bomba de dosificación configurada para poder vehicular el material de construcción de la boca de entrada hacia la boquilla de salida, estando dicho cabezal destinado a ser desplazado por el robot de fabricación aditiva según una trayectoria predeterminada para formar una estructura arquitectónica por apilamiento de capas de dichos cordones extrudidos,

- un circuito de alimentación de material de construcción de dicho cabezal de extrusión que comprende un tanque de almacenamiento de material de construcción, una conducción de alimentación de material de construcción que conecta dicho tanque de almacenamiento y dicho cabezal de extrusión y una bomba de cebado de dicha conducción de alimentación de material de construcción procedente el tanque de almacenamiento.

Un sistema de extrusión según la invención está caracterizado por que comprende, además, un dispositivo de proyección de fibras de refuerzo estructural de los cordones extrudidos adaptado para poder proyectar e insertar, en los cordones extrudidos por dicho cabezal de extrusión, unas fibras de refuerzo estructural de estos cordones, comprendiendo dicho dispositivo de proyección:

- una fuente de fibras,

- unos medios de propulsión de las fibras en los cordones extrudidos,

- unos medios de transporte de las fibras de la fuente de fibras hacia los medios de propulsión de las fibras.

Por lo tanto, un sistema según la invención comprende un dispositivo configurado para poder proyectar e insertar unas fibras de refuerzo en los cordones extrudidos. Por lo tanto, un sistema según la invención permite reforzar los cordones y, en concreto, su resistencia a la tracción insertando en los cordones extrudidos unas fibras de refuerzo. También, las fibras no se mezclan con el material de construcción previamente a la fabricación de una estructura arquitectónica y, por lo tanto, no corren el riesgo de deteriorar las bombas de cebado y de dosificación del sistema de extrusión, sino que se insertan en los cordones extrudidos después de su salida del cabezal de extrusión. En otros términos, las fibras no se transportan por el circuito de alimentación y por el cabezal de extrusión, sino que se insertan después del depósito de los cordones de material cementoso.

Además, y según la invención, las fibras se proyectan hacia los cordones extrudidos, es decir, propulsar hacia los cordones extrudidos para insertarse ahí. Un dispositivo de proyección de este tipo comprende una fuente de fibras, que puede ser de cualquier tipo. Puede tratarse de una fuente de fibras individuales proporcionadas a granel en un tanque de fibras, tal como una tolva o una fibra continua que se recorta previamente a la inserción en los cordones extrudidos. Esta variante prevé, igualmente, unos medios de transporte de las fibras hasta unos medios de propulsión de las fibras en los cordones extrudidos.

Ventajosamente y según la invención, los medios de propulsión de las fibras están configurados para propulsar las fibras en los cordones extrudidos según una dirección no colineal a la dirección a lo largo de la que se extienden los cordones extrudidos después de extrusión.

Ventajosamente, la dirección de las fibras proyectadas en los cordones extrudidos coincide con la dirección de las solicitaciones preponderantes de las cargas de la estructura una vez fabricada.

Esta proyección según una dirección no colineal a la dirección a lo largo de la que se extienden los cordones después de extrusión permite reforzar la cohesión entre dos cordones extrudidos superpuestos. La configuración del dispositivo de propulsión que permite esta propulsión de las fibras según una dirección no colineal, por ejemplo, perpendicular, a la dirección de los cordones depende de la orientación del dispositivo de propulsión y/o de la estructura del dispositivo.

Ventajosamente y según esta variante de la invención, las fibras son metálicas y los medios de propulsión de las fibras metálicas comprenden un electroimán hueco dispuesto alrededor de un tubo de guía de las fibras metálicas, estando dicho electroimán conectado a una fuente de alimentación eléctrica para poder crear un campo magnético de propulsión de las fibras metálicas en dicho tubo de guía.

Esta variante de la invención particularmente ventajosa prevé unas fibras metálicas, por lo menos ferromagnéticas y unos medios de propulsión magnética de las fibras metálicas hacia los cordones extrudidos. Estos medios de propulsión magnética permiten insertar las fibras en los cordones sin contacto mecánico entre los medios de propulsión y las fibras. La propulsión magnética de las fibras implementa un electroimán, tal como un solenoide, alimentado por una fuente de energía eléctrica. La alimentación de corriente del solenoide crea un campo magnético en el tubo de guía, lo que permite propulsar las fibras metálicas en el interior del tubo y expulsarlas en el exterior del tubo hacia los cordones extrudidos. Para hacer esto, el tubo de guía debe orientarse de tal modo que su salida esté orientada hacia los cordones extrudidos a reforzar.

Ventajosamente y según esta variante, la fuente de alimentación comprende unos dispositivos de control de la energía eléctrica proporcionada a dicho electroimán conectados a una unidad de mando de estos dispositivos de control para poder parametrizar la profundidad de penetración de las fibras proyectadas en los cordones extrudidos. Esta variante ventajosa permite controlar la profundidad de penetración de las fibras controlando la energía proporcionada al electroimán. Estos dispositivos de control son, por ejemplo, unos condensadores.

Según otra variante, los medios de propulsión comprenden una fuente de aire comprimido configurada para poder liberar una cantidad de aire predeterminada al mando para propulsar la fibra hacia los cordones extrudidos a reforzar, potencialmente por mediación de una pieza mecánica, tal como un pistón.

Sea el que sea el modo de realización de los medios de propulsión, los medios de transporte comprenden ventajosamente unos rodillos de transporte de las fibras de dicha fuente de fibras hacia dichos medios de propulsión de las fibras.

Estos rodillos de transporte permiten desplazar las fibras de la fuente de fibras hasta los medios de propulsión. Estos rodillos son, por ejemplo, arrastrados en rotación por unos motores eléctricos o cualesquiera medios equivalentes y llegan a apoyarse contra las fibras para desplazarlas de la fuente de fibras hacia los medios de propulsión.

Según una variante ventajosa, dichos rodillos de transporte están alojados en dicho tubo de guía.

Según una variante ventajosa, la fuente de fibras comprende al menos una bobina continua de fibras asociada a unos medios de recorte de la bobina en fibras individuales.

Esta variante prevé una bobina de fibras, que está formada, por ejemplo, por una bobina de hilo metálico, asociada a unos medios de recorte del hilo de la bobina para formar unas fibras de dimensión adaptada a la proyección en los cordones extrudidos.

Ventajosamente, dichos medios de recorte del hilo de la bobina están formados por al menos un rodillo de transporte equipado con al menos una incisión de recorte configurada para poder cortar el hilo de la bobina en el momento del contacto entre la incisión de recorte del rodillo de guía y el hilo de la bobina.

Esta variante ventajosa implementa al menos un rodillo, preferentemente un par de rodillos dispuestos en oposición a cada lado del hilo metálico, que comprende una incisión de recorte, de modo que durante el paso del hilo sobre la incisión de recorte, el hilo metálico se corta para formar una fibra, que, entonces, puede proyectarse hacia un cordón extrudido por los medios de propulsión, que son preferentemente unos medios de propulsión magnética. En el caso en que los rodillos de transporte están alojados en el tubo de guía, los medios de propulsión están preferentemente dispuestos aguas abajo de los rodillos de recorte, de modo que la fibra pueda proyectarse desde el momento en que se realiza el recorte de la fibra.

Ventajosamente y según la invención, el dispositivo de inserción de fibras lo lleva el cabezal de extrusión por mediación de un soporte de montaje.

Esta variante ventajosa permite vincular los desplazamientos del cabezal de extrusión a los desplazamientos del dispositivo de inserción de fibras. En particular, esta variante ventajosa permite insertar las fibras de refuerzo de manera sincronizada con la extrusión de los cordones.

Según una variante de la invención, el cabezal de extrusión comprende una carcasa que se extiende a lo largo de una dirección, denominada dirección longitudinal, y el soporte de montaje que lleva el dispositivo de inserción está montado móvil en rotación sobre dicha carcasa del cabezal de extrusión alrededor de un eje que se extiende a lo largo de dicha dirección longitudinal.

También, el dispositivo de inserción de fibras puede posicionarse frente a no importa qué cordón extrudido, sea la que sea su orientación. En particular, esta variante permite reforzar los cordones al nivel de las curvaturas y ángulos de la estructura arquitectónica.

La invención se refiere, igualmente, a un robot de fabricación aditiva de estructuras arquitectónicas que comprende un sistema de posicionamiento, tal como un brazo articulado, pilotado por una unidad de mando y un sistema de extrusión que comprende un cabezal de extrusión montado sobre dicho sistema de posicionamiento, de modo que el desplazamiento del sistema de posicionamiento que lleva dicho cabezal de extrusión según una trayectoria predeterminada permita la fabricación de una estructura arquitectónica por apilamiento de capas de cordones de material de construcción, caracterizado por que dicho sistema de extrusión es de acuerdo con la invención.

La invención se refiere, igualmente, a un procedimiento de extrusión de cordones de material cementoso para robot de fabricación aditiva de estructuras arquitectónicas que comprende:

- una etapa de alimentación de material cementoso de un cabezal de extrusión de cordones de material cementoso a partir de un tanque de almacenamiento de material cementoso,

- una etapa de extrusión de cordones de material cementoso por un cabezal de extrusión que comprende una boca de entrada de material cementoso y una boquilla de salida configurada para formar unos cordones de material cementoso,

- una etapa de refuerzo de los cordones extrudidos por inserción de fibras de refuerzo estructural en los cordones extrudidos, que utiliza el robot.

Un procedimiento según la invención se implementa ventajosamente por un sistema de extrusión según la invención y un sistema de extrusión según la invención implementa ventajosamente un procedimiento según la invención. La invención se refiere, igualmente, a un sistema de extrusión y a un robot de fabricación aditiva caracterizados en combinación por todo o parte de las características mencionadas más arriba o en lo sucesivo.

5. Lista de las figuras

Otras finalidades, características y ventajas de la invención se pondrán de manifiesto con la lectura de la siguiente descripción dada a título únicamente no limitativo y que hace referencia a las figuras adjuntas en las que:

- la figura 1 es una vista esquemática de un sistema de extrusión según un modo de realización de la invención, - la figura 2 es una vista esquemática de un cabezal de extrusión de un sistema de extrusión según un modo de realización de la invención,

- la figura 3 es una vista esquemática de un dispositivo de proyección de fibras montado sobre un cabezal de extrusión, parcialmente representado, de un sistema de extrusión según un modo de realización de la invención, - la figura 4 es una vista esquemática detallada de los medios de propulsión y de los medios de guía de un dispositivo de proyección de un sistema de extrusión según un modo de realización de la invención,

- la figura 5 es una vista esquemática de un robot de fabricación aditiva según un modo de realización de la invención,

- la figura 6 es una vista esquemática de un procedimiento de extrusión según un modo de realización de la invención.

6. Descripción detallada de un modo de realización de la invención

En las figuras, las escalas y las proporciones no se respetan estrictamente y esto, con unos fines de ilustración y de claridad. En toda la descripción detallada que sigue con referencia a las figuras, salvo indicación contraria, cada elemento del sistema de extrusión se describe tal como está dispuesto cuando el sistema de extrusión se implementa en el marco de la fabricación de una estructura arquitectónica por apilamiento de capas de cordones extrudidos.

Además, los elementos idénticos, similares o análogos se designan por las mismas referencias en todas las figuras. Un sistema de extrusión según la invención comprende, tal como se representa en la figura 1, un tanque de almacenamiento 10 de un material de construcción, un cabezal de extrusión 30, un circuito de alimentación 20 de material de construcción del cabezal de extrusión, dispuesto entre el tanque de almacenamiento 10 y el cabezal de extrusión 30 y un dispositivo de proyección 40 de fibras de refuerzo 48 de los cordones extrudidos.

En toda la continuación, la invención se describe considerando que el material utilizado es un material cementoso, entendiéndose que no importa qué otro material de construcción de pasta viscosa, tal como se define en el texto, puede utilizarse en el marco de esta invención.

Cada uno de los diferentes órganos del sistema se van a describir, en este momento, en detalle.

Tanque de almacenamiento

El tanque de almacenamiento 10 es preferentemente una tolva que comprende una abertura superior 11 adaptada para recibir unas masas de materiales cementosos y una salida inferior 12 conectada al circuito de alimentación 20. La tolva puede comprender, además, un agitador 13 que comprende un árbol 14 que lleva una pluralidad de palas laterales 15 por mediación de ejes perpendiculares al árbol 14 y un motor de puesta en rotación 16 del árbol 14. El motor 16 es, por ejemplo, un motor eléctrico configurado para poder arrastrar a escasa velocidad, por ejemplo, a una velocidad de seis revoluciones por minuto, el árbol 14 del agitador 13. Por supuesto, la utilización de un motor térmico es posible sin modificar el rendimiento del sistema de extrusión según la invención. El papel del agitador es poder mantener el material cementoso en la tolva en un estado reológico casi constante antes de ser conducido hacia el cabezal de impresión por el circuito de alimentación 20.

El material cementoso utilizado es, por ejemplo, una premezcla a base de cemento con unas partículas finas, hidratada y fluidizada.

Circuito de alimentación

El circuito de alimentación 20 conecta el tanque de almacenamiento 10 al cabezal de extrusión 30. Este circuito comprende una conducción 21 que conecta la salida 12 del tanque de almacenamiento 10 a una boca de entrada 31 del cabezal de extrusión 30. El circuito de alimentación 20 comprende, además, una bomba de cebado 22. Esta bomba de cebado 22 está servocontrolada, por ejemplo, de presión/flujo por un sensor de presión 33 dispuesto en la vecindad de la boca de entrada 31 del cabezal de extrusión 30. Esta bomba de cebado 22 es, por ejemplo, una bomba de tornillo excéntrico para poder vehicular el material cementoso hacia el cabezal de extrusión 30 minimizando las pulsaciones. Esta bomba de cebado 22 es, por ejemplo, una bomba comercializada con las referencias Putzmeister® FP-V Mono. Por supuesto, se pueden utilizar otras bombas sin modificar el rendimiento de la invención.

Cabezal de extrusión

El cabezal de extrusión 30 comprende, tal como se representa esquemáticamente en la figura 2, una boca de entrada 31 conectada al circuito de alimentación 20 y una boquilla de salida 34 configurada para formar unos cordones de material cementoso.

El cabezal de extrusión comprende, además, un recinto de mezcla 35 dispuesto aguas arriba de la boquilla de salida 34. Este recinto de mezcla 35 está equipado con un mezclador dinámico adaptado para poder mezclar el material cementoso y unos eventuales adyuvantes proporcionados por un dispositivo adicional de acción adyuvante no representado en las figuras.

Este mezclador dinámico comprende, por ejemplo, un árbol 37 que se extiende longitudinalmente en el recinto de mezcla 35 sobre el que están montados unos dedos radiales 38 repartidos a lo largo del árbol 37. El mezclador dinámico comprende, igualmente, un motor 39 configurado para poder arrastrar el árbol 37 en rotación para poder proporcionar una mezcla homogénea del material cementoso. Este motor 39 puede ser un motor eléctrico, un motor térmico y, de manera general, cualesquiera tipos de motores. Según el modo de realización de las figuras, el motor 39 está transferido con respecto al árbol 37.

El cabezal de extrusión 30 comprende, igualmente, una bomba de dosificación 51 de tornillo excéntrico configurada para poder vehicular el material cementoso de la boca de entrada 31 hacia la boquilla de salida, pasando por el recinto de mezcla 35. Una bomba de dosificación de este tipo es, por ejemplo, una bomba comercializada con las referencias Viscotec® 3VMP36. Por supuesto, se pueden utilizar otras bombas sin modificar el rendimiento de la invención.

Según otro modo de realización no representado en las figuras, la bomba de dosificación 51 se sustituye por un dosificador volumétrico configurado para poder asegurar un flujo constante sobre un rango predeterminado de funcionamiento.

El cabezal de extrusión 30 comprende, igualmente, un sensor de presión de seguridad 52 dispuesto aguas arriba del recinto de mezcla 35. Este sensor es, por ejemplo, un sensor comercializado con las referencias ifm® PF2953. Por supuesto, se pueden utilizar otros sensores sin modificar el rendimiento de la invención. Este sensor de seguridad 52 permite medir la presión aguas arriba del recinto de mezcla 35 para poder prevenir unos riesgos de obstrucción del recinto de mezcla 35 o de la boquilla de salida 34. Este sensor se puede conectar, por ejemplo, a un sistema de detención automática del sistema de extrusión desde el momento en que se alcanza un umbral de presión.

La boquilla de salida 34 del cabezal de impresión es preferentemente desmontable para poder adaptar la forma de la boquilla de salida 34 a la pieza a fabricar. En particular, la sección de la boquilla de salida 34 se puede adaptar a cada tipo de pieza fabricada, incluso cambiar en el transcurso de impresión para modificar la sección de los cordones de ciertas porciones de la pieza fabricada. Para hacer esto, la boquilla de salida comprende, por ejemplo, una pared externa roscada que coopera con una porción interna roscada de la pared del cabezal de impresión que delimita el recinto de mezcla 35. Según otra variante, la boquilla de salida comprende una pared interna roscada que coopera con una porción externa roscada de la pared del cabezal de impresión.

Dispositivo de proyección de fibras

El dispositivo de proyección 40 según el modo de realización de las figuras comprende una fuente 41 de fibras, unos medios de propulsión 43 de las fibras en los cordones extrudidos y unos medios de transporte 42 de las fibras de la fuente de fibras hacia los medios de propulsión 43 de las fibras.

Las fibras pueden ser de cualesquiera tipos, por ejemplo, unas fibras metálicas, unas fibras de vidrio, unas fibras de carbono, unas fibras naturales, etc.

Según el modo de realización de las figuras, las fibras son metálicas y se obtienen por el recorte de un hilo metálico continuo 45.

Este hilo metálico continuo 45 está, preferentemente y tal como se representa en la figura 3, alojado en un casete 46 que lo lleva la carcasa del cabezal de extrusión 30. Este casete 46 presenta una abertura inferior por la que el hilo 45 alcanza los medios de transporte 42 y los medios de propulsión 43 de las fibras, así como un dispositivo de alimentación y de arrastre 47 del hilo continuo 45 al casete 46 que proviene de una fuente exterior de hilo metálico no representada en la figura 3. El casete 46 es fijo con respecto al cabezal de extrusión 30 y los medios de transporte 42 y los medios de propulsión 43 los lleva un soporte móvil en rotación 32 alrededor del cabezal de extrusión 30. La abertura inferior por la que el hilo 45 alcanza los medios de transporte 42 y los medios de propulsión 43 es circular y se extiende alrededor del eje principal del cabezal de extrusión.

Según otro modo de realización no representado en las figuras, el casete 46 aloja la totalidad del hilo metálico continuo 45 destinado a formar las fibras de refuerzo, de modo que no es necesario el dispositivo de alimentación 47 del casete por una fuente exterior de hilo continuo. Según esta variante de realización, una vez vaciado el casete 46 de su hilo metálico, el casete se sustituye por otro casete lleno o el casete 46 se provee de un nuevo hilo metálico continuo.

Según otra variante no representada en las figuras, los medios de transporte son alimentados directamente de hilo metálico por una fuente exterior de hilo metálico, de modo que no es necesario el casete.

Los medios de transporte 42 y los medios de propulsión 43 se representan más en detalle en la figura 4.

Según el modo de realización de las figuras, los medios de transporte 42 comprenden unos rodillos de transporte 53, 54 de las fibras hacia los medios de propulsión 43 de las fibras. Estos rodillos van por pares y son arrastrados en rotación en unos sentidos inversos uno al otro para poder tirar del hilo 45 hacia abajo en dirección de los medios de propulsión.

Los rodillos de transporte 54 presentan, además, tal como se representa en la figura 4, unas incisiones de recorte 62 configuradas para poder cortar el hilo 45 de la bobina en el momento del contacto entre la incisión de recorte 62 del rodillo de guía 54 y el hilo 45 de la bobina. Esto permite formar unas fibras de longitud reducida compatible con la inserción de la fibra en los cordones extrudidos.

El dispositivo de proyección comprende, igualmente, unos medios de propulsión 43 de las fibras 48 hacia los cordones extrudidos.

Tal como se representa en la figura 4, los medios de propulsión 43 están formados, por ejemplo, por un cañón magnético. Este cañón magnético comprende un tubo de guía 63, un electroimán 64 formado por un solenoide dispuesto alrededor del tubo de guía 63 y una fuente de alimentación 65 de este electroimán 64.

La alimentación del electroimán 64 por la fuente de alimentación 65 permite crear un campo magnético en el tubo de guía 63, lo que arrastra la propulsión de las fibras metálicas 48 en dicho tubo de guía en dirección de los cordones extrudidos.

Según el modo de realización de la figura 4, la fuente de alimentación 65 comprende dos condensadores 66 montados en paralelo y conectados a un interruptor de mando 67, para poder controlar la intensidad del campo magnético generado en el tubo de guía 63 y, por lo tanto, controlar la profundidad de penetración de las fibras proyectadas 48 en los cordones extrudidos 9.

Según el modo de realización de las figuras, el dispositivo de proyección de fibras está montado directamente sobre la carcasa del cabezal de extrusión por mediación de un soporte de montaje 32. Este soporte de montaje puede montarse móvil en rotación alrededor del eje principal del cabezal de extrusión para poder desplazar el dispositivo de proyección de fibras alrededor del cabezal de extrusión.

Según otro modo de realización no representado en las figuras, el cañón magnético se sustituye por unos medios de propulsión mecánicos de las fibras que comprenden, por ejemplo, unos rodillos mecánicos que presentan una superficie de adherencia compatible con el material de las fibras y configurados para poder entrar en contacto mecánico con las fibras y propulsarlas hacia los cordones extrudidos. Estos rodillos mecánicos son, por ejemplo, unos rodillos dispuestos después de los rodillos de incisión 62 que permiten formar unas fibras individuales de los medios de transporte. Estos rollos, denominados rodillos de propulsión, van por pares y son arrastrados en rotación en unos sentidos inversos uno al otro a una velocidad elevada para poder propulsar las fibras individuales hacia los cordones extrudidos. La distancia que separa los rodillos de propulsión de un par de rodillos se define en función del diámetro de las fibras. Preferentemente, esta distancia es ligeramente inferior al diámetro de las fibras y los rodillos están hechos de un material ligeramente deformable radialmente para que estos últimos puedan recibir una fibra entre sí, acelerarla y expulsarla hacia los cordones extrudidos.

La figura 5 es una vista esquemática de un robot de fabricación aditiva 8 de estructuras arquitectónicas según un modo de realización de la invención. Un robot de este tipo comprende un brazo articulado 7, pilotado por una unidad de mando no representada en las figuras que lleva el cabezal de extrusión 30 de un sistema de extrusión según la invención. En la figura 5, solo se representan el cabezal de extrusión 30 y el dispositivo de proyección 40 de fibras con unos fines de claridad, entendiéndose que el cabezal de extrusión 30 es alimentado de material cementoso por un circuito de alimentación y un tanque de almacenamiento, tal como se ha descrito anteriormente.

El robot está mandado por una unidad de mando para arrastrar el desplazamiento del cabezal de extrusión 30 según una trayectoria predeterminada que permite fabricar una estructura arquitectónica por apilamiento de capas de cordones extrudidos.

El dispositivo de proyección 40 de fibras que lo lleva el cabezal de extrusión permite reforzar las estructuras arquitectónicas fabricadas, de este modo, por unas fibras de refuerzo estructural.

La figura 6 es una vista esquemática de un procedimiento de extrusión de cordones de material cementoso para robot de fabricación aditiva de estructuras arquitectónicas según la invención.

Un procedimiento de este tipo comprende una primera etapa de alimentación E1 de material de construcción, tal como un material cementoso, del cabezal de extrusión 30 de cordones de material cementoso a partir de un tanque de almacenamiento 10 de material cementoso.

El procedimiento comprende una etapa subsecuente de extrusión E2 de cordones de material cementoso por el cabezal de extrusión 30 según una trayectoria predeterminada.

El procedimiento comprende, además, una etapa concomitante o inmediatamente subsecuente a la extrusión de cada cordón, de refuerzo E3 de los cordones extrudidos por proyección de fibras de refuerzo estructural en los cordones extrudidos.

Un procedimiento según la invención se implementa preferentemente por un robot según la invención.

La invención no se limita solo a los modos de realización descritos. En particular, según otros modos de realización, el robot puede ser un robot de seis ejes, montado sobre raíles o no, sobre pórtico o no. El robot puede ser, igualmente, un robot de cables o cualesquiera tipos de robots cuyo sistema de posicionamiento, tal como un brazo articulado, puede pilotarse por ordenador.

Un robot según la invención se puede utilizar para fabricar cualesquiera tipos de piezas arquitectónicas. Una pieza arquitectónica de este tipo puede ser una pieza de refuerzo, un edificio y, de manera general, cualquier pieza de material cementoso. Las piezas arquitectónicas fabricadas por la utilización de un sistema de extrusión según la invención pueden ser de escalas variadas. Puede tratarse de una porción de poste, de un poste entero, de un muro, de un elemento de losa, de un edificio, de un mobiliario urbano, de una escultura, etc.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Sistema de extrusión de cordones (9) de material de construcción para robot de fabricación aditiva (8) de estructuras arquitectónicas (6) que comprende:

- un cabezal de extrusión (30) de cordones de material de construcción que comprende una boca de entrada (31) de material de construcción, una boquilla de salida (34) configurada para formar unos cordones (9) de material de construcción y una bomba de dosificación (51) configurada para poder vehicular el material de construcción de la boca de entrada (31) hacia la boquilla de salida (34), estando dicho cabezal de extrusión (30) destinado a ser desplazado por el robot de fabricación aditiva (8) según una trayectoria predeterminada para formar una estructura arquitectónica (6) por apilamiento de capas de dichos cordones extrudidos (8),

- un circuito de alimentación (20) de material de construcción de dicho cabezal de extrusión (30) que comprende un tanque de almacenamiento (10) de material de construcción, una conducción de alimentación (21) de material de construcción que conecta dicho tanque de almacenamiento (10) y dicho cabezal de extrusión (30) y una bomba de cebado (22) de dicha conducción de alimentación (21) de material de construcción procedente del tanque de almacenamiento (10),

caracterizado por que comprende, además, un dispositivo de proyección (40) de fibras de refuerzo estructural (48) de los cordones extrudidos (9) adaptado para poder proyectar e insertar en los cordones extrudidos por dicho cabezal de extrusión, unas fibras de refuerzo estructural (48) de estos cordones, comprendiendo dicho dispositivo de proyección de fibras:

- una fuente (41) de fibras,

- unos medios de propulsión (43) de las fibras en los cordones extrudidos,

- unos medios de transporte (42) de las fibras de la fuente (41) de fibras hacia los medios de propulsión (43) de las fibras.

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que dichos medios de propulsión (43) de las fibras están configurados para propulsar las fibras (48) en los cordones extrudidos (9) según una dirección no colineal a la dirección a lo largo de la que se extienden los cordones extrudidos después de extrusión.

3. Sistema según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que dichas fibras (48) son metálicas y por que dichos medios de propulsión (43) de las fibras metálicas comprenden un electroimán hueco (64) dispuesto alrededor de un tubo de guía (63) de las fibras metálicas, estando dicho electroimán (64) conectado a una fuente de alimentación eléctrica (65) para poder crear un campo magnético de propulsión de las fibras metálicas (48) en dicho tubo de guía (63).

4. Sistema según la reivindicación 3, caracterizado por que dicha fuente de alimentación eléctrica (65) comprende unos dispositivos de control (66) de la energía eléctrica proporcionada a dicho electroimán (64) conectados a una unidad de mando de los dispositivos de control (66) para poder parametrizar la profundidad de penetración de las fibras proyectadas (48) en los cordones extrudidos (9).

5. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que dichos medios de transporte (53) comprenden unos rodillos de transporte (53) de las fibras de dicha fuente de fibras hacia dichos medios de propulsión (43) de las fibras.

6. Sistema según las reivindicaciones 3 y 5 tomadas juntas, caracterizado por que dichos rodillos de transporte (53) están alojados en dicho tubo de guía (63).

7. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que dicha fuente (41) de fibras comprende al menos una bobina continua (45) de fibras asociada a unos medios de recorte (54) de la bobina en fibras individuales.

8. Sistema según las reivindicaciones 6 y 7 tomadas juntas, caracterizado por que dichos medios de recorte (54) de la bobina están formados por al menos un rodillo de transporte equipado con al menos una incisión de recorte (62) configurada para poder cortar la bobina (45) en el momento del contacto entre la incisión de recorte (62) del rodillo de guía y la bobina de hilo (45).

9. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que dicho dispositivo de inserción lo lleva dicho cabezal de extrusión por mediación de un soporte de montaje (32).

10. Sistema según la reivindicación 9, en el que dicho cabezal de extrusión (30) comprende una carcasa que se extiende a lo largo de una dirección, denominada dirección longitudinal, caracterizado por que dicho soporte de montaje (32) que lleva dicho dispositivo de proyección (40) está montado móvil en rotación sobre dicha carcasa de dicho cabezal de extrusión (30) alrededor de un eje que se extiende a lo largo de dicha dirección longitudinal.

11. Robot de fabricación aditiva (8) de estructuras arquitectónicas que comprende un sistema de posicionamiento, tal como un brazo articulado, pilotado por una unidad de mando y un sistema de extrusión que comprende un cabezal de extrusión (30) montado sobre dicho sistema de posicionamiento, de modo que el desplazamiento del sistema de posicionamiento que lleva dicho cabezal de extrusión según una trayectoria predeterminada permita la fabricación de una estructura arquitectónica por apilamiento de capas de cordones de material cementoso, caracterizado por que dicho sistema de extrusión es de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10.

12. Procedimiento de extrusión de cordones de material de construcción para robot de fabricación aditiva de estructuras arquitectónicas que comprende:

- una etapa de alimentación (E1) de material de construcción de un cabezal de extrusión de cordones de material de construcción a partir de un tanque de almacenamiento de material de construcción,

- una etapa de extrusión (E2) de cordones de material de construcción por un cabezal de extrusión que comprende una boca de entrada (31) de material de construcción y una boquilla de salida (34) configurada para formar unos cordones de material de construcción,

- una etapa de refuerzo (E3) de los cordones extrudidos por inserción de fibras de refuerzo estructural en los cordones extrudidos, que utiliza el robot (8) según la reivindicación 11.