ES3072847T3

ES3072847T3 - Device for discharging a hydraulically hardening building material and its use

Info

Publication number: ES3072847T3
Application number: ES22213348T
Authority: ES
Inventors: Eduard Artner; Peter Weissmann; Oliver Balog; Stefan Peters; Andreas Trummer; Robert Schmid; Georg Hansemann; Joshua Tapley
Original assignee: Baumit Beteiligungen GmbH
Current assignee: Baumit Beteiligungen GmbH
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2022-12-14
Publication date: 2026-07-06
Anticipated expiration: 2042-12-14
Also published as: PL4201618T3; EP4201618C0; AT525649A4; EP4201618B1; AT525649B1; EP4201618A1

Abstract

Dispositivo (100) para dispensar un material de construcción de endurecimiento hidráulico (2), como hormigón, mortero, aglutinante, etc., al que se le introduce al menos un medio adicional (3), por ejemplo, acero. El dispositivo comprende una boquilla (1) para suministrar el material de construcción líquido, pastoso o plástico (2), y al menos un tubo (11) que se introduce en la boquilla (1) para suministrar el medio adicional (3). Según la invención, la posición de la abertura de al menos un tubo (11) dentro de la sección transversal de la boquilla (1) es ajustable. Esto permite, por ejemplo, introducir materiales de refuerzo en forma de cable en las zonas del material de construcción (2) o componente sometidas a mayor tensión mecánica. Asimismo, se presenta el uso del dispositivo en impresión 3D. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Dispositivo para descargar un material de construcción que puede endurecerse hidráulicamente, así como su utilización

[0003] Área técnica

[0004] La presente invención hace referencia a un dispositivo para descargar un material de construcción que puede endurecerse hidráulicamente, como hormigón, mortero, aglutinante y similares, donde en el material de construcción se introduce al menos otro medio, por ejemplo acero, con una boquilla para suministrar el material de construcción líquido, pastoso o plástico, donde en la boquilla se proyecta al menos un tubo para suministrar al menos otro medio y la posición del, al menos otro, medio puede ajustarse dentro de la sección transversal de la boquilla.

[0005] Estado de la técnica

[0006] En los materiales de construcción a base de cemento endurecidos (hormigón, mortero, etc.), es conocido el hecho de que debido a su fragilidad, a pesar de su excelente resistencia a la compresión, solo pueden absorber fuerzas de tracción relativamente reducidas (la resistencia a la tracción en general sólo es de aproximadamente 1/10 de la resistencia a la compresión). En la práctica, sobre los componentes actúan las más diversas fuerzas estáticas y dinámicas; además, en el componente se presentan estados de carga de distinta clase debido a influencias externas y exposiciones, como temperatura, cambio de la temperatura, gradientes de temperatura, humedad (hinchamiento, contracción), lluvia, nieve, contracción libre impedida, etc. y a las propiedades del material de construcción (contracción, densidad, dilatación térmica, etc.). Esas tensiones, al superarse las resistencias a la tracción de los componentes de construcción, pueden provocar roturas. Por lo tanto, los materiales de construcción de esa clase en general se refuerzan con materiales de armadura de alta resistencia a la tracción, los cuales presentan también una buena unión (adherencia o unión mecánica) y compatibilidad con el material de construcción (acero, carbono, fibra de polímeros (por ejemplo, poliéster o aramidas), fibras de vidrio (por ejemplo, de vidrio AR), basalto, fibras biogénicas, etc.). Los materiales de construcción, en primer lugar, mediante los componentes aglutinantes, interactúan con los materiales de armadura. Esos materiales de armadura, en el caso de una carga, pueden absorber fuerzas de tracción muy elevadas y protegen de daños el componente (como por ejemplo de roturas), así como permiten que las roturas no provoquen un fallo del componente, sino que la energía actuante puede "descargarse" en muchas roturas pequeñas (grietas finas), manteniéndose la funcionalidad del componente.

[0007] Para componentes impresos en 3D de hormigón o mortero, hasta el momento no existían soluciones de armadura satisfactorias que posibilitaran un refuerzo seguro en cuanto a la finalidad, sencillo, conveniente en cuanto a los costes y automatizado. Por lo tanto, hasta el momento se ayuda con soluciones como la impresión 3D de canales huecos en el elemento de impresión, para posibilitar la introducción de materiales de refuerzo en el componente. Esos canales, en etapas consecutivas, son provistos de una armadura convencional y son moldeados, por unión no positiva, con hormigón o mortero, con el objeto 3D. Otras posibilidades consisten en la adición de fibras de refuerzo al hormigón 3D o al mortero, o en la aplicación posterior de capas de refuerzo de fibras sobre componentes impresos en 3D (véase el documento EP 3431172 A de la solicitante).

[0008] La armadura también puede introducirse manualmente en la línea de impresión (PCL, abreviatura del inglés printed concrete layer, capa de hormigón impreso) durante una interrupción de la impresión en el transcurso de la impresión 3D, así como realizarse a modo de unión de PCL superpuestas mediante un conector (por ejemplo, de metal).

[0009] También para las armaduras de esa clase a modo de cables ya existen soluciones parciales, que también están descritas en la literatura de patentes:

[0010] El documento CN 108952004 A describe un dispositivo para la impresión 3D de hormigón, que se refuerza mediante cables de acero. Sin embargo, no puede controlarse individualmente cuántos cables de acero se utilizan o dónde se encuentran los cables de acero en la sección transversal de hormigón impresa. Asimismo, el documento WO 2021/076898 A describe la introducción de varios cables de refuerzo o similares, para el refuerzo de cemento u hormigón.

[0011] No obstante, esas soluciones presentan deficiencias. Para el refuerzo se utilizan siempre sólo los mismos materiales. Además, es desventajoso que la posición de los materiales en la sección transversal no pueda controlarse y que, debido a ello, también se refuercen áreas que no requieren un refuerzo. Por ejemplo, en el caso de un componente sometido a flexión, no es conveniente introducir la armadura en las fibras neutrales o cerca de las fibras neutrales (mayormente ésta es la superficie central), ya que allí apenas se producen fuerzas de tracción o fuerzas de compresión, o en donde una armadura no actúa estáticamente. Además, la interrupción automatizada controlada del proceso de refuerzo y el restablecimiento controlado del proceso de refuerzo no están resueltos de forma satisfactoria.

[0012] El documento WO 2021/195375 A1 muestra un dispositivo de impresión para hormigón, en el que una armadura se introduce a presión en el hormigón, donde la armadura se introduce mediante un tubo giratorio, de manera que la armadura puede posicionarse a lo largo de un círculo. También se describe un dispositivo según el preámbulo de la reivindicación 1.

[0013] El documento EP 1217142 A2 muestra una producción de hormigón, en donde se posibilita el posicionamiento de la armadura a lo largo de un eje, durante la producción de una pieza moldeada.

[0014] El documento CH 362960 A muestra un posicionamiento de la armadura mediante la rotación de un tubo. El documento JP H05138636 A permite sólo un guiado de un solo eje, de una armadura en una boquilla.

[0015] El documento WO 2021/040578 A1 describe una rotación de una boquilla, pero ningún posicionamiento dentro de la boquilla.

[0016] El documento KR 20200142925 A describe un dispositivo de interrupción para un material de refuerzo o de armadura.

[0017] Un dispositivo según la invención para descargar un material de construcción que puede endurecerse hidráulicamente corresponde a las características mencionadas en la reivindicación 1.

[0018] La introducción de distintos materiales y su posicionamiento en la sección transversal impresa, según la invención, se soluciona de manera que la posición del, al menos otro, medio puede modificarse mediante la rotación de la boquilla, y el, al menos un, tubo puede posicionarse a lo largo de un eje, o la posición del otro medio puede ajustarse, dentro de la sección transversal de la boquilla, mediante el control del suministro del material de construcción, por medio de una compuerta. Debido a esto, es posible posicionar con precisión el otro medio, por ejemplo acero, carbono, fibras de polímeros, fibras de vidrio, basalto, fibras biogénicas, etc., para reforzar el material de construcción impreso en 3D sólo en los puntos deseados. Sin embargo, también pueden agregarse otros medios, como por ejemplo tubos o tubos flexibles, que se necesitan en la construcción, como tubos para agua o tubos o canales en los que pueden tenderse y guiarse líneas de corriente o de otros medios. También puede utilizarse el agregado de aditivos que modifican las propiedades del material de construcción o del aglutinante, por ejemplo un acelerador de fraguado, retardante de fraguado u otros aditivos o materiales funcionales. Mediante el posicionamiento (por ejemplo desplazamiento) del tubo se posibilita el posicionamiento a lo largo de un eje. Gracias a esto, cuando el eje se extiende a través del punto central de la boquilla, la excentricidad del segundo medio puede regularse del modo deseado. Utilizando una compuerta en la parte superior de la boquilla, por un lado, puede guiarse más material de construcción hacia la boquilla, de manera que el otro medio se imprime o desplaza por un lado. Combinado con una boquilla giratoria, no sólo puede lograrse un desplazamiento horizontal, sino también un posicionamiento vertical del segundo medio.

[0019] Una realización ventajosa consiste en que están proporcionados dos o más tubos, todos ellos posicionables. Debido a que esos tubos son posicionables, por ejemplo, pueden introducirse dos materiales de armadura diferentes y ambos pueden colocarse en el área respectivamente deseada. De este modo, por ejemplo, es posible colocar armaduras en ambos lados de una pared impresa y después, en el caso de un pasaje hacia un área que sólo presenta tensiones de tracción en un lado, introducir las armaduras sólo en un lado.

[0020] El problema de la interrupción y el restablecimiento de la introducción del otro medio o de la armadura, de manera ventajosa, se soluciona de manera que está proporcionado al menos un dispositivo de interrupción para interrumpir el suministro del, al menos otro, medio. Por ejemplo, proporcionando tres dispositivos de corte como dispositivos de interrupción para, por ejemplo, tres cables de acero, se puede incluso reducir la cantidad total de cables de acero de armadura en el componente, en comparación con una armadura simple continua, mediante una armadura específica a través de una armadura múltiple que se introduce únicamente en lugares en donde actúan fuerzas mecánicas elevadas. De ese modo, por ejemplo, la armadura puede realizarse reducida en puntos en donde apenas se presentan fuerzas de tracción, por ejemplo con sólo uno o dos cables de acero, o incluso puede prescindirse por completo de una armadura.

[0021] En ese caso, es conveniente que también esté proporcionado un dispositivo de suministro para restablecer el suministro de al menos otro medio. Mediante la combinación del dispositivo de interrupción con el dispositivo de suministro, el suministro de armaduras, tubos, tubos flexibles, aditivos y agregados, etc. puede interrumpirse y restablecerse de forma precisa, según la necesidad.

[0022] Según la invención, las formas de ejecución descritas del dispositivo se utilizan para la impresión 3D. Esto posibilita la impresión de componentes, partes de viviendas (por ejemplo paredes) o incluso viviendas completas.

[0023] Se considera ventajoso que se introduzcan al menos dos medios diferentes. Por ejemplo, esto posibilita equipar de forma muy específica un lado del componente con una armadura más fuerte, que el otro lado. Naturalmente, esto es especialmente ventajoso cuando un lado experimenta cargas por tracción más intensas que el otro.

[0024] Preferentemente, para la utilización se prevé que el otro medio, o al menos uno de los otros medios, sea un material de armadura. Precisamente el, al menos un, material de armadura posibilita que los componentes que están sujetos a una tensión de tracción se impriman de manera que éstos se refuercen específicamente en el área de la tensión de tracción. El material de armadura, por ejemplo, puede estar presente en forma de cables, debido a lo que se posibilitan radios de curvatura reducidos.

[0025] Resulta una ventaja cuando se utilizan al menos dos materiales de armadura en forma de cables, con radios de curvatura diferentes, donde cuando se proporciona un radio más estrecho que al menos un radio de curvatura de los materiales de armadura, sólo se introducen los materiales de armadura con un radio de curvatura suficientemente reducido. Mediante la pluralidad de distintos materiales de armadura, es posible tanto utilizar cables más gruesos para la armadura, para una protección contra fuerzas de tracción elevadas, como también reforzar radios impresos reducidos con materiales adaptados, en los que los cables más gruesos no pueden introducirse debido a su elevada rigidez a la flexión.

[0026] Se considera más preferente que la posición y la cantidad del material de armadura se controle debido a la resistencia a la tracción o la resistencia a la tracción por flexión requeridas. De este modo, manualmente o mediante cálculos de elementos finitos, puede determinarse qué cargas por tracción actúan en el componente y, en correspondencia con las cargas por tracción, puede determinarse el grado de la armadura. Para mejorar las propiedades de los materiales de armadura es posible que el material de armadura esté tratado en la superficie para mejorar las propiedades de la superficie. Por ejemplo, los materiales de armadura pueden dotarse de rugosidad, recubrirse o impregnarse para lograr una mejor introducción o adherencia en el material de construcción impreso en 3D. Además, pueden utilizarse cables especialmente trenzados o deshilachados, haces de cables o rovings, o haces de cables enrollados con hilo y estabilizados de ese modo.

[0027] Breve descripción de las figuras del dibujo

[0028] La presente invención se explica con mayor detalle mediante los dibujos que se adjuntan. Muestran:

[0029] Figura 1 una representación esquemática de un dispositivo para descargar un material de construcción que puede endurecerse hidráulicamente, donde se introduce otro material;

[0030] Figuras 2a‑2c muestran respectivamente una sección longitudinal de una boquilla, con tubo desplazable, donde debajo están representadas las distintas posiciones del tubo en la boquilla;

[0031] Figura 3 muestra una capa impresa (PLC) con la posición correspondiente del otro medio, donde la boquilla está indicada en distintas posiciones; y

[0032] Figuras 4a-4c muestran el control de la posición del otro medio mediante la rotación de la boquilla y un posicionamiento alternativo del otro medio, donde la Figura 4a es una vista en perspectiva, la Figura 4b es una sección a lo largo de la línea A-A de la Figura 4a y la Figura 4c es una sección a lo largo de la línea B-B de la Figura 4a.

[0033] Descripción de las formas de ejecución

[0034] El dispositivo 100 mostrado en la Figura 1 presenta una boquilla 1 para descargar un material de construcción 2 que puede endurecerse hidráulicamente, en el que se introduce otro medio 3. En este caso, el otro medio 3 es un material de armadura en forma de cable o un canal de tubo/tubo flexible. El otro medio 3 es guiado a través de un tubo vaina 12, hacia la boquilla 1, y es transportado con una rueda de accionamiento 6 y una rueda de presión 7. La rueda de presión 7 puede presionarse contra la rueda de accionamiento 6, mediante un resorte de compresión 9, por medio de una palanca de presión 8. La rueda de accionamiento 6 controla la velocidad de extracción, o bien la velocidad de suministro que se adapta a la velocidad de movimiento de la boquilla 1. El otro medio 3 puede centrarse con un dispositivo de centrado 10. La rueda de accionamiento 6 y la rueda de presión 7 desplazan el otro material 3, a través del tubo vaina 12, hacia la boquilla 1. La boquilla 1 está diseñada de manera que un tubo 11 (véanse las Figuras 2a-2c) es introducido por la pared lateral, posicionándose así en la sección transversal por la que fluye el material de construcción 2. El material de construcción 2 fluye alrededor de ese tubo 11. El otro medio 3 puede introducirse así en el material de construcción 2, es rodeado por al mismo, se transporta hacia fuera desde la punta de la boquilla y se deposita de forma continua y precisa en cuanto a la posición, en la línea de impresión (PLC). Si no se desea una introducción continua del otro medio 3, el suministro del otro medio 3 debe interrumpirse. Un dispositivo de interrupción 4 (véase la Figura 1) en forma de un dispositivo de corte permite cortar o interrumpir el suministro del otro medio 3.

[0036] Las Figuras 2a-c muestran una forma de ejecución del posicionamiento del tubo 11, a través del que se transporta el otro medio 3. En este caso, el avance del tubo 11 condiciona la excentricidad. Al desplazarse más el tubo 11 hacia la boquilla 1, puede controlarse la posición del otro medio 3 en la rueda izquierda (Figura 2a). Una extracción correspondiente del tubo 11 provoca el posicionamiento en el borde derecho (Figura 2c).

[0038] La Figura 3 muestra la posición del otro medio 3 que se introdujo en el material de construcción 2, después de que se aplicó una capa (PCL). La línea discontinua muestra un posicionamiento posible del otro medio 3 en la línea de impresión. En este caso, el otro medio 3 es un material de armadura 13 en forma de cables. El mismo, sin embargo, también puede comprender aditivos o agregados para el material de construcción 2 o para el aglutinante, o incluso tubos flexibles/tubos/canales, que se tienden en paredes o similares. Mediante material de armadura 13 en forma de cables, que se introduce por fuera de las fibras neutrales 15, puede aumentarse notablemente la resistencia mecánica contra fuerzas actuantes.

[0040] Las Figuras 4a‑4c muestran la posibilidad de posicionamiento a través de la rotación de la boquilla 1, cuando la introducción del otro medio 3 en la boquilla 1 es excéntrica. De este modo, incluso sin un movimiento del tubo 11, puede modificarse la posición del otro medio 3. En tanto el tubo 11, como en la Figura 2a‑2c, pueda moverse a lo largo de un eje, la rotación de la boquilla 1 posibilita el posicionamiento del medio 3 en cualquier lugar deseado de la sección transversal impresa. En la Figura 4b y la Figura 4c se aprecia otra posibilidad de realización del posicionamiento del otro medio 3. En este caso, la cantidad transportada de material de construcción 2 se controla mediante una compuerta 14. La compuerta 14 consigue que fluya más material de construcción 2 en un lado que en el otro lado. Mediante la mayor cantidad transportada de material de construcción 2 de un lado, el otro medio 3 se presiona o desplaza en el lado con menos flujo volumétrico; debido a esto, puede controlarse la posición del otro medio 3. De modo correspondiente, también pueden imprimirse de un lado dos o más medios 3.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Dispositivo (100) para descargar un material de construcción (2) que puede endurecerse hidráulicamente, como hormigón, mortero, aglutinante y similares, donde en el material de construcción (2) se introduce al menos otro medio (3), por ejemplo acero, con una boquilla (1) para suministrar el material de construcción (2) líquido, pastoso o plástico, donde en la boquilla (1) se proyecta al menos un tubo (11) para suministrar al menos otro medio (3) y la posición del, al menos otro, medio (3) puede ajustarse dentro de la sección transversal de la boquilla (1), caracterizado porque la posición del, al menos otro, medio (3) puede modificarse mediante la rotación de la boquilla (1), y el, al menos un, tubo (11) puede posicionarse a lo largo de un eje, o la posición del otro medio (3) puede ajustarse, dentro de la sección transversal de la boquilla (1), mediante el control del suministro del material de construcción (2), por medio de una compuerta (14).

2. Dispositivo según la reivindicación 1 con tubo posicionable, caracterizado porque están proporcionados dos o más tubos, todos ellos posicionables.

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque está proporcionado al menos un dispositivo de interrupción (4) para interrumpir el suministro del, al menos otro, medio (3).

4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque está proporcionado un dispositivo de suministro (5).

5. Utilización del dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, para la impresión 3D.

6. Utilización según la reivindicación 5, caracterizada porque se introducen al menos dos medios (3) diferentes.

7. Utilización según la reivindicación 5 ó 6, caracterizada porque el otro medio (3) o al menos uno de los otros medios (3), es un material de armadura (13).

8. Utilización según la reivindicación 7, caracterizada porque se utilizan al menos dos materiales de armadura (13) en forma de cables con distintos radios de curvatura y porque cuando un contorno proporciona un radio más estrecho que al menos un radio de curvatura de los materiales de armadura (13), sólo se introducen los materiales de armadura (13) con un radio de curvatura suficientemente reducido.

9. Utilización según la reivindicación 7 u 8, caracterizada porque la posición y la cantidad del material de armadura (13) se controlan debido a la resistencia a la tracción o la resistencia a la tracción por flexión requeridas.

10. Utilización según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizada porque el material de armadura (13) está tratado en la superficie para mejorar las propiedades de la superficie.