JP2019142093A - Structure formation method and structure formation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セメント系材料等で構成される造形材を積層して構造物を形成する構造物形成方法及び構造物形成システムに関する。 The present invention relates to a structure forming method and a structure forming system for forming a structure by stacking modeling materials composed of cement-based materials and the like.
立体の構造物を形成する場合、３次元（３Ｄ）プリンターを利用することがある。この３Ｄプリンターは、ノズルから材料を吐出させながらノズルを移動させて層を形成し、形成した層を徐々に積み重ねることにより立体形状を形成する。更に、各層の形状を変更することにより、複雑な立体形状を形成することもできる。 When forming a three-dimensional structure, a three-dimensional (3D) printer may be used. In this 3D printer, a nozzle is moved while discharging a material from the nozzle to form a layer, and a three-dimensional shape is formed by gradually stacking the formed layers. Furthermore, a complicated three-dimensional shape can be formed by changing the shape of each layer.
このような３Ｄプリンターによるコンクリート構造物の設計も検討されている（例えば、非特許文献１参照。）。この非特許文献１においては、セメント系材料で構成されたインクをノズルから吐出して、このノズルを取り付けたロボットアームを所定の方向に動かして層を形成し、この層を積み重ねて、構造物を形成する。 The design of a concrete structure using such a 3D printer has also been studied (for example, see Non-Patent Document 1). In this non-patent document 1, ink composed of a cement-based material is ejected from a nozzle, a robot arm to which this nozzle is attached is moved in a predetermined direction to form a layer, and the layers are stacked to form a structure. Form.
コンクリート等のセメント系材料は、高い圧縮強度を有するが、引張強度は低い。このため、３Ｄプリンターを用いてセメント系材料で形成したコンクリート構造物について、高い引張強度を有する構造が求められていた。 Cement-based materials such as concrete have high compressive strength but low tensile strength. For this reason, the structure which has high tensile strength was calculated | required about the concrete structure formed with the cement-type material using 3D printer.
上記課題を解決する構造物形成方法は、構造物の材料となる造形材を、ノズルから吐出させて積層して前記構造物を形成する方法であって、複数の孔が表面に形成され、前記造形材よりも高い引張強度を有する材料で構成される骨格部を配置し、前記骨格部の表面で、前記孔に前記造形材を押し込むように、前記ノズルから前記造形材を吐出させながら前記ノズルを移動させる。 A structure forming method for solving the above problem is a method of forming a structure by discharging a modeling material as a material of a structure from a nozzle to form the structure, wherein a plurality of holes are formed on the surface, The nozzle is disposed while discharging the modeling material from the nozzle so as to dispose the modeling material into the hole on the surface of the skeleton by arranging a skeleton portion made of a material having higher tensile strength than the modeling material. Move.
本発明によれば、ノズルから吐出させた造形材を積層して、高い引張強度を有する構造物を形成することができる。 According to the present invention, it is possible to form a structure having high tensile strength by laminating modeling materials discharged from a nozzle.
以下、図１〜図３を用いて、構造物形成方法及び構造物形成システムを具体化した一実施形態を説明する。本実施形態では、高い圧縮強度を有する構造物を形成する造形材として、セメント系材料のモルタルを用いる。そして、このモルタルを吐出するノズルを、高い引張強度を有する材料（例えばカーボンファイバー）で構成される骨格部（ブロック）に沿って移動させて形成した層を積み重ねることにより構造物を形成する。 Hereinafter, an embodiment in which the structure forming method and the structure forming system are embodied will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a mortar of cement material is used as a modeling material for forming a structure having a high compressive strength. And the nozzle which discharges this mortar is moved along the frame | skeleton part (block) comprised with the material (for example, carbon fiber) which has high tensile strength, and a structure is formed by accumulating the layer formed.
図１に示すように、本実施形態の構造物形成システム１０は、ノズル２０、ロボットアーム２５、側面部材２７及び制御装置３０を備えている。
ノズル２０は、その先端部（図中の左側端部）が縮径し、その先端が開口した吐出口２０ａを有している。ノズル２０の吐出口２０ａと反対側の端部には、ホース２１の端部が接続されている。ホース２１は、圧送ポンプ（図示せず）に接続されている。この圧送ポンプの圧力により、ホース２１を介してノズル２０に、モルタルが供給される。そして、ノズル２０に供給されたモルタルは、吐出口２０ａから（水平方向に）吐出される。
As shown in FIG. 1, the structure forming system 10 of this embodiment includes a nozzle 20, a robot arm 25, a side member 27, and a control device 30.
The nozzle 20 has a discharge port 20a in which a tip portion (left end portion in the figure) has a reduced diameter and the tip is opened. The end of the hose 21 is connected to the end of the nozzle 20 opposite to the discharge port 20a. The hose 21 is connected to a pressure pump (not shown). The mortar is supplied to the nozzle 20 through the hose 21 by the pressure of the pump. The mortar supplied to the nozzle 20 is discharged (in the horizontal direction) from the discharge port 20a.
ノズル２０には、取付部２４を介して、移動手段としてのロボットアーム２５が取り付けられている。ノズル２０は、このロボットアーム２５に支持され、このロボットアーム２５の動きに従って水平方向や上下方向に移動する。ロボットアーム２５は、制御装置３０の制御部３１からの指示によって移動が制御される。本実施形態の制御部３１は、移動時においてもノズル２０からのモルタルの吐出方向が常に水平方向になるように、ロボットアーム２５を制御する。 A robot arm 25 as a moving means is attached to the nozzle 20 via an attachment portion 24. The nozzle 20 is supported by the robot arm 25 and moves in the horizontal direction and the vertical direction according to the movement of the robot arm 25. The movement of the robot arm 25 is controlled by an instruction from the control unit 31 of the control device 30. The control unit 31 of the present embodiment controls the robot arm 25 so that the mortar discharge direction from the nozzle 20 is always in the horizontal direction even during movement.
更に、ノズル２０の側部には、ノズル２０の中心軸と平行となるように、側面部材２７が取り付けられる。側面部材２７は、ノズル２０から吐出されるモルタルに当接する長さを有し、吐出されたモルタルの側面（本実施形態では上面）を平坦にする。 Further, a side member 27 is attached to the side of the nozzle 20 so as to be parallel to the central axis of the nozzle 20. The side member 27 has a length that makes contact with the mortar discharged from the nozzle 20 and flattens the side surface (upper surface in the present embodiment) of the discharged mortar.
制御装置３０は、制御部３１、図示しない入力部及び出力部を備えている。入力部は、キーボードやポインティングデバイス等を備え、形成する構造物に関する情報を制御部３１に供給する。出力部は、ディスプレイ等を備え、入力された情報や形成する構造物の経路等を表示する。 The control device 30 includes a control unit 31, an input unit and an output unit (not shown). The input unit includes a keyboard, a pointing device, and the like, and supplies information related to the structure to be formed to the control unit 31. The output unit includes a display or the like, and displays input information, a route of a structure to be formed, and the like.
制御部３１は、制御手段（ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等）を備え、構造物形成処理を行なう。そのため、記憶部に格納された構造物形成プログラムを実行することにより、制御部３１は、積層管理部３１１、移動制御部３１２及び吐出量制御部３１３として機能する。 The control unit 31 includes control means (CPU, RAM, ROM, etc.) and performs a structure forming process. Therefore, the control unit 31 functions as the stacking management unit 311, the movement control unit 312, and the discharge amount control unit 313 by executing the structure forming program stored in the storage unit.
積層管理部３１１は、構造物を形成するために、積層させるモルタルの経路を管理する処理を実行する。
移動制御部３１２は、経路に応じてノズル２０を移動させるロボットアーム２５の動きを制御する処理を実行する。
吐出量制御部３１３は、ノズル２０から吐出するモルタルを圧送するポンプを制御する処理を実行する。
The stacking management unit 311 executes a process for managing the path of mortar to be stacked in order to form a structure.
The movement control unit 312 executes processing for controlling the movement of the robot arm 25 that moves the nozzle 20 according to the path.
The discharge amount control unit 313 executes processing for controlling a pump that pumps mortar discharged from the nozzle 20.
次に、図１〜図３を用いて、ノズル２０による構造物形成時に用いるブロック５０について説明する。このブロック５０は、構造物の一端部を構成し、構造物形成後に、片面がモルタルに埋め込まれる。本実施形態では、構造物として、鉛直方向に立設された長方形状の壁を形成する場合を想定する。この場合、構造物の鉛直方向の縦断面形状に対応させた形状（直方体形状）のブロックを用いる。 Next, the block 50 used at the time of structure formation by the nozzle 20 is demonstrated using FIGS. 1-3. The block 50 constitutes one end of the structure, and one side of the block 50 is embedded in the mortar after the structure is formed. In the present embodiment, it is assumed that a rectangular wall standing in the vertical direction is formed as the structure. In this case, a block having a shape (rectangular shape) corresponding to the vertical cross-sectional shape of the structure in the vertical direction is used.
図１に示す直方体形状のブロック５０は、カーボンファイバーなどの引張強度が高い材料で構成されている。ブロック５０は、複数の板状部材５１と複数の柱状部材５２，５３とから構成される。本実施形態では、同じ長方形状の板状部材５１を、一定間隔で配置する。柱状部材５２，５３は、角柱形状であり、隣接する板状部材５１を連結するように配置される。ここで、柱状部材５２は、ブロック５０において表面（モルタルを積層する面）近傍に配置され、後述する孔ｈ１を形成する孔形成部材として機能する。また、柱状部材５３は、柱状部材５２と同じ形状であり、柱状部材５２よりもブロック５０の内部側（奥側）に配置される。 The rectangular parallelepiped block 50 shown in FIG. 1 is made of a material having high tensile strength such as carbon fiber. The block 50 includes a plurality of plate-like members 51 and a plurality of columnar members 52 and 53. In the present embodiment, the same rectangular plate-like members 51 are arranged at regular intervals. The columnar members 52 and 53 have a prismatic shape and are arranged so as to connect adjacent plate-like members 51. Here, the columnar member 52 is disposed in the vicinity of the surface (the surface on which the mortar is laminated) in the block 50, and functions as a hole forming member that forms a hole h1 described later. Further, the columnar member 53 has the same shape as the columnar member 52, and is disposed on the inner side (back side) of the block 50 than the columnar member 52.
更に、図２に示すように、複数の柱状部材５２，５３は、板状部材５１の配置方向において、一直線上となるように配置されている。このため、ブロック５０の表面には、隣接する板状部材５１と上下の柱状部材５２とが正面視で格子形状が形成されて、孔ｈ１が形成される。 Further, as shown in FIG. 2, the plurality of columnar members 52, 53 are arranged on a straight line in the arrangement direction of the plate-like members 51. For this reason, on the surface of the block 50, the adjacent plate-like member 51 and the upper and lower columnar members 52 are formed in a lattice shape in front view, and the hole h1 is formed.
図３に示すように、各柱状部材５２，５３は、板状部材５１の長辺方向及び短辺方向に、間隔を置いて、整列して配置される。更に、柱状部材５２は、ノズル２０から吐出された１層分のモルタルが上下段の２つの孔ｈ１に押し込まれるような間隔で配置される。柱状部材５２の上下に配置された孔ｈ１は、ブロック５０の内部において連通する。
また、本実施形態の板状部材５１の幅（短手方向の長さ）は、ブロック５０の内でモルタルが留まる長さを用いる。
As shown in FIG. 3, the columnar members 52, 53 are arranged in an aligned manner at intervals in the long side direction and the short side direction of the plate-like member 51. Further, the columnar members 52 are arranged at an interval such that one layer of mortar discharged from the nozzle 20 is pushed into the two upper and lower holes h1. The holes h <b> 1 arranged above and below the columnar member 52 communicate with each other inside the block 50.
In addition, as the width (length in the short direction) of the plate-like member 51 of the present embodiment, a length in which the mortar remains in the block 50 is used.
＜構造物形成方法＞
次に、図１〜図３を用いて、構造物形成システム１０を用いた構造物形成方法（作用）について説明する。
<Structure formation method>
Next, a structure forming method (operation) using the structure forming system 10 will be described with reference to FIGS.
図１に示すように、板状部材５１が垂直方向になるようにブロック５０を立設させる。
そして、制御部３１の積層管理部３１１は、立設させたブロック５０の位置を取得する。具体的には、積層管理部３１１に、ブロック５０の端部の座標と、ブロック５０の形状及び寸法（横幅及び高さ）に関する情報とを、入力する。積層管理部３１１は、入力されたブロック５０の端部の座標を吐出開始位置と特定し、ブロック５０の形状及び寸法に応じてノズル２０の移動経路を特定する。ここでは、ブロック５０の形状及び寸法に基づいて、ブロック５０の吐出表面（板状部材５１と直交する垂直面）全体に対してモルタルを吐出する移動経路を特定する。具体的には、ブロック５０に対してノズル２０を水平方向に同じ高さで移動させた後、１段上方に移動させ、この高さで、ノズル２０を水平方向に移動させることを繰り返す移動経路を特定する。
As shown in FIG. 1, the block 50 is erected so that the plate-like member 51 is in the vertical direction.
And the lamination | stacking management part 311 of the control part 31 acquires the position of the block 50 made to stand. Specifically, the coordinates of the end of the block 50 and information regarding the shape and dimensions (lateral width and height) of the block 50 are input to the stacking management unit 311. The stacking management unit 311 identifies the input coordinates of the end of the block 50 as the ejection start position, and identifies the movement path of the nozzle 20 according to the shape and dimensions of the block 50. Here, based on the shape and dimensions of the block 50, the movement path for discharging mortar to the entire discharge surface (vertical surface orthogonal to the plate-like member 51) of the block 50 is specified. More specifically, after moving the nozzle 20 in the horizontal direction at the same height with respect to the block 50, the moving path is repeatedly moved up one stage and the nozzle 20 is moved in the horizontal direction at this height. Is identified.
そして、制御部３１の積層管理部３１１は、ロボットアーム２５を制御して、ノズル２０を吐出開始位置に移動させる。例えば、吐出開始位置として、ブロック５０の吐出表面の一方側（図３（ａ）の右側）で、ブロック５０の下層の端部に移動させる。この場合、積層管理部３１１は、ブロック５０に所定距離だけ離間させてノズルの吐出口２０ａを対向させ、ノズル２０の側面部材２７が上側で水平となるように、ロボットアーム２５の姿勢を制御する。 Then, the stack management unit 311 of the control unit 31 controls the robot arm 25 to move the nozzle 20 to the discharge start position. For example, the discharge start position is moved to the lower end of the block 50 on one side of the discharge surface of the block 50 (the right side in FIG. 3A). In this case, the stacking management unit 311 controls the posture of the robot arm 25 so that the nozzle outlet 20a is opposed to the block 50 by a predetermined distance and the side member 27 of the nozzle 20 is horizontal on the upper side. .
そして、制御部３１の移動制御部３１２は、吐出開始位置から、移動経路に沿ってノズル２０を移動させる。この場合、制御部３１の吐出量制御部３１３は、ノズル２０の移動速度に応じた吐出量で、ノズル２０にモルタルを供給する。そして、ノズル２０からモルタルを吐出させながら、吐出開始位置からブロック５０の終端部までノズル２０を移動させることにより、モルタルの最下層Ｌ１を生成する。 Then, the movement control unit 312 of the control unit 31 moves the nozzle 20 along the movement path from the discharge start position. In this case, the discharge amount control unit 313 of the control unit 31 supplies mortar to the nozzle 20 with a discharge amount corresponding to the moving speed of the nozzle 20. Then, while discharging the mortar from the nozzle 20, the nozzle 20 is moved from the discharge start position to the end portion of the block 50, thereby generating the lowermost layer L1 of the mortar.
この場合、図３（ａ）に示すように、ノズル２０から吐出された最下層Ｌ１のモルタルは、ブロック５０の孔ｈ１に押し込まれる。そして、このモルタルは、柱状部材５２の後ろ側に回り込み、係止部ａ１，ａ２を形成する。係止部ａ１は、柱状部材５２の上側から後ろに回り込み、係止部ａ２は、下側から回り込んで形成される。そして、これら係止部ａ１，ａ２は、柱状部材５２の裏面（ノズル２０側とは反対側の面）に接触し、一体化される。また、板状部材５１に押し込まれたモルタルは、裏面の柱状部材５２の近傍で、ブロック５０の内部で留まる長さを有する。
更に、図１に示すように、ノズル２０の移動に伴って、ノズル２０の側面部材２７は、モルタルの最下層Ｌ１の上面を平坦にする。
In this case, as shown in FIG. 3A, the mortar of the lowermost layer L1 discharged from the nozzle 20 is pushed into the hole h1 of the block 50. And this mortar goes around to the back side of the columnar member 52, and forms the latching | locking part a1, a2. The locking part a1 wraps around from the upper side of the columnar member 52, and the locking part a2 wraps around from the lower side. And these latching | locking part a1, a2 contacts the back surface (surface on the opposite side to the nozzle 20 side) of the columnar member 52, and is integrated. The mortar pushed into the plate-like member 51 has a length that stays inside the block 50 in the vicinity of the columnar member 52 on the back surface.
Furthermore, as shown in FIG. 1, as the nozzle 20 moves, the side member 27 of the nozzle 20 flattens the upper surface of the lowermost layer L1 of the mortar.
そして、最下層Ｌ１の生成が終了した後、この最下層Ｌ１に積み重なる新たな層Ｌ２を形成する。具体的には、ノズル２０の吐出口２０ａをブロック５０の表面に対向させた状態で、最下層Ｌ１の上に新たなモルタル層を積むように、ノズル２０を上方に移動させる。そして、ノズル２０の吐出口２０ａからモルタルを吐出させながら、移動経路に沿ってブロック５０の終端部までノズル２０を移動させて、新たな層Ｌ２を形成する。 And after the production | generation of the lowest layer L1 is complete | finished, the new layer L2 stacked on this lowest layer L1 is formed. Specifically, with the discharge port 20a of the nozzle 20 facing the surface of the block 50, the nozzle 20 is moved upward so that a new mortar layer is stacked on the lowermost layer L1. And while discharging mortar from the discharge port 20a of the nozzle 20, the nozzle 20 is moved to the terminal part of the block 50 along a movement path | route, and the new layer L2 is formed.
この場合、図３（ｂ）に示すように、新たな層Ｌ２を形成するモルタルも、柱状部材５２の後ろ側に回り込み、係止部ａ１，ａ２を形成する。この層Ｌ２の最下部の係止部ａ１は、最下層Ｌ１の上の係止部ａ２と一体化される。そして、層Ｌ２が完成した場合には、この層Ｌ２の上に、同様にして、新たな層を形成する。 In this case, as shown in FIG. 3B, the mortar for forming the new layer L2 also wraps around the columnar member 52 to form the locking portions a1 and a2. The lowermost locking portion a1 of the layer L2 is integrated with the locking portion a2 on the lowermost layer L1. When the layer L2 is completed, a new layer is similarly formed on the layer L2.
図３（ｃ）に示すように、以上のことを繰り返して、ブロック５０の上端部までモルタルを吐出させて、モルタルを積層させる。これにより、モルタルの端部にブロック５０を配置した壁（構造物）が完成する。 As shown in FIG.3 (c), the above is repeated and mortar is discharged to the upper end part of the block 50, and a mortar is laminated | stacked. Thereby, the wall (structure) which has arrange | positioned the block 50 to the edge part of mortar is completed.
以上、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、ブロック５０にノズル２０の吐出口２０ａを対向させ、この吐出口２０ａからモルタルを吐出させながらノズル２０を移動させて、ブロック５０の孔ｈ１にモルタルを押し込んで、モルタルを積層させる。これにより、モルタルが、高い引張強度を有するブロック５０に一体化されて、引張力に強い壁（構造物）を形成することができる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the present embodiment, the discharge port 20a of the nozzle 20 is opposed to the block 50, the nozzle 20 is moved while discharging the mortar from the discharge port 20a, and the mortar is pushed into the hole h1 of the block 50. Laminate. Thereby, a mortar can be integrated with the block 50 which has high tensile strength, and the wall (structure) strong against a tensile force can be formed.
（２）本実施形態では、ブロック５０は、吐出したモルタルが内部に留まる幅を有する。これにより、形成した壁の端部はブロック５０と構成されるため、モルタルの積層痕を目立たなくすることができる。 (2) In this embodiment, the block 50 has such a width that the discharged mortar stays inside. Thereby, since the edge part of the formed wall is comprised with the block 50, the lamination trace of mortar can be made inconspicuous.
（３）本実施形態では、ブロック５０の孔ｈ１は、柱状部材５２を用いて形成される。柱状部材５２の上下に配置された孔ｈ１は、ブロック５０の内部において連通される。この場合、孔ｈ１に押し込まれたモルタルが、柱状部材５２の後ろ側に回り込んで係止部ａ１，ａ２を形成する。そして、この係止部ａ１，ａ２が後ろ側から柱状部材５２に係合する。これにより、ブロック５０の柱状部材５２にモルタルが係止されるので、モルタルとブロック５０とを強固に一体化させることができる。 (3) In the present embodiment, the hole h <b> 1 of the block 50 is formed using the columnar member 52. The holes h <b> 1 arranged above and below the columnar member 52 communicate with each other inside the block 50. In this case, the mortar pushed into the hole h1 turns around to the rear side of the columnar member 52 to form the locking portions a1 and a2. And these latching | locking part a1, a2 engages with the columnar member 52 from the back side. Thereby, since the mortar is locked to the columnar member 52 of the block 50, the mortar and the block 50 can be firmly integrated.
（４）本実施形態では、板状部材５１が垂直方向になるように配置したブロック５０に対して、水平方向からモルタルを吐出する。これにより、構造物の自重等により強い引張力が加わる鉛直方向に板状部材５１が配置されて、引張力に強い構造にすることができる。 (4) In this embodiment, mortar is discharged from the horizontal direction to the block 50 arranged so that the plate-like member 51 is in the vertical direction. Thereby, the plate-shaped member 51 is arrange | positioned in the perpendicular direction to which strong tensile force is added by the dead weight etc. of a structure, and it can be set as a structure strong against tensile force.
（５）本実施形態では、ノズル２０には、側面部材２７が設けられている。これにより、ノズル２０から吐出したモルタルの上面を平坦にするとともに、モルタルの上方への逃げを抑止し、孔ｈ１にモルタルをスムーズに押し込むことができる。 (5) In the present embodiment, the nozzle 20 is provided with a side member 27. Thereby, while making the upper surface of the mortar discharged from the nozzle 20 flat, the escape to the upper direction of a mortar can be suppressed and a mortar can be pushed in smoothly into the hole h1.
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態においては、ブロック５０の一方の表面側からモルタルを吐出した。モルタルを吐出する表面は、ブロックの片面だけに限らず、両面でもよい。
This embodiment can be implemented with the following modifications. The present embodiment and the following modifications can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
In the above embodiment, mortar was discharged from one surface side of the block 50. The surface on which the mortar is discharged is not limited to one side of the block, but may be both sides.
具体的には、図４（ａ）に示すように、ブロック５０よりも幅のあるブロック５５の一方の表面（図の右側の面）に、上述した実施形態の方法で、モルタルを積層した後、この反対側の面（裏面）に、ノズル２０を配置する。そして、この裏面においても、ノズル２０の吐出口２０ａをブロック５０に向けた状態で、ブロック５５の最下部の角からノズル２０を移動させる。そして、制御部３１は、ロボットアーム２５を制御してノズル２０を移動させながら、ノズル２０の移動速度に応じた吐出量で、ノズル２０にモルタルを供給して、裏面に最下層Ｌ３を形成する。 Specifically, as shown in FIG. 4A, after the mortar is laminated by the method of the above-described embodiment on one surface of the block 55 having a width wider than the block 50 (the right side surface in the figure). The nozzle 20 is disposed on the opposite surface (back surface). Also on this back surface, the nozzle 20 is moved from the lowermost corner of the block 55 with the discharge port 20 a of the nozzle 20 facing the block 50. And the control part 31 supplies the mortar to the nozzle 20 with the discharge amount according to the moving speed of the nozzle 20, controlling the robot arm 25 and moving the nozzle 20, and forms the lowest layer L3 on the back surface. .
この場合、最下層Ｌ３のモルタルは、反対側の最下層Ｌ１と一体化する。そして、裏面の最下層Ｌ３が形成された後には、表面においてモルタルを吐出した場合と同様に、最下層Ｌ３の上に新たな層を順次、形成する。
これにより、モルタルの内部にブロック５０を埋設して、引張力に強い構造物を形成することができる。
In this case, the mortar of the lowermost layer L3 is integrated with the lowermost layer L1 on the opposite side. Then, after the lowermost layer L3 on the back surface is formed, new layers are sequentially formed on the lowermost layer L3 in the same manner as when mortar is discharged on the surface.
Thereby, the block 50 is embed | buried under the inside of a mortar, and a structure strong against a tensile force can be formed.
・上記実施形態においては、ノズル２０から吐出したモルタルがブロック５０の内部に留まり、裏面に吐出しない幅を有するブロック５０を用いた。ブロックの大きさは、これに限られない。例えば、図４（ｂ）に示すように、上記実施形態のブロック５０の短手方向の長さを短くしたブロック５６を用いてもよい。このブロック５６は、一方の表面から吐出されたモルタルが裏面まで到達する幅を有する。 In the above embodiment, the block 50 having a width in which the mortar discharged from the nozzle 20 stays inside the block 50 and does not discharge on the back surface is used. The size of the block is not limited to this. For example, as shown in FIG. 4B, a block 56 in which the length in the short direction of the block 50 of the above embodiment may be used. The block 56 has a width that allows the mortar discharged from one surface to reach the back surface.
・上記実施形態においては、ノズル２０を水平方向に延在させて、ブロック５０の側面に対してモルタルを水平方向に吐出した。モルタルを吐出する方向は、水平方向に限られない。例えば、ブロック５０の側面を上面とした状態で配置し、このブロック５０の上方にノズル２０を配置し、吐出口２０ａから下方のブロック５０に向けてモルタルを吐出してもよい。 In the above embodiment, the nozzle 20 is extended in the horizontal direction, and the mortar is discharged in the horizontal direction with respect to the side surface of the block 50. The direction in which the mortar is discharged is not limited to the horizontal direction. For example, the block 50 may be disposed with the side face as the upper surface, the nozzle 20 may be disposed above the block 50, and mortar may be discharged from the discharge port 20a toward the lower block 50.
・上記実施形態においては、複数の板状部材５１と複数の柱状部材５２，５３とを有するブロック５０を、造形材を吐出する骨格部として用いた。骨格部の構成は、これに限られず、全て柱状部材で構成した骨格部でもよい。この場合には、ブロックの表面の孔が、ブロックの中心側において、柱状部材の上下方向だけでなく、左右方向においても連通する。これにより、モルタルを、ブロックと更に一体化することができる。また、複数の板状部材５１を交差させるように組み合わせてブロックを構成してもよい。 In the above embodiment, the block 50 having the plurality of plate-like members 51 and the plurality of columnar members 52 and 53 is used as a skeleton part that discharges the modeling material. The structure of the skeleton part is not limited to this, and may be a skeleton part composed entirely of columnar members. In this case, the hole on the surface of the block communicates not only in the vertical direction of the columnar member but also in the horizontal direction on the center side of the block. Thereby, the mortar can be further integrated with the block. Moreover, you may comprise a block combining the some plate-shaped member 51 so that it may cross | intersect.
更に、構造物に用いる骨格部を、上述した構造物形成システム１０を用いて予め形成してもよい。具体的には、構造物形成システム１０のノズル２０に、モルタルの代わりに、造形材よりも高い引張強度の骨格部を構成する材料を供給する。そして、ノズル２０の吐出口２０ａから、骨格部を構成する材料を吐出しながらノズル２０を移動させて、骨格部を形成する。 Furthermore, the skeleton used for the structure may be formed in advance using the structure forming system 10 described above. Specifically, a material constituting a skeleton having a higher tensile strength than the modeling material is supplied to the nozzle 20 of the structure forming system 10 instead of the mortar. And the nozzle 20 is moved, discharging the material which comprises a skeleton part from the discharge outlet 20a of the nozzle 20, and a skeleton part is formed.
また、ブロック５０の代わりに、複数の孔が形成された薄板を骨格部として用いてもよい。更に、図４（ｃ）に示すように、複数の板６１を柱状部材６２で連結した部材６０を用いてもよい。この場合、板６１には、複数の孔ｈ２が形成した金属板で構成してもよい。そして、板６１が孔形成部材として機能する。更に、構造物の部分に応じて孔の大きさを変更してもよい。この場合には、部分毎に、必要な引張力を算出し、この引張力に応じた大きさの孔を用いる。また、表面に形成される孔と、裏面に形成される孔の大きさを変更してもよい。例えば、表面側の外形状と裏面側の外形状とが異なる場合には、それぞれの外形状に対応させて、必要な引張力に応じた大きさの孔を用いる。 Moreover, you may use the thin plate in which the several hole was formed instead of the block 50 as a frame | skeleton part. Furthermore, as shown in FIG. 4C, a member 60 in which a plurality of plates 61 are connected by columnar members 62 may be used. In this case, the plate 61 may be formed of a metal plate having a plurality of holes h2. The plate 61 functions as a hole forming member. Furthermore, you may change the magnitude | size of a hole according to the part of a structure. In this case, a necessary tensile force is calculated for each portion, and a hole having a size corresponding to the tensile force is used. Moreover, you may change the magnitude | size of the hole formed in the surface, and the hole formed in a back surface. For example, when the outer shape on the front surface side is different from the outer shape on the back surface side, a hole having a size corresponding to the required tensile force is used corresponding to each outer shape.
・上記実施形態のブロック５０は、直方体形状としたが、形成する構造物の形状に応じた形状であればよい。例えば、円筒形状の構造物を形成する場合には、この形状に応じて円弧形状のブロックを用いる。 -Although the block 50 of the said embodiment was made into the rectangular parallelepiped shape, what is necessary is just a shape according to the shape of the structure to form. For example, when a cylindrical structure is formed, an arc-shaped block is used according to this shape.
・上記実施形態においては、骨格部としてのブロック５０をカーボンファイバーで構成した。骨格部は、骨格部は、引張力に強い材料で構成されれば、カーボンファイバーで構成される場合に限られず、例えば金属により構成してもよい。また、上記実施形態においては、造形材としてモルタルを用いた。造形材は、高い圧縮強度を有する構造物を構成する材料であって、ノズルから吐出して積層可能な材料であればよく、例えば、流動状態の石膏であってもよい。 -In the said embodiment, the block 50 as a frame | skeleton part was comprised with the carbon fiber. As long as the skeleton part is made of a material resistant to tensile force, the skeleton part is not limited to being made of carbon fiber, and may be made of metal, for example. Moreover, in the said embodiment, the mortar was used as a modeling material. The modeling material is a material that constitutes a structure having a high compressive strength, and may be any material that can be discharged from a nozzle and stacked, and may be, for example, a plaster in a fluid state.
ａ１，ａ２…係止部、ｈ１，ｈ２…孔、Ｌ１，Ｌ３…最下層、Ｌ２…層、１０…構造物形成システム、２０…ノズル、２０ａ…吐出口、２１…ホース、２４…取付部、２５…ロボットアーム、２７…側面部材、３０…制御装置、３１…制御部、５０，５５，５６…ブロック、５１…板状部材、５２，５３，６２…柱状部材、６０…部材、６１…板、３１１…積層管理部、３１２…移動制御部、３１３…吐出量制御部。 a1, a2 ... locking part, h1, h2 ... hole, L1, L3 ... bottom layer, L2 ... layer, 10 ... structure formation system, 20 ... nozzle, 20a ... discharge port, 21 ... hose, 24 ... mounting part, 25 ... Robot arm, 27 ... Side member, 30 ... Control device, 31 ... Control unit, 50, 55, 56 ... Block, 51 ... Plate member, 52, 53, 62 ... Columnar member, 60 ... Member, 61 ... Plate 311: Stack management unit 312: Movement control unit 313: Discharge amount control unit
Claims (5)
複数の孔が表面に形成され、前記造形材よりも高い引張強度を有する材料で構成される骨格部を配置し、
前記骨格部の表面で、前記孔に前記造形材を押し込むように、前記ノズルから前記造形材を吐出させながら前記ノズルを移動させることを特徴とする構造物形成方法。 A method of forming the structure by forming and stacking a modeling material that is a material of the structure by discharging from a nozzle,
A plurality of holes are formed on the surface, and a skeleton portion made of a material having a higher tensile strength than the modeling material is disposed,
A structure forming method, wherein the nozzle is moved while discharging the modeling material from the nozzle so as to push the modeling material into the hole on the surface of the skeleton part.
前記孔形成部材によって区画された複数の孔を、前記骨格部の内部で連通させたことを特徴とする請求項１に記載の構造物形成方法。 The skeleton portion is provided with a plurality of hole forming members that form the holes apart from each other,
The structure forming method according to claim 1, wherein a plurality of holes partitioned by the hole forming member are communicated inside the skeleton portion.
前記板状部材が鉛直方向に延在するように、前記骨格部を配置することを特徴とする請求項１又は２に記載の構造物形成方法。 The skeleton part is configured by connecting a plurality of plate-like members aligned in one direction,
The structure forming method according to claim 1, wherein the skeleton portion is arranged so that the plate-like member extends in a vertical direction.
更に、前記骨格部の前記裏面で、前記裏面の孔に前記造形材を押し込むように、前記造形材を吐出させながら前記ノズルを移動させることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の構造物形成方法。 The skeleton has a plurality of holes on the back surface facing the front surface,
Furthermore, the said nozzle is moved while discharging the said modeling material so that the said modeling material may be pushed in the hole of the said back surface at the said back surface of the said frame | skeleton part, The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. The structure formation method as described in 2. above.
前記移動手段の移動制御及び前記造形材の吐出制御を行なう制御部とを備え、
吐出させた前記造形材を積層して前記構造物を形成する構造物形成システムであって、
前記制御部は、
前記造形材よりも高い引張強度を有する骨格部の表面で、この表面に形成された複数の孔に前記造形材を押し込むように、前記ノズルから前記造形材を吐出させながら前記ノズルを移動させることを特徴とする構造物形成システム。 A moving means for moving a nozzle for discharging a modeling material as a material of the structure;
A control unit that performs movement control of the moving unit and discharge control of the modeling material,
A structure forming system for forming the structure by stacking the discharged modeling material,
The controller is
The nozzle is moved while discharging the modeling material from the nozzle so that the modeling material is pushed into a plurality of holes formed on the surface of the skeleton having higher tensile strength than the modeling material. A structure forming system characterized by
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