JP2020520823A - カスタム建築用パネルの製造方法 - Google Patents

Abstract

多層堆積の加法的プロセスにより犠牲レリーフ（１０）を構築し、犠牲レリーフの輪郭に一致するように犠牲レリーフ上にファサード層（２０、３０）を適用し、ファサード層上に発泡性組成物（４０、５０、６０）を堆積させることにより、パネル（５）を製造する。【選択図】図１

Description

本発明は、建築用パネルの製造方法に関する。

典型的には、建物には様々な種類の複数の材料が含まれており、これらの材料は異なる目的を果たし、互いに固定されて最終構造を構築する。例えば、建物の壁を考えてみる。典型的な壁構造には、外観を美しくするために外側のファサードが含まれている。また、壁には断熱材料が含まれており、建物の外の温度が変動するときの建物内の温度変動を調整する。典型的には、水、水蒸気、および空気調整成分があり、壁を通る水分および空気の浸透を制御する。また、様々な種類の荷重の下で壁に強度および完全性を提供する構造成分もある。壁を構築するには、これらの各成分を一緒に実装し、特定の順序でそれらを固定する必要がある。

壁等の建築構造の構築には多くの課題がある。例えば、様々な成分同士を単に固定するだけでは、壁構造全体の望ましい特性が損なわれる可能性がある。例えば、釘やネジ等の機械的固定具は、壁の成分を介して熱短絡を提供し、ガスケット等の他の要素で妨げられない場合、水分、蒸気、および空気が貫通できる穴を形成し得る。したがって、様々な必要な成分を含む壁等の建築構造を、成分に機械的固定具を貫通させることによって構造の特性を損なうことなく接着することが望ましい。

別の課題は、複雑な形状および／または複雑な特徴を有する建築構造の製造である。建築構造は、常に平面または直線の物品を使用して構築されるとは限らない。湾曲壁、またはサドル形状等のより複雑な形状、および熟練した建築家の想像力から生まれるさらに複雑な形状は、建築構造設計に役立つ。これは、例えば美術館の建物の場合に、ますます当てはまると思われる。これらの複雑な形状の製造は非常に困難な場合があり、多くの場合、建設現場に出荷されてつなぎ合わされるパネルを慎重に事前に製造する必要がある。製造には、金属の大規模な曲げ、および／または建築材料の成形およびフライス加工が必要になる場合がある。平面および直線から逸脱した複雑な形状を有する建築用パネルの製造プロセスを簡素化することが望ましい。さらに望ましいのは、複雑な形状を有する建築用パネルを建築現場で製造できることであり、それによって、設計の直前のカスタマイズが可能となり、また事前に製造された物品（セメントスラブ等の成分を含む場合は高価となり得る）に関連する製造および配送コストを発生させることなく、成分メーカー／サプライヤーから構造成分を直接送達することができる。

建築業界における最近の発展には、建築構造を製作するための３次元（３Ｄ）印刷方法が含まれる。３Ｄ印刷では、多層堆積を使用して物品に垂直構造を構築する。多層堆積には、材料の複数の層を互いに堆積させ、材料から物品を形成することが含まれる。多層堆積では、層の各平面断面上の位置（または座標）で層がいつ材料を含むかを制御することにより、最終物品の垂直輪郭を制御することができる。垂直壁構造の形成には、セメントの多層堆積が使用されている。桁支持構造の形成には、ポリマーの多層堆積が使用されている。しかし、多層堆積は、複数の異なる材料を含む複雑な形状の建築用パネル、または建設現場でカスタマイズして製造できるそのような構造を製造するためには使用されていない。

本発明は、機械的固定具を成分に貫通させることにより構造の特性を損なうことなく互いに接着された様々な必要な成分を含み、複雑な形状を有する建築構造を製造するための方法を提供することにより、建築および建設の技術の進歩を提供する。さらに、この方法は、建設現場で実行され得るため、壁パネル等の建築構造を建設現場でカスタマイズおよび製造して、直前の設計変更および個々の材料の直接出荷を可能にし得る。本発明の方法は、水分、蒸気および空気調整材と同様に熱および音響バリアとして機能し得る発泡材料に接着された複雑な形状を有するファサードを含むファサードパネルを製造することができる。さらに、本発明の方法は、機械的固定具を成分に貫通させることなく、全て一体のユニットとして接着された構造要素または成分をさらに含むファサードパネルを含む構造パネル全体を製造することができる。

本発明の方法は、驚くべきことに、パネルの残りの部分がその上に製造される犠牲レリーフを形成するために、加法的多層堆積の概念から利益を得る。３Ｄ印刷されたセメント壁構造とは異なり、本発明のパネルは水平方向に、すなわち、パネルが最終完成建築構造の方向に対して横になった状態で製造される。犠牲レリーフは、パネルのファサードの形状を成形する輪郭を提供する。犠牲材料の多層堆積を使用すると、任意の所望の輪郭に対する犠牲レリーフの形成が可能になり、したがって、任意の所望のファサード輪郭を有する複数成分パネルの形成が可能になる。犠牲レリーフからパネルを構築することにより、パネルを通して建築構造に取り付けるための貫通固定具を必要とせずに、パネルの成分を互いに接着することができる。

本方法は、ファサード層で終わる代わりにファサード層からパネルを構築することから、本発明により製造されたパネルは、外部断熱仕上げシステム（ＥＩＦＳ）パネル等の他のパネルに勝る利点を提供する。結果として、本製造方法を使用して無欠陥のファサード層が達成され得るが、ＥＩＦＳパネルの１つの課題は、ファサード層が下層のシームおよび欠陥の上に適用されるために無欠陥ファサード層を達成していることである。

第１の態様において、本発明は、（ａ）犠牲材料の多層堆積の加法的プロセスにより、幅寸法、長さ寸法、および高さ寸法を有する犠牲レリーフを構築するステップであって、犠牲レリーフは、任意選択で１つまたは複数の開窓メサを画定することができるステップと；（ｂ）犠牲レリーフの輪郭に一致するように、犠牲レリーフの上にファサード層を適用するステップと；（ｃ）ファサード層の上に発泡性組成物を堆積させるステップとを含む方法であって、発泡性組成物は、ファサード層に接着されるポリマーフォームに膨張し、ポリマーフォームは、ファサード層に接着する方法である。

本発明は、建築構造の構築に使用するためのパネルを製造するのに有用である。

製造後、犠牲レリーフから取り外す前の、犠牲レリーフ１０の上にまだ残っている構造ファサードパネル５を示す図である。

「および／または」は「および、または代替的に」を意味する。「複数」とは「１つより多く」を意味する。特に記載がない限り、範囲はエンドポイントを含む。「微粒子」とは、粒子のサイズまたは形状に制限されることなく、個別の粒子の形をとることを意味する。「（ｓ）」で終わる用語は、単数形および／または複数形の用語を指す。

本発明の方法は、犠牲レリーフの構築を必要とする。犠牲レリーフは、幅、長さおよび高さの３つの直交する寸法を有する。幅および長さは、一般に高さよりも大きい寸法である。高さは、犠牲レリーフの輪郭、ひいては犠牲レリーフ上に生成されるファサードの輪郭により画定される。高さは、略垂直方向に延在する。長さおよび幅は同じ（つまり、正方形の平面を画定する）または異なってもよい（つまり、長さが等しくない辺を有する長方形の平面を画定する）。長さは、同じもしくは幅にわたって変化してもよく、および／または幅は、同じもしくは長さにわたって変化してもよい。すなわち、犠牲レリーフは、長方形または長方形以外の、高さに対して垂直な断面を有し得る。犠牲レリーフの高さ寸法は、本質的に均一（すなわち、本質的に平坦な輪郭面を画定する）または不均一（すなわち、犠牲レリーフの長さまたは幅寸法にわたって変化する）であってもよい。

望ましくは、犠牲レリーフの最小幅寸法は、一般に１メートル以上であり、２メートル以上、さらには３メートル以上、４メートル以上、５メートル以上６メートル以上、７メートル以上、８メートル以上、９メートル以上、さらには１０メートル以上であってもよく、同時に一般に２０メートル以下であり、１５メートル以下、１０メートル以下、５メートル以下、３メートル以下、さらには２メートル以下であってもよい。

望ましくは、犠牲レリーフの最小長さ寸法は、一般に１メートル以上であり、２メートル以上、さらには３メートル以上、４メートル以上、５メートル以上、６メートル以上、７メートル以上、８メートル以上、９メートル以上、さらには１０メートル以上であってもよく、同時に一般に２０メートル以下であり、１５メートル以下、１０メートル以下、５メートル以下、３メートル以下、さらには２メートル以下であってもよい。

示されたこれらの長さおよび幅の制限は技術的な制限ではなく、取扱いに最適なパネルを定義している。

高さ寸法は、所望のプロファイルまたは輪郭によってのみ制限される。

多層堆積を使用して、犠牲レリーフ材料から犠牲レリーフを構築する。望ましくは、犠牲レリーフを構築する多層堆積プロセスは、犠牲レリーフの長さおよび幅寸法を含む平面に平行な平面に犠牲材料の層を堆積させることを含む。層は次々と堆積される。そのようにして、犠牲レリーフの構築は、犠牲レリーフの高さ寸法に沿って犠牲材料の複数の層を堆積させることにより行われる。

犠牲レリーフを構築するための多層堆積プロセスは、所与の高さでの犠牲レリーフの幅および長さにより画定される全平面にわたって犠牲レリーフのその高さで堆積ヘッドを繰り返しラスタリングし、犠牲レリーフが望まれるその平面内の位置を通過するときに、ラスタリング堆積ヘッドがそれらの位置で堆積ヘッドから犠牲材料を堆積させ、次いで犠牲レリーフが構築されるまでより高い高さまで移動させることを含んでもよい。「ラスタリング」とは、平面の領域をカバーするために、互いに隣接する連続した平行線のパターンで移動することを意味する。

犠牲レリーフ材料は、有機材料もしくは無機材料、または有機材料および無機材料の組み合わせであってもよい任意の材料であってもよい。犠牲レリーフ材料は、ポリマーまたは非ポリマーであってもよい。犠牲材料は、堆積後に硬化する溶融または軟化したポリマーとして堆積させることができる。犠牲レリーフ材料は、砂、汚れ、石膏粉、セメント粉、粒状ポリマー、および金属粉等の微粒子状物質として堆積させることができる。微粒子状物質は、粒子が体積すると互いに接着するように、その上に接着剤コーティングを有してもよい。一般に、微粒子状物質である犠牲レリーフ材料は、平均して１０ミリメートル（ｍｍ）以下、好ましくは５ｍｍ以下であり、４ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下であってもよく、同時に、一般に０．１ｍｍ以上であり、０．５ｍｍ以上、さらには１ｍｍ以上であってもよい最大個別粒子寸法を有する。

犠牲材料の堆積は、液体と微粒子状犠牲材料との同時堆積によって生じ得る。液体は微粒子を濡らし、微粒子が互いに付着するのを保持し得る。微粒子は、液体と反応して粒子間の付着を引き起こす性質のものであってもよい。例えば、液体は水であってもよく、微粒子はセメントおよび／または石膏微粒子であってもよく、その結果濡れると微粒子が固まる。追加的または代替的に、液体は、犠牲材料の微粒子同士を結合する接着剤であるか、またはそれを含むことができる。適切な接着剤の例には、ポリウレタンおよびポリウレタン分散液、尿素ホルムアルデヒド、エポキシ、アクリル、メチレンジイソシアネート、セルロース系接着剤（メチルセルロースおよびエチルセルロース等）、およびそれらの組み合わせが含まれる。液体が接着剤を含む場合、微粒子状犠牲材料は反応性または不活性（すなわち、液体と非反応性）であり、結合した粘着性の犠牲レリーフを形成し得る。

この方法では、「減法的」プロセスとは対照的に、「加法的」プロセスによって犠牲的レリーフが製作される。加法的プロセスは、必要な場所に材料を追加し、不要な場所に材料を追加しないことで形状を構築する。減法的プロセスは、必要な場所だけでなく、不要な場所でも材料で開始し、次いで不要な場所で材料を除去する（差し引く）。材料の除去は、一般に、フライス加工、穴あけ、切断、スクーピング、および材料を取り除く他の手段によって行われる。

堆積ヘッドは、犠牲材料の制御された放出に適した出口である。例えば、様々な種類の加熱ノズルが、溶融または軟化したポリマー材料の堆積ヘッドとして適している。微粒子状犠牲材料の場合、堆積ヘッドは、微粒子が排出される管状またはトラフ状の構造であってもよい。管状堆積ヘッドは、例えば、重力、加圧ガス（例えば、空気もしくは窒素）または押出を利用して、堆積ヘッドから微粒子を排出することができる。バルブを開閉して、犠牲材料の堆積をオンまたはオフにすることができる。トラフ状堆積ヘッドの場合、振動、重力、さらには機械的なパドル、ブレード、フィンガー等が堆積のために微粒子をトラフから排出することができる。微粒子と同時に液体を堆積させるためには、例えば落下する微粒子に堆積ヘッドの近くで液体のミストまたはストリームを噴霧することにより、液体が堆積ヘッドから落下する際に液体を微粒子に方向付けることができる。また、別の微粒子層が上に置かれる前に微粒子を濡らすために、微粒子が堆積された後に微粒子上に液体を噴霧することも可能であり、これは、液体を微粒子と「同時に」堆積させるとみなされる。

犠牲材料の堆積は、堆積された後、犠牲材料の次の層がその上に積層される前に、犠牲材料の層にローラ、形成シューまたは他の成形デバイスを適用することをさらに含んでもよい。好ましくは、成形デバイスを用いた成形は、材料を除去するのではなく材料を単に移動させて、犠牲レリーフを構築する（減法的に対して）加法的特性を保持する。そのようなステップは、犠牲材料の輪郭を滑らかにするのに、ならびに／または犠牲材料のみの堆積だけで物理的および／もしくは現実的に達成され得るものよりも微細な特徴を犠牲レリーフにさらに画定するのに有用となり得る。ローラまたは他の成形デバイスは、最終犠牲レリーフの所望の輪郭を達成するための犠牲材料の輪郭形成を支援するのに役立つことができ、所望により、圧力を加えることにより犠牲材料を圧縮することができる。例えば、犠牲材料層の平面から犠牲材料の堆積層まで平面外に傾斜したローラバーまたは形成シューを適用することにより、層の表面に対して角度のある輪郭を確立することができる。ローラは、プロファイルのより正確な成形を提供するために、ボールの形態であってもよい。犠牲材料の層の上でボールローラを転がすと、回転ボールが犠牲材料の層と接触する点で犠牲材料の層に圧力を加えることにより、犠牲材料の層を成形することができる。犠牲材料の堆積に続くボールローラのコンピュータ制御により、犠牲材料を任意の所望の輪郭に正確に成形することができる。ボールローラはコンピュータ制御アーム上にあり、犠牲材料に圧力が加えられた犠牲材料の層の上を転がることができ、ボールは犠牲材料に接触し、アームを介して圧力を加えることができ、輪郭のコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）画像または他の特定の画像に一致するようにコンピュータ制御され得る。

犠牲レリーフは、任意選択で、１つまたは複数の開窓メサを画定する（含む）ように構築され得る。開窓メサは、犠牲レリーフ上に形成された建築構造に開窓開口部を画定するのに役立つ犠牲レリーフ材料のブロックである。開窓メサは、望ましい開窓開口部の形状を有する。開窓メサは、望ましくは、犠牲レリーフ上に構築される建築構造より高い高さまで延在し、本発明のプロセスで適用される他の要素は、望ましくは、開窓メサの上ではなく開窓メサの周りに適用される。

犠牲レリーフは、犠牲レリーフの周囲に犠牲材料の層を構築し続けることにより、その周りにフレームを含むように製作され得る。フレームは、望ましくは、犠牲レリーフの上に製造されるパネルの高さと同じかそれよりも高く構築される。犠牲レリーフの一部としてフレームワークを組み込む場合、パネルはフレームワーク内に製造され、すなわち、犠牲レリーフの残りの上にあるフレームワークによって画定される残りの部分の上のキャビティ内に製造される。一般に、ファサード層はフレームワーク上に堆積されないが、所望によりフレームワークの側面にファサード層が堆積され得る。

犠牲レリーフの形成前または形成後に、犠牲レリーフの周囲に別個の材料のフレームワークが設置されてもよい。この場合も、フレームワークは、犠牲レリーフの上に製造されているパネルの高さ以上に延在することが望ましい。次いで、パネルは、犠牲レリーフの上でフレームワーク内に製造される。

本発明の方法は、犠牲レリーフの上にファサード層を適用することを含む。ファサード層は、側面が概ね高さ寸法で延在する開窓メサの側面に適用することができ、望ましくは適用される。しかしながら、ファサード層は、望ましくは、開窓メサの上に適用されない。また、犠牲レリーフの周囲にフレームワークがある場合、フレームワークの上にファサード層を適用しないことが望ましい。所望により、フレームワークの内面にファサード層が適用されてもよい。

任意選択で、犠牲レリーフの上にファサード層を適用する前に、犠牲レリーフの周囲にフレームが存在する場合、剥離コーティングを犠牲レリーフおよびまたはフレームワークの内面上に適用することができる。特に、犠牲レリーフとファサード層の間に剥離コーティングが存在するかどうかにかかわらず、ファサード層は犠牲レリーフの「上」にあるとみなされる。剥離コーティングは、犠牲レリーフからのファサード層の分離を促進するのに役立つ。その点で、犠牲レリーフ、ファサード層、または犠牲レリーフおよびファサード層の両方への接着が最小限になるように、剥離コーティングが選択される。「最小限の接着力」とは、犠牲レリーフからファサード層を分離させようとした再に指定された成分が引き離されないように、指定された成分自体の凝集力よりも指定された構成要素への接着力が小さいことを意味する。一般に適切な剥離コーティング材料の例としては、ワックス、油、シリコーン材料、フルオロカーボン、窒化ホウ素、ならびにルースパウダーおよび粒状材料からなる群から選択されるものが挙げられる。

ファサード層は、建築構造の露出ファサードに望ましいいずれのものであってもよい。例えば、ファサード層は、ポリマーフィルム、ポリマーシート、金属フィルム、金属シート、微粒子材料（例えば、粉末顔料、粉末金属、粉末ポリマー、岩、砂、小石、ガラスビーズ、および粉砕されたリサイクル無機物質、例えばセメント、花崗岩およびレンガ等）ならびにセメントからなる群から選択される任意の１つまたは任意の組み合わせまたは複数の材料を含み得る。微粒子状物質は、互いに結合しているか、または互いに対して緩んでおり結合していなくてもよい。

犠牲レリーフの輪郭に一致するように、望ましくは、犠牲レリーフの上にファサード層を適用する。ファサード層の組成に基づいて犠牲レリーフの輪郭に一致させるように、任意の考えられる方法で犠牲レリーフの上にファサード層を適用する。例えば、シートおよび／またはフィルムを犠牲レリーフの上に置いて、ファサード層として機能させることができる。液体材料および／または微粒子材料を犠牲レリーフの上に噴霧、刷毛塗り、および／または注入（キャスト）して、ファサード層として機能させることができる。例えば、塗料等の分散液を犠牲層の上に噴霧、刷毛塗り、またはワイピングして、ファサード層として機能させることができる。溶融または軟化したポリマーを噴霧し、犠牲レリーフ上に刷毛で押し出し、ファサード層として機能させることができる。セメントは、例えば、犠牲レリーフの上に刷毛塗り、噴霧、または注入（キャスト）して、ファサード層として機能させることができる。

ファサード層は、単一のファサード層であってもよく、または互いに重ねて適用された複数のファサード層であってもよい。例えば、ファサード層は、犠牲レリーフの上に最初に適用された塗料と、塗料の上に適用されたセメントとを含んでもよい。

ファサード層は、組成が均一または不均一であってもよい。例えば、ファサード層は、顔料の異なる色または材料の異なるテクスチャを有してもよく、さらには犠牲レリーフの異なる位置に異なる素材が適用されてもよい。ファサードの異なる部分に対して異なる構造的または審美的外観を有するファサードを作製するために、不均一なファサード層が望ましい場合がある。例えば、ファサードは、一部にレンガに似たセメント質のファサード層と、ファサード層の異なる場所に羽目板に似た金属シートまたはポリマーシートを有してもよい。別の例として、ある色の塗料を犠牲レリーフの一部の上に適用し、別の色の塗料または異なる材料のファサード層全体を犠牲レリーフの別の部分の上に適用することができる。

ファサード層は、犠牲層の高さ寸法に平行に延在し、犠牲層に最も近いファサード層の表面から、ファサード層の反対側の表面を通って延在する厚さを有する。ファサード層は均一な厚さを有してもよく、または厚さはファサード層内で変動してもよい。均一であるか変動するかに関わらず、ファサード層の最小厚さは２５０マイクロメートルまで小さくてもよい。一般に、所与の場所でのファサード層の厚さは、２５０マイクロメートル以上であり、５００マイクロメートル以上、７５０マイクロメートル以上、１ｍｍ以上、２ｍｍ以上、３ｍｍ以上、４ｍｍ以上、さらには５ｍｍ以上であってもよく、同時に一般に１０ｍｍ以下であり、９ｍｍ以下、８ｍｍ以下、７ｍｍ以下、６ｍｍ以下、５ｍｍ以下、４ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１ｍｍ以下、７５０マイクロメートル以下、さらには５００マイクロメートル以下であってもよい。

本発明の方法は、ファサード層上に発泡性組成物を堆積させることを含むが、好ましくは、いかなる開窓メサ上にも堆積させない。望ましくは、発泡性組成物はファサード層を完全に被覆する。好ましくは、発泡性組成物は、流体である。発泡性組成物が比較的低粘度の流体である場合、それをファサード層の上に注入（キャスト）し、ファサード層の上を自己流動させてそれを被覆させることができる。より一般的には、発泡性組成物は、注入することができず、またファサード層上に自己拡散させることができない十分に粘度の高い流体（例えば、ホイップした乳製品のトッピングまたはシェービングクリームの粘度）である。代わりに、より高粘度流体の発泡性組成物は、ファサード層に広がる発泡性組成物の連続層を堆積するように、ファサード層上の所与の高さでファサード層上にフォーム堆積ヘッドをラスタリングすることにより、互いに隣接する発泡性組成物のビーズを排出することにより、ファサード層上に堆積されることが望ましい。堆積後、発泡性組成物は、ファサード層に付着するポリマーフォームに膨張する。

ファサード層上にフォーム堆積ヘッドをラスタリングすることによる堆積は、多層堆積手順でファサード層上に発泡性組成物の複数の層を堆積させるために使用され得る。すなわち、ファサード層上に発泡性組成物の最初の層を堆積させた後、発泡性組成物の最初の層（または発泡性組成物の最初の層から形成されたポリマーフォーム）上に発泡性組成物の別の層を堆積させることができる。発泡性ポリマー組成物の最初の層は、ファサード層に付着したポリマーフォームに膨張する。発泡性組成物の後続の層は、それが適用されるポリマーフォームに付着したポリマーフォーム、またはそれが適用される発泡性組成物から形成されるポリマーフォームに膨張する。少なくとも１つ存在する限り、ファサード層の上に堆積され得る発泡性組成物の層の数に制限はない。

発泡性組成物の複数の層は、最初に発泡性組成物の第１の層を堆積させ、次いで所望の数の層が達成されるまで発泡性組成物の第１の層の上に発泡性組成物の第２の層以降を堆積させる、単一のフォームヘッドを使用して堆積させることができる。また、複数のフォームヘッドを同時に使用して、単一のラスタリングプロセス中に複数層の発泡性組成物を堆積させることもできる。例えば、１つのフォームヘッドが発泡性組成物の第１のビーズを堆積させた後の所望の時間に、第２のフォームヘッド（第１のフォームヘッドの上下にわずかにオフセットされている）が発泡性組成物の最初のビーズの上に発泡性組成物の第２のビーズを堆積させるように、２つのフォームヘッドを互いにわずかにオフセットすることができる。また、複数のフォームヘッドを互いに隣接して作動させて、互いに隣接して単一層に複数のビーズを堆積させ、ファサード層の長さ（または幅）に沿ってビーズを堆積させながら、複数のフォームヘッドの全幅（または長さ）にわたりビーズを配置することにより、ラスタリングの必要性を排除することもできる。さらに、複数の堆積ヘッドを使用して複数の材料を堆積させ得ることが考えられる。例えば、セメント補強バー、梁、柱等がポリマーフォームに埋め込まれている（または開窓開口部の周囲（例えば開窓メサの周囲）に配置される）ことが望ましい場合、全て単一の堆積スキャンまたはラスタリングプロセスの間に、１つの堆積ヘッドがコンクリートビーズを発泡性組成物のビーズの隣または上または下に押し出すことができる。

発泡性組成物の多層堆積からの１つの望ましい利益は、隣接する層に異なるフォーム特性を有するフォーム構造を形成する能力である。例えば、比較的高密度のフォームに膨張する発泡性組成物を、ファサード層の上に発泡性組成物の最初の層として堆積させて、比較的高レベルの水、蒸気、および空気バリア特性を提供する比較的強力なフォーム層を形成することができる。最初の層のフォームに比べて比較的低密度のフォームに膨張する第２の発泡性組成物を最初の層の上に堆積させて、最初の層からのより高密度のフォームより高い断熱特性を有するポリマーフォームを提供することができる。そのような２層フォーム構造は、強度およびバリア特性ならびに断熱特性という２つの異なる機能を果たすことができる。

本発明の方法において異なる発泡性組成物を互いに重ねることにより、発泡特性の任意の数の異なる組み合わせを達成することができる。例えば、異なる発泡性組成物を互いに堆積させることにより、異なる密度を有する３層以上のフォームを得ることができる。フォーム層によって異なり得る特性は、密度だけではない。フォームの組成、気泡サイズ、密度、色、物理的特性（可撓性、引張強度、耐圧縮性等）および厚さは全て、所望の特性を有するフォームに膨張する発泡性組成物を堆積させることにより、必要に応じてフォーム層によって変動し得る。当業者は、ほとんど実験を行うことなく所望の特性を得るのに適した発泡性組成物を容易に選択することができる。

驚くべきことに、発泡性ポリマー組成物の多層堆積は、連続的および自動化されたプロセスとなり得る。例えば、コンピュータは、各層を堆積させるためのフォーム堆積ヘッドのラスタリングを制御し得る。さらに、コンピュータは、いつでもフォーム堆積ヘッドに供給される発泡性組成物を変更し得る。例えば、コンピュータが最初のフォーム層を堆積させるためにファサード層の上にフォーム堆積ヘッドをラスタリングする間、第１の発泡性組成物がフォーム堆積ヘッドに供給され得る。次いで、コンピュータは別の１つもしくは複数の材料タンクに切り替える、または供給を追加もしくは差し引く、または供給速度を変更して、最初の発泡性組成物層上でラスタリングを開始するときにフォーム供給ヘッドに供給される第２の発泡性組成物を確立することができる。代替的に、コンピュータは、別の材料タンクに切り替えて第２の発泡性組成物を提供するのではなく、１つまたは複数の供給タンクからの供給の供給速度または圧力を調整して、第２の発泡性組成物を効果的に形成することができる。同様に、コンピュータは、第３の、または任意の後続の発泡性組成物の層の堆積を開始するときに、フォーム供給ヘッドへの供給を変更できる。

ファサード層上の異なる位置で異なる特性を有するフォーム層を得るために、発泡性ポリマー組成物の任意の特定の層を堆積させながら発泡性組成物を変更することも可能である。発泡性組成物の変更は、ファサード層の上、またはポリマーフォームもしくは発泡性組成物の以前の堆積層上にフォーム堆積ヘッドをラスタリングしながら、任意の時点で手動または自動制御のためのコンピュータ制御によって行うことができる。追加的または代替的に、任意の単一層における発泡性組成物の厚さは、異なる場所で厚さが変動し得る。実際に、１つまたは複数の発泡性組成物層を使用することにより、ファサードパネルもしくは後続の建築物の取り付け、または追加の層もしくは成分のパネルへの組み込みを容易にするために、本質的に平坦な表面を実現することが望ましい場合がある。すると、ファサード層は非平面であり、本質的に平面の表面を達成するために、少なくとも１つのフォーム層に可変厚さの発泡性組成物（および結果として生じるポリマーフォーム）を有することが必要である。

一実施形態において、本発明の方法は、別のポリマーフォーム層より上の周囲内に空洞を画定するために、ファサード層の周囲の少なくとも一部に発泡性組成物の１つまたは複数の層を適用することをさらに含む。ファサード層の周囲とは、ファサード層の幅および長さを含む平面に平行な平面の周囲を指す。そのような空洞は、後に、望ましくはパネルに含まれ得るセメント、コンクリート、または他の材料を注入するための型として機能し得る。型にセメントまたはコンクリートを注入すると、望ましくは、セメントまたはコンクリート構造要素の周囲にポリマーフォームの形態の断熱材を有する構造ファサードパネルが形成され得る。

使用される発泡性ポリマー組成物の特性およびそれらの堆積構成は全て、得られるパネルのポリマーフォーム成分からの所望の特性を達成するために使用者が変更できる変数である。例えば、発泡性ポリマー組成物の組成および堆積構成は、（選択されたファサード層と組み合わせて）選択することができ、その結果、最終的な建築用パネルは、水分浸透、蒸気透過、熱伝導率、またはそれらの任意の組み合わせに関して、地域の建築基準を完全に満たす。望ましくは、最終的な建築用パネルは、パネルが使用される地域の建築基準に必要な断熱特性の３分の１超を達成する。

発泡性組成物は、望ましくは、一成分ポリウレタンフォーム配合物および二成分ポリウレタンフォーム配合物からなる群から選択される。一成分ポリウレタンフォーム配合物は、発泡剤組成物を含む湿気硬化配合物であり、典型的には、堆積前に圧力下で容器に保存される。堆積後、発泡剤は一成分ポリウレタンフォーム配合物を膨張させ、周囲環境の水分が配合物と反応してポリウレタンフォームの硬化を引き起こす。二成分ポリウレタンフォーム配合物は、ポリオール成分およびイソシアネート成分を含むが、これらは別々に貯蔵され、同時に堆積ヘッドに供給され、堆積中に混合されて反応し、ポリウレタンを形成する。ポリオール成分およびイソシアネート成分の一方または両方は、堆積後に発泡を誘発する発泡剤組成物を含むことができる。追加的または代替的に、加圧ガスの第３の供給物（例えば、窒素または空気）が堆積ヘッドに供給され、ポリオール成分およびイソシアネート成分と混合されて、混合物の泡立ちおよび堆積中のフォームの形成を助ける。

他の適切なフォーム配合物には、ラテックス泡状フォーム配合物が含まれる。典型的には、ラテックス泡状フォーム配合物は、典型的には攪拌しながら空気を取り込むことにより、堆積すると泡立つポリマーラテックスを含む。堆積後、泡は乾燥してポリマーフォームを形成し得る。任意選択で、合体しただけのポリマー構造とは対照的に、ポリマーフォームを架橋ポリマー構造に硬化させる硬化反応物質がラテックス泡状フォーム配合物中に存在してもよい。

ファサード層に接着されたポリマーフォームは、犠牲レリーフから取り外して、建築構造に単独で、または他のファサードパネルと組み合わせて取り付けて、完全な建築構造ファサードを形成できるファサードパネルを形成する犠牲レリーフから取り外す前または取り外した後に、追加の要素がファサードパネルに組み込まれてもよい。

例えば、繊維状および／または粒状材料が、発泡性組成物の１つまたは複数の層の上に堆積され得る。望ましくは、発泡性組成物への繊維状および／または粒状材料の添加は、発泡性組成物を堆積させた直後に行うことができる。望ましくは、繊維状および／または粒状材料は、得られるポリマーフォームに繊維状および／または粒状材料を結合するために、ポリマーフォームを形成するように設定する前に発泡性組成物に適用される。ポリマーフォームに埋め込まれると、繊維材料はポリマーフォームを強化するのに役立ち得る。ポリマーフォームの露出表面に結合されると、繊維状および／または粒状材料は、耐摩耗性、完全性、滑り抵抗性、および美的特性から選択される任意の１つまたは複数の特性を提供し得る。発泡性組成物の表面への繊維状および／または粒状材料の適用は、表面に近いフォーム構造の部分的な崩壊を引き起こし、それによりフォームを強化および保護する緻密なスキンをフォーム上に形成するために行うことができる。

追加的または代替的に、建築用窓枠に含めることができる別の例示的追加要素として、機械的固定要素を発泡性ポリマー組成物の層に挿入して、ファサードパネルの建築構造への貼付けを容易にすることができる。好ましくは、形成後のポリマーフォームの粉砕、穴あけ、または他の方法による破壊の必要性を回避するために、発泡性組成物がポリマーフォームに硬化する前に発泡性組成物に機械的固定要素が挿入される。発泡性組成物への機械的固定要素の挿入は、発泡性組成物の堆積直後に達成することができ、発泡堆積ヘッドに続く自動化されたステップであってもよい。機械的固定要素は、ファサードパネルが取り付けられる建築構造上の嵌合する機械的固定要素の位置および間隔に合わせるために、指定された間隔および位置で挿入されることが望ましい。発泡性組成物に挿入される機械的固定要素は、例えば、突出した固定具および空洞（例えば、キーホールノッチまたは嵌合する突出した固定具が挿入され得る他の穴）を画定する物体からなる群から選択され得る。突出した機械的固定具の例としては、ロッド、フック、ブラケットおよびピンが挙げられ、想像可能な任意の形状を有することができる。突出した機械的固定具は、発泡性組成物および得られるポリマーフォームの表面から延在する。突出した機械的固定具は、典型的には、嵌合する穴もしくは空洞内に延在する、または別の要素を保持する（ワイヤもしくはその他の特徴を保持するフック等）ように設計される。空洞を画定する物体の形態の機械的固定具の例としては、発泡性組成物に挿入される、カップへの開口部の特定のサイズおよび／または形状を画定するリップを有し得るカップが挙げられ、カップは、得られるポリマーフォーム内に埋め込まれ、リップは、ポリマーフォームの表面に近接し、リップによって確定される開口部が露出する。これらの種類の機械的固定具は、開口部に貫通する嵌合突出固定具を受け入れるように設計される。例えば、建築構造上のボルトまたはピンは、ポリマーフォームの固定具のリップによって画定される開口部を通って延在し得る。

機械的固定要素および／または粒状もしくは繊維材料に追加的または代替的に、１つまたは複数の構造支持成分をファサードパネルに追加して、パネルにより大きな強度と構造安定性を提供し、それによって「構造ファサードパネル」を形成してもよい。構造ファサードパネルの設計および成分の選択に応じて、構造ファサードパネルは、建物の壁セクション、床セクション、および／または屋根セクションとして単独で考えることができる。好ましくは、構造ファサードパネルの形成において、得られる発泡性組成物が硬化してポリマーフォームを形成するときに構造支持成分に結合するように、発泡性ポリマー組成物が硬化してポリマーフォームを形成する前に、構造支持成分が発泡性ポリマー組成物に追加される。発泡性組成物の１つまたは複数の層は、１つまたは複数の構造支持成分を追加した後に適用され得る。実際に、ファサード層上に発泡性組成物を堆積させる前に、１つまたは複数の構造支持成分をファサード層上に設置することができる。

本発明の実践に使用され得る構造支持成分の例としては、補強筋（例えば「鉄筋」）、スタッド、根太、布地、メッシュ、不織材料、スタッドを含む建築用フレーム、ガート、母屋、梁、柱、コンクリートスラブが挙げられる。

コンクリート、好ましくはポリマーコンクリートは、パネルの一部としてコンクリートスラブ構造部材を形成するために、ポリマーフォームの上に任意の方法でキャストまたは堆積させることができる。ポリマーフォームへの結合を達成するために、ポリマーコンクリートが特に望ましい。ポリマーコンクリートは、ポリマーベースのコンクリートであり、エポキシベースのコンクリート、ポリエステルベースのコンクリート、およびポリウレタンベースのコンクリートを含む。ポリウレタンベースのコンクリートは、ポリウレタンフォーム上で使用するのに特に望ましい。コンクリートを適用する場合、一般に２．５センチメートル以上である、また３センチメートル以上、４センチメートル以上、さらには５センチメートル以上であってもよく、同時に一般に１２センチメートル以下または１１センチメートル以下である、また１０センチメートル以下、９センチメートル以下、８センチメートル以下、７センチメートル以下、６センチメートル以下、さらには５センチメートル以下であってもよい厚さまでコンクリートを適用することが望ましい。

製造が完了したら、得られたパネルを犠牲レリーフから取り外して、ファサードパネル、または構造支持要素を含む場合は構造ファサードパネルを提供することができる。次いで、ファサードパネルまたは構造ファサードパネルを建築構造に組み込んで、単一のカスタマイズされたパネルで、形状、ファサード外観、断熱、水分／蒸気／空気バリア特性、さらには構造特性を含む建築構造に必要な複数の特性を提供することができる。

本方法は、ファサードパネルおよび構造ファサードパネルの特性に大きな柔軟性を提供する。表面パネルおよび構造ファサードペインの製作方法により、フォーム層の組成、物理的特性、ファサード層の特徴および特性を柔軟に選択することができ、また構造要素および固定具を組み込むことができる。さらに、この方法を現場で利用して、現場での即時のニーズを満たすファサードパネルおよび構造ファサードパネルをカスタム製造することができる。そのような能力および柔軟性により、最終的な建築パネルの組成を変更して、現地の建築基準に加えて、各作業の各物品に必要な美的および性能特性を満たすことができる。

本発明のファサードパネルおよび構造ファサードパネルは、パネルの１つまたは複数の層を貫通する機械的固定具を必要とせずに互いに接着される成分を有する。したがって、パネルを貫通する機械的な固定具によって生じる、パネルを通る熱的および音響的なブリッジが回避される。同様に、パネルの層を貫通することによって生じる水、蒸気、および空気バリア特性等の特性の侵害が回避される。それでもなお、この方法は、作業現場でもカスタム設計に容易に製造できる単一パネル内の複数の成分の所望の特性を有するファサードペインおよび構造ファサードパネルを提供する。

実施例１
図１は、製造後、犠牲レリーフから取り外す前の、犠牲レリーフ１０の上にまだ残っている構造ファサードパネル５の図を示す。

図１に示されるように、２メートルの幅（曲線を横切る方向、Ｗ）、４メートルの長さ（曲線が生じる寸法、Ｌ）、１７センチメートルの高さおよび最上端、ならびに２センチメートルの最下端の高さを有する曲線傾斜輪郭を有する犠牲レリーフ１０を作製する。

堆積後の砂粒子上に噴霧されたメチルセルロース溶液を使用して一緒に結合された砂（８０メッシュ）の多層堆積によって、犠牲ファサードを作製する。ホッパから、堆積後に砂にメチルセルロース溶液を同時に噴霧するプリントヘッド内に砂粒子を供給して、砂粒子を堆積させる。適切なプリントヘッドは、トラフ、好ましくは振動トラフであり、これは、犠牲レリーフに落下するかまたは着地したときに砂にメチルセルロース溶液を噴霧する１つまたは複数の噴霧ノズルが下に取り付けられ、レリーフの構築時に犠牲レリーフ上のメチルセルロース溶液で湿った砂粒子の層が達成される。幅１０センチメートルのトラフを使用して、幅１０センチメートルの砂の層を堆積させる。より広いまたはより狭いトラフが使用されてもよい。犠牲レリーフ寸法の幅または長さのいずれかにわたってプリントヘッドをラスタリングし、犠牲レリーフのプロファイルを形成することが望ましい場所にのみ砂を堆積させる。プリントヘッドの位置および砂の堆積速度のコンピュータ制御を使用して、適切な輪郭を構築する。

特に、水だけで濡れた砂、さらには濡れていない砂でさえ、犠牲レリーフを形成するように機能するはずである。

輪郭面のより微細な解像度を達成するために、ローラを最終犠牲レリーフ表面に適用して、メチルセルロース結合剤の乾燥前に表面を滑らかにすることができる。ローラは、犠牲レリーフの長さに沿って引かれるロールバーであってもよく、所望の輪郭に一致するようにコンピュータ制御により決定される圧力が適用される。代替的に、コンピュータで制御されたボールローラを使用して、コンピュータで制御された圧力を適用することにより輪郭を滑らかにすることができる。ボールローラは、本質的に表面上の点に力を適用するため、犠牲レリーフ上で任意の寸法で移動できる。ボールローラは、プリントヘッドの直後に使用されて、堆積される砂の個々の層の成形に役立つこともできる。必ずしも必要ではないが、犠牲レリーフの表面を処理する前に乾燥させることが好ましい。

剥離層２０を形成するために、シリコーン剥離材料（例えば、ダウコーニング２００シリコーン流体）を犠牲レリーフ１０の表面上に噴霧する。

アクリルエラストマーコーティング（Ｍｕｌｅ−Ｈｉｄｅ Ａ−３００−ＦＦ Ｆａｓｔ Ｆｉｌｍ Ｆｉｎｉｓｈ、Ｍｕｌｅ−Ｈｉｄｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓから入手可能）を剥離層２０に噴霧して、０．２５ミリメートルの乾燥厚を有するファサード層３０を達成する。

発泡性組成物の第１の層を形成するための分注チップを含むＦＲＯＴＨＰＡＫ Ｕｌｔｒａ Ｈｏｓｅ Ｋｉｔ Ａｓｓｅｍｂｌｙを使用して、ファサード層の上に低圧二成分ポリウレタンフォーム発泡性組成物（例えば、ＦＲＯＴＨＰＡＫ（商標）Ｕｌｔｒａキットから）を堆積する。ＦＲＯＴＨＰＡＫは、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙの商標である。以下の流量を使用して、発泡性組成物のビーズを配置する：成分Ａ（イソシアネート）を毎分２．０キログラム、成分Ｂ（ポリオール）を毎分２．０キログラム、および成分Ｃ（泡立て剤、空気）を毎分０．００５キログラム。ファサード層を横切って前後に分注チップをラスタリングすることにより、発泡性組成物のビーズを隣同士隣接するラインで噴霧することによって、発泡性組成物を配置する。得られたフォーム層４０は、２．５センチメートルの厚さおよび１立方メートル当たり６０キログラムの平均密度を有する。フォーム層４０は、本質的にファサード層３０に付着する。

発泡性組成物の第１の層の上に、第２の二成分ポリウレタンフォーム発泡性組成物（例えば、ＦＲＯＴＨＰＡＫ（商標）Ｕｌｔｒａキットから）を、第１の層と同様にして堆積させるが、但し、成分Ｃ（泡立て剤、空気）に毎分０．０１キログラムの流量を使用して、より低密度のフォームを達成し、発泡性組成物のビーズをよりゆっくりと堆積させて、より厚いビーズを達成する。得られたフォーム層５０は、１０センチメートルの厚さおよび１立方メートル当たり３０キログラムの平均密度を有する。フォーム層５０は、本質的にフォーム層４０に付着する。

フォーム層５０上に、ノズル押出によりポリウレタンコンクリート配合物を適用して、厚さ１０センチメートルのコンクリートの構造部材層６０を達成する。コンクリート配合物中のポリウレタン結合剤成分により、ポリウレタンコンクリート配合物はフォーム層５０に付着する。

得られた構造ファサードパネル５は、犠牲レリーフ１０から取り外し、例えば壁成分として建築構造に組み込むことができる。

この例は、本発明の方法を使用して、アーチ状または湾曲した輪郭を有する構造ファサードパネルを作製する方法を示している。同様の手順を使用して、犠牲レリーフの輪郭を変更するだけで、任意の輪郭の構造面パネルを作製することができる。ファサードパネルのみが望まれる場合、構造部材層６０を製造から除外することができる。

実施例２
以下を除き、実施例１と同様にして実施例２を作製する：（ａ）犠牲レリーフ上に剥離層を適用しない；および（ｂ）ファサード層としてアクリルエラストマーコーティングを使用する代わりに、アルミニウム箔（厚さ０．０４ミリメートル）を犠牲レリーフ上に適用して、ファサード層として機能させる。実施例２は、剥離層を必要とせずに、シートタイプのファサード層を使用して作製されたパネルを示している。

Claims (15)

1. ａ．犠牲材料の多層堆積の加法的プロセスにより、幅寸法、長さ寸法、および高さ寸法を有する犠牲レリーフを構築するステップであって、前記犠牲レリーフは、任意選択で１つまたは複数の開窓メサを画定することができるステップと；
   ｂ．前記犠牲レリーフの輪郭に一致するように、前記犠牲レリーフの上にファサード層を適用するステップと；
   ｃ．前記ファサード層の上に発泡性組成物を堆積させるステップと
   を含む方法であって、前記発泡性組成物は、前記ファサード層に接着されるポリマーフォームに膨張し、前記ポリマーフォームは、前記ファサード層に接着する方法。
2. 前記犠牲レリーフの最小幅寸法が１メートルであり、前記犠牲レリーフの最小長さ寸法が１メートルである、請求項１に記載の方法。
3. 堆積の各層が前記犠牲レリーフの幅および長さ寸法に広がり、前記犠牲レリーフの構築が、前記犠牲レリーフの高さ寸法に沿って犠牲材料の複数の層を堆積することを含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記犠牲材料が、非結合微粒子および結合微粒子からなる群から選択される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記犠牲レリーフの構築が、前記犠牲材料の輪郭形成を支援するために、前記犠牲材料を堆積した後に、前記犠牲材料にローラまたは他の成形デバイスを適用することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記方法が、前記犠牲レリーフの上にファサード層を適用する前に、前記犠牲レリーフの上に剥離コーティングを適用することをさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記ファサード層が、液体、連続固体フィルム、微粒子材料、またはそれらの任意の組み合わせとして適用される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記発泡性組成物が、膨張および硬化してポリウレタンフォームを形成する一成分および二成分ポリウレタンフォーム配合物から選択される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 発泡性組成物を堆積させることが、発泡性組成物の複数の層を互いに堆積させることを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 発泡性組成物の後続の層が、異なる組成を有する、請求項９に記載の方法。
11. 前記ファサード層への堆積後に、前記発泡性組成物に機械的固定要素を挿入することをさらに含み、前記機械的固定物体は、前記発泡性組成物およびそれから形成されるポリマーフォームから突出する物体、ならびに前記発泡性組成物およびそれから形成されるポリマーフォーム内の空洞を画定する物体からなる群から選択される、請求項１から１０のいずれか一項に記載のプロセス。
12. 前記発泡性組成物を堆積させた直後に、前記発泡性組成物の少なくとも一部の上に繊維材料を堆積させることをさらに含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載のプロセス。
13. 前記発泡性組成物が構造支持成分に結合したポリマーフォームを形成するように、前記発泡性組成物に前記構造支持成分を埋め込むことをさらに含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のプロセス。
14. 前記ファサード層から前記犠牲レリーフを除去することをさらに含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載のプロセス。
15. 前記犠牲層上に製造されたパネルよりも高く延びる前記犠牲レリーフの周囲にフレームワークが存在し、前記ファサード層および発泡性組成物層が前記フレームワーク内にある、請求項１から１４のいずれか一項に記載のプロセス。
    
    

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