JP6792430B2 - 3dプリント技術を用いた建設構造物の構築装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態に係る構築装置で構築する建設構造物は、埋設型枠、鉄筋、FRP構造物、ジオポリマー構造物等であり、これらの構造物を構築するための材料をノズル10の吐出口から吐出させる。材料は、セメント系材料、樹脂系材料、金属材料等からなる。図示しないが、セメント系材料や樹脂系材料は、材料貯留部から材料の送出経路(例えば、圧送パイプ)を介してノズル10に圧送され、材料の吐出口において所望の形状となって吐出される。
また、図11に示すように、ノズル10の材料吐出側に材料送出部15を設けることが可能である。材料送出部15は、ノズル10から吐出した材料の形状を保ったままで、材料を送出するための部材であって、例えば、ノズル10から吐出した材料の外径と同等の内径、あるいは若干大きな内径を有する筒状の部材からなる。このような材料送出部15を設けることにより、ノズル10から吐出した材料を所望の構造とした状態で、その形状を乱すことなく送出することができる。また、材料送出部15に長さ方向のスリット等を設けることにより、所望の形状で吐出した材料の外周面に模様を施すことができる。
また、図12に示すように、ノズル10は、吐出する材料の周面を均すための周面平滑部16を有する構成とすることが可能である。周面平滑部16は、例えば、低摩擦であるポリテトラフルオロエチレン材等でノズル10を形成したり、ノズル10の内面にポリテトラフルオロエチレン材等からなる平滑層を設けたりすることにより形成する。このような周面平滑部16を有するノズル10とすることにより、ノズル10から吐出した材料の周面を平滑化することができる。
圧送パイプを介してセメント系材料や樹脂系材料を圧送するには、圧送過程における圧送のし易さ(圧送性)が重要となる一方、材料の吐出口から材料を吐出する際には自立性が重要となる。このため、圧送過程では圧送に差し支えのない程度の柔らかさを有する一方、吐出後には自立できる程度の硬さを有している必要がある。
図4を参照して、8角筒状の建設構造物を構築するためのノズル10について、詳細に説明する。図4に示す例では、8角筒状の外筒11の内部に複数段の型部材12を固定してノズル10を形成する。図4では、材料の送出側から吐出側に向かって、1段目(a)、2段目(b)、3段目(c)、4段目及び5段目(d)としている。
図5を参照して、8角筒状の集合体からなる建設構造物を構築するためのノズル10について、詳細に説明する。図5に示す例では、8角筒状の外筒11の内部に複数段の型部材(中心型部材12a、外縁型部材12b、中間型部材12c)を固定してノズル10を形成する。図5では、材料の送出側から吐出側に向かって、1段目(a)、2段目及び3段目(b)、4段目(c)、5段目及び6段目(d)としている。
ノズル10から吐出させる材料が添加剤を添加することにより流動性に変化を生じる場合には、図9に示すように、ノズル10の先端部付近において当該材料に添加剤を混入させる添加剤混入装置20を備えることが好ましい。詳細には図示しないが、添加剤混入装置20は、ノズル10の先端部付近においてノズル10の側面に設けた添加剤混入口に添加剤を送出するための送出パイプと送出ポンプとを備えている。
上述した態様の構築装置を用いて、種々の形状の建設構造物を構築することができる。この際、構築した建設構造物に中空部が存在する場合には、図6(b)、図7(a)〜(c)に示すように、中空部をそのままにして中空構造としてもよいし、図6(c)、図8(a)〜(c)に示すように、中空部内にコンクリート等の充填材120を充填して中実構造としてもよい。また、図6(c)に示すように、中空部に後挿入鉄筋を挿入するとともに、コンクリート等の充填材120を充填することにより、構造的に安定させることができる。
また、本発明の実施形態に係る構築装置を用いることにより、挿入鉄筋(鉄筋、ステンレス鉄筋、プラスチック鉄筋、鋼材、アルミニウム材)によるRC構造や引張材としてのメッシュ材や繊維補強(無機繊維(金属繊維(鋼繊維,ステンレス繊維)、ガラス繊維、セラミック繊維、炭素繊維)、合成繊維(アラミド繊維、ナイロン繊維、PVA繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維)、半合成繊維、再生繊維、植物繊維、動物繊維、鉱物繊維)等を使用した複合構造物を構築することができる。
本発明の実施形態に係る構築装置は、材料の送出経路(例えば、圧送パイプ)の先端側に、上述したノズル10を着脱可能に取り付けてある。この構築装置の本体部分は、建設構造物を構築する際に、ほぼすべての部材を総合的に構築することができるようにした装置であり、埋設型枠、鉄筋、FRP、コンクリート、ジオポリマー等の部材を施工するようになっている。
ロボットアームは、構造物構築用の部材を施工するための装置であり、先端部に材料施工部であるノズルを備えている。また、複数(例えば3カ所、4カ所等)の関節を備えることにより、三次元で材料の施工を行うことができる。なお、関節数(自由度)や、アームの長さは、施工対象となる建設構造物の形状や大きさ、施工場所の環境等に応じて、適宜変更して実施することができる。本発明では、関節を有しないアームもロボットアームに含まれる。この場合、ロボットアーム移動装置及び架台移動装置の機能を用いてロボットアームを所望の位置に移動させることにより、建設構造物を構築する。
ロボットアーム走行用レールは、複数のロボットアームを移動可能に支持するためのレールである。このロボットアーム走行用レールは、構築する建設構造物に合わせて、種々の形状とすることができる。例えば、水平方向であってもよいし、鉛直方向であってもよいし、斜めに傾いていてもよい。すなわち、ロボットアーム走行用レールは架台に支持されているが、架台は架台移動装置により構造物の構築方向に沿って移動するため、構造物の形状に応じて向きが異なることになる。
ロボットアーム移動装置は、各ロボットアームに設けられ、各ロボットアームをロボットアーム走行用レールに沿って移動させるための装置である。ロボットアーム走行用レールは、例えば、パイプ状または中実状のレールの隅部が湾曲した方形の環状、または長円形の環状としたものであり、ロボットアーム移動装置は、このロボットアーム走行用レールに取り付けられたロボットアームを所望の位置に移動させるための装置である。
11 外筒
12 型部材
12a 中心型部材
12b 外縁型部材
12c 中間型部材
13 固定バー
14 ボルト
15 材料送出部
16 周面平滑部
20 添加剤混入装置
30 温度調整装置
40 重機
41 アーム
50 門型クレーン
51 ホイスト
100 建設構造物
110 後挿入鉄筋
120 充填材
Claims (6)
- ノズルから材料を吐出させて建設構造物を構築する構築装置であって、
前記ノズルは、外筒と、外筒の内部に設置する型部材と、外筒の内部に型部材を固定する固定バーとを備え、材料の送出側から吐出側へ向かって、外筒の中心軸に対する位相をずらして外筒と型部材の間に固定バーを設けることにより、外筒の内部に型部材を固定するとともに、ノズルの吐出口近傍では外筒と型部材との間に固定バーを設けないで、吐出する材料の断面が材料の吐出口において所望の形状となるように、材料の送出側から吐出側へ向かって内空形状を徐々に変化させた状態で形成されており、
前記ノズルを材料の送出経路の先端側に取り付けたことを特徴とする3Dプリント技術を用いた建設構造物の構築装置。 - 前記ノズルは、前記材料の送出経路に対して着脱可能であることを特徴とする請求項1に記載の3Dプリント技術を用いた建設構造物の構築装置。
- 添加剤を添加することにより流動性に変化を生じる材料を使用する場合に、前記ノズルの先端部付近において当該材料に添加剤を混入させる添加剤混入装置を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の3Dプリント技術を用いた建設構造物の構築装置。
- 温度により流動性に変化を生じる材料を使用する場合に、前記ノズルの先端部付近において当該材料の温度を調整する温度調整装置を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の3Dプリント技術を用いた建設構造物の構築装置。
- 前記ノズルの材料吐出側に材料送出部を設けたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の建設構造物の構築装置。
- 前記ノズルは、吐出する材料の周面を均すための周面平滑部を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の建設構造物の構築装置。
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