JP7055014B2 - 積層複合構造物の造形装置及び造形方法 - Google Patents
積層複合構造物の造形装置及び造形方法 Download PDFInfo
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本発明の実施形態に係る積層複合構造物の造形装置及び造形方法は、複数の材料をそれぞれ同時に吐出することが可能な複数の吐出ノズルを一体に移動させて、各吐出ノズルからそれぞれ材料を吐出させるとともに、複数の材料の吐出制御を行うようになっている。この積層複合構造物の造形装置100は、図1に示すように、主要な構成要素として、カートリッジ状となった複数の吐出ノズル10a~eと、移動装置20と、制御装置30とを備えている。また、図5に示すように吐出ノズル10には、積層複合構造物を造形するための材料の供給装置11及び貯留装置12等の設備が接続されている。
本実施形態に係る吐出ノズル10は、図2及び図3に示すように、セメント系材料を吐出する吐出ノズル10a、10eと、樹脂系ノズルを吐出する吐出ノズル10b~dとの2種類となっており、これらの吐出ノズル10a~eが一体に移動可能なカートリッジ状となっている。セメント系材料はモルタルであり、樹脂系材料はFRPである。上述したように、各吐出ノズル10a~eはカートリッジ状となっており、吐出ノズル10a~eを適宜組み合わせることにより、様々な断面形状に対応することができる。なお、図2に示す吐出ノズル10a~eは、先端部が約90°屈曲しているが、先端部が屈曲していなくてもよいし、他の角度で屈曲させてもよいし、屈曲角度を調整可能としてもよい。また、吐出ノズル10a~eの向きは、縦向きであってもよいし、横向きであってもよい。
また、吐出ノズル10a、10eから吐出させるセメント系材料は、自立性およびチキソトロピー性が高い材料を用いることが好ましい。図示しないが、セメント系材料は、ミキサーに投入して練り混ぜを行った後、圧送ポンプに投入されて吐出ノズル10a、10eまで圧送される。圧送ポンプは、解砕羽でセメント系材料を撹拌することで、セメント系材料が硬化しない仕様とすることが好ましい。
移動装置20は、各吐出ノズル10a~eを一体として移動させるための装置であり、例えば、門型クレーンやロボットアーム等を用いることができる。なお、移動装置20は、各吐出ノズル10a~eを一体として移動させることができればどのような装置であってもよく、門型クレーンあるいはロボットアームを単独で用いてもよいし、両者を組み合わせて用いてもよいし、他の移動装置20を用いてもよい。
制御装置30は、所望形状の積層複合構造物を造形するために、各吐出ノズル10a~eからの各材料の吐出量及び移動装置20による各吐出ノズル10a~eの移動を制御するための装置である。この制御装置30は、プログラムに従って動作するコンピュータ及び各機器に対して制御信号を送信するとともに、各機器の状態を把握するための動作信号を受信するための送受信手段、各種のデータを記憶するための記憶手段、データの入出力を行う入力手段及び出力手段等、造形装置100をコンピュータ制御するための各種の装置が付帯している。
本発明の実施形態に係る積層複合構造物の造形方法は、上述した造形装置100を用いた3Dプリント技術により、複数の材料を積層して積層複合構造物を造形するための方法である。この造形方法は、複数の吐出ノズル10a~eから、積層複合構造物を造形するための複数の材料をそれぞれ同時に吐出しながら、複数の吐出ノズル10a~eを一体に移動させる工程と、各吐出ノズル10a~eからの材料の吐出量及び吐出ノズル10a~eの移動を制御して、所望形状の積層複合構造物を造形する工程とを含んでいる。
図6(a)~(j)を参照して、モルタルを吐出する複数の吐出ノズル10a、10eとFRPを吐出する複数の吐出ノズル10b~dとを一体として移動させることにより、壁構造を造成する一実施例を説明する。本実施例では、モルタルを圧縮材として使用し、FRPを引張材として使用する。
図8~図18を参照して、積層複合構造物の施工手順の一実施例を説明する。なお、図9、図10、図11において、(a)は全体図、(b)及び(c)は部分拡大図である。積層複合構造物を施工するには、1階部分の基礎梁とスラブ60を造成した後(図8)、スラブ60上に1層目の補強材70(FRP)を造形するとともに、モルタルを用いて、1層目の外壁材80a及び内壁材80bを造形し(図9(a)、(b))、1層目の外壁材80a及び内壁材80bの上部に2層目以上の補強材70を造形する(図10(a)、(b)、(c))。なお、造形する積層複合構造物に対応させて、造形順序を変更することが可能であり、外壁材80a及び内壁材80bに対して、補強材70を先行して造形してもよいし、その逆の造形順序であってもよい。
11 供給装置
12 貯留装置
20 移動装置
21 門型クレーン
22 ロボットアーム
30 制御装置
40 モルタル(圧縮材)
50 FRP(引張材)
51 充実部
52 空隙部
60 スラブ
70 補強材
80a 外壁材
80b 内壁材
90 窓枠
100 造形装置
110 デッキスラブ
120 床スラブ
130 RFスラブ
140 仕上げ材
Claims (4)
- 複数の材料を積層して積層複合構造物を造形するための造形装置であって、
積層複合構造物を造形するためのセメント系材料と樹脂系材料とをそれぞれ同時に吐出することが可能な複数の吐出ノズルと、
各吐出ノズルを一体として移動させる移動装置と、
所望形状の積層複合構造物を造形するために、各吐出ノズルからの各材料の吐出量及び前記移動装置による各吐出ノズルの移動を制御する制御装置と、を備え、
前記セメント系材料を吐出する吐出ノズルは、前記樹脂系ノズルを両側から挟み込むように配設し、
前記セメント系材料を吐出する吐出ノズルは、前記制御装置の制御に基づいて、移動するとともにセメント系材料を吐出することにより、圧縮材を形成するものであり、
前記樹脂系材料を吐出する吐出ノズルは、前記制御装置の制御に基づいて、移動するとともに樹脂系材料を吐出することにより、前記圧縮材で囲まれた引張材を形成するものである、
ことを特徴とする積層複合構造物の造形装置。 - 前記セメント系材料を吐出する吐出ノズルは、吐出ノズルの進行方向に対して前側に位置し、
前記樹脂系材料を吐出する吐出ノズルは、吐出ノズルの進行方向に対して後側に位置する、
ことを特徴とする請求項1に記載の積層複合構造物の造形装置。 - 複数の材料を積層して積層複合構造物を造形するための造形方法であって、
セメント系材料を吐出するノズルにより樹脂系材料を吐出する吐出ノズルを両側から挟み込むようにして、両ノズルから積層複合構造物を造形するためのセメント系材料と樹脂系材料とをそれぞれ同時に吐出しながら、両吐出ノズルを一体に移動させ、
前記両吐出ノズルからの材料の吐出量及び前記両吐出ノズルの移動を制御して、前記吐出ノズルから吐出するセメント系材料により圧縮材を形成し、
前記吐出ノズルから吐出する樹脂系材料により、前記圧縮材で囲まれた引張材を形成することにより、所望形状の積層構造物を形成する、
ことを特徴とする積層複合構造物の造形方法。 - 前記セメント系材料を吐出する吐出ノズルを吐出ノズルの進行方向に対して前側に位置させるとともに、前記樹脂系材料を吐出する吐出ノズルを吐出ノズルの進行方向に対して後側に位置させることにより、先行して吐出したセメント系材料を型枠として、後行して吐出した樹脂系材料を支持する、
ことを特徴とする請求項3に記載の積層複合構造物の造形方法。
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