RU204318U1

RU204318U1 - DEVICE FOR APPLYING A LAYER OF MATERIAL IN THREE-DIMENSIONAL PRINTING OF BUILDINGS AND ARCHITECTURAL-CONSTRUCTION MODULES

Info

Publication number: RU204318U1
Application number: RU2021102301U
Authority: RU
Inventors: Михаил Сергеевич Чепчуров; Евгений Михайлович Жуков; Юрий Константинович Рубанов; Евгений Иванович Евтушенко; Юлия Егоровна Токач
Priority date: 2021-02-02
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2021-05-19

Abstract

Полезная модель относится к аддитивным технологиям методом трехмерной печати и может быть использована при строительстве зданий, архитектурных и строительных модулей из жестких строительных смесей.Полезная модель направлена на расширение технологических возможностей устройства для нанесения слоя материала при трехмерной печати зданий и архитектурно-строительных модулей за счет выполнения элементов с различными размерами по высоте при возведении стен сложной геометрической формы.Устройство для нанесения слоя материала при трехмерной печати зданий и архитектурно-строительных модулей, содержащее поворотную платформу, установленную на перемещающейся вдоль координатных осей тележке, связанной с подвижной рамной конструкцией, гибкую трансформируемую опалубку, боковые стенки которой выполнены из множества шарнирно соединенных вертикальных прямоугольных пластин и снабженных механизмами для плоскопараллельного взаимного перемещения в соответствии с заданным профилем стен здания, и подвижные торцевые стенки, отличающееся тем, что подвижные торцевые стенки расположены на вертикальных направляющих, закрепленных на стойках устройства, и кинематически связаны с установленными на поворотной платформе механизмами вертикального перемещения. 1 ил.The utility model refers to additive technologies by the method of three-dimensional printing and can be used in the construction of buildings, architectural and construction modules from rigid building mixtures. The utility model is aimed at expanding the technological capabilities of the device for applying a layer of material in three-dimensional printing of buildings and architectural and construction modules by performing elements with different dimensions in height when erecting walls of complex geometric shapes A device for applying a layer of material for three-dimensional printing of buildings and architectural and construction modules, containing a turntable, mounted on a trolley moving along the coordinate axes, connected to a movable frame structure, a flexible transformable formwork, the side walls of which are made of a plurality of hingedly connected vertical rectangular plates and equipped with mechanisms for plane-parallel mutual movement in accordance with a given profile of the walls of the building, and movable torus end walls, characterized in that the movable end walls are located on vertical guides fixed on the device racks, and are kinematically connected to the vertical movement mechanisms installed on the turntable. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к аддитивным технологиям методом трехмерной печати и может быть использована при строительстве зданий, архитектурных и строительных модулей из жестких строительных смесей.The utility model relates to additive technologies by the method of three-dimensional printing and can be used in the construction of buildings, architectural and building modules from rigid building mixtures.

Известен 3D-принтер, применяемый для возведения зданий и конструкций с использованием бетонов, состоящий из башни-основания, стрелы с экструдером и устройством фиксации элементов армирующей сетки и стрелы с устройством гибки и резки элементов армирующей сетки, при этом каждая стрела имеет возможность независимо вращаться относительно оси башни, укорачиваться или удлинятся вдоль своей оси, перемещаться вверх и вниз по башне, а устройства на стрелах имеют возможность поворачиваться вокруг оси стрелы, при этом стрела с устройством гибки и резки элементов армирующей сетки расположена на оси башни выше стрелы с экструдером (патент RU на полезную модель №179287, опубл. 07.05.2018, бюл. №13).Known 3D printer used for the construction of buildings and structures using concrete, consisting of a tower base, an arrow with an extruder and a device for fixing elements of the reinforcing mesh and an arrow with a device for bending and cutting elements of the reinforcing mesh, while each arrow has the ability to independently rotate relative tower axes, shorten or lengthen along their axis, move up and down the tower, and the devices on the booms have the ability to rotate around the boom axis, while the boom with a device for bending and cutting elements of the reinforcing mesh is located on the tower axis above the boom with an extruder (patent RU for utility model No. 179287, publ. 05/07/2018, bulletin No. 13).

Недостатком известного 3D-принтера является низкая производительность в связи с дополнительными функциями гибки, резки и укладки армирующей сетки, а также в связи с необходимостью дополнительной обработки поверхности стен напечатанного сооружения.The disadvantage of the known 3D printer is low productivity due to the additional functions of bending, cutting and laying the reinforcing mesh, as well as due to the need for additional surface treatment of the walls of the printed structure.

Известно устройство для изготовления трехмерного объекта для осуществления способа по патенту DE на изобретение №4400523, опубл. 13.07.1995 г., вид публикации С2, включающее устройство для нанесения слоя материала, который может быть отвержден под действием электромагнитного облучения, устройство для облучения материала в точках слоя, соответствующего объекту. Устройство для нанесения слоя материала включает емкость для материала, установленную на платформе, которая снабжена механизмом для перемещения, а на ее нижней стороне, имеется устройство для регулировки толщины слоя наносимого материала, включающее зачистной элемент, снабженный вибратором, обеспечивающий вибрацию зачистного элемента, кроме того, емкость для материала снабжена устройством для заполнения заданного количества вещества (сырьевой смеси).Known device for the manufacture of a three-dimensional object for implementing the method according to DE patent for invention No. 4400523, publ. 07/13/1995, publication type C2, including a device for applying a layer of material that can be cured by electromagnetic radiation, a device for irradiating the material at the points of the layer corresponding to the object. The device for applying a layer of material includes a container for the material, installed on a platform, which is equipped with a mechanism for moving, and on its lower side, there is a device for adjusting the thickness of the layer of the applied material, including a stripping element equipped with a vibrator, providing vibration of the stripping element, in addition, the container for the material is equipped with a device for filling a predetermined amount of a substance (raw mixture).

Недостатком данного устройства является низкая производительность, в связи с необходимостью затрат времени на процесс облучения для отвердения наносимого материала и необходимость дополнительной обработки боковых поверхностей стен после отвердения материала. Причем, зачистка поверхности нанесенного слоя ухудшает сцепление с последующим слоем и снижает прочность стен здания.The disadvantage of this device is its low productivity, due to the need to spend time on the irradiation process for the hardening of the applied material and the need for additional processing of the side surfaces of the walls after hardening of the material. Moreover, cleaning the surface of the applied layer worsens the adhesion with the subsequent layer and reduces the strength of the walls of the building.

Известно устройство для трехмерной печати зданий и архитектурно-строительных модулей (патент РФ № 2711637, опубл. 17.01.2020, бюл. №2) принятое в качестве прототипа, включающее установленное на поворотной платформе, устройство для нанесения слоя материала, содержащее емкость для материала выполненной в виде гибкой трансформируемой опалубки, боковые стенки которой выполнены из множества шарнирно соединенных вертикальных прямоугольных пластин, снабженных тягами, соединенными с механизмами плоскопараллельного взаимного перемещения противоположных пластин, обеспечивающих заданный профиль стен здания, а торцевые стенки выполнены с возможностью поворота относительно горизонтальной оси в верхней точке на угол не менее чем 90°, вибратор выполнен с горизонтальным распространением акустических колебаний и снабжен механизмом ввода в сырьевую смесь.A known device for three-dimensional printing of buildings and architectural and construction modules (RF patent No. 2711637, publ. 01/17/2020, bulletin No. 2) adopted as a prototype, including installed on a turntable, a device for applying a layer of material containing a container for the material made in the form of a flexible transformable formwork, the side walls of which are made of a plurality of hingedly connected vertical rectangular plates, equipped with rods connected to the mechanisms of plane-parallel mutual movement of opposite plates, providing a given profile of the walls of the building, and the end walls are made with the possibility of rotation about the horizontal axis at the upper point by the angle is not less than 90 °, the vibrator is made with horizontal propagation of acoustic vibrations and is equipped with a mechanism for introducing into the raw mixture.

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: устройство для нанесения слоя материала, содержащее емкость для материала, выполненной в виде гибкой трансформируемой опалубки, боковые стенки которой выполнены из множества шарнирно соединенных вертикальных прямоугольных пластин, снабженных механизмами для плоскопараллельного взаимного перемещения противоположных пластин, обеспечивающих заданный профиль стен здания, подвижные торцевые стенки, вибратор с горизонтальным распространением акустических колебаний и снабженный механизмом ввода в сырьевую смесь.The following set of features of the prototype coincides with the essential features of the invention: a device for applying a layer of material, containing a container for material, made in the form of a flexible transformable formwork, the side walls of which are made of a plurality of hingedly connected vertical rectangular plates, equipped with mechanisms for plane-parallel mutual movement of opposite plates, providing a given profile of the walls of the building, movable end walls, a vibrator with horizontal propagation of acoustic vibrations and equipped with a mechanism for introducing into the raw mixture.

Недостатком прототипа является отсутствие технологической возможности выполнения элементов с различными размерами по высоте при возведении стен зданий и архитектурно-строительных модулей сложной геометрической формы.The disadvantage of the prototype is the lack of technological possibility of performing elements with different dimensions in height when erecting walls of buildings and architectural and construction modules of complex geometric shapes.

Полезная модель направлена на расширение технологических возможностей устройства для нанесения слоя материала при трехмерной печати зданий и архитектурно-строительных модулей за счет выполнения элементов с различными размерами по высоте при возведении стен сложной геометрической формы.The utility model is aimed at expanding the technological capabilities of the device for applying a layer of material for three-dimensional printing of buildings and architectural and construction modules by making elements with different dimensions in height when erecting walls of complex geometric shapes.

Это достигается тем, что в устройстве для нанесения слоя материала при трехмерной печати зданий и архитектурно-строительных модулей, содержащем поворотную платформу, установленную на перемещающейся вдоль координатных осей тележке, связанной с подвижной рамной конструкцией, гибкую трансформируемую опалубку, боковые стенки которой выполнены из множества шарнирно соединенных вертикальных прямоугольных пластин и снабженных механизмами для плоскопараллельного взаимного перемещения, в соответствии с заданным профилем стен здания и подвижные торцевые стенки, согласно предлагаемому решению, подвижные торцевые стенки расположены на вертикальных направляющих, закрепленных на стойках устройства и кинематически связаны с установленными на поворотной платформе механизмами вертикального перемещения на высоту, соответствующей заданной высоте печатающего слоя в любой точке.This is achieved by the fact that in a device for applying a layer of material for three-dimensional printing of buildings and architectural and construction modules, containing a turntable mounted on a trolley moving along the coordinate axes, connected to a movable frame structure, a flexible transformable formwork, the side walls of which are made of a plurality of hinged connected vertical rectangular plates and equipped with mechanisms for plane-parallel mutual movement, in accordance with a given profile of the walls of the building and movable end walls, according to the proposed solution, the movable end walls are located on vertical guides fixed on the racks of the device and are kinematically connected with mechanisms of vertical moving to a height corresponding to a given height of the printing layer at any point.

Сущность полезной модели поясняется графическим материалом.The essence of the utility model is illustrated by graphic material.

На фиг. 1 показан общий вид устройства для нанесения слоя материала при трехмерной печати зданий и архитектурно-строительных модулей с гибкой трансформируемой опалубкой и с торцевыми стенками, имеющими возможность вертикального перемещения.FIG. 1 shows a general view of the device for applying a layer of material for 3D printing of buildings and architectural and construction modules with flexible transformable formwork and end walls that can be vertically displaced.

Устройство для нанесения слоя материала включает поворотную платформу 1, установленную на тележку 2 с возможностью поворота вокруг своей оси в соответствии с заданной формой сопряжения стен здания или модуля, например, за счет зубчатой передачи с приводом от электродвигателя. На поворотной платформе 1 закреплена емкость для материала, выполненная в виде гибкой трансформируемой опалубки 3 и, по крайней мере, один или несколько вибраторов с горизонтальным распространением акустических колебаний 4, снабженных механизмами ввода в сырьевую смесь 5. Количество вибраторов определяется размерами опалубки. The device for applying a layer of material includes a turntable 1 mounted on a trolley 2 with the ability to rotate around its axis in accordance with a predetermined mating shape of the walls of a building or module, for example, due to a gear drive driven by an electric motor. On the turntable 1, a container for the material is fixed, made in the form of a flexible transformable formwork 3 and at least one or more vibrators with horizontal propagation of acoustic vibrations 4, equipped with mechanisms for introducing into the raw mixture 5. The number of vibrators is determined by the size of the formwork.

Боковые стенки гибкой трансформируемой опалубки 3 выполнены из множества шарнирно соединенных вертикальных прямоугольных пластин 6. Пластины 6 соединены тягами 7 с механизмами плоскопараллельного взаимного перемещения (на фигуре не показаны) противоположных пластин в горизонтальном направлении, обеспечивающим заданный профиль стен здания или модуля.The side walls of the flexible transformable formwork 3 are made of a plurality of hinged vertical rectangular plates 6. The plates 6 are connected by rods 7 with mechanisms for plane-parallel mutual movement (not shown in the figure) of opposite plates in the horizontal direction, providing a given profile of the walls of the building or module.

Над гибкой трансформируемой опалубкой 3 установлен распределитель 8 для равномерного заполнения заданного количества сырьевой смеси.Above the flexible transformable formwork 3, a distributor 8 is installed for uniform filling of a predetermined amount of raw material mixture.

Торцевые стенки 9 гибкой трансформируемой опалубки 3 установлены на направляющих 10, закрепленных на стойках 11 устройства и кинематически связаны с установленными на поворотной платформе механизмами вертикального перемещения 12 (например, актуаторами) на высоту, соответствующей заданной высоте печатающего слоя в любой точке.The end walls 9 of the flexible transformable formwork 3 are mounted on guides 10 fixed on the racks 11 of the device and are kinematically connected to the vertical movement mechanisms 12 (for example, actuators) mounted on the turntable to a height corresponding to a given height of the printing layer at any point.

Устройство для нанесения слоя материала при трехмерной печати зданий и архитектурно-строительных модулей работает следующим образом.A device for applying a layer of material for three-dimensional printing of buildings and architectural and construction modules works as follows.

Координаты точки печати объекта по оси X, Y и Z обеспечиваются заданным перемещением рамной конструкции (на фигуре не показана) с установленной на ней тележкой 2. Изменение направления печати в горизонтальной плоскости в соответствии с заданной формой сопряжения стен здания или модуля обеспечивается поворотной платформой 1,связанной с гибкой трансформируемой опалубкой 3. Приготовленная сырьевая смесь заданного состава, например бетонная смесь с наполнителем, с размером частиц до 30 мм и в заданном количестве, поступает в трансформируемую опалубку 3 с закрытыми торцевыми стенками 9 по распределителю 8, который обеспечивает равномерной распределение сырьевой смеси. Уплотнение сырьевой смеси обеспечивают вибраторы 4. Заданные геометрические формы стен здания или модуля обеспечиваются изменением радиуса кривизны боковых стенок гибкой трансформируемой опалубки 3 за счет шарнирно соединенных вертикальных прямоугольных пластин 6, снабженных тягами 7 для соединения с механизмами плоскопараллельного взаимного перемещения (на фигуре не показаны) противоположных пластин 6.The coordinates of the print point of the object along the X, Y and Z axes are provided by a predetermined movement of the frame structure (not shown in the figure) with a trolley installed on it 2. The change in the direction of printing in the horizontal plane in accordance with a predetermined form of conjugation of the walls of a building or a module is provided by a turntable 1, connected with a flexible transformable formwork 3. The prepared raw mix of a given composition, for example, a concrete mixture with a filler, with a particle size of up to 30 mm and in a given amount, enters the transformable formwork 3 with closed end walls 9 through a distributor 8, which ensures uniform distribution of the raw mix ... Compaction of the raw mixture is provided by vibrators 4. The specified geometric shapes of the walls of the building or module are provided by changing the radius of curvature of the side walls of the flexible transformable formwork 3 due to hinged vertical rectangular plates 6, equipped with rods 7 for connection with mechanisms of plane-parallel mutual movement (not shown in the figure) opposite plates 6.

После уплотнения вибраторы извлекаются из отвержденной смеси механизмом 5 и гибкая трансформируемая опалубка 3 перемещается тележкой 2 на расстояние, равное длине опалубки. При этом торцевая стенка 9 гибкой трансформируемой опалубки 3 со стороны напечатанного элемента поднимается вдоль направляющих 10, закрепленных на стойках 11 устройства, за счет приводных механизмов прямолинейного перемещения 12 (например, актуаторов) на высоту, соответствующую заданной высоте печатающего слоя стен здания или модуля и ее функции выполняет торец напечатанного элемента. Последующие элементы печати повторяются аналогично. При начале печати перпендикулярно расположенной стены, торцевой стенкой опалубки будет служить часть боковой поверхности предыдущего напечатанного элемента. Закругление стен производится радиусом кривизны, который обеспечивается перемещением взаимно противоположных боковых пластин 6 гибкой трансформируемой опалубки 3 и плавным поворотом платформы 1.After compaction, the vibrators are removed from the hardened mixture by the mechanism 5 and the flexible transformable formwork 3 is moved by the trolley 2 to a distance equal to the length of the formwork. In this case, the end wall 9 of the flexible transformable formwork 3 from the side of the printed element rises along the guides 10 fixed on the racks 11 of the device, due to the drive mechanisms of the linear movement 12 (for example, actuators) to a height corresponding to the specified height of the printing layer of the walls of the building or module and its the function is performed by the end face of the printed element. Subsequent print elements are repeated in the same way. When you start printing a perpendicular wall, the end wall of the formwork will be part of the side surface of the previous printed element. The walls are rounded with a radius of curvature, which is ensured by the movement of the mutually opposite side plates 6 of the flexible transformable formwork 3 and the smooth rotation of the platform 1.

Применение поэлементной печати стен строительных конструкций и архитектурно-строительных модулей с использованием гибкой трансформируемой опалубки с подвижными торцевыми стенками, обеспечивающими выполнение элементов печати с различными размерами по высоте обеспечивает заданные сложные геометрические формы стен здания. The use of element-by-element printing of walls of building structures and architectural and building modules using flexible transformable formwork with movable end walls, which ensure the execution of printing elements with different dimensions in height, provides the specified complex geometric shapes of the walls of the building.

При этом обеспечивается возможность применять для печати жесткие строительные смеси с наполнителем, для уплотнения которых служат вибраторы с горизонтальным распространением акустических колебаний в пределах опалубки, что повышает прочность печатной конструкции и сокращает время твердения. At the same time, it is possible to use rigid building mixtures with a filler for printing, which are compacted by vibrators with horizontal propagation of acoustic vibrations within the formwork, which increases the strength of the printed structure and reduces the hardening time.

Изменение высоты слоя наносимого материала в соответствии с заданной конструкцией стен зданий или модулей обеспечивается перемещением торцевых стенок гибкой трансформируемой опалубки вдоль направляющих за счет приводного механизма прямолинейного перемещения.The change in the height of the layer of the applied material in accordance with the given design of the walls of buildings or modules is provided by the movement of the end walls of the flexible transformable formwork along the guides due to the drive mechanism of rectilinear movement.

Таким образом, совокупность отличительных признаков и получаемых технических результатов обеспечивает при использовании устройства решение поставленной задачи - расширение технологических возможностей устройства для нанесения слоя материала при трехмерной печати зданий и архитектурно-строительных модулей за счет выполнения элементов с различными размерами по высоте при возведении стен сложной геометрической формы.Thus, the set of distinctive features and the obtained technical results, when using the device, provides a solution to the problem posed - expanding the technological capabilities of the device for applying a layer of material for three-dimensional printing of buildings and architectural and construction modules by performing elements with different dimensions in height when erecting walls of complex geometric shapes ...

Claims

A device for applying a layer of material for three-dimensional printing of buildings and architectural and construction modules, containing a turntable mounted on a trolley moving along the coordinate axes connected to a movable frame structure, a flexible transformable formwork, the side walls of which are made of a plurality of hinged vertical rectangular plates and equipped with mechanisms for plane-parallel mutual movement in accordance with a given profile of the walls of the building, and movable end walls, characterized in that the movable end walls are located on vertical guides fixed on the device racks, and are kinematically connected with vertical movement mechanisms installed on the turntable.