RU210615U1

RU210615U1 - One piece geodesic dome

Info

Publication number: RU210615U1
Application number: RU2021134942U
Authority: RU
Inventors: Ольга Ивановна Бояринцева
Original assignee: Ольга Ивановна Бояринцева
Priority date: 2021-11-29
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2022-04-22

Abstract

Заявленная полезная модель относится к области строительства и технологии изготовления трехмерных (объемных) изделий по цифровой модели методами аддитивного производства, в частности, но не ограничиваясь, по технологии – экструзия материала. При этом использован способ аддитивной печати – моделирование послойным наплавлением (FDM: FusedDepositionModeling). Технический результат заявленной полезной модели заключается в создании геодезического купола цельной конструкции, который заменяет сборные пространственные конструкции, смонтированные из отдельных элементов и приближенные к сферической форме, так как только геодезический купол, созданный по цифровой модели в процессе аддитивного производства, соответствует геодезической сетке и обладает достаточной пространственной жесткостью, в отличие от архитектурных сооружений на основе геодезических многогранников, максимально приближенных к сферической форме и возведенных монтажом.The claimed utility model relates to the field of construction and technology for the manufacture of three-dimensional (volumetric) products according to a digital model by additive manufacturing methods, in particular, but not limited to, material extrusion technology. In this case, the method of additive printing was used - layer-by-layer fusing modeling (FDM: FusedDepositionModeling). The technical result of the claimed utility model is to create a geodesic dome of an integral structure, which replaces prefabricated spatial structures assembled from separate elements and close to a spherical shape, since only a geodesic dome created from a digital model in the additive manufacturing process corresponds to a geodesic grid and has sufficient spatial rigidity, in contrast to architectural structures based on geodesic polyhedra, as close as possible to a spherical shape and erected by installation.

Description

Заявленная полезная модель относится к области строительства и технологии изготовления трехмерных (объемных) изделий по цифровой модели методами аддитивного производства, в частности, но не ограничиваясь, по технологии – экструзия материала, способом аддитивной печати – моделирование послойным наплавлением (FDM: Fused Deposition Modeling), и может быть использована для изготовления сооружений, выдерживающих повышенные требования к ветровым, ураганным, снеговым и сейсмическим нагрузкам, для оборудования детских площадок, а также в перспективном строительстве несущих конструкций в космосе.The claimed utility model relates to the field of construction and the technology of manufacturing three-dimensional (volumetric) products according to a digital model using additive manufacturing methods, in particular, but not limited to, technology - material extrusion, additive printing - layer-by-layer fusing modeling (FDM: Fused Deposition Modeling), and can be used for the manufacture of structures that withstand increased requirements for wind, hurricane, snow and seismic loads, for equipping playgrounds, as well as in the advanced construction of load-bearing structures in space.

Понятие «Геодезические» означает или относящиеся к большим кругам сферы или дугам таких кругов; как геодезическая линия, следовательно, линия, которая является большим кругом или ее дугой; и как геодезическая сетка, следовательно, сетка, созданная пересечениями линий большого круга или дуг (1*); и как геодезическая ячейка, созданная пересечениями линий большого круга или дуг (1).The term "Geodesics" means either spheres or arcs of such circles that refer to great circles; as a geodesic line, hence a line which is a great circle or its arc; and as a geodesic grid, hence a grid created by intersections of great circle lines or arcs (1*); and as a geodesic cell created by intersections of great circle lines or arcs (1).

Из уровня техники известны технические решения, которые посвящены устройству пространственных систем регулярной структуры (сетчатые своды, оболочки, купола). From the prior art, technical solutions are known that are devoted to the arrangement of spatial systems of a regular structure (mesh vaults, shells, domes).

В частности, известны архитектурные сооружения на основе геодезического многогранника, максимально приближенного к сферической форме, например, геодезические купола (US 2682235,1951 г; RU 2034964, 1995 г; А.С. СССР №654773, 1979 г; RU 2383693, 2010г.). Недостатки данных технических решений: основные конструктивные элементы расположены в виде геодезической структуры приблизительных дуг большого круга, пересекающихся сформировать трехстороннюю сетку; основные конструктивные элементы соединены между собой закреплением скользящих соединений, что влечет за собой повышенную трудоемкость монтажа конструкций (монтажа каркаса и монтажа покрытия каркаса).In particular, architectural structures based on a geodesic polyhedron, as close as possible to a spherical shape, are known, for example, geodesic domes (US 2682235.1951; RU 2034964, 1995; A.S. USSR No. 654773, 1979; RU 2383693, 2010. ). Disadvantages of these technical solutions: the main structural elements are arranged in the form of a geodesic structure of approximate great circle arcs intersecting to form a three-sided grid; the main structural elements are interconnected by fixing sliding joints, which entails an increased laboriousness of the installation of structures (mounting the frame and mounting the frame cover).

Известен способ узлового соединения трехслойных панелей геодезического купола (RU 2037019, 1995 г.), для реализации которого использовано узловое соединение трехслойных панелей, имеющих обшивки и заполнитель, включающее установленные с наружной и внутренней сторон купола соединительные элементы, объединенные стяжным болтом, отличающееся тем, что смежные панели с наружной и внутренней сторон купола в местах соединения выполнены с полостями, в которых размещены соединительные элементы, а каждый соединительный элемент выполнен составным из наружной и внутренней зажимных деталей, последняя из которых имеет продольное ребро жесткости и профильные углубления, а наружная переменного сечения с соответствующими углублениям профильными выступами, а обшивки смежных панелей защемлены между зажимными деталями. Недостатком данного технического решения является сложность, трудоёмкость изготовления и монтажа конструкции покрытия.There is a known method of nodal connection of three-layer panels of a geodesic dome (RU 2037019, 1995), for the implementation of which a nodal connection of three-layer panels with skin and filler was used, including connecting elements installed on the outer and inner sides of the dome, united by a tie bolt, characterized in that adjacent panels on the outer and inner sides of the dome at the joints are made with cavities in which the connecting elements are placed, and each connecting element is made up of outer and inner clamping parts, the latter of which has a longitudinal stiffener and profile recesses, and the outer variable section with profile ledges corresponding to the recesses, and the skins of adjacent panels are clamped between the clamping parts. The disadvantage of this technical solution is the complexity, laboriousness of manufacturing and installation of the coating structure.

Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели, выбранным прототипом, является техническое решение (патент RU 2054097 Узловое соединение трехслойных панелей геодезического» купола, 1996 г.), вследствие того, что в нем имеется следующая совокупность существенных признаков.The closest analogue of the claimed utility model, the selected prototype, is a technical solution (patent RU 2054097 Nodal connection of three-layer geodesic dome panels, 1996), due to the fact that it has the following set of essential features.

Общие с заявленным техническим решением следующие признаки прототипа:Common with the claimed technical solution the following features of the prototype:

каркас прототипа имеет геодезическую структуру, образованную трехсторонней сеткой, ячейкой которой является треугольник;the frame of the prototype has a geodesic structure formed by a three-sided grid, the cell of which is a triangle;

каркас прототипа приближен к сферической форме;the frame of the prototype is close to a spherical shape;

покрытие каркаса может иметь многослойную конструкцию для защиты купола от наружной среды и внешних воздействий.the frame cover can have a multi-layer structure to protect the dome from the external environment and external influences.

Отличительные признаки прототипа с заявленным техническим решением: каркас прототипа выполняется монтажом из множества деталей (стальные, алюминиевые стержни, трубки, экструдированные детали, др.) с закреплением в узловых соединениях. Конструкция покрытия каркаса выполняется также монтажом (листами, многослойными панелями, др.) с закреплением в узловых соединениях с каркасом.Distinctive features of the prototype with the claimed technical solution: the frame of the prototype is assembled from a variety of parts (steel, aluminum rods, tubes, extruded parts, etc.) with fixing in nodal joints. The design of the frame cover is also carried out by installation (sheets, multilayer panels, etc.) with fixing in nodal joints with the frame.

Недостатком выше указанных технических решений является то, что возведение геодезических куполов и подобных пространственных систем регулярной структуры (например, сетчатые купола) осуществляется монтажом, который представляет собой сложный комплекс связанных между собой трудоемких процессов, в том числе и ручного труда. Предварительно подготовленные элементы конструкции (прямые и/или изогнутые стержни, др.) скрепляются или сочленяются в логической последовательности по типоразмерам в узловых точках. Узел является наиболее сложным и ответственным элементом конструкции. The disadvantage of the above technical solutions is that the construction of geodesic domes and similar spatial systems of a regular structure (for example, mesh domes) is carried out by installation, which is a complex set of interconnected labor-intensive processes, including manual labor. Pre-prepared structural elements (straight and / or curved rods, etc.) are fastened or articulated in a logical sequence according to standard sizes at nodal points. The node is the most complex and critical structural element.

Недостатком всех известных пространственных конструкций геодезической структуры является то, что при возведении или перекрытии сооружений больших объемов значительно увеличивается число элементов конструкции, имеющих различные геометрические размеры. При этом усложняются расчеты, усложняется строительство сооружения, что приводит к неэффективности данных технологий. The disadvantage of all known spatial structures of the geodesic structure is that during the construction or overlapping of structures of large volumes, the number of structural elements with different geometric dimensions increases significantly. At the same time, the calculations become more complicated, the construction of the structure becomes more complicated, which leads to the inefficiency of these technologies.

Известно достаточное количество технических решений, в которых заявлены узловые соединения конструктивных элементов сборных геодезических куполов. Сущность вышеуказанных технических решений − сокращение типоразмеров конструктивных элементов, повышение надежности узловых соединений каркаса и покрытия каркаса, повышение жесткости, прочности сборных геодезических конструкций. A sufficient number of technical solutions are known, in which nodal connections of structural elements of prefabricated geodesic domes are declared. The essence of the above technical solutions is a reduction in the size of structural elements, an increase in the reliability of the nodal joints of the frame and frame coating, an increase in rigidity and strength of prefabricated geodesic structures.

Задачей создания заявленной полезной модели является удовлетворение в потребности создания конструкций, выдерживающих повышенные ветровые, ураганные, снеговые и сейсмические нагрузки, для оборудования детских площадок, а также в перспективном строительстве несущих конструкций в космосе.The task of creating the claimed utility model is to satisfy the need to create structures that can withstand increased wind, hurricane, snow and seismic loads for playground equipment, as well as in the advanced construction of load-bearing structures in space.

Технический результат заявленной полезной модели заключается в создании геодезического купола цельной конструкции, который заменяет сборные пространственные конструкции, смонтированные из отдельных элементов и приближенные к сферической форме, так как только геодезический купол, созданный по цифровой модели в процессе аддитивного производства, соответствует геодезической сетке и обладает достаточной пространственной жесткостью, в отличие от архитектурных сооружений, на основе геодезических многогранников, максимально приближенных к сферической форме и возведенных монтажом.The technical result of the claimed utility model is to create a geodesic dome of an integral structure, which replaces prefabricated spatial structures assembled from separate elements and close to a spherical shape, since only a geodesic dome created from a digital model in the additive manufacturing process corresponds to a geodesic grid and has sufficient spatial rigidity, in contrast to architectural structures, based on geodesic polyhedra, as close as possible to a spherical shape and erected by installation.

Геодезический купол, имеющий по сравнению с аналогами повышенную технологичность за счет того, что его жесткий каркас имеет сферическую форму и выполнен из сквозных сферических равносторонних треугольников (геодезических ячеек), которые образуют цельную геодезическую структуру (сетку) каркаса, а покрытие каркаса представляет собой монолитную сферическую поверхность, ограждающую каркас от наружной среды и внешних воздействий. При этом каркас и его покрытие образованы как единое целое и предпочтительно создаются печатью 3D-принтера по цифровой модели, экструзией через сопло 1 и сопло 2, и соединены между собой при послойном наплавлении, затвердении и связывании с прилегающими слоями, где каждый новый слой связывается с материалом прилегающего слоя и материалом соседних участков – в результате создается распечатка с монолитным соединением, при этом каждая точка поверхности геодезического купола соответствует параметрам его цифровой модели.Geodesic dome, which has increased manufacturability compared to analogues due to the fact that its rigid frame has a spherical shape and is made of through spherical equilateral triangles (geodesic cells), which form an integral geodesic structure (grid) of the frame, and the frame cover is a monolithic spherical surface protecting the frame from the external environment and external influences. At the same time, the frame and its coating are formed as a single whole and are preferably created by printing a 3D printer according to a digital model, extrusion through nozzle 1 and nozzle 2, and are interconnected by layer-by-layer fusing, hardening and bonding with adjacent layers, where each new layer is associated with the material of the adjacent layer and the material of neighboring sections - as a result, a printout with a monolithic connection is created, with each point of the surface of the geodesic dome corresponding to the parameters of its digital model.

Цельная конструкция геодезического купола, элементом которого является геодезическая ячейка, может быть выполнена с многослойным покрытием. Заявляемая конструкция геодезического купола является цельной пространственной системой с малым весом, геометрически неизменяемой при сейсмических, ветровых и снеговых нагрузках, а также устойчива к внешним воздействиям и воздействиям наружной среды, в том числе и космической среды. The one-piece construction of the geodesic dome, the element of which is the geodesic cell, can be made with a multilayer coating. The inventive design of the geodesic dome is an integral spatial system with low weight, geometrically unchanged under seismic, wind and snow loads, and is also resistant to external influences and environmental influences, including the space environment.

Дополнительные преимущества заявляемого технического решения в том, что использование полимерных материалов, в том числе композиционных, при создании цельного каркаса геодезической структуры исключает деформативность несущей конструкции и нежелательные изгибающие моменты, а также обеспечивает малый вес конструкции.Additional advantages of the proposed technical solution are that the use of polymeric materials, including composite ones, when creating a solid frame of a geodesic structure, eliminates the deformability of the supporting structure and undesirable bending moments, and also provides a low weight of the structure.

Раскрытие сущности полезной моделиDisclosure of the essence of the utility model

Геодезический купол цельной конструкции представляет собой архитектурное сооружение – жесткий каркас с монолитным покрытием, созданный трехмерной печатью, выполненный на основе геодезических многогранников в соответствии с геодезической структурой. Структурной ячейкой жесткого каркаса является геодезический треугольник.The integral geodesic dome is an architectural structure - a rigid frame with a monolithic coating, created by three-dimensional printing, made on the basis of geodesic polyhedra in accordance with the geodesic structure. The structural cell of the rigid frame is a geodesic triangle.

Покрытие каркаса представляет собой монолитную сферическую поверхность, ограждающую каркас от наружной среды и внешних воздействий, при этом каркас и его покрытие созданы 3Д-принтером и соединены между собой при послойном наплавлении, затвердении и связывании с прилегающими слоями − каждый новый слой связывается с материалом прилегающего слоя и материалом соседних участков, в результате создается распечатка с монолитным соединением.The frame coating is a monolithic spherical surface that protects the frame from the external environment and external influences, while the frame and its coating are created by a 3D printer and interconnected by layer-by-layer fusing, hardening and bonding with adjacent layers - each new layer is associated with the material of the adjacent layer and the material of neighboring sections, resulting in a printout with a monolithic connection.

При этом каждая точка поверхности геодезического купола соответствует параметрам цифровой модели.In this case, each point of the surface of the geodesic dome corresponds to the parameters of the digital model.

Конструкция геодезического купола может быть выполнена с многослойным покрытием.The design of the geodesic dome can be made with a multilayer coating.

Жесткий каркас и его монолитное покрытие могут быть выполнены из полимерных материалов, в том числе композиционных, отличающихся между собой по химической структуре.The rigid frame and its monolithic coating can be made of polymeric materials, including composite materials, differing from each other in chemical structure.

В процессе аддитивного производства жесткий каркас и его покрытие могут быть образованы печатью многосопельной головкой 3D-принтера в согласии с траекторией, заданной цифровой моделью, экструзией через сопло 1 и сопло 2, при этом геодезический купол создается как единое целое.In the additive manufacturing process, the rigid frame and its cover can be formed by printing with a multi-nozzle 3D printer head in accordance with the trajectory given by the digital model, extrusion through nozzle 1 and nozzle 2, while the geodesic dome is created as a whole.

В качестве материалов для трехмерной печати каркаса выбираются материалы полимерной структуры, в том числе композиционные, обеспечивающие прочность и жесткость цельного каркаса. Для трехмерной печати покрытия выбираются материалы полимерной структуры, в том числе композиционные, с усиленной защитой от наружной среды и внешних воздействий.As materials for 3D printing of the frame, polymer structure materials are selected, including composite materials, which provide strength and rigidity of the solid frame. For 3D printing of the coating, materials of a polymeric structure are selected, including composite ones, with enhanced protection from the external environment and external influences.

В процессе 3D-печати полимерный материал подается в блок экструзии в печатающей головке принтера в твердом виде, где он нагревается до температуры плавления и расплавляется, затем принтер экструдирует или же выдавливает вязкий расплав материала из своего сопла на платформу печати. In the 3D printing process, the polymer material is fed into the extrusion unit in the print head of the printer in solid form, where it is heated to its melting temperature and melted, then the printer extrudes or extrudes the viscous melt of material from its nozzle onto the printing platform.

Принтер непрерывно перемещает сопло в согласии с траекторией, заданной системой автоматизированного проектирования CAD, укладывая расплавленный материал в необходимых местах. После того как полимерный материал был экструдирован на платформу печати, он должен затвердеть и связаться с прилегающим полимерным материалом, образовывается готовый слой распечатка. Процесс продолжается, пока не будут распечатаны все слои и создание объекта (https://www.qbed.space/knowledge/blog/additive-manufacturing-technologies).The printer continuously moves the nozzle in accordance with the trajectory set by the CAD system, depositing the melted material in the required places. After the resin material has been extruded onto the print platform, it must solidify and bond with the adjacent resin material to form the finished print layer. The process continues until all layers and object creation are printed (https://www.qbed.space/knowledge/blog/additive-manufacturing-technologies).

При использовании нагревательных систем в материале должно оставаться достаточное количество тепла для связывания поверхностей соседних участков, в результате чего образуется монолитное соединение. When using heating systems, sufficient heat must remain in the material to bond the surfaces of adjacent areas, resulting in a monolithic connection.

Размещение траекторий экструзии друг над другом в виде переплетения также способствует более равномерному распределению прочности материала в каждой части изделия.Placing the extrusion paths on top of each other in a weave pattern also contributes to a more even distribution of material strength in each part of the product.

Для получения конструкций (объектов), удовлетворяющих необходимым критериям качества, а именно прочности, точности и отсутствию дефектов, необходимо сформировать такие режимы печати, при которых температура печати оказывает минимальное воздействие на нарушение структуры образующегося слоя конструкции, но является достаточным фактором для образования связей между соседними слоями, что в свою очередь достигается с помощью оптимального выбора шаблона заполнения слоя (5).To obtain structures (objects) that meet the necessary quality criteria, namely, strength, accuracy and the absence of defects, it is necessary to form such printing modes in which the printing temperature has a minimal effect on the violation of the structure of the resulting structure layer, but is a sufficient factor for the formation of bonds between adjacent layers, which in turn is achieved by the optimal choice of the layer filling pattern (5).

Подробно исследовано влияние технологических режимов на физико-механические свойства образцов, полученных способом FDM-печати. Прочностные характеристики деталей, изготовленных с использованием оптимальных параметров печати, вплотную приближаются к свойствам изделий, полученных способом литья под давлением. Армированные пластики, полученные с использованием FDM-технологий, по своим прочностным характеристикам вплотную приблизились к алюминиевым сплавам при практически в 2 раза меньшей плотности. Анализ этих данных демонстрирует большой потенциал использования FDM-печати для изготовления конструкций, в том числе для авиакосмической техники (6).The effect of technological regimes on the physical and mechanical properties of samples obtained by FDM printing has been studied in detail. The strength characteristics of parts manufactured using optimal printing parameters are very close to the properties of products obtained by injection molding. Reinforced plastics obtained using FDM technologies, in terms of their strength characteristics, came close to aluminum alloys at almost 2 times lower density. The analysis of these data demonstrates the great potential of using FDM printing for the manufacture of structures, including those for aerospace technology (6).

Геодезический купол цельной конструкции создается из полимерных материалов, выбранных по назначению (материал А – для каркаса, материал Б – для покрытия каркаса). Трехмерная печать геодезического купола выполняется многосопельной печатающей головкой 3D-принтера в согласии с траекторией, заданной цифровой моделью, экструзией полимерного материала А через сопло 1 и экструзией полимерного материала Б через сопло 2. После того как полимерный материал А и Б были экструдированы на платформу печати, они должны затвердеть и связаться с прилегающим полимерным материалом (АА), (ББ) и поверхностью соседних участков (АБ-БА) через интервал времени, достаточный для связывания с прилегающим материалом и поверхностью соседних участков. В результате образовывается готовый слой распечатка -АА-АБ-ББ-БА- с монолитным соединением. Процесс продолжается, пока не будут распечатаны все слои объекта − геодезического купола.A geodesic dome of an integral structure is created from polymeric materials selected for their intended purpose (material A - for the frame, material B - for covering the frame). The 3D printing of the geodesic dome is performed by the multi-nozzle 3D printer head according to the trajectory given by the digital model, extrusion of resin material A through nozzle 1 and extrusion of resin material B through nozzle 2. After resin material A and B have been extruded onto the printing platform, they must harden and bond with the adjacent polymeric material (AA), (BB) and the surface of adjacent areas (AB-BA) after a time interval sufficient to bond with the adjacent material and the surface of adjacent areas. As a result, a ready-made printout layer -AA-AB-BB-BA- with a monolithic connection is formed. The process continues until all layers of the geodesic dome object are printed.

Головка принтера на таком инструменте должна быть компактной и легкой, чтобы позволить ее быстро перемещать и точно позиционировать без неблагоприятных эффектов инерции. Наличие нескольких экструзионных сопел на головке принтера обеспечивает повышенную производительность и технологичность за счет возможности легко менять экструзионные материалы и/или их цвета без удаления прежнего материала и замены катушки с материалом на новую, что обычно занимает значительное время на односопельных принтерах.The printer head on such a tool must be compact and lightweight to allow rapid movement and precise positioning without the adverse effects of inertia. The presence of multiple extrusion nozzles on the printer head provides increased productivity and manufacturability due to the ability to easily change extrusion materials and / or their colors without removing the old material and replacing the material spool with a new one, which usually takes a lot of time on single nozzle printers.

Примером реализации многосопельной печатающей головки 3D-принтера может быть выбрана многосопельная печатающая головка 3D-принтера (www.stereotech.org), имеющая нескольких сопел, установленных в одном блоке экструзии в канале для подачи материала вдоль прямой линии и снабженных индивидуальными механизмами перекрытия. Применение индивидуальных механизмов перекрытия сопел обеспечивает своевременное их включение и выключение в процессе работы при заполнении слоев, содержащих внутренние полости. Одновременное использование в процессе работы нескольких сопел позволяет выполнить задачу заявленной полезной модели и повысить производительность аддитивного процесса.An example of the implementation of a multi-nozzle 3D printer print head can be a multi-nozzle 3D printer print head (www.stereotech.org), which has several nozzles installed in one extrusion unit in a channel for supplying material along a straight line and equipped with individual overlapping mechanisms. The use of individual mechanisms for overlapping nozzles ensures their timely switching on and off during operation when filling layers containing internal cavities. The simultaneous use of several nozzles in the process of operation makes it possible to fulfill the task of the claimed utility model and increase the productivity of the additive process.

Примеры выполненияExecution examples

На фиг.1 приведена цельная конструкция геодезического купола для оборудования детской площадки. Ячейкой цельного геодезического купола выбран равносторонний треугольник. Геодезический купол выполнен из полимерного материала акрилонитрилбутадиенстирола (ABS). ABS –термопластик, обладает рядом преимуществ – долговечность, механическая прочность, устойчивость к влаге и повышенным температурам, прекрасно реагирует на окрашивание и др. Геодезический купол выполнен трехмерной печатью одно или многосопельной (при цветном исполнении) печатающей головкой 3D-принтера в согласии с цифровой моделью, экструзией через сопло, послойным наплавление макрилонитрилбутадиенстирола с образованием сетчатого сферического сегмента – геодезического купола цельной конструкции, при этом каждая точка поверхности цельного геодезического купола соответствует параметрам цифровой модели.Figure 1 shows a one-piece construction of a geodesic dome for playground equipment. An equilateral triangle is chosen as a cell of a solid geodesic dome. The geodesic dome is made of acrylonitrile butadiene styrene (ABS) polymer material. ABS is a thermoplastic that has a number of advantages - durability, mechanical strength, resistance to moisture and elevated temperatures, responds well to coloring, etc. , extrusion through a nozzle, layer-by-layer deposition of mcrylonitrile butadiene styrene with the formation of a mesh spherical segment - a geodesic dome of an integral structure, while each point of the surface of a solid geodesic dome corresponds to the parameters of a digital model.

2. На фиг.2 приведена цельная конструкция геодезического купола для сейсмических районов. Ячейкой цельного геодезического купола выбран равносторонний треугольник. Геодезический купол для сейсмических районов выполнен из акрилонитрилбутадиенстирола/ABS (каркас) и композиционного материала с древесным наполнителем (КМ) и/или сверхпрочного стекла (покрытие). Геодезический купол выполнен трехмерной печатью многосопельной печатающей головкой 3D-принтера в согласии с цифровой моделью, экструзией полимерного материала каркаса (акрилонитрилбутадиенстирола) через сопло 1 и экструзией полимерного материала покрытия (композиционного материала с древесным наполнителем) через сопло 2. После того как ABS и КМ были экструдированы на платформу печати, они должны затвердеть и связаться с прилегающими полимерными материалами (ABS-ABS), (КМ-КМ) и поверхностью соседних участков (ABSКМ-КМABS), через интервал времени, достаточный для связывания с прилегающими материалами и поверхностью соседних участков. В результате образовывается готовый слой распечатка-ABSABS-ABSКМ-КМКМ-КМABS- с образованием монолитного соединения. Процесс продолжается, пока не будут распечатаны все слои объекта − геодезического купола цельной конструкции для сейсмических районов.2. Figure 2 shows the integral design of the geodesic dome for seismic areas. An equilateral triangle is chosen as a cell of a solid geodesic dome. The geodesic dome for seismic areas is made of acrylonitrile butadiene styrene/ABS (frame) and wood-filled composite (KM) and/or heavy-duty glass (coating). The geodesic dome is made by 3D printing with a multi-nozzle 3D printer head in accordance with the digital model, extrusion of the polymer frame material (acrylonitrile butadiene styrene) through nozzle 1, and extrusion of the polymer coating material (wood-filled composite material) through nozzle 2. After the ABS and KM were extruded onto the print platform, they must cure and bond with adjacent polymeric materials (ABS-ABS), (KM-KM) and the surface of adjacent areas (ABSKM-KMABS), after a time interval sufficient to bond with adjacent materials and the surface of adjacent areas. As a result, a finished layer print-ABSABS-ABSKM-KMKM-KMABS- is formed with the formation of a monolithic connection. The process continues until all layers of the feature, a one-piece geodesic dome for seismic regions, have been printed.

Основные преимущества геодезического купола цельной конструкции для сейсмических районов:The main advantages of a one-piece geodesic dome for seismic areas:

высокая прочность, обеспеченная пространственной работой системы;high strength provided by the spatial operation of the system;

высокая устойчивость, обеспеченная пониженным центром тяжести сооружения;high stability provided by a low center of gravity of the structure;

максимальная сейсмостойкость (по шкале Рихтера – до 12 баллов);maximum seismic resistance (on the Richter scale - up to 12 points);

при строительстве экономия материалов составляет до 30 %;during construction, savings in materials are up to 30%;

только за счет формы значительно экономится тепло, так как на 30 % площадь сферической оболочки меньше площади стен параллелепипеда;heat is significantly saved only due to the shape, since the area of the spherical shell is 30% less than the area of the walls of the parallelepiped;

значительно (в разы) уменьшается вес оболочки дома, что упрощает устройство фундамента;significantly (several times) the weight of the shell of the house is reduced, which simplifies the construction of the foundation;

значительно (в разы) ускоряется возведение дома (7). significantly (at times) the construction of a house is accelerated (7).

3. На фиг.3 приведена цельная конструкция геодезического купола для космоса. Ячейкой цельного каркаса выбран равносторонний треугольник. Геодезический купол для космоса выполнен из суперкомпозиционного материала (каркас) и полимерно-матричного композита – нанокомпозита (покрытие), обеспечивающего в космосе тройную защиту – тепловую, радиационную и противоударную. Геодезический купол для космоса выполнен трехмерной печатью многосопельной печатающей головкой 3D-принтера в согласии с цифровой моделью, экструзией суперкомпозиционного материала каркаса (СКМ) через сопло 1 и экструзией нанокомпозита покрытия (НП) через сопло 2. После того как СКМ и НП были экструдированы на платформу печати, они должны затвердеть и связаться с прилегающими полимерными материалами (СКМ-СКМ), (НП-НП) и поверхностью соседних участков (СКМНР-НРСКМ), через интервал времени, достаточный для связывания с прилегающими материалами и поверхностью соседних участков. В результате образовывается готовый слой распечатка -СКМСКМ-СКМНР-НРНР-НРСКМ- с образованием монолитного соединения. Процесс продолжается, пока не будут распечатаны все слои объекта − геодезического купола цельной конструкции для космоса.3. Figure 3 shows the one-piece construction of a geodesic dome for space. An equilateral triangle is chosen as a cell of a solid frame. The geodesic dome for space is made of a supercomposite material (frame) and a polymer-matrix composite - a nanocomposite (coating), which provides triple protection in space - thermal, radiation and shockproof. The geodesic dome for space is made by 3D printing with a multi-nozzle 3D printer head in accordance with the digital model, extrusion of the supercomposite frame material (SCM) through nozzle 1 and extrusion of the coating nanocomposite (CP) through nozzle 2. After the SCM and NP were extruded onto the platform printing, they must harden and bond with adjacent polymer materials (SKM-SKM), (NP-NP) and the surface of adjacent areas (SKMNR-NRSKM), after a time interval sufficient to bond with adjacent materials and the surface of adjacent sections. As a result, a finished printout layer -SKMSKM-SKMNR-NRNR-NRSKM- is formed with the formation of a monolithic connection. The process continues until all the layers of the object, a one-piece geodesic dome for space, have been printed.

Используемая литератураUsed Books

1*. Патент US 2,682,235, 1951 г.one*. US Patent 2,682,235, 1951

2. RU 2034964, 1995 г. 2. RU 2034964, 1995

3. А.С. СССР №654773, 1979 г. 3. A.S. USSR No. 654773, 1979

4. RU 2383693, 2010 г..4. RU 2383693, 2010.

5.Преображенская Е. В. Обеспечение адгезии слоёв экструдируемого материала при FDM-печати. УДК 621.812. 5. Preobrazhenskaya E. V. Ensuring adhesion of extruded material layers during FDM printing. UDC 621.812.

6. С. В. Кондрашов, А.А. Пыхтин, С. А. Ларионов, А.Е. Сорокин. Влияние технологических режимов FDM - печати и состава используемых материалов на физико-механические характеристики FDM-моделей (обзор). УДК 678.8.6. S. V. Kondrashov, A. A. Pykhtin, S.A. Larionov, A.E. Sorokin. Influence of technological modes of FDM - printing and the composition of the materials used on the physical and mechanical characteristics of FDM models (review). UDC 678.8.

7. В. А. Баранов, А. Г. Шипилов, Ю.П. Юценко, 2014 Идеи купольного жилого дома. УДК 694.1+728.1.7. V. A. Baranov, A. G. Shipilov, Yu. Yutsenko, 2014 Ideas for a domed residential building. UDC 694.1+728.1.

Claims

1. The geodesic dome, having the shape of a spherical segment, is a rigid frame with a coating, characterized in that the rigid frame is formed from through structural cells in the form of spherical equilateral triangles with sides coinciding with the lines of the geodesic grid, and the frame cover is a monolithic spherical surface , enclosing the frame from the external environment and external influences, while the frame and its coating are created by a 3D printer and interconnected by layer-by-layer fusing, hardening and bonding with adjacent layers, where each new layer is associated with the material of the adjacent layer and the material of neighboring sections - in the result of creating a printout with a monolithic connection, with each point of the surface of the geodesic dome corresponding to the parameters of the digital model.

2. The device according to claim 1, characterized in that the monolithic coating of the frame is made multilayer.

3. The device according to claim 1, characterized in that the rigid frame and its monolithic coating are made of polymeric materials, including composite materials, differing in chemical structure.

4. The device according to claim 1, characterized in that the spatial structure of the geodesic structure is formed as a whole.