WO2021040578A1 - Экструдер строительных смесей для 3d принтера - Google Patents

Экструдер строительных смесей для 3d принтера Download PDF

Info

Publication number
WO2021040578A1
WO2021040578A1 PCT/RU2020/050209 RU2020050209W WO2021040578A1 WO 2021040578 A1 WO2021040578 A1 WO 2021040578A1 RU 2020050209 W RU2020050209 W RU 2020050209W WO 2021040578 A1 WO2021040578 A1 WO 2021040578A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
building
nozzle
extruder
mixture
drive
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/050209
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Александр Владимирович МАСЛОВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Амт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Амт" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Амт"
Priority to EP20856797.4A priority Critical patent/EP4023417A4/en
Publication of WO2021040578A1 publication Critical patent/WO2021040578A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B23/00—Arrangements specially adapted for the production of shaped articles with elements wholly or partly embedded in the moulding material; Production of reinforced objects
    • B28B23/02—Arrangements specially adapted for the production of shaped articles with elements wholly or partly embedded in the moulding material; Production of reinforced objects wherein the elements are reinforcing members
    • B28B23/022—Means for inserting reinforcing members into the mould or for supporting them in the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B3/00—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor
    • B28B3/20—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor wherein the material is extruded
    • B28B3/26—Extrusion dies
    • B28B3/2645—Extrusion dies using means for inserting reinforcing members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28C—PREPARING CLAY; PRODUCING MIXTURES CONTAINING CLAY OR CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28C5/00—Apparatus or methods for producing mixtures of cement with other substances, e.g. slurries, mortars, porous or fibrous compositions
    • B28C5/08—Apparatus or methods for producing mixtures of cement with other substances, e.g. slurries, mortars, porous or fibrous compositions using driven mechanical means affecting the mixing
    • B28C5/10—Mixing in containers not actuated to effect the mixing
    • B28C5/12—Mixing in containers not actuated to effect the mixing with stirrers sweeping through the materials, e.g. with incorporated feeding or discharging means or with oscillating stirrers
    • B28C5/16—Mixing in containers not actuated to effect the mixing with stirrers sweeping through the materials, e.g. with incorporated feeding or discharging means or with oscillating stirrers the stirrers having motion about a vertical or steeply inclined axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227—Driving means
    • B29C64/241—Driving means for rotary motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/25—Housings, e.g. machine housings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/314—Preparation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing

Definitions

  • the invention relates to the construction field, namely to construction 3D printers, in particular to extruders of building mixtures intended for installation on construction 3D printers of volumetric printing of various layout schemes for the manufacture of building structures, including for the construction of residential buildings, buildings and structures of various purpose, production of parts and elements of buildings, parts of building structures, building materials and other products of simple and complex geometric shapes using additive technology.
  • various materials can be used: metal and ceramic powders, liquid resins, wax, plastic, various sheet materials, composite materials (from cellulose compounds, special fibers and other additives, a mixture of foundry sand and additives), construction mixtures based on cement, gypsum, chamotte clay.
  • Construction ZO-printing can be carried out in different ways and using various materials, which are based on the principle of layer-by-layer creation (growth) of a solid object, as a result of which the object is formed by layer-by-layer laying of building material to the height of the formed layer.
  • cement Portableland cement
  • sand silicon dioxide, olivine, chromite, zircon, alumina, mullite, quartz glass, chamotte
  • gypsum modifying and anti-freezing additives
  • plasticizers fiber fibers
  • accelerators retarders
  • construction printers are not equipped with extruders that allow the simultaneous use of automated and manual supply of the construction mixture, accumulate the construction mixture, dose it using executive devices based on CNC, introduce plasticizing and other additives directly into the extruder, exclude spontaneous leakage of the building mixture with a shut-off valve, mix building mixture in the container of the extruder in order to avoid delamination and clumping of the mixture, use building mixtures based not only on cement binder.
  • the dispenser may contain mechanisms based on drive and CNC control elements;
  • the closest analogue to the claimed invention in terms of a set of features taken as a prototype is a method and device for supplying cement materials (see [2] PCT application N ° WO2013064826, IPC ⁇ 28 ⁇ 17/00, ⁇ 28 ⁇ 3/20, ⁇ 28 ⁇ 3/26, publ. 05/10/2013).
  • the application provides a description of extruding a cement-based material from a tank through a nozzle.
  • the technical problem facing the invention is to eliminate the disadvantages of analogs and expand the functionality.
  • the technical result of the claimed invention is a significant increase in the productivity of the printer, an increase in printing accuracy and the quality of laying construction mixtures, a reduction in the time for washing and routine maintenance of equipment.
  • the technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the extruder of building mixtures for a 3D printer consists of a container with a fastening device that allows the extruder to be fixed on the printer's actuators, a hole for loading building material, a nozzle with an outlet for extruding a building material. material, while in the lower part of the tank there is an integrated mortar dispenser, which allows you to adjust the amount of the building mixture when forming the printed layer, the extruder also contains a mixing device made in the form of a mixing frame with a drive, which is at the same time a drive for the building mixtures dispenser.
  • the technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the batcher of building mixtures is made in the form of a screw or gerotor pair.
  • the technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the nozzle outlet for extruding the building material is made with a circular cross-section or with a square cross-section, or with a rectangular cross-section, or with a jagged edge to form a layer of the required shape.
  • the technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the nozzle outlet is located at an angle to the direction of laying the layer.
  • the technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that a device for forming a surface in the form of smoothing or textured blades is installed on the nozzle. Also, the technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the nozzle is rotary, with a rotary axis drive for rotating the nozzle in the direction of motion.
  • the technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that it additionally contains a device for laying flexible reinforcement made of steel or composite wire, made in the form of a drive with a coil that contains a wire, and an input device, which is located directly in the wire feed nozzle directly into the laid out mixture.
  • FIG. 1 is a side view (in section) of a mortar extruder for a 3D printer.
  • FIG. 2 is a top view of a mortar extruder for a 3D printer.
  • FIG. 3 is a bottom view of a mortar extruder for a 3D printer.
  • FIG. 4 shut-off valve to prevent spontaneous outflow of the building mixture; additional communications for the introduction of plasticizing and other additives.
  • FIG. 5 - nozzle for laying construction mixes with a round hole.
  • FIG. 6 - nozzle for laying mixtures with a rectangular hole, allowing to form a layer close to a wall smooth in the vertical plane.
  • FIG. 7 - nozzle with a serrated edge which allows the formation of an uneven top surface of the layer to ensure greater adhesion between the layers.
  • FIG. 8 - a nozzle with different configurations of outlet openings located at an angle to the direction of laying to form layers of different geometry, including rectangular ones, allowing the formation of a layer close to a wall smooth in the vertical plane.
  • FIG. 9 - rotary axis for rotating the nozzle in the direction of movement of the print head.
  • FIG. 10 - device for laying reinforcement which is a drive for winding flexible reinforcement made of steel or composite wire.
  • FIG. 11 surface shaping device in the form of smoothing or textured blades.
  • the extruder of building mixtures for a 3D printer is designed for layer-by-layer, automatic stacking of layers from mixtures (building material) based on cement, gypsum, fireclay clay.
  • the extruder consists of a container (1) with a fastening device (2), an opening (3) for loading building material, a nozzle (7) with an outlet for extruding building material.
  • the fastening device (2) allows to constructively fasten the extruder to the actuators of a 3D printer of various layout schemes: operating in Cartesian or angular coordinates, or to have the design of a robot-manipulator.
  • an integrated dispenser (6) of building mixtures made in the form of a screw or a gerotor pair which makes it possible to regulate the amount (supply) of the extruded building mixture during the formation of the printed layer.
  • the extruder also contains a mixing device located in the container (1) and made in the form of a mixing frame (5) with a drive (4) located in the upper part of the container (1).
  • the hanging device avoids delamination and clumping of the building material used for printing.
  • the extruder additionally contains a shut-off valve (9) located between the nozzle (7) and the dispenser (6) to prevent spontaneous flow of the building mixture (Fig. 4).
  • a shut-off valve (9) located between the nozzle (7) and the dispenser (6) to prevent spontaneous flow of the building mixture (Fig. 4).
  • communications (8) are made, for example, in the form of a fitting, for the introduction of plasticizing and other additives.
  • the outlet of the nozzle (7) for extruding the building material can be made of various configurations to form the laid layer of building material of the required shape, for example, with a circular cross-section (Fig. 5) or with a square cross-section, or with a rectangular cross-section (Fig. 6), or with a scalloped edge (Fig. 7), allowing the formation of an uneven top surface of the layer to ensure greater adhesion between the layers.
  • the nozzle (7) with an outlet of various configurations can be positioned at an angle to the direction of laying to form layers of different geometry, including rectangular ones, allowing the formation of a layer close to a wall smooth in the vertical plane (Fig. 8).
  • the nozzle can also be equipped with a surface forming device (11) in the form of smoothing or textured blades (Fig. 11).
  • the extruder can contain mechanisms based on drive and CNC control elements.
  • the nozzle (7) can be made rotary, with a drive (10) of the rotary axis for rotating the nozzle (7) in the direction of movement (Fig. 9).
  • the extruder contains a device (12) for laying flexible reinforcement made of steel or composite wire, made in the form of a drive for winding / unwinding a wire (flexible reinforcement) onto a spool, and an input device, which is located directly in the nozzle for feeding the wire directly into the laid out mixture.
  • the device works as follows.
  • the building mixture is loaded (supplied) into the container (1) of the extruder, attached to the printer actuators by means of the fastening device 2, through the hole (3) for loading (feeding) building material (building mixture) into the extruder.
  • the mixture is fed into the nozzle (7) of the extruder by means of a dispenser (6) made in the form of a screw or a gerotor pair, driven in rotation by a drive (4) of the dispenser and a mixing frame.
  • the mixing frame (5) installed on the drive shaft (4), serves to stir the mixture, in order to avoid its delamination and clumping.
  • the batcher (6) of building mixtures allows you to regulate the amount of the extruded building mixture during the formation of the printed layer, the printed structure (13).
  • the extruder may contain a shut-off valve (9).
  • the extruder can be equipped with additional communications (8) in the form of a fitting for supplying plasticizing and other additives to the building mixture.
  • the drive (10) of the rotary axis is used to rotate the nozzle. He also turns in the direction of movement of the extruder the device (11) for forming the surface in the form of smoothing or textured blades.
  • a device (12) for laying reinforcement can be used, which is a drive for winding flexible reinforcement made of steel or composite wire. Flushing of the extruder at the end of the work is carried out through the opening for loading (feeding) the building material (building mixture) into the extruder and through the nozzle for supplying plasticizing and other additives to the building mixture.

Abstract

Изобретение относится к строительной области, а именно к строительным 3D принтерам, в частности к экструдерам строительных смесей, предназначенных для установки на строительные 3D принтеры объемной печати различной схемы компоновки с целью изготовления строительных конструкций, в том числе для строительства жилых домов, зданий и сооружений различного назначения, изготовление частей и элементов зданий, деталей строительных конструкций, строительных материалов и прочих изделий простой и сложной геометрической формы по аддитивной технологии. Экструдер строительных смесей для 3D принтера состоит из ёмкости с устройством крепления, позволяющим закрепить экструдер на исполнительных механизмах принтера, отверстия для загрузки строительного материала, сопла с выходным отверстием для экструдирования строительного материала, при этом в нижнюю часть ёмкости интегрирован дозатор строительных смесей, позволяющий регулировать количество строительной смеси при формировании печатаемого слоя, также экструдер содержит подмешивающее устройство, выполненное в виде подмешивающей рамки с приводом, который одновременно является приводом для дозатора строительных смесей. Дозатор строительных смесей выполнен в виде шнека или героторной пары. Экструдер также содержит запорный клапан для исключения самопроизвольного вытекания строительной смеси; коммуникации для введения пластифицирующих и/или иных добавок. Коммуникации выполнены в виде штуцера. Выходное отверстие сопла для экструдирования строительного материала выполнено с круглым сечением или с квадратным сечением, или с прямоугольным сечением, или с зубчатым краем для формирования слоя необходимой формы. Выходное отверстие сопла расположено под углом к направлению укладки слоя. На сопло установлено устройство формирования поверхности в виде заглаживающих или фактурных лопаток. Сопло выполнено поворотным, с приводом поворотной оси для поворота сопла по направлению движения. Экструдер также содержит устройство для укладки гибкой арматуры из стальной или композитной проволоки, выполненное в виде привода с катушкой, которая содержит проволоку, и входным приспособлением, которое расположено непосредственно в сопле для подачи проволоки непосредственно в выкладываемую смесь. Изобретение позволяет значительно увеличить производительность принтера, повысить точность печати и качества укладки строительных смесей, сократить время на промывку и регламентное обслуживание оборудования.

Description

ЭКСТРУДЕР СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ ДЛЯ 3D ПРИНТЕРА
Область техники
Изобретение относится к строительной области, а именно к строительным 3D принтерам, в частности к экструдерам строительных смесей, предназначенных для установки на строительные 3D принтеры объемной печати различной схемы компоновки с целью изготовления строительных конструкций, в том числе для строительства жилых домов, зданий и сооружений различного назначения, изготовление частей и элементов зданий, деталей строительных конструкций, строительных материалов и прочих изделий простой и сложной геометрической формы по аддитивной технологии.
Уровень техники
Основой всех известных способов 3D печати являются следующие шаги: формирование поперечных сечений изготавливаемого объекта, послойное наложение этих сечений и комбинирование слоев, с созданием заданной геометрии изделия, соответствующей компьютерной 3D модели.
В зависимости от выбранной технологии трехмерной печати изделий могут использоваться различные материалы: металлические и керамические порошки, жидкие смолы, воск, пластик, различные листовые материалы, композитные материалы (из соединений целлюлозы, специальных волокон и других добавок, смесь литейного песка и добавок), строительные смеси на основе цемента, гипса, шамотной глины.
Строительная ЗО-печать может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, в основе которых лежит принцип послойного создания (выращивания) твердого объекта, в результате которой объект формируется путем послойной укладки строительного материала на высоту сформированного слоя.
Для печати строительных конструкций применяют следующие материалы: цемент (портландцемент), песок (двуокись кремния, оливин, хромит, циркон, глинозем, муллит, кварцевое стекло, шамот), гипс, модифицирующие и антизамерзающие добавки, пластификаторы, фиброволокна, ускорители (замедлители) отвердевания, воду, и композитные материалы на основе лигнина и целлюлозы.
Во всех известных случаях, независимо от конструкции принтера (портальная, с угловыми координатами на базе роботов — манипуляторов), строительные принтеры не оснащены экструдерами, позволяющими одновременно использовать автоматизированную и ручную подачу строительной смеси, накапливать строительную смесь, дозировать её с применением исполнительных устройств на базе ЧПУ, вводить пластифицирующие и иные добавки непосредственно в экструдер, исключать самопроизвольное вытекание строительной смеси запорным клапаном, подмешивать строительную смесь в ёмкости экструдера во избежание расслаивания и комкования смеси, использовать строительные смеси на основе не только цементного вяжущего.
Из уровня техники известно формирование (экструдирование) стенки с внутренними ребрами (см. [1] заявку РСТ N° W02007050972, МПК В28В 1/16, опубл. 03.05.2007). В опубликованной заявке представлено описание сопла для выдавливания, в состав которого входит три выхода с контролером, позволяющим направлять экструдируемый материал в три выхода.
Недостатками данного аналога являются:
- отсутствие ёмкости, позволяющей накапливать строительную смесь при ручной или автоматизированной загрузке экструдера;
- отсутствие интегрированного в ёмкость дозатор строительных смесей, позволяющий регулировать количество строительной смеси при формировании печатаемого слоя. Дозатор может содержать механизмы, построенные на элементах привода и управления ЧПУ;
- отсутствие подмешивающего устройства, позволяющее избежать расслаивания и комкования строительного материала, используемого для печати;
- отсутствие дополнительных коммуникаций для введения пластифицирующих и иных добавок;
- отсутствие запорного клапана для исключения самопроизвольного вытекания строительной смеси.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению по совокупности признаков, принятым за прототип, является способ и устройство для подачи цементных материалов (см. [2] заявку РСТ N° WO2013064826, МПК В28В 17/00, В28В 3/20, В28В 3/26, опубл. 10.05.2013). В заявке представлено описание экструдирования материала на основе цемента из резервуара через сопло. В данном решении предложено размещение экструдера только на манипуляторе, строительные смеси предполагаются только на основе цементного вяжущего.
В упрощенной конструкции экструдера строительных смесей для 3D принтера не предусмотрено использование:
- ёмкости как накопителя строительной смеси при ручной или автоматизированной загрузке экструдера;
- дозатора строительных смесей, позволяющий регулировать количество строительной смеси при формировании печатаемого слоя;
- подмешивающего устройства, позволяющее избежать расслаивания и комкования строительного материала, используемого для печати;
- вибратора, позволяющего уплотнять экструдированный строительный материал при его укладке в слой;
- дополнительных коммуникаций для введения пластифицирующих и иных добавок; - запорного клапана для исключения самопроизвольного вытекания строительной смеси.
Сущность изобретения
Технической задачей, стоящей перед изобретением, является устранение недостатков аналогов и расширение функциональных возможностей.
Техническим результатом заявленного изобретения является значительное увеличение производительности принтера, повышение точности печати и качества укладки строительных смесей, сокращение времени на промывку и регламентное обслуживание оборудования.
Согласно изобретению, техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что экструдер строительных смесей для 3D принтера состоит из ёмкости с устройством крепления, позволяющим закрепить экструдер на исполнительных механизмах принтера, отверстия для загрузки строительного материала, сопла с выходным отверстием для экструдирования строительного материала, при этом в нижнюю часть ёмкости интегрирован дозатор строительных смесей, позволяющий регулировать количество строительной смеси при формировании печатаемого слоя, также экструдер содержит подмешивающее устройство, выполненное в виде подмешивающей рамки с приводом, который одновременно является приводом для дозатора строительных смесей.
Также техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что дозатор строительных смесей выполнен в виде шнека или героторной пары.
Также техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что содержит запорный клапан для исключения самопроизвольного вытекания строительной смеси.
Также техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что дополнительно содержит коммуникации для введения пластифицирующих и/или иных добавок.
Также техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что коммуникации выполнены в виде штуцера.
Также техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что выходное отверстие сопла для экструдирования строительного материала выполнено с круглым сечением или с квадратным сечением, или с прямоугольным сечением, или с зубчатым краем для формирования слоя необходимой формы.
Также техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что выходное отверстие сопла расположено под углом к направлению укладки слоя.
Также техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что на сопло установлено устройство формирования поверхности в виде заглаживающих или фактурных лопаток. Также техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что сопло выполнено поворотным, с приводом поворотной оси для поворота сопла по направлению движения.
Также техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что дополнительно содержит устройство для укладки гибкой арматуры из стальной или композитной проволоки, выполненное в виде привода с катушкой, которая содержит проволоку, и входным приспособлением, которое расположено непосредственно в сопле для подачи проволоки непосредственно в выкладываемую смесь.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 - вид сбоку (в разрезе) экструдера строительных смесей для 3D принтера.
На фиг. 2 - вид сверху экструдера строительных смесей для 3D принтера.
На фиг. 3 - вид снизу экструдера строительных смесей для 3D принтера.
На фиг. 4 - запорный клапан для исключения самопроизвольного вытекания строительной смеси; дополнительные коммуникации для введения пластифицирующих и иных добавок.
На фиг. 5 - сопло для укладки строительных смесей с круглым отверстием.
На фиг. 6 - сопло для укладки смесей с прямоугольным отверстием, позволяющим формировать слой, близкий к гладкой в вертикальной плоскости стенки.
На фиг. 7 - сопло с зубчатым краем, позволяющим формировать неровную верхнюю поверхность слоя для обеспечения большей адгезии между слоями.
На фиг. 8 - сопло с различными конфигурациями выходных отверстий, расположенных под углом к направлению укладки для формирования различных по геометрии слоёв, в том числе прямоугольных, позволяющих формировать слой, близкий к гладкой в вертикальной плоскости стенки.
На фиг. 9 - поворотная ось для поворота сопла по направлению движения печатающей головки.
На фиг. 10 - устройство для укладки арматуры, представляющее из себя привод для сматывания гибкой арматуры из стальной, либо композитной проволоки.
На фиг. 11 - устройство формирования поверхности в виде заглаживающих, либо фактурных лопаток.
На фигурах обозначены следующие позиции:
1 ёмкость (корпус) экструдера;
2 устройство крепления;
3 отверстие для загрузки (подачи) в экструдер строительного материала (строительной смеси);
4 привод дозатора и подмешивающей рамки;
5 подмешивающая рамка; 6 — дозатор (шнек или героторная пара);
7 — сопло;
8 — штуцер (коммуникации) для подачи пластифицирующих и иных добавок к строительной смеси;
9 — запорный клапан;
10 — привод поворотной оси для поворота сопла и устройства формирования поверхности в виде заглаживающих, либо фактурных лопаток по направлению движения печатающей головки;
11 — устройство формирования поверхности в виде заглаживающих, либо фактурных лопаток;
12 — устройство для укладки арматуры, представляющее из себя привод для сматывания гибкой арматуры из стальной, либо композитной проволоки;
13 — печатаемая конструкция (заглаженные слои).
Осуществление изобретения
Экструдер строительных смесей для 3D принтера предназначен для послойной, автоматической укладки слоев из смесей (строительного материала) на основе цемента, гипса, шамотной глины.
Экструдер состоит из ёмкости (1) с устройством крепления (2), отверстия (3) для загрузки строительного материала, сопла (7) с выходным отверстием для экструдирования строительного материала. Устройством крепления (2) позволяет конструктивно закрепить экструдер на исполнительных механизмах 3D принтера различных компоновочных схем: работающая в декартовых, либо угловых координатах, либо иметь конструкцию робота — манипулятора. В нижнюю часть ёмкости (1) интегрирован дозатор (6) строительных смесей выполненный в виде шнека или героторной пары, позволяющий регулировать количество (подачу) экструдируемой строительной смеси при формировании печатаемого слоя. Экструдер также содержит подмешивающее устройство, расположенное в ёмкости (1) и выполненное в виде подмешивающей рамки (5) с приводом (4), расположенным в верхней части ёмкости (1). Подвешивающее устройство позволяет избежать расслаивания и комкования строительного материала, используемого для печати.
Экструдер дополнительно содержит запорный клапан (9), расположенный между соплом (7) и дозатором (6), для исключения самопроизвольного вытекания строительной смеси (фиг.4). В ёмкости (1) выполнены коммуникации (8), например, в виде штуцера, для введения пластифицирующих и иных добавок.
Выходное отверстие сопла (7) для экструдирования строительного материала может быть выполнено различной конфигурации, для формирования укладываемого слоя строительного материала необходимой формы, например, с круглым сечением (фиг. 5) или с квадратным сечением, или с прямоугольным сечением (фиг. 6), или с зубчатым краем (фиг. 7), позволяющим формировать неровную верхнюю поверхность слоя для обеспечения большей адгезии между слоями. При этом сопло (7) с выходным отверстием различной конфигурацией может быть расположено под углом к направлению укладки для формирования различных по геометрии слоёв, в том числе прямоугольных, позволяющих формировать слой, близкий к гладкой в вертикальной плоскости стенки (фиг.8). На сопло также может быть установлено устройство формирования поверхности (11) в виде заглаживающих или фактурных лопаток (фиг.11).
Дополнительно экструдер может содержать механизмы, построенные на элементах привода и управления ЧПУ. Так в заявленном изобретении сопло (7) может быть выполнено поворотным, с приводом (10) поворотной оси для поворота сопла (7) по направлению движения (фиг.9).
Дополнительно экструдер содержит устройство (12) для укладки гибкой арматуры из стальной или композитной проволоки, выполненное в виде привода для сматывания/разматывания проволоки (гибкой арматуры) на катушку, и входным приспособлением, которое расположено непосредственно в сопле для подачи проволоки непосредственно в выкладываемую смесь.
Устройство работает следующим образом.
Строительная смесь загружается (подаётся) в ёмкость (1) экструдера, прикреплённого к исполнительным механизмам принтера посредством устройства крепления 2, через отверстие (3) для загрузки (подачи) в экструдер строительного материала (строительной смеси). Смесь подаётся в сопло (7) экструдера посредством дозатора (6), выполненного в виде шнека или героторной пары, приводимого во вращение приводом (4) дозатора и подмешивающей рамки. Подмешивающая рамка (5), установленная на валу привода (4), служит для размешивания смеси, во избежание её расслаивания и комкования. Дозатор (6) строительных смесей позволяет регулировать количество экструдируемой строительной смеси при формировании печатаемого слоя, печатаемой конструкции (13).
Для исключения самопроизвольного вытекания строительной смеси экструдер может содержать запорный клапан (9). Для введения пластифицирующих и иных добавок экструдер может оснащаться дополнительными коммуникациями (8) в виде штуцером для подачи пластифицирующих и иных добавок к строительной смеси.
Для укладывания слоя в направлении движения экструдера принтера применяется привод (10) поворотной оси для поворота сопла. Он же поворачивает по направлению движения экструдера устройство (11) формирования поверхности в виде заглаживающих или фактурных лопаток.
Для укладки арматуры в теле печатаемого слоя может применяться устройство (12) для укладки арматуры, представляющее из себя привод для сматывания гибкой арматуры из стальной или композитной проволоки. Промывка экструдера по окончанию работы осуществляется через отверстие для загрузки (подачи) в экструдер строительного материала (строительной смеси) и через штуцер для подачи пластифицирующих и иных добавок к строительной смеси.
Причинно-следственная связь между техническим результатом и существенными признаками формулы изобретения заключается в следующем:
- достижение высокого качества поверхности и повышения механических характеристик печатаемых объектов при печати зданий и сооружений за счет установки дозатора строительных смесей, позволяющий регулировать количество строительной смеси при формировании печатаемого слоя, и подмешивающее устройство, позволяющее избежать расслаивания и комкования строительного материала, используемого для печати, оснащения запорным клапаном для исключения самопроизвольного вытекания строительной смеси, а так же соплами различной конфигурации для формирования укладываемого слоя строительного материала;
- расширение функциональных возможностей экструдера строительных смесей для 3D принтера, который может содержать механизмы, построенные на элементах привода и управления ЧПУ, позволяющих управлять поворотом сопла и заглаживающего устройства (устройства формирования поверхности), дополнительные коммуникации для введения пластифицирующих и иных добавок, экономить время и средства за счёт упрощения регламентного обслуживания; - автоматизация армирования процесса печати за счёт оснащения экструдера устройством для укладки арматуры.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1 . Экструдер строительных смесей для 3D принтера, состоящий из ёмкости (1 ) с устройством крепления (2), позволяющим закрепить экструдер на исполнительных механизмах принтера, отверстия (3) для загрузки строительного материала, сопла (7) с выходным отверстием для экструдирования строительного материала, при этом в нижнюю часть ёмкости (1) интегрирован дозатор (6) строительных смесей, позволяющий регулировать количество строительной смеси при формировании печатаемого слоя, отличающийся тем, что содержит подмешивающее устройство, выполненное в виде подмешивающей рамки (5) с приводом (4), который одновременно является приводом для дозатора (6) строительных смесей.
2. Экструдер по п. 1 , отличающийся тем, что дозатор (6) строительных смесей выполнен в виде шнека или героторной пары.
3. Экструдер по п. 1 , отличающийся тем, что содержит запорный клапан (9) для исключения самопроизвольного вытекания строительной смеси.
4. Экструдер по п. 1 , отличающийся тем, что дополнительно содержит коммуникации (8) для введения пластифицирующих и/или иных добавок.
5. Экструдер по п. 4, отличающийся тем, что коммуникации (8) выполнены в виде штуцера.
6. Экструдер по п. 1 , отличающийся тем, что выходное отверстие сопла (7) для экструдирования строительного материала выполнено с круглым сечением или с квадратным сечением, или с прямоугольным сечением, или с зубчатым краем для формирования слоя необходимой формы.
7. Экструдер по п. 1 или 6, отличающийся тем, что выходное отверстие сопла (7) расположено под углом к направлению укладки слоя.
8. Экструдер по п. 1, отличающийся тем, что на сопло (7) установлено устройство формирования поверхности (11) в виде заглаживающих или фактурных лопаток.
9. Экструдер по п. 1 или 8, отличающийся тем, что сопло (7) выполнено поворотным, с приводом (10) поворотной оси для поворота сопла по направлению движения.
10. Экструдер по п. 1 , отличающийся тем, что дополнительно содержит устройство (12) для укладки гибкой арматуры из стальной или композитной проволоки, выполненное в виде привода с катушкой, которая содержит проволоку, и входным приспособлением, которое расположено непосредственно в сопле для подачи проволоки непосредственно в выкладываемую смесь.
PCT/RU2020/050209 2019-08-28 2020-08-27 Экструдер строительных смесей для 3d принтера WO2021040578A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20856797.4A EP4023417A4 (en) 2019-08-28 2020-08-27 EXTRUDER OF CONSTRUCTION MIXTURES FOR 3D PRINTER

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019127053A RU2724163C1 (ru) 2019-08-28 2019-08-28 Экструдер строительных смесей для 3d принтера
RU2019127053 2019-08-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021040578A1 true WO2021040578A1 (ru) 2021-03-04

Family

ID=71136049

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/050209 WO2021040578A1 (ru) 2019-08-28 2020-08-27 Экструдер строительных смесей для 3d принтера

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4023417A4 (ru)
RU (1) RU2724163C1 (ru)
WO (1) WO2021040578A1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113815225A (zh) * 2021-09-24 2021-12-21 沈阳工业大学 增强相排列可控的复合材料直写成型3d打印方法及装置
EP4201618A1 (de) * 2021-12-21 2023-06-28 Baumit Beteiligungen GmbH Vorrichtung zum ausbringen eines hydraulisch aushärtenden baustoffes sowie dessen verwendung
US20230339140A1 (en) * 2021-06-22 2023-10-26 Samsung Engineering Co., Ltd. A nozzle of reinforcing material co-printing type 3d printer for construction
EP4306284A1 (en) * 2022-05-31 2024-01-17 KLARTEC, spol. s r.o. Method for computer controlled filling of forms with fresh concrete, bucket for fresh concrete

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU208483U1 (ru) * 2021-10-25 2021-12-21 Общество с ограниченной ответственностью "АРКОДИМ" Экструдер строительного принтера

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007050972A2 (en) 2005-10-26 2007-05-03 University Of Southern California Extruded wall with rib-like interior
WO2013064826A1 (en) 2011-11-01 2013-05-10 Loughborough University Method and apparatus for delivery of cementitious material
EP3081364A1 (en) * 2015-04-14 2016-10-19 Flexi Matter Ltd. Extruder system for additive manufacturing
RU2674138C1 (ru) * 2017-10-03 2018-12-04 Общество С Ограниченной Ответственностью "Анизопринт" Способ производства изделий из композитных материалов методом 3д-печати и устройство для его реализации
RU191409U1 (ru) * 2019-05-22 2019-08-05 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" Устройство укладки бетонной смеси методом аддитивной печати

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014112447A1 (de) * 2014-08-29 2016-03-03 Exone Gmbh 3D-Drucker, 3D-Druckeranordnung und generatives Fertigungsverfahren
AT520143B1 (de) * 2017-06-30 2022-03-15 Baumit Beteiligungen Gmbh Düse für Beton, Mörtel od. dgl. sowie deren Verwendung
KR101986023B1 (ko) * 2017-11-03 2019-06-04 연세대학교 산학협력단 시멘트계 복합재료 3d 프린팅 장치 및 이를 이용한 시멘트계 복합재료 관리 방법
CN108638290A (zh) * 2018-05-07 2018-10-12 中国建筑第八工程局有限公司 夹心复合建筑3d打印材料、其制备方法及其制备装置
CN110171053B (zh) * 2019-05-30 2020-10-02 同济大学 一种用于建筑3d打印的喷头装置和控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007050972A2 (en) 2005-10-26 2007-05-03 University Of Southern California Extruded wall with rib-like interior
WO2013064826A1 (en) 2011-11-01 2013-05-10 Loughborough University Method and apparatus for delivery of cementitious material
EP3081364A1 (en) * 2015-04-14 2016-10-19 Flexi Matter Ltd. Extruder system for additive manufacturing
RU2674138C1 (ru) * 2017-10-03 2018-12-04 Общество С Ограниченной Ответственностью "Анизопринт" Способ производства изделий из композитных материалов методом 3д-печати и устройство для его реализации
RU191409U1 (ru) * 2019-05-22 2019-08-05 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" Устройство укладки бетонной смеси методом аддитивной печати

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230339140A1 (en) * 2021-06-22 2023-10-26 Samsung Engineering Co., Ltd. A nozzle of reinforcing material co-printing type 3d printer for construction
CN113815225A (zh) * 2021-09-24 2021-12-21 沈阳工业大学 增强相排列可控的复合材料直写成型3d打印方法及装置
EP4201618A1 (de) * 2021-12-21 2023-06-28 Baumit Beteiligungen GmbH Vorrichtung zum ausbringen eines hydraulisch aushärtenden baustoffes sowie dessen verwendung
EP4306284A1 (en) * 2022-05-31 2024-01-17 KLARTEC, spol. s r.o. Method for computer controlled filling of forms with fresh concrete, bucket for fresh concrete

Also Published As

Publication number Publication date
RU2724163C1 (ru) 2020-06-22
EP4023417A1 (en) 2022-07-06
EP4023417A4 (en) 2023-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021040578A1 (ru) Экструдер строительных смесей для 3d принтера
JP7041667B2 (ja) 繊維強化コンクリートパネルを製造する連続方法
EP2773492B1 (en) Method and apparatus for delivery of cementitious material
SU1009273A3 (ru) Установка дл изготовлени строительных изделий
CN101065223B (zh) 一种制备石膏板的方法和石膏板成形装置
EP3626420B1 (en) Concrete structure manufacturing apparatus and method
KR102373188B1 (ko) 섬유 강화 시멘트질 판넬 생산용 헤드 박스 및 성형 스테이션
JP7117692B2 (ja) ３ｄプリンタ用ノズル装置および３ｄプリンタ装置並びにこれを用いた建造物の構築方法、粘性材料の供給方法および製作物構築装置
RU2454285C2 (ru) Способ и устройство для изготовления многослойных высокопрочных армированных волокном строительных цементных панелей с повышенным содержанием волокна
EP2403696B1 (en) Improved process and apparatus for feeding cementitious slurry for fiber-reinforced structural cement panels
EP3431172A1 (de) Düse für beton, mörtel od. dgl. sowie deren verwendung
CA2679456C (en) Embedment device for fiber reinforced structural cementitious panel production
JP6792430B2 (ja) ３ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置
CN112412043B (zh) 一种用于建筑自动配筋的3d打印混凝土装置及方法
US10760271B2 (en) Additive manufactured multi-colored wall panel
CN105881905A (zh) 一种3d打印机粉末材料自动传输装置
CN105435672A (zh) 全自动腻子粉搅拌装置和搅拌喷涂一体机
RU198857U1 (ru) Печатающая головка для строительных 3d - принтеров
CN211053976U (zh) 一种堆骨料流浆3d打印混凝土成型设备
WO2021221545A1 (ru) Прямоточный экструдер для строительных смесей
CN113618895A (zh) 一种混凝土预制楼梯生产工艺
RU2782021C1 (ru) Экструдер строительного принтера
US11174636B2 (en) Additive manufactured multi-colored wall panel
CN215055007U (zh) 一种建筑墙面加毛装置
CN220678333U (zh) 一种轻质建筑材料混合喷涂装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20856797

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020856797

Country of ref document: EP

Effective date: 20220328

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020856797

Country of ref document: EP

Effective date: 20220328