WO2021221545A1 - Straight-flow extruder for building mixes - Google Patents

Straight-flow extruder for building mixes Download PDF

Info

Publication number
WO2021221545A1
WO2021221545A1 PCT/RU2021/050114 RU2021050114W WO2021221545A1 WO 2021221545 A1 WO2021221545 A1 WO 2021221545A1 RU 2021050114 W RU2021050114 W RU 2021050114W WO 2021221545 A1 WO2021221545 A1 WO 2021221545A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
building
extruder
ingredients
printer
mixture
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/050114
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
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"
Publication of WO2021221545A1 publication Critical patent/WO2021221545A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28CPREPARING CLAY; PRODUCING MIXTURES CONTAINING CLAY OR CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28C5/00Apparatus or methods for producing mixtures of cement with other substances, e.g. slurries, mortars, porous or fibrous compositions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28CPREPARING CLAY; PRODUCING MIXTURES CONTAINING CLAY OR CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28C5/00Apparatus or methods for producing mixtures of cement with other substances, e.g. slurries, mortars, porous or fibrous compositions
    • B28C5/08Apparatus 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
    • B28C5/10Mixing in containers not actuated to effect the mixing
    • B28C5/12Mixing 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04GSCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G21/00Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/02Conveying or working-up concrete or similar masses able to be heaped or cast

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 feeding of the components of the building mixture into the extruder separately, including binder and nonmetallic materials in dry form, including with the use of pneumatic feeding, dose and mix ingredients, introduce plasticizing and other additives immediately before the extrusion of the building mixture using actuators based on CNC, use construction mixtures based not only on cement binder.
  • Dispensers can contain mechanisms based on drive and CNC control elements;
  • a ZO printer for underwater printing of objects is known (see [2] RF application N ° 2016142836, IPC E02D 15/00, publ. 03.05.2018), containing a vehicle, a source of concrete, a stock of reinforcing means and a manipulator, on the final link which has a print head containing a screw chamber, inside which there is a screw screw connected to a drive, and the initial part of the screw chamber is connected to a concrete pipeline, and a nozzle is installed in the outlet part of the screw chamber.
  • a device for erecting a monolithic building is known from the prior art (see [3] RF patent N ° 2683447, IPC E04C 5/07; C04B 7/52, publ. 03/28/2019), including a 3D printer with a dispensing head for layering concrete filament mixture in the design position, connected to the unit for preparation and supply of concrete mixture.
  • 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 [4] 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 finished cement-based material from a tank through a nozzle.
  • building mixtures are supposed to be supplied to the extruder by pumps, ready-made, mixed, only on the basis of a cement binder.
  • 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 printer productivity, increased printing accuracy and quality of stacking building mixtures, reducing the time for flushing and routine maintenance of equipment.
  • the technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the direct-flow extruder of building mixtures for a 3D printer consists of a body (container) with a fastening device that allows the extruder to be fixed on the printer actuators, holes for loading building material, a nozzle with an output a hole for extruding building material, while a mortar dispenser is integrated into the lower part of the housing, which allows you to regulate the amount of building mixture during the formation of the printed layer, and the extruder contains a mixing device fixed in the housing with dispensers for ingredients of building mixtures connected to transport systems.
  • the technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the mixing device contains an air cut-off valve.
  • 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 a gerotor pair connected to a drive.
  • the technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the ingredients for the preparation of the construction mixture are supplied separately through transport systems, including dry ingredients by means of compressed air through one transport system, and water through the second transport system.
  • the technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the transport system for supplying dry ingredients by means of compressed air can be a pneumatic transport system.
  • FIG. 1 is a side view (in section) of a straight-through mortar extruder for a 3D printer.
  • FIG. 2 top view of the extruder of building mixtures for a 3D printer.
  • FIG. 3 - a diagram of the organization of the supply of liquids (including water) and pneumatic supply of dry ingredients to the direct-flow extruder.
  • FIG. 4 side view (in section) of the mixing device.
  • the direct-flow extruder of building mixtures for a 3D printer is designed for batching, mixing the ingredients of the building mixture directly in the mixing device of the extruder before extruding the building material, followed by layer-by-layer, automatic stacking of layers from mixtures (building material) based on cement, gypsum, chamotte clay.
  • the straight-through extruder consists of a body (1) (container) with a fastening device (2), holes (3) for loading ingredients of a building material, a nozzle (7) with an outlet for extruding a building material.
  • the fastening device (2) allows to constructively fasten the extruder to the actuators of the 3D printer (11) of various layout schemes: operating in Cartesian or angular coordinates, or to have the design of a robot-manipulator.
  • the extruder also contains a mixing device (5) located in the housing (1), as well as ingredient dispensers (4) located in front of the mixing device (5), allowing to maintain the proportions of the building mixture with great accuracy and quickly change them.
  • the mixing device (5) makes it possible to prepare the building mixture immediately before its extrusion, to introduce plasticizing and other additives into the mixture, to avoid delamination and clumping of the building material used for printing.
  • the ingredient dispensers (4) for building mixtures can be located outside the extruder body, incl. in front of transport systems (8), which are also part of the extruder.
  • transport systems (8) which are also part of the extruder.
  • the dispenser will be located in front of the transport (including pneumatic transport) system of the printer.
  • Liquid ingredients incl. water (13) is supplied to the mixing device (5) and there it is mixed with dry ingredients (14) (binding, non-metallic materials), which in turn are fed to the mixing device using compressed air (15) through pneumatic conveying systems.
  • This air is removed from the mixing device by means of a shut-off valve (12), which does not allow the passage of ingredients, and located in the housing of the mixing device.
  • the gross mixture is poured into the dispenser (6) of building mixtures, integrated into the lower part of the housing (1), made in the form of a screw or a gerotor pair, which allows to regulate the amount (supply) of the extruded building mixture after its preparation during the formation of the printed layer of the printed structure (10) driven in rotation by the drive (9).
  • a straight-through extruder can contain mechanisms based on drive and CNC control elements. So in the claimed invention, the feed rate of the mixture through the batcher (6) of building mixtures is controlled depending on the speed of movement of the extruder, and the proportions and amount of ingredients supplied to the extruder are controlled in proportion to the extrusion.
  • Extruders of a similar design can be used on all types of construction printers, regardless of the layout (gantry, with angular coordinates based on robots - manipulators);
  • plasticizing and other additives may be added to the mixture;
  • the straight-through extruder contains a mixing device
  • the batcher of ready-made construction mixtures is made in the form of an auger or a gerotor pair.
  • the device works as follows.
  • the ingredients of the building mixture are loaded (fed) into the housing (1) of the extruder, which is attached to the printer actuators by means of the fastening device (2), through the holes (3) for loading (feeding) the ingredients of the building material (building mixture) into the extruder.
  • the amount of each ingredient are dosed using ingredient dispensers (4) located either in the extruder housing (1) or in front of the transport systems (8).
  • the ingredients of the building mixture are mixed in a mixing device (5), which allows to prepare the building mixture immediately before its extrusion, to introduce plasticizing and other additives into the mixture, to avoid delamination and lumping of the building material used for printing.
  • the finished mixture is extruded by means of a mortar dispenser (6), made in the form of a screw or a gerotor pair, driven in rotation by a drive (9).
  • the batcher (6) of building mixtures allows you to adjust the amount of extruded building mixture during the formation of the printed layer, the printed structure (10).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)

Abstract

The invention relates to 3D construction printers for manufacturing construction components. A straight-flow building mix extruder for a 3D printer consists of: a body having a device for attaching the extruder to the working members of a printer; loading apertures for building material; and a nozzle with an outlet aperture for extruding said building material. Incorporated into the bottom part of the body is a building mix metering device for regulating the amount of building mix during the formation of a printed layer. The extruder contains a mixing device fastened inside the body and provided with metering devices for building mix ingredients, said metering devices being connected to feed systems. The mixing device contains an air cutoff valve. The building mix metering device is configured in the form of a screw conveyor or a gerotor pair connected to a drive. The ingredients for preparing a building mix are supplied separately via the feed systems, inter alia dry ingredients, which are supplied via one feed system with the aid of compressed air, and water, which is supplied via a second feed system. The feed system for supplying dry ingredients with the aid of compressed air can be a pneumatic feed system. The invention makes it possible to increase the throughput of a printer, improve printing accuracy and provide better placing of building mixes.

Description

ПРЯМОТОЧНЫЙ ЭКСТРУДЕР ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ STRAIGHT MIXTURE EXTRUDER
Область техники Technology area
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. 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.
Уровень техники State of the art
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. The basis of all known methods of 3D printing are the following steps: the formation of cross-sections of the manufactured object, the layer-by-layer imposition of these sections and the combination of layers, with the creation of a given geometry of the product, corresponding to a computer 3D model.
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. Depending on the selected technology of three-dimensional printing of products, 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.
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. 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.
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. The following materials are used for printing building structures: cement (Portland cement), sand (silicon dioxide, olivine, chromite, zircon, alumina, mullite, quartz glass, chamotte), gypsum, modifying and anti-freezing additives, plasticizers, fiber fibers, accelerators (retarders) of hardening , water, and composite materials based on lignin and cellulose.
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 подачу компонентов строительной смеси в экструдер по отдельности, в том числе вяжущее и нерудные материалы в сухом виде, в том числе с применением пневмоподачи, дозировать и смешивать ингредиенты, вводить пластифицирующие и иные добавки непосредственно перед экструзией строительной смеси с применением исполнительных устройств на базе ЧПУ, использовать строительные смеси на основе не только цементного вяжущего. In all known cases, regardless of the design of the printer (gantry, with angular coordinates based on robots - manipulators), construction printers are not equipped with extruders that allow the simultaneous use of automated feeding of the components of the building mixture into the extruder separately, including binder and nonmetallic materials in dry form, including with the use of pneumatic feeding, dose and mix ingredients, introduce plasticizing and other additives immediately before the extrusion of the building mixture using actuators based on CNC, use construction mixtures based not only on cement binder.
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. It is known from the prior art to form (extrude) a wall with internal ribs (see [1] PCT application N ° W02007050972, IPC В28В 1/16, publ. 03.05.2007). The published application describes an extrusion nozzle that includes three outlets with a controller allowing the extruded material to be guided into three outlets.
Недостатками данного аналога являются: The disadvantages of this analogue are:
- подача смеси в экструдер только в готовом виде, отсутствие возможности подачи материалов раздельно; - supply of the mixture to the extruder only in finished form, there is no possibility of supplying materials separately;
- отсутствие интегрированного в экструдер дозаторов строительных смесей, позволяющий регулировать количество ингредиентов строительной смеси при замешивании. Дозаторы могут содержать механизмы, построенные на элементах привода и управления ЧПУ; - lack of built-in mortar batchers integrated into the extruder, which allows to regulate the amount of building mixture ingredients during mixing. Dispensers can contain mechanisms based on drive and CNC control elements;
- отсутствие смешивающего устройства, позволяющего избежать расслаивания и комкования строительного материала, используемого для печати, во время транспортировки в экструдер; - the absence of a mixing device to avoid delamination and clumping of the building material used for printing during transport to the extruder;
- отсутствие дополнительных коммуникаций для введения пластифицирующих и иных добавок. - lack of additional communications for the introduction of plasticizing and other additives.
Из уровня техники известенЗО принтер для подводной печати объектов (см. [2] заявку РФ N°2016142836, МПК E02D 15/00, опубл. 03.05.2018), содержащий транспортное средство, источник бетона, запас армирующего средства и манипулятор, на конечном звене которого размещена печатающая головка, содержащая шнековую камеру, внутри которой расположен винтовой шнек, соединенный с приводом, причем начальная часть шнековой камеры соединена с бетонопроводом, а в выходной части шнековой камеры установлено сопло. From the prior art, a ZO printer for underwater printing of objects is known (see [2] RF application N ° 2016142836, IPC E02D 15/00, publ. 03.05.2018), containing a vehicle, a source of concrete, a stock of reinforcing means and a manipulator, on the final link which has a print head containing a screw chamber, inside which there is a screw screw connected to a drive, and the initial part of the screw chamber is connected to a concrete pipeline, and a nozzle is installed in the outlet part of the screw chamber.
Недостатками данного аналога являются: The disadvantages of this analogue are:
- подача смеси в экструдер только в готовом виде, отсутствие возможности подачи материалов раздельно; - supply of the mixture to the extruder only in finished form, there is no possibility of supplying materials separately;
- отсутствие интегрированного в экструдер дозаторов строительных смесей, позволяющий регулировать количество ингредиентов строительной смеси при замешивании; - lack of built-in mortar dispensers integrated into the extruder, allowing to regulate the amount of building mixture ingredients during mixing;
- отсутствие смешивающего устройства, позволяющего избежать расслаивания и комкования строительного материала, используемого для печати, во время транспортировки в экструдер; - the absence of a mixing device to avoid delamination and clumping of the building material used for printing during transport to the extruder;
- отсутствие дополнительных коммуникаций для введения пластифицирующих и иных добавок. Из уровня техники известен устройство возведения монолитного здания (см. [3] патент РФ N°2683447, МПК Е04С 5/07; С04В 7/52, опубл. 28.03.2019), включающее принтер 3D печати с раздаточной головкой для послойной укладки филамента бетонной смеси в проектное положение, соединенной с узлом приготовления и подачи бетонной смеси. - lack of additional communications for the introduction of plasticizing and other additives. A device for erecting a monolithic building is known from the prior art (see [3] RF patent N ° 2683447, IPC E04C 5/07; C04B 7/52, publ. 03/28/2019), including a 3D printer with a dispensing head for layering concrete filament mixture in the design position, connected to the unit for preparation and supply of concrete mixture.
Недостатками данного аналога являются: The disadvantages of this analogue are:
- подача смеси в экструдер только в готовом виде, отсутствие возможности подачи материалов раздельно; - supply of the mixture to the extruder only in finished form, there is no possibility of supplying materials separately;
- отсутствие смешивающего устройства, позволяющего избежать расслаивания и комкования строительного материала, используемого для печати, во время транспортировки в экструдер; - the absence of a mixing device to avoid delamination and clumping of the building material used for printing during transport to the extruder;
- отсутствие дополнительных коммуникаций для введения пластифицирующих и иных добавок. - lack of additional communications for the introduction of plasticizing and other additives.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению по совокупности признаков, принятым за прототип, является способ и устройство для подачи цементных материалов (см. [4] заявку РСТ N° WO2013064826, МПК В28В 17/00, В28В 3/20, В28В 3/26, опубл. 10.05.2013). В заявке представлено описание экструдирование готового материала на основе цемента из резервуара через сопло. В данном решении предложено размещение экструдера только на манипуляторе, строительные смеси предполагаются подаваться в экструдер насосами уже готовыми, смешанными, только на основе цементного вяжущего. 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 [4] PCT application N ° WO2013064826, IPC В28В 17/00, В28В 3/20, В28В 3/26, publ. 05/10/2013). The application provides a description of extruding a finished cement-based material from a tank through a nozzle. In this solution, it is proposed to place the extruder only on the manipulator, building mixtures are supposed to be supplied to the extruder by pumps, ready-made, mixed, only on the basis of a cement binder.
В упрощенной конструкции экструдера строительных смесей для 3D принтера не предусмотрено использование: The simplified design of the extruder for building mixtures for a 3D printer does not provide for the use of:
- отдельных транспортных систем (в т.ч. пневмоподачи сухих материалов) для ингредиентов строительной смеси при автоматизированной загрузке в экструдер; - separate transport systems (including pneumatic feeding of dry materials) for the ingredients of the building mixture with automated loading into the extruder;
- дозаторов ингредиентов строительных смесей, позволяющий регулировать пропорции ингредиентов при замешивании строительной смеси; - dispensers for ingredients of building mixtures, which allows you to adjust the proportions of ingredients when mixing building mixtures;
- смешивающего устройства, позволяющего приготавливать смесь (смешивать ингредиенты) непосредственно перед экструдированием, избежать расслаивания и комкования строительного материала, сокращая время от замешивания до экструзии; - a mixing device that allows you to prepare a mixture (mix ingredients) immediately before extrusion, to avoid delamination and clumping of the building material, reducing the time from kneading to extrusion;
- дополнительных коммуникаций для введения пластифицирующих и иных добавок;- additional communications for the introduction of plasticizing and other additives;
- дозатора готовой смеси. - ready-mix dispenser.
Сущность изобретения The essence of the invention
Технической задачей, стоящей перед изобретением, является устранение недостатков аналогов и расширение функциональных возможностей. The technical problem facing the invention is to eliminate the disadvantages of analogs and expand the functionality.
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. The technical result of the claimed invention is a significant increase in printer productivity, increased printing accuracy and quality of stacking building mixtures, reducing the time for flushing and routine maintenance of equipment.
Согласно изобретению, техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что прямоточный экструдер строительных смесей для 3D принтера состоит из корпуса (емкости) с устройством крепления, позволяющим закрепить экструдер на исполнительных механизмах принтера, отверстий для загрузки строительного материала, сопла с выходным отверстием для экструдирования строительного материала, при этом в нижнюю часть корпуса интегрирован дозатор строительных смесей, позволяющий регулировать количество строительной смеси при формировании печатаемого слоя, причем экструдер содержит закрепленное в корпусе смешивающее устройство с дозаторами ингредиентов строительных смесей, подключенными к транспортным системам. According to the invention, the technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the direct-flow extruder of building mixtures for a 3D printer consists of a body (container) with a fastening device that allows the extruder to be fixed on the printer actuators, holes for loading building material, a nozzle with an output a hole for extruding building material, while a mortar dispenser is integrated into the lower part of the housing, which allows you to regulate the amount of building mixture during the formation of the printed layer, and the extruder contains a mixing device fixed in the housing with dispensers for ingredients of building mixtures connected to transport systems.
Также техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что смешивающее устройство содержит клапан отсечки воздуха. Also, the technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the mixing device contains an air cut-off valve.
Также техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что дозатор строительных смесей выполнен в виде шнека или героторной пары соединенной с приводом. Also, 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 a gerotor pair connected to a drive.
Также техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что ингредиенты для приготовления строительной смеси подаются раздельно по транспортным системам, в том числе сухие ингредиенты посредством сжатого воздуха по одной транспортной системе, а вода по второй транспортной системе. Also, the technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the ingredients for the preparation of the construction mixture are supplied separately through transport systems, including dry ingredients by means of compressed air through one transport system, and water through the second transport system.
Также техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что транспортная система для подачи сухих ингредиентов посредством сжатого воздуха может представлять собой пневмотранспортную систему. Also, the technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the transport system for supplying dry ingredients by means of compressed air can be a pneumatic transport system.
Краткое описание чертежей Brief Description of Drawings
На фиг. 1 - вид сбоку (в разрезе) прямоточного экструдера строительных смесей для 3D принтера. FIG. 1 is a side view (in section) of a straight-through mortar extruder for a 3D printer.
На фиг. 2 -вид сверху экструдера строительных смесей для 3D принтера. FIG. 2 - top view of the extruder of building mixtures for a 3D printer.
На фиг. 3 -схема организации подачи жидкостей (в т.ч. воды) и пневмоподачи сухих ингредиентов в прямоточный экструдер. FIG. 3 - a diagram of the organization of the supply of liquids (including water) and pneumatic supply of dry ingredients to the direct-flow extruder.
На фиг. 4 -вид сбоку (в разрезе) смесительного устройства. FIG. 4 - side view (in section) of the mixing device.
На фигурах обозначены следующие позиции: The following positions are indicated in the figures:
1 корпус прямоточного экструдера; 1 continuous flow extruder body;
2 устройство крепления; 2 fastening device;
3 отверстия для загрузки (подачи) в экструдер ингредиентов строительного материала (строительной смеси); 3 holes for loading (feeding) the ingredients of the building material (building mixture) into the extruder;
4 дозаторы ингредиентов строительной смеси; 5 — смешивающее устройство; 4 dispensers for building mixture ingredients; 5 - mixing device;
6 — дозатор (шнек или героторная пара) строительной смеси; 6 - dispenser (auger or gerotor pair) for the construction mixture;
7 — сопло; 7 - nozzle;
8 — транспортные системы (в т.ч. пневмотранспортные системы для сухих ингредиентов); 8 - transport systems (including pneumatic transport systems for dry ingredients);
9 — привод дозатора строительной смеси (шнека или героторной пары); 9 - drive of the construction mixture batcher (auger or gerotor pair);
10 — печатаемая конструкция; 10 - printed design;
11 — принтер; 11 - printer;
12 — клапан отсечки воздуха; 12 - air cut-off valve;
13 — вода (подача); 13 - water (supply);
14 — воздух (подача); 14 - air (supply);
15 — сухие сыпучие ингредиенты (подача). 15 - dry bulk ingredients (feed).
Осуществление изобретения Implementation of the invention
Прямоточный экструдер строительных смесей для 3D принтера предназначен для дозации, смешивания ингредиентов строительной смеси непосредственно в смешивающем устройстве экструдера перед экструзией строительного материала с последующей послойной, автоматической укладкой слоев из смесей (строительного материала) на основе цемента, гипса, шамотной глины. The direct-flow extruder of building mixtures for a 3D printer is designed for batching, mixing the ingredients of the building mixture directly in the mixing device of the extruder before extruding the building material, followed by layer-by-layer, automatic stacking of layers from mixtures (building material) based on cement, gypsum, chamotte clay.
Прямоточный экструдер состоит из корпуса (1) (емкости) с устройством крепления (2), отверстий (3) для загрузки ингредиентов строительного материала, сопла (7) с выходным отверстием для экструдирования строительного материала. Устройство крепления (2) позволяет конструктивно закрепить экструдер на исполнительных механизмах 3D принтера (11) различных компоновочных схем: работающая в декартовых, либо угловых координатах, либо иметь конструкцию робота — манипулятора. The straight-through extruder consists of a body (1) (container) with a fastening device (2), holes (3) for loading ingredients of a building material, a nozzle (7) with an outlet for extruding a building material. The fastening device (2) allows to constructively fasten the extruder to the actuators of the 3D printer (11) of various layout schemes: operating in Cartesian or angular coordinates, or to have the design of a robot-manipulator.
Экструдер также содержит смешивающее устройство (5), расположенного в корпусе (1), а также дозаторы ингредиентов (4), расположенные перед смешивающим устройством (5), позволяющие с большой точностью соблюдать пропорции строительной смеси и оперативно изменять их. Смешивающее устройство (5) позволяет приготавливать строительную смесь непосредственно перед её экструдированием, вводить пластифицирующие и иные добавки в смесь, избегать расслаивания и комкования строительного материала, используемого для печати. The extruder also contains a mixing device (5) located in the housing (1), as well as ingredient dispensers (4) located in front of the mixing device (5), allowing to maintain the proportions of the building mixture with great accuracy and quickly change them. The mixing device (5) makes it possible to prepare the building mixture immediately before its extrusion, to introduce plasticizing and other additives into the mixture, to avoid delamination and clumping of the building material used for printing.
Конструктивно дозаторы ингредиентов (4) строительных смесей могут находиться вне корпуса экструдера, в т.ч. перед транспортными системами (8), которые также входят в состав экструдера. Например, дозирование сухих компонентов смеси (вяжущего и нерудных материалов) удобно производить до подачи в экструдер, в таком случае дозатор будет находиться перед транспортной (в том числе пневмотранспортной) системой принтера. Жидкие ингредиенты, в т.ч. вода (13) подаются в смешивающее устройство (5) и там смешиваются с сухими ингредиентами (14) (вяжущим, нерудными материалами), которые в свою очередь подаются с смешивающее устройство с помощью сжатого воздуха (15) по пневмотранспортным системам. Этот воздух отводится из смешивающего устройства посредством отсечного клапана (12), не пропускающего ингредиенты, и расположенного в корпусе смешивающего устройства. Г отовая смесь высыпается в дозатор (6) строительных смесей, интегрированный в нижнюю часть корпуса (1), выполненный в виде шнека или героторной пары, позволяющий регулировать количество (подачу) экструдируемой строительной смеси после её приготовления при формировании печатаемого слоя печатаемой конструкции (10), приводимого во вращение приводом (9). Structurally, the ingredient dispensers (4) for building mixtures can be located outside the extruder body, incl. in front of transport systems (8), which are also part of the extruder. For example, it is convenient to meter dry components of the mixture (binder and nonmetallic materials) before feeding into the extruder, in which case the dispenser will be located in front of the transport (including pneumatic transport) system of the printer. Liquid ingredients incl. water (13) is supplied to the mixing device (5) and there it is mixed with dry ingredients (14) (binding, non-metallic materials), which in turn are fed to the mixing device using compressed air (15) through pneumatic conveying systems. This air is removed from the mixing device by means of a shut-off valve (12), which does not allow the passage of ingredients, and located in the housing of the mixing device. The gross mixture is poured into the dispenser (6) of building mixtures, integrated into the lower part of the housing (1), made in the form of a screw or a gerotor pair, which allows to regulate the amount (supply) of the extruded building mixture after its preparation during the formation of the printed layer of the printed structure (10) driven in rotation by the drive (9).
Дополнительно прямоточный экструдер может содержать механизмы, построенные на элементах привода и управления ЧПУ. Так в заявленном изобретении скорость подачи смеси через дозатор (6) строительных смесей регулируется в зависимости от скорости перемещения экструдера, а пропорции и количество подаваемых в экструдер ингредиентов регулироваться пропорционально экструзии. Additionally, a straight-through extruder can contain mechanisms based on drive and CNC control elements. So in the claimed invention, the feed rate of the mixture through the batcher (6) of building mixtures is controlled depending on the speed of movement of the extruder, and the proportions and amount of ingredients supplied to the extruder are controlled in proportion to the extrusion.
Техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что: The technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that:
• Экструдеры подобной конструкции могут быть применены на всех типах строительных принтерах, независимо от компоновки (портальная, с угловыми координатами на базе роботов — манипуляторов); • Extruders of a similar design can be used on all types of construction printers, regardless of the layout (gantry, with angular coordinates based on robots - manipulators);
• Ингредиенты строительной смеси подаются в экструдер раздельно и смешиваются непосредственно перед экструзией строительной смеси; • The ingredients of the building mixture are fed into the extruder separately and mixed immediately before the extrusion of the building mixture;
• Транспортировка вяжущего и нерудных материалов осуществляется с помощью пневмотранспортных систем, что значительно сокращает время на промывку и обслуживание принтеров; • Transportation of binder and non-metallic materials is carried out using pneumatic conveying systems, which significantly reduces the time for washing and maintenance of printers;
• Во время замешивания в смесь могут вводиться пластифицирующие и иные добавки; • During kneading, plasticizing and other additives may be added to the mixture;
• Все подающие системы оснащены дозаторами ингредиентов строительных смесей, что позволяет с большой точностью соблюдать пропорции строительной смеси и изменять их; • All feeding systems are equipped with metering devices for ingredients of building mixtures, which allows you to accurately maintain the proportions of the building mixture and change them;
• Прямоточный экструдер содержит смешивающее устройство; • The straight-through extruder contains a mixing device;
• Дозатор готовой строительных смесей выполнен в виде шнека или героторной пары. • The batcher of ready-made construction mixtures is made in the form of an auger or a gerotor pair.
Устройство работает следующим образом. The device works as follows.
Ингредиенты строительной смеси загружаются (подаётся) в корпус(1) экструдера, прикреплённого к исполнительным механизмам принтера посредством устройства крепления (2), через отверстия (3) для загрузки (подачи) в экструдер ингредиентов строительного материала (строительной смеси). Количество каждого ингредиента дозируются с помощью дозаторов ингредиентов (4), расположенных либо в корпусе (1) экструдера, либо перед транспортными системами (8). Ингредиенты строительной смеси после подачи смешиваются в смешивающем устройстве (5), позволяющим приготавливать строительную смесь непосредственно перед её экструдированием, вводить пластифицирующие и иные добавки в смесь, избегать расслаивания и комкования строительного материала, используемого для печати. Далее готовая смесь экструдируется посредством дозатора (6) строительных смесей, выполненного в виде шнека или героторной пары, приводимого во вращение приводом (9). Дозатор (6) строительных смесей позволяет регулировать количество экструдируемой строительной смеси при формировании печатаемого слоя, печатаемой конструкции (10). The ingredients of the building mixture are loaded (fed) into the housing (1) of the extruder, which is attached to the printer actuators by means of the fastening device (2), through the holes (3) for loading (feeding) the ingredients of the building material (building mixture) into the extruder. The amount of each ingredient are dosed using ingredient dispensers (4) located either in the extruder housing (1) or in front of the transport systems (8). After feeding, the ingredients of the building mixture are mixed in a mixing device (5), which allows to prepare the building mixture immediately before its extrusion, to introduce plasticizing and other additives into the mixture, to avoid delamination and lumping of the building material used for printing. Next, the finished mixture is extruded by means of a mortar dispenser (6), made in the form of a screw or a gerotor pair, driven in rotation by a drive (9). The batcher (6) of building mixtures allows you to adjust the amount of extruded building mixture during the formation of the printed layer, the printed structure (10).
Причинно-следственная связь между техническим результатом и существенными признаками формулы изобретения заключается в следующем: The causal relationship between the technical result and the essential features of the claims is as follows:
- достижение высокого качества поверхности и повышения механических характеристик печатаемых объектов при печати зданий и сооружений за счет улучшения характеристик строительной смеси, достигаемых посредством установки дозаторов ингредиентов (4), позволяющих с большой точностью соблюдать пропорции строительной смеси и оперативно изменять их. - achieving a high surface quality and increasing the mechanical characteristics of printed objects when printing buildings and structures by improving the characteristics of the building mixture, achieved by installing ingredient dispensers (4), which allow to observe the proportions of the building mixture with great accuracy and quickly change them.
- достижение высокой точности печатаемых объектов при печати зданий и сооружений за счет установки дозатора (6) строительной смеси, позволяющего регулировать количество строительной смеси при формировании печатаемого слоя;- achieving high accuracy of printed objects when printing buildings and structures by installing a dispenser (6) of a construction mixture, which allows to regulate the amount of a construction mixture during the formation of a printed layer;
- расширение функциональных возможностей экструдера строительных смесей для 3D принтера, который может содержать механизмы, построенные на элементах привода и управления ЧПУ, позволяющих регулировать скорость подачи смеси через дозатор (6) строительных смесей в зависимости от скорости перемещения экструдера и изменять пропорции и количество подаваемых в экструдер ингредиентов пропорционально экструзии; - expanding the functionality of the extruder of building mixtures for a 3D printer, which may contain mechanisms built on drive and CNC control elements, which allow you to adjust the feed rate of the mixture through the batcher (6) of building mixtures depending on the speed of movement of the extruder and change the proportions and amount supplied to the extruder ingredients in proportion to extrusion;
- сокращения времени на промывку и обслуживание принтера, в т.ч. транспортных систем за счёт использования раздельной подачи сухих ингредиентов (15) посредством сжатого воздуха (14) и воды (13). - reducing the time for flushing and servicing the printer, incl. transport systems due to the use of separate supply of dry ingredients (15) by means of compressed air (14) and water (13).

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1 . Прямоточный экструдер строительных смесей для 3D принтера, состоящий из корпуса (1) с устройством крепления (2), позволяющим закрепить экструдер на исполнительных механизмах принтера, отверстий (3) для загрузки строительного материала, сопла (7) с выходным отверстием для экструдирования строительного материала, при этом в нижнюю часть корпуса (1) интегрирован дозатор (6) строительных смесей, позволяющий регулировать количество строительной смеси при формировании печатаемого слоя, отличающийся тем, что содержит закрепленное в корпусе (1) смешивающее устройство (5) с дозаторами ингредиентов(4) строительных смесей, подключенными к транспортным системам (8). 1 . Direct-flow extruder of building mixtures for a 3D printer, consisting of a body (1) with a fastening device (2) that allows you to fix the extruder on the printer's actuators, holes (3) for loading building material, nozzles (7) with an outlet for extruding building material, at the same time, a dispenser (6) of building mixtures is integrated into the lower part of the housing (1), which allows to regulate the amount of building mixture during the formation of the printed layer, characterized in that it contains a mixing device (5) fixed in the housing (1) with dispensers of ingredients (4) of building mixtures connected to transport systems (8).
2. Прямоточный экструдерпо п. 1 , отличающийся тем, чтосмешивающее устройство (5) содержит клапан отсечки воздуха (12). 2. A co-current extruder according to claim 1, characterized in that the mixing device (5) comprises an air cut-off valve (12).
3. Прямоточный экструдерпо п. 1 , отличающийся тем, что дозатор (6) строительных смесей выполнен в виде шнека или героторной парысоединенной с приводом (9). 3. Direct-flow extruder according to claim 1, characterized in that the metering unit (6) for building mixtures is made in the form of a screw or gerotor steam connected to a drive (9).
4. Прямоточный экструдерпо п. 1 , отличающийся тем, чтоингредиенты для приготовления строительной смеси подаются раздельно по транспортным системам (8), в том числе сухие ингредиенты (15) посредством сжатого воздуха (14) по одной транспортной системе, а вода (13) по второй транспортной системе. 4. Direct-flow extruder according to claim 1, characterized in that the ingredients for the preparation of the construction mixture are fed separately through transport systems (8), including dry ingredients (15) by means of compressed air (14) through one transport system, and water (13) through second transport system.
5. Прямоточный экструдерпо п. 4, отличающийся тем, что транспортная система для подачи сухих ингредиентов посредством сжатого воздуха может представлять собой пневмотранспортную систему. 5. Co-current extruder according to claim 4, characterized in that the transport system for supplying dry ingredients by means of compressed air can be a pneumatic transport system.
PCT/RU2021/050114 2020-04-28 2021-04-28 Straight-flow extruder for building mixes WO2021221545A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020115021 2020-04-28
RU2020115021A RU2020115021A (en) 2020-04-28 2020-04-28 STRAIGHT MIXTURE EXTRUDER

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021221545A1 true WO2021221545A1 (en) 2021-11-04

Family

ID=78373758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/050114 WO2021221545A1 (en) 2020-04-28 2021-04-28 Straight-flow extruder for building mixes

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2020115021A (en)
WO (1) WO2021221545A1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU716832A1 (en) * 1977-07-25 1980-02-28 Государственный Проектный Институт "Гипрогражданпромстрой" Unit for preparing concrete mix and dispensing it to moulding stations
RU2245246C1 (en) * 2003-09-08 2005-01-27 Акаев Абакар Ахмедпашаевич Installation for production of foamed concrete by aeration
WO2013064826A1 (en) * 2011-11-01 2013-05-10 Loughborough University Method and apparatus for delivery of cementitious material
WO2017149040A1 (en) * 2016-03-01 2017-09-08 Sika Technology Ag Mixer, system for applying a building material and method for producing a structure from building material
RU2016142836A (en) * 2016-10-31 2018-05-03 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Специальные технологии" 3D PRINTER FOR UNDERWATER PRINTING OF OBJECTS
CN108943419A (en) * 2018-09-17 2018-12-07 中铁四局集团有限公司 Based on the concrete continuous stirring pumping control system of 3D printing and control method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU716832A1 (en) * 1977-07-25 1980-02-28 Государственный Проектный Институт "Гипрогражданпромстрой" Unit for preparing concrete mix and dispensing it to moulding stations
RU2245246C1 (en) * 2003-09-08 2005-01-27 Акаев Абакар Ахмедпашаевич Installation for production of foamed concrete by aeration
WO2013064826A1 (en) * 2011-11-01 2013-05-10 Loughborough University Method and apparatus for delivery of cementitious material
WO2017149040A1 (en) * 2016-03-01 2017-09-08 Sika Technology Ag Mixer, system for applying a building material and method for producing a structure from building material
RU2016142836A (en) * 2016-10-31 2018-05-03 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Специальные технологии" 3D PRINTER FOR UNDERWATER PRINTING OF OBJECTS
CN108943419A (en) * 2018-09-17 2018-12-07 中铁四局集团有限公司 Based on the concrete continuous stirring pumping control system of 3D printing and control method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2020115021A (en) 2021-10-28
RU2020115021A3 (en) 2021-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2936785T3 (en) A method for producing a fiber-reinforced cementitious slurry using a multi-stage continuous mixer.
RU2724163C1 (en) Building mix extruder for 3d printer
US11224990B2 (en) Continuous methods of making fiber reinforced concrete panels
CN109476042B (en) Continuous mixer and method for mixing reinforcing fibers with cementitious material
JP6246722B2 (en) Multi-leg discharge boot for cementitious aqueous slurry dispensing, gypsum slurry mixing and dispensing assembly, and method of compounding cementitious products
KR102373188B1 (en) Headboxes and forming stations for the production of fiber-reinforced cementitious panels
RU2695733C2 (en) Slurry mixer sluice with improved flow geometry and foaming
JP7132955B2 (en) System for Extruding Cementitious Material Beads for Additive Manufacturing Robots in Building Structures
CN105881724A (en) Multi-volume-weight foaming panel and production device and technology thereof
WO2021221545A1 (en) Straight-flow extruder for building mixes
US20200261864A1 (en) System and method for continuous manufacture of joint compound
KR101872454B1 (en) Automatic powder suppling plant unificated a body with weighing, mixing and conveying processes to supply powder type materials for soft ground improvement to a stirring axis of mixing treatment equipment in 1.5 shot mode
CN1703384B (en) Method and apparatus for producing a multilayer cementitious product
RU2767464C1 (en) System of preparation and supply of material of a construction 3d printer
CN114080310A (en) System for manufacturing mortar-based elements
RU2798762C1 (en) Construction print head of 3d printer
RU22303U1 (en) TECHNOLOGICAL LINE FOR THE PRODUCTION OF FOAM CONCRETE BLOCKS
KR20220141662A (en) Dry mortar transfer and lamination device for architectural 3D printers
WO2024076261A1 (en) Print head of a 3d construction printer
KR20050042681A (en) Concreting in site formula lightweight soil manufacture equipment for construction work
WO2023138742A1 (en) A method for 3d printing a construction, a 3d construction printer system, and a printing unit for use in a 3d construction printer system
JPH07241838A (en) Ready-mixed concrete manufacture and supply equipment
RU17470U1 (en) PLANT FOR PREPARING COLORED CONSTRUCTION MIXTURES
JPH0410014Y2 (en)

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: 21795737

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21795737

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1