WO2017176150A1 - Способ трехмерной печати зданий (варианты) и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ трехмерной печати зданий (варианты) и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
WO2017176150A1
WO2017176150A1 PCT/RU2016/000248 RU2016000248W WO2017176150A1 WO 2017176150 A1 WO2017176150 A1 WO 2017176150A1 RU 2016000248 W RU2016000248 W RU 2016000248W WO 2017176150 A1 WO2017176150 A1 WO 2017176150A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
printing
print head
dimensional
head
walls
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2016/000248
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ануар Райханович КУЛМАГАМБЕТОВ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
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 Individual filed Critical Individual
Priority to EP16898065.4A priority Critical patent/EP3441544A4/en
Publication of WO2017176150A1 publication Critical patent/WO2017176150A1/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/02—Other methods of shaping glass by casting molten glass, e.g. injection moulding
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/14—Conveying or assembling building elements
    • E04G21/16—Tools or apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—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
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—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
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B17/00—Forming molten glass by flowing-out, pushing-out, extruding or drawing downwardly or laterally from forming slits or by overflowing over lips
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/02—Conveying or working-up concrete or similar masses able to be heaped or cast
    • E04G21/04—Devices for both conveying and distributing
    • E04G21/0418—Devices for both conveying and distributing with distribution hose
    • E04G21/0436—Devices for both conveying and distributing with distribution hose on a mobile support, e.g. truck
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/02—Conveying or working-up concrete or similar masses able to be heaped or cast
    • E04G21/04—Devices for both conveying and distributing
    • E04G21/0418—Devices for both conveying and distributing with distribution hose
    • E04G21/0445—Devices for both conveying and distributing with distribution hose with booms
    • E04G21/0463—Devices for both conveying and distributing with distribution hose with booms with boom control mechanisms, e.g. to automate concrete distribution

Definitions

  • the invention relates to the field of construction, in particular to a method for the construction of buildings.
  • a well-known analogue is RF patent N ° 2371556, 10.27.2009, describing a method of building a building, including the manufacture of wall panels, partitions, ceilings, installation of gantry crane hoists with hoists, the manufacture of panel walls of partitions, ceilings and other products by melting rocks and the use of their mass for casting metal and stone products.
  • the disadvantage of the analogue is low productivity, since the molding of building products is first carried out in molds, and then individual elements of the building are collected in the building.
  • the disadvantage of the prototype method and the prototype of the device is the lack of strength of the building structures made by this method using this devices, since printing is carried out with materials with low mechanical characteristics, because of which it is impossible to print multi-story buildings.
  • An object of the invention is to provide the possibility of creating more durable structures of buildings.
  • the technical result of the invention is to expand the scope of the method of printing buildings to print multi-story buildings, the wall material of which should have higher strength characteristics than the wall material of few (one) story buildings, and the walls must have reinforcement to withstand heavy loads, as well as providing the possibility of multilayer printing of walls with various materials for forming coatings that perform auxiliary functions, including ensuring wear resistance and decorative.
  • the solution to the technical problem in the method of three-dimensional printing of buildings in its first version, which consists in applying the material of the walls with a print head in the process of moving the print head along the coordinates of the walls in three-dimensional space, is achieved by the fact that at the same time use more than one head, simultaneously load the material into the print heads, fusion of material in the printheads, dosed supply of molten material through the outlet of the printheads during the process of eniya heads the coordinates in three-dimensional space with the formation of the building structure.
  • the solution to the technical problem in the method of three-dimensional printing of buildings in its second embodiment, which consists in applying the material of the walls with a print head in the process of moving the print head along the coordinates of the walls in three-dimensional space, is achieved by simultaneously loading the material into the print head, melting the material in the print the head, the dosed supply of molten material through the outlet of the print head in the process of moving the head along the coordinates in three-dimensional of the space with the formation of the building structure and the alignment is not frozen material, and as the building structure is being formed, additional building structure elements are installed.
  • the solution to the technical problem in the device for implementing the method of three-dimensional printing of buildings, comprising a print head and a three-dimensional positioning mechanism of the print head, is achieved by using a glass melting furnace as a print head, there is an alignment device for leveling the wall plane, which is arranged to form the wall plane after application print head wall material
  • Figure 1 shows the print head is a glass melting furnace.
  • Figure 2 shows a glass melting furnace on the side.
  • Fig. 3 shows a manipulator that installs a floor beam of a building under construction.
  • Figure 4 shows a top view of the three-dimensional positioning mechanism.
  • the printhead is a mobile glass melting furnace 1, shown in figures 1 and 2, which is used for melting and dosing of molten material.
  • Each furnace has an outlet 2.
  • the outlet 2 in the cross section has a rectangular shape.
  • Outlet 2 has its own autonomous heating system (not shown in the figure) for better drainage of the melt, as well as for technological start-up after an emergency stop.
  • the heating system consists of several layers - the first layer directly in contact with the melt has a small perforation system for supplying hot air and creating the effect of an “air cushion” inside the nozzle, which reduces the effect of the melt sticking to the walls.
  • the system of perforation and air supply forms the direction of air jets along the melt, which also contributes to its outflow.
  • a layer 2 is heated above the air envelope, and this is usually an induction emitter.
  • a flexible hose 3 and a dispenser 4 are used, into which the raw material is poured
  • Dispenser 4 is a pipe with a rotating screw located inside to move the material, it is a buffer part and serves to form a stable flow of raw materials under high pressure before it enters the furnace 1.
  • Dispenser 4 is a pipe with a rotating screw located inside to move the material, it is a buffer part and serves to form a stable flow of raw materials under high pressure before it enters the furnace 1.
  • the manipulator 8 shown in Figure 3 is a mechanical arm with a grip 9, controlled by the signals of an electronic computer.
  • the manipulator 8 is used for three-dimensional movement of floor beams 10 and other supporting structures, as well as for screwing into the fastener blocks and laying reinforcement.
  • a key element of the building construction system using the described method and device is the use of the traditional mechanism for three-dimensional positioning of an object, which is shown in Figure 4.
  • the three-dimensional movement mechanism of an object includes columns 11 and a frame 12 having a truss structure.
  • the frame 12 moves along the pillars 1 1 in the direction of the Z axis, which is directed vertically.
  • On the frame 12 there are guides 13 along which the portal 14 moves in the direction of the Y axis.
  • the carriage 15 with the object in the direction of the X axis moves along the guide of the portal 14. This allows the object to be moved to any point in the space of the building under construction along any path within the described movements .
  • the movement of the object in the direction of each of the axes is controlled by individual reversible engines controlled by an electronic computer.
  • Glass melting furnaces 1 and a manipulator 8 act as a moving object in the described methods and apparatus.
  • one portal 14 is installed W one carriage 15 with furnace 1.
  • kilns 1 can each move both in its horizontal sector and partially overlapping each other's sectors (at the same height Z) on its common portal 14 on different carriages 15.
  • some additional furnaces 1 are forced to wait for their coordinate workspace.
  • the furnace 1 has an additional degree of freedom on the carriage 15 - rotation driven by a reversing motor relative to its axis of symmetry parallel to the Z axis. This ensures the rotation of the rectangular opening of the outlet 2 of the furnace 1, which is necessary for the formation of the wall.
  • the printheads are mobile glass melting furnaces 1, one of which is shown in Figures 1 and 2. They are used to melt the raw materials, and to dispense the melt obtained in this way to the places of the planned location of the building structures, for example walls. For this, the furnaces are moved in space using the three-dimensional positioning mechanism along the paths corresponding to the location of the walls 5 of the building under the control of a computer program, as in a printer for three-dimensional printing, therefore the process of creating building structures is called printing. From the point of view of physics, the melt supply process is casting, therefore, the term casting will be used below to describe the melt supply.
  • the density of the building material is controlled by the composition of the raw materials, the melting temperature, the melting time and the pressure created in the furnace.
  • the first furnace 1 is an induction type furnace, it is designed for casting the external surfaces of walls of buildings, columns and other structures that require increased resistance to atmospheric factors and mechanical stresses. It is used for casting material with a density of 400 to 4000 kg / m3.
  • the second furnace 1 is a direct resistance furnace. It is used for casting melt of low thermal conductivity - for casting walls of 5 buildings, the material of which has a density of 150 to 500 kg / m.
  • the raw material for the first two furnaces 1 is the mixture.
  • the mixture is 60% -90% composed of quartz sand, the rest is made up of additives in the form of soda, lime, chalk, coal, sodium sulfate, ground glass, metal S-shaped mini-wires 2-10 mm long (for internal reinforcement of the melt) , other chemical compounds to give additional properties, such as color, density, melting point, specific gravity and others.
  • the third furnace 1 is an induction furnace for casting metal from high-quality metal raw materials - scrap metal or billets.
  • a three-dimensional positioning mechanism Before the erection of the building at the place of its placement, a three-dimensional positioning mechanism is assembled. Before printing the building, materials are loaded into bins (not shown in the figures), mounted on the frame 12 of the three-dimensional positioning mechanism and located above the furnaces 1. The hopper does not move with the furnace. The loading of material from the hoppers in the furnace 1 is carried out by pouring it out of the hopper under the action of gravity through flexible hoses 3.
  • the material is dosed into the furnace 1 by pushing a screw placed in the dispenser
  • the first furnace which has two outlet openings 2 spaced apart by the width of the created wall, is started to be moved by the three-dimensional positioning mechanism along the path of the wall 5.
  • the molten material flows from the outlet openings 2 of the furnace 1, creating the outer layers of the wall.
  • a second furnace is moved, pouring the less dense middle layer of the wall.
  • the third furnace is moved, with the help of which it carries out pouring with metal. Due to this order, the denser outer layers of the wall are poured somewhat faster than the middle layer, thereby creating a dynamic "formwork" for the middle layer.
  • a gas burner dynamically anneals the molten melt to relieve internal thermal stresses arising in the melt as a result of its rapid cooling.
  • the burner can be attached to the furnace or to the movable manipulator.
  • the order of movement of the furnaces and their number may be different from that described in this example. These parameters are selected depending on the terms of reference (project) for the construction.
  • structures of multi-storey buildings contain reinforced concrete beams 10 above the door and window openings. Therefore, in the process of building a building in the manner described above, these additional structural elements of the building are installed using the manipulator 8.
  • the manipulator 8 sets the necessary beam 10 of the ceiling above the window or door.
  • the manipulator 5 can be used to install in the walls and overlap the finished fittings and pallets when moving the furnace 1 over places that do not need to be filled with material.
  • the melt pouring from the outlet 2 enters the pallet (not shown), which is placed under the outlet 2 of the furnace 1 of the furnace.
  • the pallet acts as a mold for molded garden or small-sized building structures. Above individual openings where there are no manipulators 8, the furnace 1 is moved faster, and the resulting melt forms only a thin thread over the opening, which is subsequently easily removed.
  • one or more manipulators 8 are used.
  • the achievement of the technical result by the first variant of the proposed method is achieved through the use of several printing heads at the same time, which allows you to print composite building structures, in which a significant part of the load is perceived by reinforcing metal elements, the outer layers provide wear resistance, and the middle layer is heat and noise insulation. This makes the construction sturdy.
  • the optimal ratio of weight and strength obtained using the described method of designs allows you to use it for printing high-rise buildings, in the construction of which these factors are more important than in the construction of low-rise buildings.
  • the achievement of the technical result by the second variant of the proposed method is achieved by aligning the non-frozen material of the building structure, as well as by installing additional building structure elements that cannot be printed in the process of printing the building structure. Aligning the material to solidification ensures dimensional accuracy of the building structure, which increases the strength and stability of the building structure. Alignment operation inevitable when printing building structures whose materials are molten silicates. Such materials have the high strength required for printing high-rise buildings and high viscosity, which does not require formwork, but may require alignment of individual parts of the printed structure. Installation of additional elements is necessary in the printing process of multi-story buildings. Elements such as joists of windows and doors made of steel or reinforced concrete can significantly increase the strength of the floor, which is important in the construction of multi-story buildings.
  • the achievement of the technical result of the proposed device is achieved through the use as a printhead of a glass melting furnace and due to the presence in the design of the leveling device.
  • a glass melting furnace allows the printing of building structures with materials with high strength characteristics.
  • the presence in the design of the leveling device allows the alignment of the material to solidification, which ensures dimensional accuracy of the building structure, which increases the strength and stability of the building structure.
  • Low thermal conductivity is provided by the ability to cast walls with a high percentage of gas bubbles.
  • gas bubbles During the melting of quartz sand, at the stage of silicate formation, approximately 40 volume parts of gas (or more, depending on the composition of the charge) are released per 1 volume part of sand. Gas forms a porous heat-insulating structure.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Conveying And Assembling Of Building Elements In Situ (AREA)
  • Finishing Walls (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу строительства зданий. Способ заключается в нанесении материала стен печатающей головкой в процессе ее перемещения по координатам расположения стен в трехмерном пространстве. Одновременно используют более одной головки, осуществляют загрузку материала в печатающие головки, расплавление материала, дозированную подачу расплавленного материала через выходное сечение печатающих головок в процессе перемещения. Одновременно осуществляется выравнивание не застывшего материала, а также по мере формирования конструкции здания устанавливают дополнительные элементы конструкции. Устройство для осуществления способа трехмерной печати зданий содержит печатающую головку и механизм трехмерного позиционирования печатающей головки, в качестве которой используется стекловаренная печь, имеется выравнивающее устройство для выравнивания плоскости стены, расположенное с возможностью формирования плоскости стены после нанесения материала стены печатающей головкой. Изобретение позволяет обеспечить возможность создания более прочных конструкций.

Description

Способ трехмерной печати зданий ( варианты ) и устройство для его
осуществления
Область техники
Изобретение относится к области строительства, в частности к способу строительства зданий.
Предшествующий уровень техники
Известен аналог - патент РФ N°2371556, 27.10.2009, описывающий способ строительства здания, включающий изготовление панелей стен, перегородок, перекрытий, монтаж при помощи лебедок тельфера козлового крана, изготовление панельных стен перегородок, перекрытий и других изделий производят путем плавления горных пород и использования их массы для литья металлических и каменных изделий.
Недостатком аналога являются низкая производительность, так как литьё изделий здания сначала осуществляется в формы, а затем отдельные элементы здания собирают в здание.
Также известен способ трехмерной печати зданий, описанный в ряде патентов, например патенте Китая CN204728708, патенте Германии DE202015002974 и патенте Китая CN204940868, 06.01.2015, выбранном в качестве прототипа, включающем нанесение материала стен печатающей головкой в процессе перемещения печатающей головки по координатам расположения стен в трехмерном пространстве.
Известен аналог устройства, описанный в патенте Китая CN204940868, 06.01.2015, выбранном в качестве прототипа, содержащем печатающую головку и механизм трехмерного позиционирования.
Недостатком прототипа способа и прототипа устройства является недостаточная прочность конструкций здания, изготавливаемых данным способом с помощью данного устройства, так как печать осуществляется материалами с низкими механическими характеристиками, из-за чего невозможно печатать многоэтажные здания.
Раскрытие предложения.
Технической задачей изобретения является обеспечение возможности создания более прочных конструкций зданий.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении сферы применения способа печати зданий до печати многоэтажных зданий, материал стен которых должен иметь более высокие прочностные характеристики, чем материал стен мало(одно)этажных строений, а стены должны иметь армирование для выдерживания больших нагрузок, а также в обеспечении возможности многослойной печати стен различными материалами для формирования покрытий, выполняющих вспомогательные функции, в том числе обеспечение износостойкости и декоративную.
Решение технической задачи в способе трехмерной печати зданий, в его первом варианте, заключающемся в нанесении материала стен печатающей головкой в процессе перемещения печатающей головки по координатам расположения стен в трехмерном пространстве, достигается тем, что одновременно используют более одной головки, одновременно осуществляют загрузку материала в печатающие головки, расплавление материала в печатающих головках, дозированную подачу расплавленного материала через выходное отверстие печатающих головок в процессе перемещения головок по координатам в трехмерном пространстве с формированием конструкций здания.
Решение технической задачи в способе трехмерной печати зданий, в его втором варианте, заключающемся в нанесении материала стен печатающей головкой в процессе перемещения печатающей головки по координатам расположения стен в трехмерном пространстве, достигается тем, что одновременно осуществляют загрузку материала в печатающую головку, расплавление материала в печатающей головке, дозированную подачу расплавленного материала через выходное отверстие печатающей головки в процессе перемещения головки по координатам в трехмерном пространстве с формированием конструкции здания и выравнивание не застывшего материала, а также по мере формирования конструкции здания осуществляют установку дополнительных элементов конструкции здания.
Краткое описание чертежей
Решение технической задачи в устройстве для осуществления способа трехмерной печати зданий, содержащем печатающую головку и механизм трехмерного позиционирования печатающей головки, достигается тем, что в качестве печатающей головки использована стекловаренная печь, имеется выравнивающее устройство для выравнивания плоскости стены, расположенное с возможностью формирования плоскости стены после нанесения материала стены печатающей головкой
На фиг.1 показана печатающая головка - стекловаренная печь.
На фиг.2 показана стекловаренная печь сбоку.
На фиг.З изображен манипулятор, устанавливающий балку перекрытия строящегося здания.
На фиг.4 изображен вид сверху на механизм трехмерного позиционирования.
Печатающей головкой является мобильная стекловаренная печь 1 , изображенная на рисунках 1 и 2, которая используется для расплавления и дозированной подачи расплавленного материала. На каждой печи имеется выходное отверстие 2. Для строительства стен выходное отверстие 2 в сечении имеет прямоугольную форму.
Выходное отверстие 2 имеет свою автономную систему нагрева (на рисунке не показана) для лучшего слива расплава, а также для технологического запуска после аварийного останова. Система нагрева состоит из нескольких слоев - первый слой, непосредственно соприкасающийся с расплавом, имеет мелкую систему перфорации, для подачи горячего воздуха и создания эффекта «воздушной подушки» внутри сопла, что уменьшает эффект прилипания расплава к стенкам. На внешней стенке печи 1 установлены ультразвуковые излучатели (на рисунках не показаны), которые создают вибрацию воздуха и улучшают движение расплава. Система перфорации и подачи воздуха формирует направление движения струй воздуха по ходу движения расплава, что также способствует его истечению. Над воздушной оболочкой формируется нагревающий выходное отверстие 2 слой, как правило, это индукционный излучатель.
Для подачи материала служат гибкий шланг 3 и дозатор 4, в который высыпается сырье
з из гибкого шланга 3. Дозатор 4 представляет из себя трубу с расположенным внутри вращающимся шнеком для перемещения материала, он является буферной частью и служит для формирования стабильного потока сырья под высоким давлением перед ее попаданием в печь 1. Для выравнивания материала только что сформированной части стены 5, который до застывания является пластичным и может деформироваться в процессе остывания, используют специальные вращающиеся валики 6, которые прикреплены к печи 1 и перемещаются вместе с печью 1. Вся поверхность вращающегося выравнивающего валика 6 перфорированная. Воздух под давлением подается изнутри валика 6, создавая воздушную «подушку». Валик 6 выравнивает край стены после слива горячего расплава, после чего расплав быстро застывает, фиксируя приданную ему валиком 6 форму. При необходимости заливки насыщенного газом расплава устанавливается расположенный в горизонтальной плоскости выравнивающий валик 7, показанный на рисунке 2. Его функция заключается в вертикальном уплотнении расплава с предотвращением образования выгнутой горизонтальной поверхности.
Манипулятор 8, изображенный на рисунке 3, представляет из себя механическую руку с захватом 9, управляемую сигналами электронно-вычислительной машины. Манипулятор 8 служит для трехмерного перемещения балок перекрытий 10 и других поддерживающих конструкций, а также для вкручивания в блоки креплений и укладки арматуры.
Ключевым элементом системы строительства здания с помощью описываемого способа и устройства является использование традиционного механизма трехмерного позиционирования объекта, который изображен на рисунке 4. Механизм трехмерного перемещения объекта включает столбы 11 и раму 12, имеющую конструкцию фермы. Рама 12 перемещается по столбам 1 1 по направлению оси Z, которая направлена вертикально. На раме 12 имеются направляющие 13, по которым перемещается портал 14 по направлению оси Y. По направляющей портала 14 перемещается каретка 15 с объектом по направлению оси X. Это позволяет обеспечить перемещение объекта в любую точку пространства строящегося здания по любой траектории, в пределах описанных перемещений. Движением объекта в направлении каждой из осей управляют отдельные реверсивные двигатели, управляемые электронно-вычислительной машиной. В качестве перемещаемого объекта в описанных способах и устройстве выступают стекловаренные печи 1 и манипулятор 8. Обычно на одном портале 14 устанавливается W одна каретка 15 с печью 1. Порталов 14 может быть несколько. Для ускорения литья стен сложных и протяженных строительных объектов, печи 1 могут перемещаться каждая как в своем горизонтальном секторе, так и частично перекрывая сектора друг друга (на одной высоте Z) на своем общем портале 14 на разных каретках 15. При этом в некоторые моменты времени некоторые дополнительные печи 1 вынужденно ожидают попадания в свое координатное рабочее пространство. Печь 1 имеет дополнительную степень свободы на каретке 15 - вращение с приводом от реверсивного двигателя относительно оси своей симметрии, параллельной оси Z. Это обеспечивает поворот имеющего прямоугольную форму выходного отверстия 2 печи 1, который необходим для формирования стены.
Варианты осуществления предложения.
Рассмотрим пример конкретной реализации первого варианта способа трехмерной печати зданий с использованием предлагаемого устройства.
В примере конкретной реализации используют три печатающие головки. Печатающие головки - это мобильные стекловаренные печи 1, одна из которых изображена на рисунках 1 и 2. Их используют для расплавления сырья, и дозированной подачи получаемого при этом расплава в места запланированного расположения конструкций здания, например стен. Для этого печи перемещают в пространстве с помощью механизма трехмерного позиционирования по траекториям, соответствующим расположению стен 5 здания под управлением компьютерной программы, как в принтере для трехмерной печати, поэтому процесс создания конструкций здания назван печатью. С точки зрения физики процесс подачи расплава является литьем, поэтому далее будет использоваться термин литье для описания подачи расплава.
Плотность строительного материала регулируется составом сырья, температурой плавки, временем плавки и создаваемым в печи давлением. Первая печь 1 - печь индукционного типа, она предназначена для литья внешних поверхностей стен зданий, колонн и других конструкций, требующих повышенную сопротивляемость атмосферным факторам и механическим воздействиям. Она используется для литья материала плотностью от 400 до 4000 кг/мЗ. Вторая печь 1 - печь прямого сопротивления. Она используется для литья расплава низкой теплопроводности - для литья стен 5 зданий, материал которых имеет плотность от 150 до 500 кг/м . Сырьем для первых двух печей 1 является шихта. Шихта на 60%-90% состоит из кварцевого песка, остальную часть составляют добавки в виде соды, извести, мела, угля, сульфата натрия, молотого стекла, металлических S-образных мини-проволочек длиной 2-10 мм (для внутреннего армирования расплава), других химических соединений для придания дополнительных свойств, таких как цвет, плотность, температура плавления, удельный вес и других. Третья печь 1 - печь индукционного типа для литья металла из качественного металлического сырья - металлолома или заготовок.
Перед возведением здания на месте его размещения собирают механизм трехмерного позиционирования. Перед печатью здания осуществляют загрузку материалов в бункеры (на рисунках не показаны), закрепленные на раме 12 механизма трехмерного позиционирования и расположенные выше печей 1. Бункер не перемещается вместе с печью. Загрузка материала из бункеров в печи 1 осуществляют путем его высыпания из бункера под действием силы тяжести через гибкие шланги 3.
Материал дозируется в печь 1 путем проталкивания шнеком, размещенным в дозаторе
4. Перед началом печати запускают программу электронно-вычислительной машины, управляющей реверсивными двигателями механизма трехмерного позиционирования, подачей шихты, температурами печи и сопла, манипуляторами и лазерными датчиками по контролю за уровнем заливки стен и положением манипуляторов. Нанесение материала стен начинают после разогрева предварительно помещенного в печь 1 сырья.
Далее шихта или металлическое сырье непрерывно загружается в печь 1 по мере расходования расплава. Первую печь, имеющую два выходных отверстия 2, разнесенных на расстояние ширины создаваемой стены, начинают перемещать механизмом трехмерного позиционирования по траектории расположения стены 5. В процессе перемещения расплавленный материал вытекает из выходных отверстий 2 печи 1, создавая наружные слои стены. За первой печью перемещают вторую печь, заливающую менее плотный средний слой стены. После второй печи перемещают третью печь, с помощью которой осуществляет заливку металлом. Благодаря такому порядку более плотные наружные слои стены заливаются несколько быстрее, чем средний слой, создавая тем самым динамичную «опалубку» для среднего слоя. При необходимости газовой горелкой осуществляется динамический отжиг залитого расплава для снятия внутренних термических напряжений, возникающих в расплаве в результате его быстрого остывания. При этом горелка может крепиться к печи или к перемещаемому манипулятору. Порядок перемещения печей и их количество может быть отличным от описанного в данном примере. Эти параметры подбираются в зависимости от технического задания (проекта) на строительство.
Обычно конструкции многоэтажных зданий содержат железобетонные балки 10 над проемами дверей и окон. Поэтому в процессе строительства здания описанным способом осуществляют установку данных дополнительных элементов конструкции здания с помощью манипулятора 8. По окончании заливки части стены 5, ограничивающей оконный или дверной проемы, манипулятор 8 устанавливает необходимую балку 10 перекрытия над окном или дверью. Кроме этого манипулятор 5 может использоваться для установки в стены и перекрытия готовой арматуры и поддонов при перемещении печи 1 над местами, которые не нужно заливать материалом. В этом случае льющийся из выходного отверстия 2 расплав попадает в подставленную под выходное отверстие 2 печи 1 поддон (на чертеже не показан). Поддон выполняет роль формы для отливаемых садово-парковых или малогабаритных строительных конструкций. Над отдельными проемами, где нет манипуляторов 8, печь 1 перемещают быстрее, а вытекающий расплав образует над проемом лишь тонкую нить, которая впоследствии легко удаляется. В зависимости от проекта здания используют один или несколько манипуляторов 8.
Достижение технического результата первым вариантом предлагаемого способа достигается благодаря использованию одновременно нескольких печатающих головок, что позволяет печатать композиционные конструкции зданий, в которых значительную часть нагрузки воспринимают армирующие металлические элементы, износостойкость обеспечивают наружные слои, а тепло- и шумоизоляцию средний слой. Это делает конструкцию прочной. Оптимальное соотношение веса и прочности получаемых с помощью описанного способа конструкций позволяет применять его для печати многоэтажных зданий, в конструкции которых эти факторы важнее, чем в конструкциях малоэтажных зданиях.
Достижение технического результата вторым вариантом предлагаемого способа достигается благодаря выравниванию не застывшего материала конструкции здания, а также благодаря установке дополнительных элементов конструкции здания, которые невозможно напечатать в процессе печати конструкции здания. Выравнивание материала до застывания обеспечивает точность размеров конструкции здания, которая повышает прочность и устойчивость конструкции здания. Операция выравнивания неизбежна при печати конструкций зданий, материалом которых являются расплавленные силикаты. Такие материалы имеют высокую прочность, необходимую для печати многоэтажных зданий и высокую вязкость, что не требует опалубки, но может потребовать выравнивание отдельных частей напечатанной конструкции. Установка дополнительных элементов необходима в процессе печати многоэтажных зданий. Такие элементы, как балки перекрытия окон и дверей, выполненные из стали или железобетона, позволяют значительно увеличить прочность перекрытия, которая важна при строительстве многоэтажных зданий.
Промышленная применимость
Достижение технического результата предлагаемым устройством достигается благодаря использованию в качестве печатающей головки стекловаренной печи и благодаря наличию в конструкции выравнивающего устройства. Стекловаренная печь позволяет осуществлять печать конструкций зданий материалом с высокими прочностными характеристиками. Наличие в конструкции выравнивающего устройства позволяет осуществлять выравнивание материала до застывания, что обеспечивает точность размеров конструкции здания, которая повышает прочность и устойчивость конструкции здания.
Дополнительными преимуществами предлагаемого способа являются:
- Возможность печати декоративных покрытий в процессе печати основных конструкций здания, используя при этом те же печатающие головки.
- Соответствие возведенных с помощью данного способа конструкций высоким требованиям экологии и теплопроводности. Экологичность достигается за счет того, что в качестве исходного материала для заливки дома используется естественный инертный материал - кварцевый песок.
- Низкая теплопроводность обеспечивается возможностью отливать стены с высоким процентным содержанием газовых пузырьков. В процессе плавки кварцевого песка, на этапе силикатообразования, выделяется примерно 40 объемных частей газа (и более в зависимости от состава шихты) на 1 объемную часть песка. Газ образует пористую теплоизолирующую структуру.
- Высокая долговечность конструкций и ее устойчивость к различным кислотам, плесени и влаге.

Claims

Формула изобретения.
Способ трехмерной печати зданий и устройство для его осуществления
1 Способ трехмерной печати домов, заключающийся в нанесении материала стен печатающей головкой в процессе перемещения печатающей головки по координатам расположения стен в трехмерном пространстве, отличающийся тем, что одновременно используют более одной головки, одновременно осуществляют загрузку материала в печатающие головки, расплавление материала в печатающих головках, дозированную подачу расплавленного материала через выходное сечение печатающих головок в процессе перемещения головок по координатам в трехмерном пространстве с формированием конструкций здания.
2 Способ трехмерной печати домов, заключающийся в нанесении материала стен печатающей головкой в процессе перемещения печатающей головки по координатам расположения стен в трехмерном пространстве, отличающийся тем, что одновременно осуществляют загрузку материала в печатающую головку, расплавление материала в печатающей головке, дозированную подачу расплавленного материала через выходное сечение печатающей головки в процессе перемещения головки по координатам в трехмерном пространстве с формированием конструкции здания и выравнивание не застывшего материала, а также по мере формирования конструкции здания осуществляют установку дополнительных элементов конструкции.
3 Устройство для осуществления способа трехмерной печати домов, содержащее печатающую головку и механизм трехмерного позиционирования печатающей головки, отличающееся тем, что в качестве печатающей головки используется стекловаренная печь, имеется выравнивающее устройство для выравнивания плоскости стены, расположенное с возможностью формирования плоскости стены после нанесения материала стены печатающей головкой.
PCT/RU2016/000248 2016-04-04 2016-04-27 Способ трехмерной печати зданий (варианты) и устройство для его осуществления Ceased WO2017176150A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16898065.4A EP3441544A4 (en) 2016-04-04 2016-04-27 METHOD FOR THREE-DIMENSIONAL PRINTING OF BUILDINGS (VARIANTS) AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THEM

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016112588 2016-04-04
RU2016112588A RU2618235C1 (ru) 2016-04-04 2016-04-04 Способ трехмерной печати зданий (варианты) и устройство для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017176150A1 true WO2017176150A1 (ru) 2017-10-12

Family

ID=58697924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000248 Ceased WO2017176150A1 (ru) 2016-04-04 2016-04-27 Способ трехмерной печати зданий (варианты) и устройство для его осуществления

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20170283297A1 (ru)
EP (1) EP3441544A4 (ru)
CN (1) CN107044206B (ru)
RU (1) RU2618235C1 (ru)
WO (1) WO2017176150A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11230032B2 (en) 2018-04-13 2022-01-25 Ut-Battelle, Llc Cable-driven additive manufacturing system

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107282925B (zh) * 2017-07-11 2019-11-26 岳海军 一种三维打印设备及方法
RU179287U1 (ru) * 2017-07-28 2018-05-07 Глеб Алексеевич Ноздрин 3Д принтер, применяемый для возведения зданий и конструкций
RU179260U1 (ru) * 2017-07-31 2018-05-07 Ноздрин Глеб Алексеевич Печатающая головка 3Д принтера, предназначенного для печати изделий с армированием
US20190292803A1 (en) * 2018-03-26 2019-09-26 General Electric Company Additively manufactured tower structure and method of fabrication
DE102018109501A1 (de) * 2018-04-20 2019-10-24 Peri Gmbh Bewehrung von 3D-gedruckten Betonkörpern
DK3856485T3 (da) 2018-09-28 2023-11-13 Gen Electric Fremgangsmåde til fremstilling af en teleskoperende vindmølletårnstruktur
RU2739244C2 (ru) * 2019-04-16 2020-12-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин) Устройство и способ для изготовления теплоизолирующих стен из полистеролбетона при помощи 3D-принтера
CN111236652A (zh) * 2020-03-27 2020-06-05 同济大学 一种不间断建筑3d打印装置及方法
DE102020129314A1 (de) 2020-11-06 2022-05-12 Ernst-Abbe-Hochschule Jena, Körperschaft des öffentlichen Rechts Glasextrusionsanordnung und Glasextrusionsverfahren zur direkten Herstellung kompakter, dreidimensionaler sowie geometrisch definierter Halbzeuge und Bauteile aus Glas
US11697222B2 (en) * 2021-11-01 2023-07-11 General Electric Company Additively manufactured structure with reinforced access opening

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005070657A1 (en) * 2004-01-20 2005-08-04 University Of Southern California Automated construction including robotic systems
CN204728708U (zh) * 2015-04-21 2015-10-28 徐晓冰 建筑工程施工用3d打印系统

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1214671A (en) * 1968-02-07 1970-12-02 Robert Julian Hansford A construction process and apparatus therefor
US5529471A (en) * 1995-02-03 1996-06-25 University Of Southern California Additive fabrication apparatus and method
RU2417170C2 (ru) * 2009-02-11 2011-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "Пеностекло" Способ получения блочного пеностекла
WO2012078820A2 (en) * 2010-12-07 2012-06-14 Sun Chemical Corporation Aerosol jet printable metal conductive inks, glass coated metal conductive inks and uv-curable dielectric inks and methods of preparing and printing the same
CN103395973B (zh) * 2013-08-15 2016-06-29 蚌埠玻璃工业设计研究院 一种基于3d打印技术的玻璃高温熔化熔体成型喷头
US20150059408A1 (en) * 2013-09-05 2015-03-05 Evgeny ABUSHAEV Structure printer and methods thereof
CN103524022B (zh) * 2013-09-22 2015-10-28 清华大学 基于3d打印和硼硅酸盐玻璃的脱硫排烟烟囱建造方法
US10059614B2 (en) * 2013-10-04 2018-08-28 Corning Incorporated Melting glass materials using RF plasma
CN203654462U (zh) * 2014-01-07 2014-06-18 马义和 一种可供3d打印的活动板房中间段结构
CN104944750A (zh) * 2014-03-25 2015-09-30 郭作超 一种玻璃3d打印装置
US20150307385A1 (en) * 2014-04-25 2015-10-29 Massachusetts Institute Of Technology Methods and apparatus for additive manufacturing of glass
CN104532986B (zh) * 2014-12-23 2017-10-31 中国建筑第八工程局有限公司 3d打印内隔墙及其施工方法
RU2693152C2 (ru) * 2015-01-06 2019-07-01 Филипс Лайтинг Холдинг Б.В. Способ и печатающая головка для трехмерной печати стекла
US20180009696A1 (en) * 2015-01-12 2018-01-11 Korea Institute Of Ceramic Engineering And Technology 3d printer printhead, 3d printer using same, method for manufacturing molded product by using 3d printer, method for manufacturing artificial tooth by using 3d printer, and method for manufacturing machinable glass ceramic molded product by using 3d printer
US9919510B2 (en) * 2016-04-12 2018-03-20 Massachusetts Institute Of Technology Methods and apparatus for additive manufacturing with molten glass

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005070657A1 (en) * 2004-01-20 2005-08-04 University Of Southern California Automated construction including robotic systems
CN204728708U (zh) * 2015-04-21 2015-10-28 徐晓冰 建筑工程施工用3d打印系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M. VIDEO: "3D-printer — v kazhdyy dom", GEEKTIMES, 26 February 2015 (2015-02-26), XP055430594, Retrieved from the Internet <URL:https://geektimes.ru/company/mvideo/blog/246458> *
MAKAPOB ONER: "Napechatannyye goroda: Stroitel'nyy printer", POOPULYARNAYA MEXAHHKA, 3 November 2008 (2008-11-03), XP055430591, Retrieved from the Internet <URL:http://www.popmech.ru/technologies/8430-napechatannye-goroda-stroitelnyy-printer> *
See also references of EP3441544A4 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11230032B2 (en) 2018-04-13 2022-01-25 Ut-Battelle, Llc Cable-driven additive manufacturing system

Also Published As

Publication number Publication date
CN107044206B (zh) 2019-07-02
RU2618235C1 (ru) 2017-05-03
US20170283297A1 (en) 2017-10-05
EP3441544A4 (en) 2019-11-20
EP3441544A1 (en) 2019-02-13
CN107044206A (zh) 2017-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2618235C1 (ru) Способ трехмерной печати зданий (варианты) и устройство для его осуществления
CN110439137A (zh) 预制墙板、墙体及预制墙板生产方法、预制墙体施工方法
KR100771248B1 (ko) 건물용 조립 유닛과, 이의 제조 및 사용 방법
CN116847962B (zh) 用于制造基于灰浆的元件的3d打印方法
JP6792430B2 (ja) ３ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置
US20190277045A1 (en) Method for constructing wall-like structure
Więckowski “JA-WA”-A wall construction system using unilateral material application with a mobile robot
JPH06220934A (ja) 構造物の空間部に耐火物を充填する方法
US20180155246A1 (en) Insulated concrete forms, insulating cement, and related articles produced therefrom
CN105965664A (zh) 一种预应力桩3d打印系统及其使用方法
KR100422159B1 (ko) 건축용 경량 요철 마감블럭
US20110282633A1 (en) Component building system
US10760271B2 (en) Additive manufactured multi-colored wall panel
CN115247508B (zh) 一种污水处理站大型池体构筑物的施工方法
CN114667274A (zh) 绝缘元件的增材制造
CN211622088U (zh) 一种保护建筑的防火复合墙体
CN103306475B (zh) 一种用于现浇装配式填充墙的模架及施工方法
CN115735039A (zh) 隔离建筑元件的增材制造
US20200354956A1 (en) Additive Manufactured Multi-Colored Wall Panel
JP2024025360A (ja) 建築物および建築方法
RU2138601C1 (ru) Облицовочная плита
JP2024025359A (ja) 建築物、壁体および建築方法
EP3719229A9 (en) Concrete floor panel, method of production of such panel and floor made of this panel
RU2832465C1 (ru) Панель стеновая бетонная трехслойная и способ возведения стен с использованием таких стеновых панелей
RU84892U1 (ru) Двухслойная опалубка

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2016898065

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016898065

Country of ref document: EP

Effective date: 20181105

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

Ref document number: 16898065

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1