[go: up one dir, main page]

RU2739244C2 - Устройство и способ для изготовления теплоизолирующих стен из полистеролбетона при помощи 3D-принтера - Google Patents

Устройство и способ для изготовления теплоизолирующих стен из полистеролбетона при помощи 3D-принтера Download PDF

Info

Publication number
RU2739244C2
RU2739244C2 RU2019111592A RU2019111592A RU2739244C2 RU 2739244 C2 RU2739244 C2 RU 2739244C2 RU 2019111592 A RU2019111592 A RU 2019111592A RU 2019111592 A RU2019111592 A RU 2019111592A RU 2739244 C2 RU2739244 C2 RU 2739244C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
printer
extruder
spatula
polystyrene
binder
Prior art date
Application number
RU2019111592A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2019111592A3 (ru
RU2019111592A (ru
Inventor
Владимир Викторович Молодин
Евгений Владимирович Васенков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)
Priority to RU2019111592A priority Critical patent/RU2739244C2/ru
Publication of RU2019111592A3 publication Critical patent/RU2019111592A3/ru
Publication of RU2019111592A publication Critical patent/RU2019111592A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2739244C2 publication Critical patent/RU2739244C2/ru

Links

Images

Classifications

    • 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
    • E04G11/00Forms, shutterings, or falsework for making walls, floors, ceilings, or roofs
    • E04G11/06Forms, shutterings, or falsework for making walls, floors, ceilings, or roofs for walls, e.g. curved end panels for wall shutterings; filler elements for wall shutterings; shutterings for vertical ducts
    • E04G11/20Movable forms; Movable forms for moulding cylindrical, conical or hyperbolical structures; Templates serving as forms for positioning blocks or the like
    • E04G11/34Horizontally-travelling moulds for making walls blockwise or section-wise
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • 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
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • 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
    • E04BGENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B2/00Walls, e.g. partitions, for buildings; Wall construction with regard to insulation; Connections specially adapted to walls
    • E04B2/02Walls, e.g. partitions, for buildings; Wall construction with regard to insulation; Connections specially adapted to walls built-up from layers of building elements
    • 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
    • E04G21/04Devices for both conveying and distributing
    • E04G21/0418Devices for both conveying and distributing with distribution hose
    • E04G21/0445Devices for both conveying and distributing with distribution hose with booms
    • E04G21/0463Devices for both conveying and distributing with distribution hose with booms with boom control mechanisms, e.g. to automate concrete distribution

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)

Abstract

Заявленная группа изобретений относится к области строительства и предназначена для изготовления теплоизолирующих стен зданий при помощи 3D-принтера. Устройство для изготовления теплоизолирующих стен из полистиролбетона при помощи 3D-принтера включает 3D-принтер с печатающей головкой в виде экструдера с системой подачи вяжущего материала, выдавливающего вяжущий материал через сопло и шпатели, выполненные с возможностью придания формы материалу, выдавленному экструдером. Экструдер оборудован системой предварительного подогрева вяжущего материала, а также верхним прижимным шпателем и боковыми шпателями-электродами, имеющими в головной части технологические отгибы и соединенные с электрической сетью кабелями. Техническим результатом изобретения является получение за один проход печатающей головки однородного слоя материала, не растекающегося под давлением вышеукладываемых слоев. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к области строительства и предназначено для устройства теплоизолирующих стен зданий, изготавливаемых при помощи 3D принтера.
Известен способ изготовления строительных конструкций методом послойного экструдирования с помощью 3D принтера [Лунева Д.А., Кожевникова Е.О., Калошина С.В. Применение 3D печати в строительстве и перспективы ее развития. / Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура, т. 8, №1 (2017), с. 90-101]. При изготовлении стен, экструдер, являющийся рабочим органом 3D принтера, послойно выдавливает быстротвердеющую бетонную смесь, формируя наружную и внутреннюю версты, которые фиксируются между собой бетонными, так же послойно экструдированными или предварительно изготовленными металлическими или стеклопластиковыми связями. Полости между верстами могут быть заполнены конструкционным железобетоном или теплоизоляцией.
Недостатками этого способа являются:
- мостики холода, которыми служат связи между внешней и внутренней верстами, снижающие теплоизоляционные возможности стены; наличие нескольких технологических переделов (печать каркаса стены, заполнение одних полостей теплоизоляционным материалом, монтаж арматуры и укладка конструкционного бетона в других) при изготовлении одного конструктивного элемента;
- необходимость в ручных операциях, включающихся в роботизированный процесс.
Наиболее близким по технической сущности заявляемому способу, является «Robotic systems for automated construction / Роботизированные системы для автоматизированного строительства» (Патент США №7641461 В2, кл. В29С 64/106 от 2004 г.) - прототип, содержащий 3D принтер с системой подачи вяжущего материала и печатающей головкой в виде экструдера, выдавливающего вяжущий материал через три сопла для формирования внешней версты, внутренней версты стены и последующего заполнения другим, вяжущим материалом пространства между ними, а так же двух шпателей, выполненных с возможностью придания формы материалу внешней и внутренней версты, выдавленному экструдером.
Недостатками этого решения является:
- двухэтапность выполнения работ. Сначала, используя боковые сопла, нужно послойно сформировать одним вяжущим материалом наружную и внутреннюю версты стены. Затем, дождавшись потери его подвижности, заполнить другим вяжущим материалом полость, сформировавшуюся между наружной и внутренней верстами стены (Фиг. 5);
- необходимость включения в устройство и эксплуатации двух систем подачи разных вяжущих материалов;
- потребность в достаточно быстром отверждении вяжущего материала для наружной и внутренней верст, чтобы он мог выдержать вес уложенных сверху слоев вяжущего материала и боковое давление вяжущего материала, заполняющего полость между верстами. При этом он не должен отверждаться слишком быстро потому, что это может привести к его затвердеванию внутри систем хранения и доставки материала.
Задачей заявляемого изобретения является послойное изготовление стен зданий, обладающих необходимыми теплоизоляционными и конструкционными свойствами, выполняемое одновременно на всю их толщину, за один проход печатающей головки-экструдера, выдавливающего вяжущий материал из одного сопла посредством одной системы подачи вяжущего материала.
Поставленная задача решается тем, что в «Устройстве и способе для изготовления теплоизолирующих стен из полистиролбетона при помощи 3D принтера»:
- устройство, содержащее 3D принтер с печатающей головкой в виде экструдера с системой подачи вяжущего материала, выдавливающего вяжущий материал через сопла и двух шпателей, выполненных с возможностью придания формы материалу, выдавленному экструдером, согласно изобретению экструдер оборудован системой предварительного подогрева вяжущего материала, одним соплом, прижимным шпателем и боковыми шпателями-электродами, имеющими в головной части технологические отгибы и соединенные с электрической сетью кабелями;
- способ изготовления, включающий, подачу вяжущего материала из экструдера через сопла для формирования сначала конструкционной, а затем теплоизолирующей части стены, согласно изобретению в качестве вяжущего материала используется полистиролбетон с невспененным полистиролом, который предварительно подогревается в экструдере, выдавливается через сопло на поверхность ранее уложенного слоя на всю его ширину, после чего нагревается пронизывающим его электрическим током, подающимся на боковые шпатели-электроды до температуры вспенивания полистирола и формируется в новый слой при помощи верхнего прижимного шпателя и шпателей-электродов.
Равномерно распределенные по объему, гранулы полистирола снижают теплопотери из конструкции в окружающую среду, увеличивая продолжительность действия высоких температур, и тем самым обеспечивая интенсивное нарастание прочности. Изменяя в рецептуре вяжущего материала содержание полистирола, в зависимости от потребности, можно увеличивать или уменьшать теплоизоляционные или конструкционные свойства стены.
Устройство для изготовления теплоизолирующих стен из полистиролбетона при помощи 3D принтера представлено на фиг. 1 и фиг. 2. Печатающая головка 3D принтера включает в себя экструдер 1, оборудованный системой предварительного подогрева 2 вяжущего материала 9 с невспененными гранулами полистирола, подключенной к электрической сети 7, системой подачи 3 вяжущего материала 9 и выпускным соплом 4, через которое вяжущий материал - полистиролбетон 9 выдавливается на поверхность ранее отформованного и потерявшего подвижность слоя полистиролбетона 11. Ширина выпускного сопла 4 равна ширине возводимой стены 12. К выпускному соплу 4 жестко закреплены боковые шпатели-электроды 5 с технологическими отгибами. Шпатели-электроды 5 посредством кабелей 6 подключены к электрической сети 7. Между шпателями-электродами 5, в их верхней части, закреплен прижимной шпатель 8, вместе они формируют новый слой вяжущего материала 10 с вспененными гранулами полистирола. Выпускное сопло 4 и прижимной шпатель 8 выполняются из токоизоляционного материала.
Способ и устройство функционируют следующим образом. Полистиролбетонная смесь 9 с невспененными гранулами полистирола через систему подачи 3 вяжущего материала поступает в экструдер 1, где посредством системы предварительного подогрева 2 подогревается до температуры не выше 80°С и оттуда, через выпускное сопло 4 выдавливается на поверхность ранее отформованного и потерявшего подвижность слоя полистиролбетона 11. Выпускное сопло 4 имеет поперечный размер равный ширине ранее отформованного слоя полистиролбетона 11. Полистиролбетонная смесь 9 заполняет пространство между боковыми шпателями-электродами 5, которые, являясь частью печатающей головки 3D принтера, медленно перемещаются вдоль стены. Электрический ток, напряжением 380 В, поступающий из электрической сети 7 через кабели 6 на шпатели-электроды 5, проходит через полистиролбетонную смесь 9, быстро нагревая ее. По достижении температуры более 90°С гранулы полистирола размягчаются и под действием содержащегося в них кипящего изопентана, вспениваются, многократно увеличиваясь в объеме. При этом смесь 9 с невспененными гранулами полистирола превращается в смесь 10 с вспенившимися гранулами полистирола и меняет свое качество, приобретая теплоизоляционные свойства. В процессе нагрева и вспучивания гранул полистирола объем полистиролбетонной смеси 9 увеличивается, превращаясь в полистиролбетонную смесь 10, и занимает все пространство между боковыми шпателями-электродами 5, поверхностью ранее уложенного слоя возводимой стены 12 и прижимным шпателем 8, частично уплотняясь. Боковые шпатели-электроды 5 и прижимной шпатель 8 формируют очередной слой стены 11 из полистиролбетона 10 с вспененными гранулами полистирола, получившегося в результате электротермообработки. Обладая высокой температурой, полистиролбетонная смесь 10 быстро, еще в пространстве между шпателями-электродами 5, теряет подвижность и начинает интенсивно твердеть. Равномерно распределенные по объему вспененные гранулы полистирола, являющиеся утеплителем, снижают теплопотери из конструкции в окружающую среду. Увеличивается продолжительность действия высоких температур внутри материала, чем обеспечивается интенсивное нарастание прочности полистиролбетона.
Использование способа и устройства для изготовления теплоизолирующих стен из полистиролбетона при помощи 3D принтера позволяют за один проход печатающей головки получить слой из быстротвердеющего, не растекающегося под давлением вышеукладываемых слоев, однородного теплоизоляционно-конструкционного бетона, изменяя его свойства исходя из необходимости.

Claims (2)

1. Устройство для изготовления теплоизолирующих стен из полистиролбетона при помощи 3D-принтера, содержащее 3D-принтер с печатающей головкой в виде экструдера с системой подачи вяжущего материала, выдавливающего вяжущий материал через сопло и шпатели, выполненные с возможностью придания формы материалу, выдавленному экструдером, оборудованным системой предварительного подогрева вяжущего материала, отличающийся тем, что экструдер оборудован верхним прижимным шпателем и боковыми шпателями-электродами, имеющими в головной части технологические отгибы и соединенные с электрической сетью кабелями.
2. Способ изготовления теплоизолирующих стен из полистиролбетона при помощи 3D-принтера, включающий подачу вяжущего материала из экструдера, предварительно подогреваемого в нем, через сопло для формирования конструкционной и теплоизолирующей части стены, отличающийся тем, что в качестве вяжущего материала используется полистиролбетон с невспененным полистиролом, который выдавливается через сопло на поверхность ранее уложенного слоя на всю его ширину, после чего нагревается пронизывающим его электрическим током, подающимся на боковые шпатели-электроды до температуры вспенивания полистирола и формируется в новый слой при помощи верхнего прижимного шпателя и шпателей-электродов.
RU2019111592A 2019-04-16 2019-04-16 Устройство и способ для изготовления теплоизолирующих стен из полистеролбетона при помощи 3D-принтера RU2739244C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111592A RU2739244C2 (ru) 2019-04-16 2019-04-16 Устройство и способ для изготовления теплоизолирующих стен из полистеролбетона при помощи 3D-принтера

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111592A RU2739244C2 (ru) 2019-04-16 2019-04-16 Устройство и способ для изготовления теплоизолирующих стен из полистеролбетона при помощи 3D-принтера

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019111592A3 RU2019111592A3 (ru) 2020-10-16
RU2019111592A RU2019111592A (ru) 2020-10-16
RU2739244C2 true RU2739244C2 (ru) 2020-12-22

Family

ID=72954685

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019111592A RU2739244C2 (ru) 2019-04-16 2019-04-16 Устройство и способ для изготовления теплоизолирующих стен из полистеролбетона при помощи 3D-принтера

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2739244C2 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023107845A1 (de) 2023-03-28 2024-10-02 Peri Se Vorrichtung und Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils
EP4438298A1 (de) 2023-03-28 2024-10-02 Peri Se Vorrichtung und verfahren zur additiven fertigung eines bauteils

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7641461B2 (en) * 2003-01-21 2010-01-05 University Of Southern California Robotic systems for automated construction
RU2618235C1 (ru) * 2016-04-04 2017-05-03 Ануар Райханович Кулмагамбетов Способ трехмерной печати зданий (варианты) и устройство для его осуществления
FR3050744A1 (fr) * 2016-05-02 2017-11-03 Univ Nantes Procede pour la construction d'un mur de batiment par fabrication additive
RU2636980C1 (ru) * 2016-06-08 2017-11-29 Александр Владимирович Маслов Мобильный строительный 3d-принтер
RU179287U1 (ru) * 2017-07-28 2018-05-07 Глеб Алексеевич Ноздрин 3Д принтер, применяемый для возведения зданий и конструкций

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7641461B2 (en) * 2003-01-21 2010-01-05 University Of Southern California Robotic systems for automated construction
RU2618235C1 (ru) * 2016-04-04 2017-05-03 Ануар Райханович Кулмагамбетов Способ трехмерной печати зданий (варианты) и устройство для его осуществления
FR3050744A1 (fr) * 2016-05-02 2017-11-03 Univ Nantes Procede pour la construction d'un mur de batiment par fabrication additive
RU2636980C1 (ru) * 2016-06-08 2017-11-29 Александр Владимирович Маслов Мобильный строительный 3d-принтер
RU179287U1 (ru) * 2017-07-28 2018-05-07 Глеб Алексеевич Ноздрин 3Д принтер, применяемый для возведения зданий и конструкций

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023107845A1 (de) 2023-03-28 2024-10-02 Peri Se Vorrichtung und Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils
EP4438298A1 (de) 2023-03-28 2024-10-02 Peri Se Vorrichtung und verfahren zur additiven fertigung eines bauteils
EP4438299A2 (de) 2023-03-28 2024-10-02 Peri Se Vorrichtung und verfahren zur additiven fertigung eines bauteils
DE102023107846A1 (de) 2023-03-28 2024-10-02 Peri Se Vorrichtung und Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils

Also Published As

Publication number Publication date
RU2019111592A3 (ru) 2020-10-16
RU2019111592A (ru) 2020-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2739244C2 (ru) Устройство и способ для изготовления теплоизолирующих стен из полистеролбетона при помощи 3D-принтера
JP6839190B2 (ja) 複合材料を製造するための強化付加製造プロセス
FI56645C (fi) Foerfarande och anordning foer framstaellning av saerskilt saosom byggnadselement anvaendbara vaeggar plattor eller formelement
RU2663750C2 (ru) Способ изготовления композитного материала
EP0131002B1 (en) A building element, and a method and a system for manufacturing said element
CN114007848A (zh) 通过3d打印制造至少一个部件的方法及3d打印机
JPH0620778B2 (ja) 圧縮モールド成形装置及び方法
CN105408076A (zh) 制造建筑元件的方法、用于制造建筑元件的设备及由该方法制成的建筑元件
CN105965816A (zh) 三层中空塑料模板生产线
CN103434003B (zh) 一种轻质隔墙板的制作方法及产品
CN102873750A (zh) 三层保温水泥墙板同期浇铸生产流水线
CN110678615A (zh) 多层构建元件、其生产方法及生产线
EA003015B1 (ru) Способ для изготовления центробежно-литых армированных стекловолокном пластмассовых труб
AU2003201545B2 (en) Apparatus and process for forming plastic laminated panels
KR101655084B1 (ko) 연속 순차형 다층 콘크리트 패널 제조장치
EP0004188A1 (en) Heating unit capable of generating heat upon passing an electric current therethrough, method for producing such a heating unit, and heating systems comprising such a heating unit
Molodin et al. Single-Stage Polystyrene Concrete 3D Printing Technology
AU2003201545A1 (en) Apparatus and process for forming plastic laminated panels
US2082399A (en) Railway sleeper
CN109487919B (zh) 一种保温装饰结构一体化装配式外墙挂板及生产设备
KR101570090B1 (ko) 연속형 다층 콘크리트 패널 제조장치
WO2021062506A1 (pt) Processo de produção de placas termoplásticas
RU2791611C1 (ru) Способ изготовления объемных изделий строительных элементов методом 3d-печати
KR920005568B1 (ko) 경량압출구조물의 제조 방법
RU2739389C1 (ru) Способ производства строительных элементов из полистиролбетона