多层构造方法及执行该多层构造方法的装置制造方法及图纸

一种多层构造方法及执行该多层构造方法的装置，多层构造方法中，每层的构造均包括以下步骤：提供胶凝材料；将所述胶凝材料输送到喷嘴(13)；使所述喷嘴沿预定路径转位；以及通过将所述胶凝材料从所述喷嘴挤出而将所述胶凝材料施涂到工作表面(104)；对于所要求的每个另外的构造层，重复这些步骤，所述方法还包括：与所述胶凝材料的所述施涂大致同时地，在与所述胶凝材料相邻的层中、在不需要胶凝材料的区域施涂支撑材料，使得所述支撑材料与所述胶凝材料一起提供用于下一层的构造的工作表面；在多个区域处将结合层施涂到所述支撑层的上表面，所述多个区域的随后的层是一个胶凝材料层，或者反之亦然。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请人为“拉夫伯勒大学”、申请日为2012年10月31日、申请号为201280054134.0、专利技术名称为“输送胶凝材料的方法和装置”的申请的分案申请。
本专利技术涉及一种用于胶凝材料的沉积的新式构造技术及执行该技术的装置，这种技术可选地通过以受控方式施加“促凝剂”来进行。本专利技术还涉及一种用于多层胶凝材料的沉积的装置和技术，所述胶凝材料优选地在其沉积的位置处被进一步配给一个或多个促凝剂成分(acceleratorcompound)，由此允许在部分固化的胶凝材料上施涂其它多个层，而不会使所述材料在这些另外的一个或多个层的重量作用下过度变形。
技术介绍
快速原型技术(rapidprototyping)在过去的十年中越来越广泛地应用于各工业设计领域，从一种适用领域较窄的技术演变为提供材料选择、分辨率及各种其它要素的多种技术的主流。其中较为常用的技术是立体平版印刷、选择性激光烧结(SLS)和熔融沉积建模(FDM)，后两者都是主要使用塑胶材料的叠加式制造技术，FDM还特别用于快速制造短期或小批量的塑胶部件。
技术实现思路
本专利技术旨在将快速原型技术所提供的优点应用于产品设计及制造的领域，并将其引入构造领域，切实地提供能够“打印”由胶凝材料形成的大型复杂且不规则的物件和结构的3D打印机。目前已进行了若干次尝试来取得本专利技术所提供的一些优点，然而，所有的方案都有其缺点，且通常在能够制造的物件/结构的尺寸以及所述物件/结构的复杂性这两个方面中的任一者或两者上都非常受限制。术语“速凝剂”应被理解为包括任何能够经由催化或其它过程来加速胶凝材料的固化/凝结的材料(物质)。术语“缓凝剂”应被理解为是指使胶凝材料的固化/凝结迟缓或减慢的材料。这样可延长可加工性的开放时间(opentime)以及/或者改善可加工性的流变性、可挤压性、可打印性及可构建性。术语“胶凝材料”或“灌注材料”应被理解为包括能够以流体状态运送并随后在沉积之后变硬的一种或多种填料和粘结剂形成的任何集聚物(agglomeration)。术语“稳定的胶凝材料”是指添加了缓凝剂的胶凝材料。术语“支撑材料”是指被临时沉积以用来支撑后续的多个构造的层的材料，所述支撑材料在完成所述构造时被移除，并且可选地为针对后续的再利用而被回收/再循环。术语“结合材料(cartilagematerial，软骨材料)”和“结合层”是指这样的材料或层，其被插置于支撑层与胶凝层之间、或者覆盖于完工的表面之上、或者围绕用以使这些层更容易分离的任一内部或外部特征，使建筑部件的表面与其它流体分离(例如在固化期间使胶凝材料的水分蒸发或其它成分的损失最小化)，以提高胶凝材料的表面光洁度以及/或者使所述胶凝材料能够产生纹理饰面。这种层可以是临时的或半永久式的，或者可形成完工的部件的永久特征。术语“工作表面”不仅涉及开始构造的初始表面，而且涉及胶凝材料、支撑材料和结合材料中的任一者或所有的最上部露出层。特别针对胶凝材料与支撑材料的沉积的相互关系描述的术语“大致同时”应被宽泛地解释，因为其不太可能为任何指定的层将需要相同的量、甚至相同的胶凝材料和支撑材料的分布的情况，因此支撑材料沉积而同时胶凝材料不沉积的情形将不可避免，反之亦然，因此这个术语应被理解为推断，胶凝材料与支撑材料的所述沉积可以是同步的(尽管不要求精确的同步性)。术语“活化剂”应被理解为包括任何能够通过催化或其它工艺加速支撑材料的固化/凝结的材料。当使用术语“喷嘴”时，其应被理解为指示单个喷嘴或多个相互接近的喷嘴，因此单数应被解释为也包括复数，反之亦然。根据本专利技术的一个方案，提供了一种多层构造方法，其中，每层的构造均包括以下步骤：提供胶凝材料；将所述胶凝材料输送到喷嘴；使所述喷嘴沿预定路径转位；以及通过将所述胶凝材料从所述喷嘴挤出而将所述胶凝材料施涂到工作表面；对于所要求的每个另外的构造层，重复这些步骤，所述方法还包括：与所述胶凝材料的所述施涂大致同时地，在与所述胶凝材料相邻的层中、在不需要胶凝材料的区域施涂支撑材料，使得所述支撑材料与所述胶凝材料一起提供用于下一层的构造的工作表面；在多个区域处将结合层施涂到所述支撑层的上表面，所述多个区域的随后的层是一个胶凝材料层，或者反之亦然。其中，所述胶凝材料为稳定的胶凝材料。所述胶凝材料为混凝土材料。根据上述的构造方法还包括将速凝剂施加到所述胶凝材料的步骤。其中，所述稳定的胶凝材料还通过振动、搅拌、混合或任何其它众所周知的方法而被搅动。所述喷嘴沿所述预定路径的所述转位是由计算机控制的。所述支撑材料是砂基材料。根据上述的构造方法还包括使所述支撑材料暴露到活化剂的步骤。其中所述活化剂是气态材料，且所述支撑材料是型砂或其他可与气态材料一起设定的合适的粉状材料。根据上述的构造方法还包括使用一个或多个摄像机来捕捉与所述工作表面的表面纹理和/或变形有关的实时信息，所述信息被用来确定被施涂的当前层所必需的施涂条件。其中所述施涂条件为喷嘴尺寸、喷嘴取向、胶凝材料的流速、喷嘴转位的速度以及施加速凝剂的速率或时刻中的一个或多个。根据本专利技术的另一方案，提供一种用于执行根据任一前述权利要求所述的多层构造方法的装置，包括：胶凝材料的储存器，所述储存器功能连接至胶凝材料喷嘴；使所述胶凝材料喷嘴沿预定路径转位的装置；用于控制所述胶凝材料从所述储存器到所述胶凝材料喷嘴的流动以及将所述材料挤出所述胶凝材料喷嘴的装置，所述装置还包括：支撑材料的储存器，所述储存器功能连接至支撑材料用喷嘴；使所述支撑材料用喷嘴沿预定路径转位的装置；用于控制所述支撑材料从所述储存器到所述支撑材料用喷嘴的流动以及将所述材料挤出所述支撑材料用喷嘴的装置；结合材料的储存器，所述储存器功能连接至结合材料用喷嘴；使所述结合材料用喷嘴沿预定路径转位的装置；用于控制所述结合材料从所述储存器到所述结合材料用喷嘴的流动以及将所述材料挤出所述结合材料用喷嘴的装置，所述装置还构造为与所述胶凝材料的施涂大致同时地，在与所述胶凝材料相邻的层中、在不需要胶凝材料的区域施涂支撑材料，使得所述支撑材料与所述胶凝材料一起提供用于下一层的构造的工作表面，以及在多个区域处将结合层施涂到所述支撑层的上表面，所述多个区域的随后的层是一个胶凝材料层，或者反之亦然。上述装置还包括将速凝剂施加到所述胶凝材料的装置。上述装置还包括搅拌装置，所述搅拌装置与所述胶凝材料的储存器功能连通以及/或者与位于所述储存器与所述胶凝材料喷嘴之间的所述功能连接装置功能连通。上述装置还包括计算机控制装置，所述控制装置控制所述喷嘴的转位、所述胶凝材料的流速以及施加所述速凝剂的时刻和速率。其中所述转位装置包括机械手臂。所述机械手臂既能够使所述喷嘴沿三个独立的轴线转位，又能够使所述喷嘴沿多个轴线旋转。上述装置还包括用于将活化剂施加到所述支撑材料的装置。其中用于施加活化剂的装置包括用于将气态材料输送至支撑材料用喷嘴的装置。上述装置还包括一个或多个摄像机，所述一个或多个摄像机是不动的并且安装到机械手臂，或者能够独立地转位以跟踪所述挤出喷嘴，所述摄像机能够捕捉与纹理、形状或形态的有关信息，所述一个或多个摄像机能够将所述信息传输到所述计算机控制装置，所述计算机控制装置能够解释所述信息，并随后利用所述信息来通知对所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多层构造方法，其中，每层的构造均包括以下步骤：提供胶凝材料；将所述胶凝材料输送到喷嘴(13)；使所述喷嘴沿预定路径转位；以及通过将所述胶凝材料从所述喷嘴挤出而将所述胶凝材料施涂到工作表面(104)；对于所要求的每个另外的构造层，重复这些步骤，所述方法还包括：与所述胶凝材料的所述施涂大致同时地，在与所述胶凝材料相邻的层中、在不需要胶凝材料的区域施涂支撑材料，使得所述支撑材料与所述胶凝材料一起提供用于下一层的构造的工作表面；在多个区域处将结合层施涂到所述支撑层的上表面，所述多个区域的随后的层是一个胶凝材料层，或者反之亦然。

【技术特征摘要】
2011.11.01 GB 1118807.51.一种多层构造方法，其中，每层的构造均包括以下步骤：提供胶凝材料；将所述胶凝材料输送到喷嘴(13)；使所述喷嘴沿预定路径转位；以及通过将所述胶凝材料从所述喷嘴挤出而将所述胶凝材料施涂到工作表面(104)；对于所要求的每个另外的构造层，重复这些步骤，所述方法还包括：与所述胶凝材料的所述施涂大致同时地，在与所述胶凝材料相邻的层中、在不需要胶凝材料的区域施涂支撑材料，使得所述支撑材料与所述胶凝材料一起提供用于下一层的构造的工作表面；在多个区域处将结合层施涂到所述支撑层的上表面，所述多个区域的随后的层是一个胶凝材料层，或者反之亦然。2.根据权利要求1所述的构造方法，其中，所述胶凝材料为稳定的胶凝材料。3.根据权利要求1或2所述的构造方法，其中，所述胶凝材料为混凝土材料。4.根据权利要求书1、2或3所述的构造方法，还包括将速凝剂施加到所述胶凝材料的步骤。5.根据任一前述权利要求所述的构造方法，其中，所述稳定的胶凝材料还通过振动、搅拌、混合或任何其它众所周知的方法而被搅动。6.根据任一前述权利要求所述的构造方法，其中所述喷嘴沿所述预定路径的所述转位是由计算机控制的。7.根据权利要求1所述的构造方法，其中，所述支撑材料是砂基材料。8.根据权利要求书1所述的构造方法，还包括使所述支撑材料暴露到活化剂的步骤。9.根据权利要求8所述的构造方法，其中所述活化剂是气态材料，且所述支撑材料是型砂或其他可与气态材料一起设定的合适的粉状材料。10.根据任一前述权利要求所述的构造方法，还包括使用一个或多个摄像机来捕捉与所述工作表面的表面纹理和/或变形有关的实时信息，所述信息被用来确定被施涂的当前层所必需的施涂条件。11.根据权利要求10所述的构造方法，其中所述施涂条件为喷嘴尺寸、喷嘴取向、胶凝材料的流速、喷嘴转位的速度以及施加速凝剂的速率或时刻中的一个或多个。12.一种用于执行根据任一前述权利要求所述的多层构造方法的装置(100)，包括：胶凝材料的储存器(4)，所述储存器功能连接至胶凝材料喷嘴(13)；使所述胶凝材料喷嘴沿预定路径转位的装置(1)；用于控制所述胶凝材料从所述储存器到所述胶凝材料喷嘴(13)的流动以及将所述材料挤出所述胶凝材料喷嘴的装置(5)，所述装置还包括：支撑材料的储存器(49,36,115)，所述储存器功能连接至支撑材料用喷嘴(12)；使所述支撑材料用喷嘴沿预定路径转位的装置(1)；用于控制所述支撑材料从所述储存器(39,36)到所述支撑材料用喷嘴...

【专利技术属性】
技术研发人员：西门·奥斯汀，理查德·A·巴斯韦尔，索宇·利姆，约翰·韦伯斯特，
申请(专利权)人：拉夫伯勒大学，
类型：发明
国别省市：英国;GB