用于建筑结构增材制造机器人的用于挤出胶结材料条的系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于建筑结构的增材制造的机器人的用于挤出胶结材料条的系统，其包括：用于沉积胶结材料条的头部，称为打印头(30)，其包括入口口部(31)和出口喷嘴(34)，该出口喷嘴被构造成形成胶结材料条；用于所述打印头(30)的供应回路(20)，其包括用于储存胶结材料的储罐(10)、将所述储罐(10)连接至所述打印头(30)的供应管道(21)、以及用于所述供应管道(21)的增压泵(22)；其特征在于，所述系统进一步包括传感器(33)，该传感器用于感测在所述打印头(30)中流动的胶结侧料的压力/流量，并且适于将压力/流量测量结果传送至所述增压泵(22)，并且增压泵(22)被构造成基于由传感器(33)传送的测量结果来控制供应管道(21)的增压。

System for extruding cementitious material strips for robot of building structural additive manufacturing

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于建筑结构增材制造机器人的用于挤出胶结材料条的系统
本专利技术涉及胶结材料的增材制造。本专利技术特别涉及一种用于建筑结构的增材制造的机器人的用于挤出胶结材料股流的系统。本专利技术还涉及一种设有这种系统的用于建筑结构的增材制造的机器人。
技术介绍
胶结材料的3D打印是用于胶结材料的增材制造的一个行业分支，其在建筑和施工领域中的应用看起来是众多且有前途的。实际上，胶结材料的3D打印显现出能够提供超过传统技术的许多优点，特别是包括通过添加胶结材料的连续层而能够生产复杂形状的可能性、施工操作的速度、降低的成本和人力、改善的施工场所安全性，等等。对胶结材料的3D打印的掌握需要在流体力学、力学、电子学和土木工程领域中的技能。贯穿本文，术语“建筑结构”指的是单独的结构元素(桥梁、立柱、墙壁、公共设施等)、完整结构(建筑物、房屋、公寓楼等)和各种建筑部件(艺术作品、雕塑等)。旨在用于制造建筑结构的胶结材料的挤出涉及：胶结物打印头，其包括用于胶结材料的入口和用于胶结材料的出口的喷嘴；以及用于向打印头供应胶结材料的回路，其包括胶结材料储罐、连接储罐与打印头的入口的管道、以及用于用来自储罐的胶结材料填充管道的泵。胶结材料的3D打印的困难之一在于以下事实：胶结材料必须以与泵送该材料相兼容的流变状态提供，即材料必须有足够的流动性，以能够从储罐泵送并输送至出口喷嘴，而其状态必须在出口喷嘴的下游非常粘稠(即，较少流动性)，以能够形成能够支撑下一层的自支撑层。胶结物打印系统已经存在。这样一来，已经发现，所提出的系统尤其不允许在打印的产品(所生产的结构)中存在过多的悬突部，否则打印操作大大减慢(这造成了不连续性)，或者否则需要添加临时加强物(这减慢了打印并使打印复杂化)。先前解决方案的困难的原因之一在于以下事实：胶结材料处于接近其泵送极限的状态同时具有足以使其不松垂的剪切阈值。对材料的这种约束需要通过限制机器人的输出和速度来对制造部件的打印速度进行严格约束，并因此将所生产部件的复杂性限制于挤出材料的强度。
技术实现思路
因此，专利技术人寻求提供一种用于挤出胶结材料的系统，该系统使得可以解决现有解决方案的至少一些缺点，目的在于能够提供复杂部件而不影响打印性能。特别地，专利技术人寻求提供一种允许使用类似于传统技术背景中浇筑的材料(特别是在强度方面)的胶结材料而不需要存在模具或模板的解决方案。本专利技术还旨在在至少一个实施例中提供一种用于挤出胶结材料的系统，该系统使得可以制造复杂的建筑部件或结构部件。本专利技术还旨在在至少一个实施例中提供一种允许连续且均匀地分配材料的挤出系统。本专利技术还旨在在至少一个实施例中提供一种挤出系统，其允许打印具有悬突部的部件，然而这并不导致打印速度的减慢。本专利技术还旨在在至少一个实施例中提供一种挤出系统，其允许以精确、稳定和可重复的方式且低成本地制造建筑或结构部件。本专利技术还旨在提供一种设置有根据本专利技术的胶结物挤出系统的机器人。为此，本专利技术涉及一种用于建筑结构的增材制造的机器人的用于挤出胶结材料股流的系统，包括：-用于分配胶结材料股流的头部，称为打印头，其包括用于胶结材料的入口的口部以及设计成形成胶结材料股流的出口喷嘴，-用于将胶结材料供应到所述打印头的回路，所述回路包括胶结材料储罐、连接所述储罐和所述打印头的管道、以及用于用来自所述储罐的胶结材料填充所述供应管道的泵，-传感器，其用于检测在所述打印头中流动的所述胶结材料的压力/流量，该传感器适于将压力/流量测量结果传送到所述填充泵，所述填充泵被设计成基于由所述传感器传送的测量结果来控制供应管道的填充。根据本专利技术的系统的特征在于，所述分配头进一步包括：-混合室，其布置在所述出口喷嘴的上游，并且掺合装置引入到所述混合室中，所述掺合装置适于在通过所述出口喷嘴喷射所述胶结材料股流之前注入改变胶结材料的特性的掺合物，-动态混合器，其设计成能够在所述混合室中混合所述胶结材料和由所述掺合装置提供的所述掺合物，-偏心螺杆计量泵，其设计成能够将胶结材料从打印头的入口口部输送至所述混合室。因此，根据本专利技术的系统使得可以将胶结材料从储罐输送到打印头，同时监测和控制胶结材料的流量和压力。因此，本专利技术使得可以在进入打印头的入口处将胶结材料的压力维持在预定值范围内，例如在2巴与6巴之间。对打印头中的胶结材料的压力和流量的这种控制允许通过出口喷嘴连续且均匀地分配胶结材料股流。因此，利用根据本专利技术的系统，可以在不对材料施加特定约束(除了供应打印头的喷嘴的胶结材料的压力和流量之外)的情况下快速地获得复杂部件。填充泵的控制还使得可以纠正股流挤出过程中的任何几何缺陷。此外，根据本专利技术的挤出系统包括掺合装置，该掺合装置在所述出口喷嘴的上游连接到所述打印头，以便能够在通过所述出口喷嘴喷射所述胶结材料股流之前注入改变胶结材料的特性的掺合物。因此，这样的系统使得可以通过在出口喷嘴上游添加掺合物来改变胶结材料的性质，以便能够使从出口喷嘴喷射的胶结材料适配于待制造的建筑结构的需求。因此，利用根据本专利技术的系统，可以将胶结材料在与优化泵送相兼容的状态下输送到打印头，并且仅在喷嘴出口处分配层之前改变其物理性质(例如其流变性、表面活性剂强度、塑性、稳定性、触变性等)。因此，利用根据本专利技术的系统，可以在喷嘴出口处分配各层胶结材料，其具有接近于在传统构造技术的背景中使用的胶结材料的特性。换句话说，根据本专利技术的系统使得可以在系统的入口(储罐)处使用处于第一流变状态的胶结材料，以受控方式将该材料输送到打印头，该打印头本身旨在附接到3D打印定位系统(比如关节臂)，并且通过添加掺合物而在该输送期间改变材料的流变状态。因此，根据本专利技术的系统使得可以监测和控制打印头的出口处的材料的状态(流变性、流量、压力)。此外，打印头包括与动态混合器相关联的混合室，用于在出口喷嘴的上游均质地混合胶结材料和掺合物。通过偏心螺杆计量泵将胶结材料引导到混合室，所述偏心螺杆计量泵允许材料以恒定流量输送到该室，而不会引起脉动。此外，所述泵使得可以减少由填充泵产生的任何脉动。有利地并且根据本专利技术，填充泵是偏心螺杆泵，以便限制供应管道中的脉动。然而，在其它实施例中，填充泵可以是蠕动泵、活塞泵，并且通常是适于输送胶结材料并且在压力/流量方面受控的任何泵。有利地并且根据本专利技术，所述动态混合器包括：至少一个轴杆，其纵向延伸到混合室中并承载沿着轴杆分布的径向指状件；以及马达，其设计成能够旋转所述轴杆，以便能够提供胶结材料与掺合物的均质混合物。根据该有利变型的系统使得可以获得胶结材料与掺合物的均质混合物。沿着混合器的轴杆分布的径向指状件的存在允许材料颗粒均匀地分布在混合室中。根据一种变型，混合器包括两个平行臂，每个臂包括径向指状件，以便形成“打蛋器”类型的元件。混合器马达可以被控制，以便在打印期间反转其轴或多个轴的旋转方向。有利地并根据本专利技术，所述掺合装置包括至少一个掺合针，所述掺合针在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于建筑结构的增材制造的机器人的用于挤出胶结材料股流的系统，包括：/n-头部，用于分配胶结材料股流，称为打印头(30)，所述打印头包括用于胶结材料的入口的口部(31)以及设计成形成胶结材料股流的出口喷嘴(34)；/n-回路(20)，用于将胶结材料供应至所述打印头(30)，所述回路包括胶结材料储罐(10)、连接所述储罐(10)和所述打印头(30)的胶结材料供应管道(21)、以及用于用来自所述储罐(10)的胶结材料填充所述供应管道(21)的泵(22)；/n-传感器(33)，用于检测在所述打印头(30)中流动的所述胶结材料的压力/流量，所述传感器适于将压力/流量测量结果传送到所述填充泵(22)，所述填充泵(22)被设计成基于由所述传感器(33)传送的测量结果来控制供应管道(21)的填充，/n其特征在于，所述分配头进一步包括：/n-混合室(35)，其布置在所述出口喷嘴(34)的上游，并且掺合装置(40)引入到所述混合室中，所述掺合装置适于在通过所述出口喷嘴(34)喷射所述胶结材料股流之前注入改变胶结材料的特性的掺合物(34)，/n-动态混合器(36)，其设计成能够在所述混合室(35)中混合所述胶结材料和由所述掺合装置(40)提供的掺合物，/n-偏心螺杆计量泵(51)，其设计成能够将胶结材料从所述打印头的入口口部(31)输送至所述混合室(35)。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170614 FR 17553801.一种用于建筑结构的增材制造的机器人的用于挤出胶结材料股流的系统，包括：
-头部，用于分配胶结材料股流，称为打印头(30)，所述打印头包括用于胶结材料的入口的口部(31)以及设计成形成胶结材料股流的出口喷嘴(34)；
-回路(20)，用于将胶结材料供应至所述打印头(30)，所述回路包括胶结材料储罐(10)、连接所述储罐(10)和所述打印头(30)的胶结材料供应管道(21)、以及用于用来自所述储罐(10)的胶结材料填充所述供应管道(21)的泵(22)；
-传感器(33)，用于检测在所述打印头(30)中流动的所述胶结材料的压力/流量，所述传感器适于将压力/流量测量结果传送到所述填充泵(22)，所述填充泵(22)被设计成基于由所述传感器(33)传送的测量结果来控制供应管道(21)的填充，
其特征在于，所述分配头进一步包括：
-混合室(35)，其布置在所述出口喷嘴(34)的上游，并且掺合装置(40)引入到所述混合室中，所述掺合装置适于在通过所述出口喷嘴(34)喷射所述胶结材料股流之前注入改变胶结材料的特性的掺合物(34)，
-动态混合器(36)，其设计成能够在所述混合室(35)中混合所述胶结材料和由所述掺合装置(40)提供的掺合物，
-偏心螺杆计量泵(51)，其设计成能够将胶结材料从所述打印头的入口口部(31)输送至所述混合室(35)。


2.根据权利要求1所述的挤出系统，其特征在于，所述动态混合器(36)包括：至少一个轴杆(37)，其在称为纵向方向的方向上延伸到所述混合室(35)中，并且承载沿着所述轴杆(37)分布的径向指状件(38)；以及马达(39)，其设计成能够旋转所述轴杆(37)，以便能够提供胶结材料和掺合物的均质混合物。


3.根据权利要求2所述的挤出系统，其特征在于，所述掺合装置(40)包括至少一个掺合针(42)，所述掺合针在掺合方向上引入到所述混合室(35)中，所述掺合方向与所述纵向方向形成0°与90°之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普·鲁克斯，阿尔班·马勒特，查尔斯·布伊苏，马赫里兹·阿哈万·扎克里，劳伦特·布兰切特，菲利普·莫雷尔，克莱门特·戈瑟林，娜佳·高迪利埃，罗曼·杜巴莱，
申请(专利权)人：爱克斯公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR