用于打印混凝土立体结构的打印头及其方法技术

本发明专利技术涉及一种用于打印混凝土制成的三维结构的打印头(1)，以及一种方法，其中这种打印头用于将混凝土材料层层迭迭地沉积在一起。根据本发明专利技术的打印头(1)配置为可在空间中移动，并将形成待制造结构的混凝土材料的各层(20a)一一地迭加，其中打印头(1)包括以下内容：一进料器(2)，配置为提供混凝土材料；一输送装置(3)，配置为从进料器(2)接收混凝土材料并将其输送；一定型部分(4)，配置为充满加压混凝土材料并至少界定待沉积层(20a)的横向尺寸；一出口部分(5)，其指向相反于打印头(1)的进料方向(A)；以及一出离防止部分(6)，其配置为防止混凝土材料沿着打印头(1)的进料方向(A)离开。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于打印混凝土立体结构的打印头及其方法
本专利技术涉及一种打印混凝土立体结构的打印头及其方法。
技术介绍
混凝土是世界上容易取得的原材料，通过合适的制造技术几乎可以自由成型。预制混凝土构件或半成品可以工业化生产，也可以在施工现场直接加工混凝土。搭建模板的工作非常繁重，因此成本很高，特别是在最终应用，即现场混凝土施工中。3D打印使在施工现场的无模板混凝土成型成为可能。3D打印领域的技术在技术上还不成熟，目前还存在很多问题。其目的是在建筑工地上的任何地点打印复杂的几何图形，如整栋房屋。所述技术已从文件US2007/0138678A1获知，其中公开胶凝材料的分层应用，这是3D打印的惯用法。在挤出胶凝材料的过程中，以未固化的状态向下离开喷嘴的出口。为使材料的外侧光滑，在喷嘴出口的下方配置板子，并起到抹光的作用，防止材料由横向于喷嘴的进料方向横向离开。当从喷嘴离开时，材料在侧板内沿进料方向和与喷嘴的进料方向相反的方向膨胀和扩散。与进料方向相反的方向扩散是通过喷嘴的前进而实现的，然后所述喷嘴的前进在与进料方向相反的方向上为从喷嘴中排出的材料产生空间。但是，在进料方向上的扩散会因材料的堆积和材料的膨胀而对沉积层的表面质量产生不利影响。特别是在一些要求精度较高的地方，比如门窗的过梁，这种情况就显得特别不利。例如，由于喷嘴的进料速度的波动，会出现材料的堆积。此外，传统应用的混凝土在一定程度上是可以流动的，并根据重力的作用向下流动，然后在各层中形成球状结构。各层之间的接缝往往只表现出相互之间较差的黏接，这就是为什么这些壁体通常比传统的一体浇筑的预制混凝土构件具有较差的特征值的原因。由于这个原因，对于根据现有技术的结构，必须进行复杂和昂贵的后处理。此外，现有技术中只有在底层有足够的强度时才会对后续的层进行打印，这使得所述技术的速度慢，并导致打印出来的混凝土元件的表面质量较差。除实心壁之外，从现有技术中还可获知形成空心体，例如，通过平行地打印2股挤压材料。此后，这种空心体可以用钢筋笼和混凝土填充。混凝土壁处没有加入任何剪力器之类的东西。因此，在填充过程中，壁面只能承受很小的内压。因此，在用现场混凝土填充空腔时，只能以较低的混凝土浇筑速度施工。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是在短时间内制造由混凝土制成的稳定结构。根据权利要求1所述的打印头可满足此目的。根据本专利技术的第一方面，提供一种用于打印由混凝土制成的三维结构的打印头，打印头配置为在空间中移动，并将一层混凝土材料沉积在另一层之上，由其形成待制造的结构。所述打印头包括：送料器，其配置为提供混凝土材料；输送装置，其配置为从送料器接收混凝土材料并进行输送；定型部分，其配置为填充加压混凝土材料并至少界定待沉积层的横向尺寸；出口部分，其指向与打印头的进料方向相反的方向，所述打印头还包括：出离防止部分，其配置为防止混凝土材料沿着打印头的进料方向离开。打印头包括送料器，使打印头在空间内可移动以供给混凝土材料。例如，可以通过混凝土泵将材料送入送料器，同时打印头在空间中移动。包括材料在内的打印头质量较小，可以使打印头在空间内精确地移动，并便于打印头的支撑。另一方面，打印头也可以在作动过程之前填充材料。输送装置可以是例如螺旋钻或泵，除将材料输送到定型部分外，还可以增加混凝土材料的压力。由于材料在压力下填充定型部分，材料可以填充在定型部分的整个宽度上，横向于打印头的进料方向或横向于待沉积层的纵向延伸方向，并在那里开始在压力下凝固。至少待沉积层的横向尺寸可以由此定型部分界定。至少就横向尺寸而言，所述材料在横截面上是被限定的，其在不改变横向尺寸下，从与进料方向相反的方向的出口部分离开开口，因为所述材料表现出良好的尺寸稳定性，特别是在水与水泥的比例较低的情况下。附加的出离防止部分可以防止混凝土材料从打印头的进料方向离开。这意谓着所述层可以沿着界定的方向沉积，并且可以防止混凝土材料在打印头前的堆积。因此可以沉积出具有良好表面质量的稳定层。打印头优选地包括压力补偿部分，其优选地配置于定型部分内。进料速度或材料稠度的波动会导致打印头的压力波动。这些压力波动可以通过压力补偿部分进行补偿，这样就可以防止因压力波动而引起的漏流或回流，并使混凝土材料以良好的表面质量从出口部分流出。压力补偿部分优选地配置在定型部分，因为材料仍然可以在该处定型。根据本专利技术的另一个方面，打印头还可以包括能量供应装置，其配置为向定型部分内的混凝土材料供应能量。通过能量供给装置可以加速材料的凝固，使材料以基本尺寸稳定的方式从出口部分离开。例如，定型部分可以通过振动单元的方式向混凝土中引导入额外的能量，从而提高放出材料后的尺寸稳定性。从而进一步提高结构的稳定性和表面质量。定型部分优选地包括可控制的造型装置，其配置为能够改变待沉积层的厚度。可控制的造型装置导致用一个相同的打印头沉积不同厚度的层成为可能。层的厚度，即层的高度，可以在层与层之间配置不同的厚度，也可以在同一层之内在层的纵向或层的宽度方向上配置不同的厚度。根据本专利技术的另一方面，造型装置可以这样的方式配置，即沿混凝土材料层的宽度方向的至少一部分形成为就层厚度而言是凹陷的。如果至少有沿层的宽度方向的一部分形成为凹陷，那么其上所述层的材料就可以很容易地流入这个凹陷部分。这样导致了相邻层之间的正向配合，其确保打印结构的良好稳定性。根据又一方面，造型装置可以配置用来形成至少在某些分段中至少间隔开并且彼此平行的两股。造型装置可以在宽度方向上有一部分完全地关闭横截面。例如，通过这种方式，可以防止混凝土在宽度方向的截面中心处流出，并且可以在一次打印过程中形成一种双壁，其中两平行的股间隔形成。造型装置优选地形成为压力补偿装置。如果造型装置能够补偿压力的波动，那么这些压力的波动可以通过层厚度的局部变化来补偿。这些层厚度的变化可以用位于其上的层来补偿。此外，打印头的复杂程度也可以通过这个方面来降低。根据另一个方面，造型装置可以包括至少一个弹性元件和至少一个翻板，其中翻板通过弹性元件连接到打印头。借助于翻板，可以通过改变翻板位置来改变层厚。弹性元件使翻板在压力波动时能相应地调整其位置。根据本专利技术的另一个方面，打印头还可以包括结合材料处理装置，其配置为用于在相邻的混凝土材料层之间沉积至少一层结合材料。结合材料能使混凝土材料的各层之间产生较好的结合力。由于打印头包括一结合材料处理装置，因此在沉积一层混凝土材料之前，可以由一个相同的打印头沉积一层结合材料。结构的稳定性基本上是通过混凝土材料层来确保，其中结合材料层确保混凝土材料层的良好结合。结合材料处理装置优选地包括一个出口部分，所述出口部分基本上向下开口。这样就可以在重力的作用下将结合材料涂抹在位于其下的混凝土层上，从而实现简单的加工。如果在打印头前部的进料方向上还设置有结合材料处理装置，接着通过打印头在结合材料层上运作，随即结合材料层就可以被抹平并均匀分布，于是结合材料就可以大部份地覆盖打印的混凝土层之间的整个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于打印由混凝土制成的三维结构的打印头(1)，所述打印头(1)配置为在空间中移动，并将形成要生产的结构的混凝土材料的各个层(20a)一个接一个地沉积，所述打印头(1)包括：一给料机(2)，其配置为提供所述混凝土材料；一输送装置(3)，配置为从所述给料机(2)接收所述混凝土材料并将其输送；/n一定型部分(4)，配置为由加压的所述混凝土材料填充，并至少界定要沉积的所述层(20a)的横向尺寸；/n一出口部分(5)，指向与所述打印头(1)的进料方向(A)相反的方向，其特征在于/n所述打印头(1)还包括：/n一出离防止部分(6)，配置为防止所述混凝土材料沿着所述打印头(1)的所述进料方向(A)离开。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181008 DE 102018217141.61.一种用于打印由混凝土制成的三维结构的打印头(1)，所述打印头(1)配置为在空间中移动，并将形成要生产的结构的混凝土材料的各个层(20a)一个接一个地沉积，所述打印头(1)包括：一给料机(2)，其配置为提供所述混凝土材料；一输送装置(3)，配置为从所述给料机(2)接收所述混凝土材料并将其输送；
一定型部分(4)，配置为由加压的所述混凝土材料填充，并至少界定要沉积的所述层(20a)的横向尺寸；
一出口部分(5)，指向与所述打印头(1)的进料方向(A)相反的方向，其特征在于
所述打印头(1)还包括：
一出离防止部分(6)，配置为防止所述混凝土材料沿着所述打印头(1)的所述进料方向(A)离开。


2.根据权利要求1所述的打印头(1)，其特征在于，所述打印头(1)包括压力补偿部分(7)，优选地在所述定型部分(4)内。


3.根据权利要求1或2所述的打印头(1)，其特征在于，所述打印头(1)还包括一能量供给装置(14)，其配置为向所述定型部分(4)内的所述混凝土材料提供能量。


4.根据前述权利要求任一项所述的打印头(1)，其特征在于，所述定型部分(4)包括一可控的造型装置(7)，配置为能够改变要沉积的所述层的厚度。


5.根据权利要求4所述的打印头(1)，其特征在于，所述造型装置(7)配置为沿着由所述混凝土材料制成的所述层(20a)的宽度方向形成至少一个相对于所述层的厚度凹陷的部分。


6.根据权利要求4所述的打印头(1)，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲力仕·范恩·林伯格，因戈·海斯曼，
申请(专利权)人：BT创新公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE