材料的离散输送制造技术

建筑3D打印技术尽管与传统的建筑实践相比有望提供成本、速度和环境效益，但由于通过软管或管道泵送水泥材料，因而效率低，材料输送往往很麻烦。本申请解决了在源和移动目的地之间一致的和离散的有效载荷输送的需要。本发明专利技术描述了一种空中缆车输送系统，该空中缆车输送系统提供从材料源到建筑3D打印机的移动目的地打印头的实时、按需和离散的材料运输。这种材料的离散输送适用于其他应用，并有益于其他应用，如所描述的。如所描述的。如所描述的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】材料的离散输送
[0001]优先权声明
[0002]本申请要求2020年4月17日提交的序列号为63/012,069的美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请通过引用全部并入本文。
[0003]领域
[0004]本申请涉及材料处理和输送。
[0005]背景
[0006]本申请公开的技术具有许多应用，范围从仓储中实践的自动化存储和取出系统(AS/RS)到当箱子在传送带上移动时将物品放入箱子或从箱子中取出物品。这项技术最初设想是为了解决大规模增材制造中的关键障碍，其也可适用于其他用途。如本文所使用的，建筑3D打印是指一种类型的大规模增材制造，其使建筑行业的许多任务能够自动化。
[0007]建筑3D打印在过去几年中越来越受到关注，但尽管它已经受到关注，但作为常规建筑的替代方案，它的接受程度很低。建筑市场的不情愿主要是由于质疑这种新方法能否比常规的建筑方法表现出经济优势。现实情况是，建筑3D打印只建造了建筑物的混凝土外壳，这只构成了一个完工结构价值的大约20％至30％。因此，任何节省都必须是由于减少了劳动力和施工速度。然而，租赁或摊销、运输、安装、操作和维护相对昂贵的机器的成本是该技术潜在用户的主要阻碍。这可能是最初出现在一个多世纪前并在过去几十年中随着许多变化而不断发展的其他技术上得到验证的自动化方法(如用自动砌砖机建造外壳结构)从未成功地展示预期的市场成功的原因。
[0008]需要注意的是，自动砌砖机使用的砖和砂浆就像手工砌砖中使用的一样。然而，在建筑3D打印的情况下，主要使用的材料的选择比常规混凝土建筑使用的材料要明显更昂贵，而且性能往往不如常规混凝土建筑使用的材料。与自动砌砖机相比，在建筑3D打印中与机器相关的费用、所用材料的较高成本和较低性能的结合，使得这种新的建造方式在市场上的流行的任务加倍地受到挑战。
[0009]建筑3D打印正在艰难地与常规混凝土建筑行业竞争，但建筑3D打印只能使用砂浆，而不能使用混凝土。在诸如手工砌砖的常规应用中使用的砂浆，是由大约一份硅酸盐水泥和三到四份沙子(即只含有大约20％的水泥)组成的混合物。然而，用于3D打印的砂浆通常具有明显较少量的沙子(按重量计为20％至50％)，因此具有50％至80％的水泥。砂量低是由于难以通过软管和其他管道泵送含砂量高的湿混合物。与建筑3D打印相比，常规的混凝土建筑使用的是真正的混凝土，它是大约一份水泥、三份沙子(细骨料)和三份砾石(大骨料)的混合物。换句话说，常规混凝土只含有按重量计约15％的水泥。
[0010]由于许多技术、经济和环境方面的考虑，混凝土在建筑施工中比砂浆有几个优点。从技术角度来看，使用更多量的砂子和砾石提高了硬化材料的尺寸稳定性，降低结构开裂的风险，并提高所建结构的长期耐久性。从经济的角度来看，包括更多量的砂子和大骨料可以减少水泥含量，而水泥是水泥基混合物中最昂贵的成分。
[0011]低水泥含量混合物的第三个优点是最终减少了所建结构的碳足迹。硅酸盐水泥的生产会产生大量的二氧化碳。因此，在水泥混合物中包括更大量的沙子和添加砾石减少了
水泥含量，从而产生了一种更环保的建筑材料。
[0012]因此，如果建筑3D打印可以使用一种与常规混凝土非常相似的材料，那么新技术将处于更好的地位，以与常规混凝土建筑竞争。然而，目前建筑3D打印中使用的唯一材料转移模式是内径为1”至2”的相对较窄的橡胶软管。较厚的软管对材料通道的阻力较小，但需要较大的弯曲半径才能到达移动的喷嘴，而且由于较厚的软管容量较大，材料在其中的流动将较慢，因此增加了材料在软管内固化的可能性。新的材料输送系统是一种优越的替代软管输送的方案，软管输送有一些缺点，包括以下段落总结的缺点。
[0013]例如，通过软管泵送含有大部分沙子的水泥混合物会导致软管经常堵塞，而通过合理直径尺寸的软管泵送含有大量集料(砾石)的混合物由于会直接堵塞因而是不可能的。随着时间的推移，用于泵送水泥材料的软管的内开口直径逐渐变得越来越小，这是因为增加了凝固的混凝土薄层。软管润滑和清洁是繁琐的，需要时间。软管的管理，即将软管连接到移动的喷嘴，并防止软管的主体与机器或建筑结构碰撞，是一个问题，而与通过它的材料的选择无关。推动磨料建筑材料通过橡胶软管涉及到大量的摩擦力，这对材料在软管内的移动产生了反抗作用。此外，可3D打印的水泥材料的高粘度大大增加和加剧了这个问题。推动粘性混凝土的典型泵选择是螺杆泵，螺杆泵通常需要非常大的三相电动马达，其消耗非常高的电量。
[0014]因此，希望开发用于输送用于建筑3D打印的水泥材料的新方法、系统和设备，其克服现有技术的这些限制和其他限制。
[0015]概述
[0016]本概述和以下详细描述应被解释为完整的公开内容的补充部分，这些部分可包括冗余主题和/或补充主题。任何一部分中的遗漏都不表明完整的申请中描述的任何要素的优先级或相对重要性。各部分之间的差异可以包括替代实施例的补充公开内容、附加细节或使用不同术语的相同实施例的替代描述，这根据相应的公开内容应该是明显的。
[0017]用于将3D打印材料从材料源运输到移动的打印头的现有空中缆车输送技术，在此有时称为“Craftram”，消除了在建筑规模的3D打印中通常用于材料输送的有问题的软管的需要。CrafTram可以运输各种各样的材料，而不管其成分如何，并且不受软管作为材料输送手段所施加的许多限制。这意味着材料可以包含任何成分，该成分可以由机器加工，以制造预期的物品。例如，运输具有高磨料砂和大砾石含量的湿的或干的水泥混合物与运输具有低砂量的砂浆混合物一样容易。
[0018]以下是CrafTram概念的一些显著优点：
[0019]CrafTram可以在应用地点快速设置，并且在打印操作期间对机器空间和建筑物围护结构的侵扰最小。
[0020]CrafTram可以运输预混合的湿材料，以便容易地供给到打印头。它还可以将预混合的干材料在即将供给至打印头之前在机器地点进行化学激活或热激活。CrafTram方法可用于在结构被3D打印时将一些部件嵌入或附加到结构。这些部件可以包括加强元件、管段、电气模块等。在打印机地点，机械臂可以从运输缆车接收这些部件，并将这些部件嵌入在正在打印的结构中或安装在正在打印的结构上。
[0021]CrafTram的另一个非常吸引人的优势是由于非常低的摩擦操作，因此它的能耗非常低。例如，在3D打印领域，操作CrafTram系统的一个或两个电动马达合计消耗不到混凝土
泵的1/20(对于选择的常规混凝土泵可以处理的材料，在输送速度类似的情况下)。
[0022]此外，CrafTram系统的使用可以容易地适用于其他应用，例如但不限于将离散的有效载荷输送到一个或更多个目的地的一维、二维或三维空间阵列中或从一个或更多个目的地的一维、二维或三维空间阵列中取出离散的有效载荷。这种系统的一个例子是将包裹存储到仓库的一个或更多个货架中和从仓库的一个或更多个货架取出，或者将离散剂量的成分输送到一个或更多个食品制备站。该应用可以超越静止本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种材料输送系统，用于将材料从至少一个材料源转移到至少一个材料目的地，其中所述至少一个材料目的地相对于所述至少一个材料源在至少一个空间维度上是可移动的，所述系统包括：缆线机构，其在所述至少一个材料源和所述至少一个材料目的地之间延伸，所述缆线机构包括：至少一根缆线；缆车，其联接到所述至少一根缆线，使所述缆车能够在所述至少一个材料源和所述至少一个材料目的地之间移动；驱动机构，其控制所述缆车沿所述缆线机构的位置；和蓄力器机构，其在所述至少一个材料目的地相对于所述至少一个材料源移动期间将所述至少一根缆线的张力维持在操作范围内。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述缆车附连到所述缆线上的某个位置，并且所述驱动机构通过选择性地卷绕或退绕所述缆线来控制所述缆车的位置。3.根据权利要求2所述的系统，其中，当所述缆车接近所述材料源或所述材料目的地时，所述驱动机构降低所述缆车的速度。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述蓄力器机构被构造为累积和分配一段长度的所述缆线，以便将所述缆线的张力维持在操作范围内。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述缆线的张力由独立的缆线张力传感器或检测所述驱动机构的功率消耗的传感器中的至少一个来测量。6.根据权利要求5所述的系统，其中，计算机将缆线张力或相对张力的变化或变化率与已知事件相关联，所述已知事件包括缆车返回的开始、有效载荷材料的添加或卸放、或所述材料输送系统的紧急故障。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述缆车在所述至少一个材料源和所述至少一个材料目的地之间穿过塔架的顶部，并且所述塔架的所述顶部处于足以避开所述缆车或所述缆线在没有所述塔架的情况下可能遇到的任何潜在障碍物的高度。8.根据权利要求7所述的系统，还包括在所述塔架的所述顶部处的机构，所述机构旋转以顺应所述材料目的地的变化位置，以便于所述缆车容易地移动到所述塔架的所述顶部和从所述塔架的所述顶部移动。9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述塔架的高度是可调节的，以确保所述缆车避开其路径中的任何障碍物，同时使所述缆车所穿过的总距离最小。10.根据权利要求1所述的系统，包括多于一个缆车，每个缆车在其自身的缆线系统上运行，所述缆线系统在空间上串联连接，并且所述串联系统最终连接在所述材料源和所述材料目的地之间，其中每对相继的缆车停在缆车对共用的材料转移点处，以将材料从一个缆车转移到另一个缆车。11.根据权利要求10所述的系统，其中，承载材料的上部缆车到达并停在用于接收材料的下部缆车的停靠位置的正上方并对准用于接收材料的下部缆车的停靠位置，并且一旦所述上部缆车和所述下部缆车停在所述材料转移点处，所述上部缆车的门打开并将材料卸放到所述下部缆车中。12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述材料是干粉末或干混合物，所述上部缆车
在所述材料转移点处稳固地停靠在所述下部缆车上方并与所述下部缆车接触，并使用稳固的打开机构来转移所述材料，以便减轻对环境的任何灰尘污染或材料损失。13.根据权利要求10所述的系统，其中，所述至少一个材料源和/或所述至少一个材料目的地中的任何一个或两者是静止的或运动的。14.根据权利要求10所述的系统，包括三个或更多个缆车，每个缆车在其自身的缆线系统上运行，并且所述缆车在单个材料转移点处会合，因此能够从多于一个材料源收...

【专利技术属性】
技术研发人员：贝罗赫，
申请(专利权)人：轮廓精造公司，
类型：发明
国别省市：