CC BY
90
УДК 66.001.5:693.546
DOI: 10.30838/J.BPSACEA.2312.261119.91.593
УДОСКОНАЛЕННЯ ОБЛАДНАННЯ 3Б-ДРУКУ ОБ'СКТШ
1 *
ШАТОВ С. В.1 , д. т. н, доц., САВИЦЬКИЙ М. В.2, д. т. н, проф, МАРЧЕНКО I. О.3
'* Кафедра будгвельних та дорожнiх машин, Державний вищий навчальний заклад "Придтпровська державна академш будгвництва та архггектури", вул. Чернишевського, 24-а, 49005, Дншро, Укра!на, тел. +38 (056) 756-33-47, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0002-1697-2547
2 Кафедра занзобетонних та кам'яних конструкцш, Державний вищий навчальний заклад "Придтпровська державна академш будгвництва та архiтектури", вул. Чернишевського, 24-а, 49005, Дншро, Укра!на, тел. +38 (0562) 47-02-98, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0001-0002-0003
3 Кафедра залiзобетонних та кам'яних конструкцш, Державний вищий навчальний заклад "Придтпровська державна академ1я будшництва та архггектури", вул. Чернишевського, 24-а, 49005, Дншро, Укра!на, тел. +38 (0562) 47-44-17, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0003-4664-8809
Анотащя. Постановка проблеми. Рiзнi сфери виробництва застосовують шновацшш будiвельнi технологи, направлен на полiпшення якостi житла та зменшення його вартостi, зведення сучасних промислових споруд. Цi технологи передбачають практичне використання досягнень в 1Т-сфер^ як1 забезпечують новiтнiй напрямок у розвитку будiвельних кластерiв i розробленнi стартапiв. До таких технологш належать 3D-друку об'eктiв рiзного призначення. 3D-друку - це процес вщтворення реального об'екту за зразком 3D-моделi. В основi технологи 3D-друку лежить принцип пошарового створення твердо! модель 3D-принтер дозволяе виводити тривимiрну шформащю, тобто створювати певнi фiзичнi об'екти. У будiвництвi 3D-друку вимагае створення технологш, матерiалiв, ефективного обладнання, нормативно! бази. Мета досл^ження - розвиток шновацшно! технологи 3D-друку в будiвництвi для створення новiтнiх стартапiв у цш галузi. Результати досл^ження. 1нновацшний проект 3D-друку будiвельних об'ектiв пов'язаний з удосконаленням обладнання. Розроблено 3D-принтер у виглядi мостово! конструкцi! з поворотним маншулятором та рiзнi види головок 3D-принтерiв: з дек1лькома екструдерами, встановленими на рiзних рiвнях; з рухомим середшм екструдером для укладання елементiв жорсткостi мгж зовнiшнiми та внутршшми стiновими конструкцiями будiвель; з можливютю регулювання параметрiв шарiв сировини, що укладаеться. Висновок. Iнновацiйнi будiвельнi технологi!, зокрема, 3D-друку об'ектiв, направлеш на полшшення якостi житла та зменшення його вартосп, зведення сучасних промислових споруд. Розглянуто рiзнi типи будiвельних 3D-принтерiв, як1 мають недолiки та вимагають удосконалення. Розроблено перспективш конструкцi! 3D-принтерiв та !х складових частин, як1 передбачають розширення технолопчних властивостей обладнання та п1двищення продуктивность
Ключовi слова: 3D-dpyKy 6ydieenbHux o6'eKmie; 3D-npuHmep; ефективне обладнання
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ 3Б-ПЕЧАТИ ОБЪЕКТОВ
1 *
ШАТОВ С. В.1 , д. т. н, доц., САВИЦКИЙ Н. В.2, д. т. н., проф, МАРЧЕНКО И. А.3
'* Кафедра строительных и дорожных машин, Государственное высшее учебное заведение «Приднипровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, 49005, Днипро, Украина, тел. +38 (056) 756-33-47, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0002-1697-2547
2 Кафедра железобетонных и каменных конструкций, Государственное высшее учебное заведение «Приднипровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, 49005, Днипро, Украина, тел. +38 (0562) 47-02-98, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0001-0002-0003
3 Кафедра железобетонных и каменных конструкций, Государственное высшее учебное заведение «Приднипровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, 49005, Днипро, Украина, тел. +38 (0562) 47-44-17, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0003-4664-8809
Аннотация. Постановка проблемы. Различные отрасли производств используют инновационные строительные технологии, направленные на улучшение качества жилья и уменьшение его стоимости,
возведение современных промышленных сооружений. Эти технологии предусматривают практическое использование достижений в ИТ-сфере, которые обеспечивают новейшее направление в развитии строительных кластеров и разработке стартапов. К таким технологиям относится 3D-печать объектов различного назначения. 3D-печать - это процесс воспроизводства реального объекта по образцу 3D-модели. В основе технологии 3D-печати лежит принцип послойного создания твердой модели. 3D-принтер позволяет выводить трехмерную информацию, то есть создавать определенные физические объекты. В строительстве 3D-печать требует создания технологий, материалов, эффективного оборудования, нормативной базы. Цель исследования - развитие инновационной технологии 3D-печати в строительстве для создания новейших стартапов в этой области. Результаты исследования. Инновационный проект 3D-печати строительных объектов связан с совершенствованием оборудования. Разработан 3D-принтер в виде мостовой конструкции с поворотным манипулятором, различные виды головок 3D-принтеров: с несколькими экструдерами, установленными на разных уровнях; с подвижным средним экструдером для укладки элементов жесткости между внешними и внутренними стеновыми конструкциями зданий; с возможностью регулировки параметров слоев уложенного сырья. Вывод. Инновационные строительные технологии, в частности 3D-печать объектов, направлены на улучшение качества жилья и уменьшение его стоимости, возведения современных промышленных сооружений. Рассмотрены различные типы строительных 3D-принтеров, которые имеют недостатки и требуют усовершенствования. Разработаны перспективные конструкции 3D-принтеров и их составных частей, которые предусматривают расширение технологических свойств оборудования и повышения производительности.
Ключевые слова: 3D-печать строительных объектов; 3D-принтер; эффективное оборудование
IMPROVEMENT OF 3D PRINTING OBJECT EQUIPMENT
SHATOV S.V 1*, Dr. Sc. (Tech.), Ass. Prof, SAVYTSKYI M.V.2, Dr. Sc. (Tech.), Prof, MARCHENKO I.O.3
'* Department of Construction and Road Machines, State Higher Education Institution "Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture", 24-a, Chernyshevskoho St., 49600, Dnipro, Ukraine, tel. +38 (056) 756-33-47, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0002-1697-2547
2 Department of Reinforced Concrete and Stone Structures, State Higher Education Institution "Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture", 24-a, Chernyshevskoho St., 49600, Dnipro, Ukraine, tel. +38 (0562) 47-02-98, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0001-0002-0003
3 Department of Reinforced Concrete and Stone Structures, State Higher Education Institution "Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture", 24-a, Chernyshevskoho St., 49600, Dnipro,Ukraine, tel. +38 (0562) 47-44-17, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0003-4664-8809
Abstract. Problem statement. Various industries use innovative building technologies aimed at improving the quality of housing and reducing its cost, the construction of modern industrial facilities. These technologies provide for the practical use of achievements in the IT sector, which provides the latest direction in the development of building clusters and the development of startups. These technologies include 3D printing of objects for various purposes. 3D printing is the process of reproducing a real object following the model of a 3D model. The technology of 3D printing is based on the principle of layer-by-layer creation of a solid model. 3D printer allows you to display three-dimensional information, that is, to create certain physical objects. In construction, 3D printing requires the creation of technologies, materials, efficient equipment, and a regulatory framework. Purpose. The development of innovative 3D printing technology in construction to create the latest startups in this field. The results of the study. An innovative project for 3D printing of construction sites is associated with the improvement of equipment. Designed 3D printer in the form of a bridge structure with a rotary manipulator. Various types of 3D printer heads have been developed: with several extruders installed at different levels; with a movable middle extruder for laying stiffeners between the external and internal wall structures of buildings; with the ability to adjust the parameters of the layers of laid raw materials. Conclusion. Innovative construction technologies, in particular 3D printing of objects, are aimed at improving the quality of housing and reducing its cost, the construction of modern industrial buildings. This technology provides for the practical use of achievements in the IT field, which provides the latest direction in the development of building clusters and the development of startups. Various types of 3D construction printers are considered, which have drawbacks and require improvement. Promising designs of 3D printers and their components have been developed, which provide for the expansion of technological properties of equipment and increase productivity.
Keywords: 3D- printing of building objects; 3D printer; efficient equipment
Постановка проблеми. Р1зт сфери виробництва застосовують шновацшш буд1вельн1 технологП, направлен! на полшшення якост1 житла та зменшення його вартосл, зведення сучасних промислових споруд. Ц1 технологП передбачають практичне використання досягнень в IT-сфер1, як1 забезпечують новишй напрямок у розвитку буд1вельннх кластер1в i розробленн1 стартап1в. До таких технологш належить 3Э-друку об'ект1в р1зного призначення. 3Э-друку (3В-принтинг) - це процес в1дтворення реального об'екта за зразком 3Э-модель На в1дм1ну вгд звичайного принтера, який виводить шформащю на аркуш паперу, 3Э-принтер дозволяе виводити тривим1рну 1нформац1ю,
тобто створювати певш ф1зичн1 об'екти. В основ1 технологП 3Э-друку лежить принцип пошарового створення
(вирощування) твердо! модел1. У буд1вництв1 3Э-друку вимагае створення технологш, матер1ал1в, ефективного обладнання, нормативно! бази.
Аналiз публжацш. 3Э-друку може здшснюватися р1зними способами i з використанням р1зних матер1ал1в. На раз1 3Э-принтер знаходить свое застосування в багатьох сферах виробництва (рис. 1): р1зномаштш макети, елементи
машинобудування, арх1тектура, елементи штер'еру, р1зн1 детал1, харчова промисловють, медицина, в1йськова справа тощо [1; 2; 12; 14].
г (d)
д (e)
е (f)
Рис. 1. Використання 3В-друку в промисловост1: а - машинобудування; б - медицина; в - дизайн; г - харчова; д - вшсъкова справа; е - архтектура /
Fig. 1. Use of 3D printing in industry: a - mechanical engineering; b - medicine; c - design; d - food; e - military affairs; f - architecture
До основних технологш 3Э-друку належать [2; 3]:
- Пошарове виробництво об'екта, яке полягае в розкроюванш променем лазера листових р1зномаштних матер1ал1в (пашр, ламшат, металева фольга, керамжа), а пот1м нагр1ваються валики та склеюють отримаш шари один з одним (рис. 2, а). До недолтв можна в1днести: грубу поверхню вироб1в, можливють розшарування i помилок при
повному обсяз1 прор1заного аркуша (зшсоваш шари видаляють).
- Моделювання методом плавлення - це технолопя тривим1рного друку, за яко! створення об'екта в1дбуваеться
розплавленням нитки пластика, яка через екструдер подаеться на робочу поверхню, де застигае. Надрукувавши перший шар, робоча платформа спускаеться i процес починаеться заново (рис. 2, б).
а
-Лжзи
Лазер
Руном е дзеркало Промянь лазера €мшстъ
Розр^внювач ПГдйомник
в (с)
, Р1дка клейка скл адова
Поршень подач(
Поршень платформ и
д (e)
6(b)
Лазер
Подача
ПОрОШКЭу^^^^
Рухома ^ основа подач i порошка
Промжь лазера
Модель
Порошок
Поршень
Рухома основа робочоТ камери
Поршень
г(с1)
СВГГОВИЙ nOTÎK
Струйна головка друку Продукт ■Порошок
Фотопол1глер
е f
Рис. 2. ТвхнологИ' 3D-друкування: а - пошарове виробництво об'екта: 1 - фольга; 2 - ролик 1з пгдггргвом; 3 - лазерний промгнь; 4 - сканувальна призма;5 - лазерний пристрш; 6 - шари; 7 - пересувна платформа; 8 - залишки; б - моделювання методом плавлення;в - 3D-принтeр 1з технологгею друкування лазерно! стереолгтографИ'; г - друкування методом селективного лазерного сткання; д - 3D-принтeр 1з технологгею стереоскотчного друкування; е - друкування методом спгкання фотополгмера / Fig. 2. 3D printing technologies: a - layered production of the object: 1 - foil; 2 - heated roller; 3 - laser beam; 4 - scanning prism; 5 - laser device; 6 - balls; 7 - mobile platform; 8 - residues; b - modelling by melting method; c - 3D printer with laser stereolithography printing technology; d - printing by selective laser sintering; e - 3D printer with stereoscopic printing technology;
f - printing by sintering photopolymer
Це едина технология «вирощування» 3D- термопластики, яю можуть витримувати об'екпв, що використовуе промислов1 високу температуру i мехашчш
навантаження. Пошарова побудова дозволяе отримувати деталi складно! геометри. У методу такi мiнуси: пластик плавиться i поширюеться на вс боки, тому моделi мають виражену рельефну поверхню, пiд час обробляння яко! втрачаеться точнiсть об'екта.
- Стереолтограф1я - це технолопя тривимiрного друку, коли фотополiмер у рщкому станi за ди свiтлового випромшювання лазера змiнюе сво! фiзичнi властивосп i твердне (рис. 2, в). Тривимiрний об'ект вирощуеться шар за шаром, товщина якого становить у середньому 0,1 мм, що забезпечуе високу яюсть друку. Недолiки технологи - значна вартють обладнання i мала швидкiсть друку (кiлька мiлiметрiв на годину).
- Селективне лазерне сткання подiбне до попередньо! технологи, але сировиною слугуе порошкоподiбний термопластичний матерiал, який пошарово спiкаеться лазером (рис. 2, г). Порошок у робочш камерi розiгрiваеться до температури, близько! до плавлення, розрiвнюеться, i променем лазера на ньому промальовуеться необхiдний контур. У мющ контакту променя i порошку частки плавляться i спiкаються мiж собою i з попереднiм шаром. Потсм платформа опускаеться на товщину одного шару, в камеру насипаеться новий шар порошку, розрiвнюеться, i процес повторюеться. Технологiя характеризуеться високою швидкiстю друку (до 35 мм/год), але вимагае значного часу тдготовки до роботи, для на^вання порошку i стабшзаци температури, а отриманi моделi мають пористу i шорстку структуру.
- Стереоскотчний друк - метод, який базуеться на струменевш технологи. Принтери подiбноi конструкци забезпечуються двома iнгредiентами порошкоподiбноi маси i рiдкою речовиною (рис. 2, д). Робоча камера кожного принтера складаеться з двох частин: перша - камера подачi порошку, а друга - це камера побудови, в якш вирощуеться необхщна 3D-модель. Спочатку по всш площиш камери побудови рiвномiрно розподiляеться потрiбний матерiал. Потiм на тонкий
перший шар наноситься спещальна сполучна речовина, яка склеюе все частки матерiалу мiж собою. Пiсля того, як на платформу був нанесений клей, вони змщуються. При цьому платформа подае камери вгору, а платформа област побудови опускаеться вниз. Зсув повинен вщбуватися на однакову висоту. Вщразу ж тсля зсуву головка знову починае свш рух, нарощуючи модель.
- Сткання фотопол1мера - цей метод заснований на тому, що спещальним тонером на склянш пластиш повинен бути створений шаблон певно! моделi (рис. 2, е). Над тонким шаром фотополiмеру, що мютиться на робочому столi, розмщуеться створена фотомаска, яка в подальшому повинна експонуватися ультрафiолетовою лампою.
Вщповщний використовуваному
шаблону шар фотополiмеру твердне, а ва рiдкi залишки при цьому видаляються. На наступному етат ва порожнини повиннi бути заповнеш розплавленим воском, який досить швидко застигае. По^м процес знову повторюеться, але при цьому вже створюеться шаблон для наступного шару.
Перевага технологи в тому, що процес у будь-який момент можна призупинити, а по^м вщновити з того ж мюця (це актуально, коли потрiбно видалити дефектш шари або забруднення). Принтер створюе моделi з рушшними складовими частинами. Недолiки принтера: значний шум i велика маса; постшна присутнiсть оператора.
Будiвельний 3D-принтер [11; 13] використовуе технологiю екструдування, коли кожен новий шар будiвельного матерiалу видавлюеться з принтера поверх попереднього (рис. 3).
Рис. 3. Процес укладання матерiалу / Fsig. 3. Loaders with work equipment
Буд1вельш принтери подшяються на дв1 групи: принтери, як друкують буд1влю повшстю (рис. 4, а, б), i ri, що друкують окрем1 конструктивнi елементи (рис. 4, в, г), використовуваш для зведення об'екпв.
Рис. 4. ЗО-друкування будiвельних od'exmie: а — 6ydieenbHuû ЗО-принтер; б — зведена будгвля; в — друкування конструкцш; г — монтаж друкованих бyдiвельнuх конструкцш / Fig. 4. 3D printing of building objects: a — 3D construction printer; b — erected building; c — printing designs; d — installation of ^printed building structures
3D-друку будiвельних об'екпв - це нова технолопя зведення будiвель i споруд [3; 4], що дозволяе в найкоротшi термши звести житло за iндивiдуальним проектом iз використанням рiзних матерiалiв.
Застосування пришив для друку окремих елементiв конструкцш в умовах виробництва дозволяе виключити сезоннiсть будiвництва, тобто друкувати частини будiвель, витримувати !х у складських примiщеннях до набиранням мiцностi бетоном i пiсля цього складання !х на будiвельному майданчику (рис. 4, г).
У процес створення готових об'ектiв задiянi мiнiмально двое людей: оператор (безпосередньо керуе принтером) i робгтник (готуе сушш, армуе вироби у процес друку, готуе обладнання до використання на початку i кiнцi змiни). Кiлькiсть робiтникiв залежить вiд розмiрiв обладнання i складност технологiчного процесу, що залежить вщ конструктивних рiшень виготовленого об'екта.
Принтери для 3D-друку (рис. 5) мають рiзнi габаритш розмiри i масу, наприклад, принтер формату 12 х 12 метрiв, призначений для друку елементiв будiвель, предметов ландшафтного дизайну висотою до 3 метрiв - великогабаритна 120-тонна конструкщя (рис. 5, а).
Для друку окремих конструкцш у закритих примщеннях застосовують малоформатнi принтери з емшстю накопичувача головки 18...32 лiтрiв, габаритами 4 х 6 метрiв i масою 620 кг (рис. 5, б, г). На даному етат конструкцп принтерiв дозволяють створювати малоповерховi будiвлi рiзних конфiгурацiй iз застосуванням рiзних сумiшей.
Перед початком будiвництва з використанням 3D-друку рацюнально змоделювати форму споруди i вщпрацювати технологiчний процес друкування об'екта. Це проводиться обладнанням малого формату з використанням реальних будiвельних сумiшей, що дозволяе перевiрити прийнятi проектнi арх1тектурно-конструктивнi рiшення.
Реальнi будiвельнi сумiшi на основi гiпсу використовують для друку моделi
6уд1вл1, а цементш сум1ш1 створюють вироби, призначеш для експлуатацп поза примщеннями. На моделях вщпрацьовують процес горизонтального i вертикального армування, установки каркаав усередину
порожнин стш, прокладання комунiкацiи. Важливий аспект у тому, що надрукованi зразки зручш для проведення лабораторних дослщжень за тими чи iншими параметрами.
в (с)
Рис. 5. Буд1еельт принтери: а - формату 12 х 12 м; б - формату 4,1 х 2,5 м; в - формату 8 х 12 м; г - формату 6,2 х 3,5 м,
Fig. 5. Construction printers: a - 12 x 12 meters; b - 4.1 x 2.5 meters; c-format 8 x 12 meters; d - format 6.2 x 3.5 meters
Останшм часом почали випускати 3D- принтери з нагштанням сумiшi в екструдер бетононасосами, що значно тдвищило !х продуктившсть (рис. 6).
Мета дослщження - розвиток шновацшних технологий в будiвництвi для створення нов^шх стартатв у цш галузг
Результати дослщження. 1нновацшний проект 3D-друку будiвельних о6'eктiв пов'язаний з удосконаленням обладнання. Для будiвництва о6'eктiв значного обсягу розроблено 3D-принтер у виглядi рухомо! конструкцп 1-3 з манiпулятором 7. На манiпуляторi 7 встановлено бункер 19 (рис. 7). На металевш конструкцп [5] закрiплено тру6опровiд 20, за допомогою якого бетон подасться вiд бетононасоса, що встановлюеться поруч з опорами 1 та 2, у
бункер 19. У насос бетон доставляеться з бетонних заводiв бетоновозами.
Puc. 6. EydieenbHi npuHmepu 3 нагнiтанннм cyMirni y eKcmpydep 6em0H0Hac0caMu / Fig. 6. Construction printers with injection of a mixture into the extruder with concrete pumps
Перемщенням в1зка 4, балки 5 та платформи 6 маншулятор 7 установлюеться на початкове положення подач1 бетону. Робочим телескошчним обладнанням 8 та головкою друку 9 вщповщно до комп'ютерно! програми виконуеться подача бетону та формування буд1вельного об'екта. Вертикальне перемщення поворотного маншулятора 7 здшснюеться приводом 13.
шдвищення продуктивност1 процесу друку (рис. 8, б, в);
Рис. 7. Принтер iз 6уд1велъним мантулятором:
1, 2 — опори; 3 — Micm; 4 — вгзок; 5 — балка; 6 — платформа; 7 — мантулятор; 8 — телескотчне
обладнання; 9 — головка друку; 10 — кабша; 11 — зубчаста рейка; 12 — шестерш; 13 — привод шестеренъ; 14 — гусеничш вгзки; 17 — вантажний вiзок; 18 — гакова тдвжка; 19 — приймалъний бункер;
20 — тру6опровiд / Fig. 7. Printer with construction manipulator: 1, 2 — supports; 3 — a bridge; 4 — the cart;
5 — beam; 6—platform; 7 — the manipulator; 8 — telescopic equipment; 9 — print head; 10 — cabin;
11 — gear rack; 12 — gears; 13 — gear drive; 14 — caterpillar carts; 17 — cargo trolley; 18 — hook suspension; 19 — receiving hopper; 20 — a pipeline
Розроблен) конструкцп головок (рис. 8), як дозволяють: шдвищити продуктившсть 3D-друкування об'екпв, технолопчш можливосп процесу, використовувати р1зноманггш буд1вельш матер1али та реал1зувати складш архггектурш ршення. Головки можуть бути:
- з рухомим середшм екструдером [9], для укладання елеменпв жорсткосп та утеплювача м1ж зовшшшми та внутр1шшми стшовими конструкщями буд1вель (рис. 8, а);
- з декшькома екструдерами [6; 8], встановленими на р1зних р1внях для
а L1
6(b)
в (С)
г (d)
Рис. 8. Головки для 3П-друку 6удiвелъних об'ект1в:
а, б, в — з дектъкома екструдерами; ' — з поворотним екструдером; 1, 2, 3 — екструдери;
4, 5 — важел1; 6 — привод; 7, 8, 9 — шари бетону; 10 — тяга; 11 — в1съ /Fig. 8. Heads for 3D printing of building objects: a, б, в — with several extruders;
г — with a rotary extruder; 1, 2, 3 — extruders; 4, 5 — levers; 6 drive; 7, 8, 9 — layers of concrete; 10 — thrust; 11 — axis
- з поворотним екструдером [7] i3 метою регулювання параметрiв шарiв сировини, що укладасться (рис. 8, г).
Суттевий недолш вiдомих головок полягае в тому, що вони мають задану форму вихщного отвору екструдера (прямокутну - для прямих дшянок виробiв або круглу - для криволшшних). Це обмежуе використання та ефектившсть роботи цього обладнання для 3D-друку будiвельних виробiв складно! форми.
У головщ (рис. 9), яка мiстить корпус для сумiшi 3i шнеком та екструдер, останнш
виконаний i3 двома вихщними отворами прямокутно! та кругло! форм, розташованими послiдовно, причому корпус оснащений керованим розподшьником сумiшi. Це дозволяе виконувати укладання бетону з рiзною траекторiею руху головки.
Головка мютить корпус 1 з порожниною 2 i шнеком 3 й екструдер 4 та перемщуеться по напрямнш 5. Екструдер 4 виконаний iз двома вихiдними отворами прямокутно! 6 та кругло! 7 форм, розташованими послщовно один за шшим.
г (d)
д (e)
Рис. 9. Головка друку i3 деюлькома екструдерами: а - загальний вигляд; б, г - процес нагттання сумш через прямокутний omeip екструдера; в, д - процес нагнтання сумш через круглий отвiр екструдера. 1 - корпус; 2 - порожнина; 3 - шнек; 4 - екструдер; 5 - напрямна; 6, 7 - отвiр; 8 - вкь; 9 - розподшьник; 10, 11 - затвор; 12, 13 - важшь; 14 - цилтдр; 15, 16, 17 - шар бетону / Fig. 9. Print head with multiple extruders: a - general view; б, г - is the process of pumping the mixture through a rectangular hole extruder; в, д - the process of injection of the mixture through the round hole of the extruder. 1 - the case; 2 - the cavity; 3 - auger; 4 - extruder; 5 - guide; 6, 7 - hole; 8 - axis; 9 - distributor; 10, 11 - prison; 12, 13 - lever; 14 - cylinder;
15, 16, 17 - layer of concrete
Ид шнеком 3 на ос 8 установлено розподшьник 9, виконаний у виглядi коромисла та затворiв 10 i 11. Вюь 8 важелями 12 i 13 з'еднана iз цилшдром 14, який встановлений на корпус 1, керування розподшьником 9.
Головка працюе таким чином. Ид час перемщення корпусу 1 по напрямнш 5, у
порожнину 2 корпуса 1 подаеться сумш 15. Ид час перемщеня головки по прямш траекторп цилшдром 14 установлюеться таке положення розподшьника 9, за якого затвор 10 перекривае отвiр 7 кругло! форми (рис. 9, б). За рахунок обертання шнека 3 виконуеться нагштання сумiшi 15 через
а
прямокутний вихщний отв1р 6, що формуе шар 16 для виготовлення виробу.
При наближенш головки до криволшшно! дшянки руху цилшдр 14 виконуе поворот ос 8 i затвор 11 перекривае вихщний отвiр 6. Вщкриваеться вихiдний отвiр 7 у виглядi кола, який формуе шар 17 сум^ 15 (рис. 9, в, д).
Виконання головки принтера i3 шнеком, установленим вщносно приводного вала (рис. 10) з можливютю вертикального перемщення, дозволяе укладати бетон i3 заповнювачами рiзних фракцiй.
Головка мютить корпус 1 й екструдер 2 та перемщуеться по напрямнiй 3. В корпус
1 установлено вал 4, на якому з можливютю вертикального перемщення змонтовано шнек 5 iз гвинтовою лопаттю 6.
Мехашзм перемiщення шнека 5 виконаний у виглядi кулачково! поверхнi 7 його верхньо! частини 8 та ролика 9, установленого через важшь 10 у корпус 1. На валу 4 закршлено обмежувач 11 та пружний елемент 12. Обмежувач 11 установлено в повздовжньому пазу 13 на шнеку 5. На шнеку 5 закршлено скребок 14. Шнек 5 мае привод обертання (умовно не показано).
б (b)
д (e)
в (c)
г (d)
е f)
Рис. 10. Головка друку i3 шнеком, який обертаеться та перемщуеться вертикально: а - загальний вигляд; б - вигляд А; в - перерез Б-Б; г - шнек i3 механ1змом його вертикального перемiщення; д, е - процес укладання будiвельноi сумш за р1зних положень шнека. 1 - корпус; 2 - екструдер; 3 - напрямна ;
4 - вал; 5 - шнек; 6 - гвинтова лопать; 7 - кулачкова поверхня; 8 - верхня частина; 9 - ролик; 10 - важшь; 11 - обмежувач; 12 - пружнш елемент; 13 - паз; 14 - скребок; 15 - сумш; 16 - шар бетону/Fig. 10. Print head with screw that rotates and moves vertically: a - general view; б - view A; в - section Б - Б; г - auger with the mechanism of its vertical movement; д, e - the process of laying the mortar at different positions of the auger. 1 - the case; 2 - extruder; 3 - a guide; 4 - shaft; 5 - auger; 6 - screw blade; 7 - cam surface; 8 - the upper part; 9 - roller; 10 - lever; 11 - limiter; 12 is an elastic element; 13 - groove; 14 - scraper; 15 - the mixture;
16 - layer of concrete
а
Головка працюе таким чином. Пщ час перемщення корпусу 1 по напрямнш 3 у корпус 1 подасться 6уд1вельна сум1ш 15, яка за рахунок обертання шнека 5 та скребка 14 забезпечуе нагштання сум1ш1 15 в екструдер 2. При цьому за рахунок контакту ролика 9 та кулачково! поверхш 7 вщбуваеться вертикальне перемщення (коливання) шнека 5 (рис. 10, д, е). Це забезпечуе штенсивне нагштання сировини 15, яка може мати заповнювач велико! фракци, в екструдер 2, а пот1м укладання ii в шар 16 буд1вельного об'екта.
Виконання шнека з можливютю вертикального перемщення вщносно вала та корпусу забезпечуе укладання бетону 1з заповнювачами р1зних фракцш залежно вщ технолопчних вимог буд1вництва, що тдвищуе ефектившсть 3D-друку буд1вельних об'ект1в.
Ус розглянут шновацшш буд1вельн1 технологи потребують подальшого розвитку та реал1заци у формат! стартатв.
Висновки. 1. 1нновацшш буд1вельн1 технолог!!, зокрема 3D-друку об'ект1в, направлен! на пол1пшення якост житла та зменшення його вартосп, зведення сучасних промислових споруд. Ця технолог1я передбачае практичне використання досягнень в 1Т-сфер1, яка забезпечуе нов1тнш напрямок у розвитку буд1вельних кластер1в i розробленн1 стартатв.
2. Розглянуто рiзнi типи будiвельних 3D-принтерiв, якi мають недолiки та вимагають удосконалення.
3. Розроблено перспективы конструкци 3D-принтерiв та !х складових частин, яю передбачають розширення технологiчних властивостей обладнання та тдвищення продуктивностi.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Будко А. А. Применение 3D принтеров в строительстве, достоинства и недостатки технологии / А. А. Будко, А. А. Потехин, А. А. Акопян // Сб. научн. трудов. - Красноярск : Инновационный центр развития образования и науки, 2017. - С. 112-119.
2. Лунева Д. А. Применение 3d-печати в строительстве и перспективы ее развития / Д. А. Лунева, Е. О. Кожевникова, С. В. Калошина // Вестник Пермского национального исследовательского университета. Строительство и архитектура. - 2017. - Т. 8, № 1. - С. 90-101.
3. Торшин А. О. / Перспективы использования 3D-принтера в строительстве / А. О. Торшин, Е. Н. Потапова // Успехи в химии и химической технологии. - ТОМ XXX, № 7. - Москва, 2016. - С. 118-120.
4. Шатов С. В. Обобщение инновационных технологий 3D-печати строительных объектов для разработки стартапов / С. В. Шатов, Н. В. Савицкий, С. А Карпушин // Строительство. Материаловедение Машиностроение. - Днипро : ГВУЗ ПГАСА, 2017. - Вып. 99. - С. 194-200.
5. Патент 109807 Укра!ни, опубл. 12.09.2016, Бюл. № 17. - 5 с.
6. Патент 112205 Украши, опубл. 12.12.2016, Бюл. № 23. - 4 с.
7. Патент 115596 Украши опубл. 25.04.2017, Бюл. № 28. - 4 с.
8. Патент 116549 Украши опубл. 25.05.2017, Бюл. № 10. - 3 с.
9. Патент 123106 Украши опубл. 12.02.2018, Бюл. № 3. - 4 с.
10. Патент 123108 Украши опубл. 12.02.2018, Бюл. № 3. - 3 с.
11. Khoshnevis B. Automated Construction by Contour Crafting-Related Robotics and Information Technologies / Behrokh Khoshnevis // Automation in Construction. - 2004. - Vol. 13, iss. 1. - Рр. 5-19. - Available at: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926580503000736
12. Lipson Н. Fabricated. The New World of 3D Printing / Hod Lipson, Melba Kurman. - [Indiana]: Wiley, 2013. -320 p.
13. Savytskyi М. V. 3D-printing of build objects / M. V. Savytskyi, S. V. Shatov, O. A. Ozhyshchenko // Вюник Придншровсько! державно! академп будавництва та архггектури. - Дшпро : ДВНЗ ПДАБА, 2016. - № 3. -С. 18-26.
14. Joop de Boer. Which Architect Is Winning The 3D Printing Rat Race? / Joop de Boer // Pop-Up City. - 2014. -1 July. - Available at: http://popupcity.net/which-architect-is-winning-the-3d-printing-rat-race
REFERENCES
1. Budco A.A. Primenenie 3D-printerov v stroitel'stve, dostoistva i nedostatki technologyi [The use of 3d printers in construction, advantages and disadvantages of technology]. Sbornik nauchnikh trudov [Collection of scientific
papers]. Krasnoyrsk : Innovation Center for the Development of Education and Science, 2017, pp. 112-119. (in Russian).
2. Luneva D.A. Primenenie 3D-pechati v stroitelstve i perspective razvitiyi [The use of 3d printing in construction and the prospects for its development]. Vesnik Perskogo nachionalnogo isledovatelskogo universiteta [Bulletin of Perm National Research University]. 2017, iss. 8, no.1, pp. 90-101. (in Russian).
3. Torchin A.O. Perspective ispolzovaniy 3D-printera v stroitelstve [Prospects for the use of a 3D printer in construction]. Uspechi v chimii I chimscheskoy technologyi [Advances in chemistry and chemical technology]. 2016, iss. XXX, no.7, pp. 118-120. (in Russian).
4. Shatov S.V., Savytskyi M.V. and Carpushin S.A. Obobchenie innovacionych technologyi 3D-pechati stroitelnich obektov gly razrabotci startapov [Generalization of innovative 3D printing technologies for construction projects for startup development]. Stroitel'stvo. Materialovedenie. Mashynostroenie [Construction. Materials Science. Mechanical Engineering]. Dnipro : SHEE PSACEA, 2017, iss. 99, pp. 194-200. (in Russian).
5. Patent UA, no. 109807, 2016, news. No. 17, 5 p.
6. Patent UA, no. 112205, 2016, news. No. 23, 4 p.
7. Patent UA, no. 115596, 2017, news. No. 28, 4 p.
8. Patent UA, no. 116549, 2017, news. No. 10, 3 p.
9. Patent UA, no. 123106, 201, news. No. 3, 4 p.
10. Patent UA, no. 123108, 2018, news. No. 3, 3 p.
11. Khoshnevis B. Automated Construction by Contour Crafting-Related Robotics and Information Technologies. Automation in Construction, 2004, vol. 13, iss. 1, pp. 5-19.
12. Lipson H. and Kurman Melba Fabricated. The New World of 3D Printing. Indiana: Wiley, 2013, 320 p.
13. Savytskyi M.V., Shatov S.V. and Ozhyshchenko O.A. 3D-pechatane stroitelnich obektov [3D-printing of build objects]. Vesnik Pridneprovskoy dergavnoy akademiy stroitelstva i architectury [Bulletin of Pridneprovs'ka State Academy of Civil Engineering and Architecture]. Dnipro: SHEE PSACEA, 2016, no. 3, pp. 18-26.
14. Joop de Boer. Which Architect Is Winning The 3D Printing Rat Race? Pop-Up City. 2014, 1 July.
Hagmm.na go pega^'i: 08.11.2019.
