CC BY
51Устройство вертикального армирования для строительного принтера
Дорофеев Егор Павлович
старший преподаватель кафедры «Архитектура и урбанистика» Института архитектуры и дизайна, Тихоокеанский государственный университет, 3d1@mail.ru
Юрова Алина Николаевна
студент Института архитектуры и дизайна, Тихоокеанский государственный университет, 2021101123@pnu.edu.ru
Современные технологии в строительстве представлены множеством разработок, значительно совершенствующих процесс производства. Трендом таких новшеств является применение строительных 3D принтеров, позволяющих осуществлять сложные операции как в рамках промышленных предприятий, так и непосредственно на строительной площадке. Но, при всех достоинствах данных технологий, существует ряд недостатков, обусловленных недостаточной оптимизацией новых систем. В статье описывается авторское изобретение в строительной области, относящееся к строительным 3D принтерам объемной печати, применяемым для изготовления строительных конструкций, элементов и деталей зданий и сооружений. Автор предлагает к рассмотрению свое предложение для автоматического вертикального армирования строительных смесей стекловолоконной нитью при помощи дополнительного узла (экструдера) к печатающему механизму принтера. Ключевые слова: строительный 3D принтер объемной печати, экструдер строительных смесей, вертикальное армирование.
Современные технологии в строительстве представлены множеством разработок, значительно совершенствующих процесс производства. Трендом таких новшеств является применение строительных 3D принтеров, позволяющих осуществлять сложные операции как в рамках промышленных предприятий, так и непосредственно на строительной площадке. Но, при всех достоинствах данных технологий, существует ряд недостатков, обусловленных недостаточной оптимизацией новых систем.
Необходимая жесткость конструкций не достигается из-за отсутствия пространственной арматурной структуры, которая должна обеспечиваться вертикальными арматурными связями.
В строительной практике известно несколько способов применения 3D принтеров. Все они безусловно обладают многими достоинствами. При всех положительных характеристиках новых технологий существует и ряд недостатков.
Наиболее распространенный способ возведения 3D напечатанной стены с функциями теплоизоляции и армирования (СЖ07327045 (А) - трехмерная печатная стена с функциями теплоизоляции и усиления. Как и во всех применяемых строительных принтерах, здесь остро стоит проблема, связанная с необходимостью ряда операций ручного труда.
Строительный принтер может сформировать послойно практически любую пространственную форму, но для обеспечения необходимой прочности и эластичности конструкции необходимо ее армирование. Именно этот шаг в процессе производства и требует ручной укладки арматурной сетки, что особенно проблематично в случае значительных габаритов производимых принтером строительных конструкций (рис. 1).
Еще один способ для возведения монолитных зда- ■
ний и сооружений представлен методом 3D печати. ■
Устройство включает в себя принтер 3D печати с разда- .
точной головкой для послойной укладки филамента бе- 2
о м м
тонной смеси в проектное положение. Механизм снабжен узлом канатной арматуры (см. Патент на изобретение Российской Федерации №2683447, МПК Е04С 5/07, С04В 7/52, опубл. 08.03.2019) [1].
Известна также группа изобретений, заключающаяся в применении трехмерного печатающего устройства для печати бетонных конструкций непосредственно на строительной площадке (см. Патент на изобретение CN 105715052, МПК Е04G 21/02, опубл. 29.06.2016) [2].
К основным недостаткам приведенных примеров можно отнести:
- отсутствие возможности выравнивания уже напечатанной опалубки;
- отсутствие автоматизации процесса утепления стены;
- применение ручного способа укладки арматуры.
Наиболее близким к предлагаемому по технической
вероятности и достигаемому результату является экс-трудер для строительных смесей ^02021040578 (А1). Экструдер состоит из ёмкости с устройством крепления, отверстием для загрузки строительного материала, сопла с выходным отверстием для экструдирования строительного материала.
Проблемой данного экструдера является то, что армирующая нить не создает пространственную сетку, так как подается горизонтально и укладывается между слоями, что недостаточно для формирования пространственной эластичности конструкции. Также отсутствуют автоматизированные системы заполнения межстенного пространства утепляющей смесью, что отчасти является следствием ручного армирования, а также применение вертикальной подачи арматуры, не связывающей внешний и внутренний контур стены (рис.2).
сти строительных работ и сокращение затрат на строительство, снижение рисков ошибок «человеческого фактора».
Строительный принтер объемной печати, дополненный специальным устройством - экструдером, позволит автоматизировать процесс армирования. Экструдеры -устройства, предназначенные для производства изделий из полимерных материалов путем продавливания через калибрующее отверстие. Исходное сырье изначально засыпается в бункер экструдера, затем через загрузочную зону шнека перемещается по цилиндру пластикации, где перемешивается, нагревается и превращается в однородную массу - расплав [5]. Печатая строительную конструкцию, 3D принтер объемной печати, снабженный дополнительным узлом - экструдером, сможет одновременно послойно укреплять строительную смесь непрерывной армирующей нитью из стекловолокна или карбона.
Вертикальное армирование достигается по принципу швейного механизма, (но без принимающей шпульки): однородный сплав, полученный в результате экструзионной переработки полимерного сырья, подающий механизм продавливает через калибрующее устройство через определенное горизонтальное количество слоев непрерывную арматурную нить - ровинг (2), как бы сшивая слои строительной смеси между собой.
Игла (5), приводимая в движение электромотором (3), совершает поступательные вертикальные движения в отверждаемый раствор (7). Нижним концом она прижимает и проталкивает армирующую нить через проушину стопы (6), выполняющую роль ограничителя, удерживающую петлю ровинга в вертикальном положении, а также компенсируя горизонтальное растяжение петли (рис.3).
Рисунок 2. Строительный Эй принтер объемной печати
К перечню недостатков 3D принтеров объемной печати, применяющихся в строительстве, можно отнести и обязательную интеграцию армирующей нити непосредственно в саму печатающую головку принтера, что усложняет процесс печати, в частности, ретрактов. В такой ситуации при обратном ходе шнека возможно наматывание арматуры на винт шнека. Устройство вертикального армирования для строительного 3D принтера дает также преимущество укладки арматуры в любом необходимом для каждой конструкции порядке, минуя процесс печати в виду не связанного с печатающей головкой механизма подачи.
Целью изобретения является увеличение конструктивной прочности печатаемых зданий и сооружений, оптимизация конструктивных решений, снижение стоимо-
Рисунок Э. Экструдер вертикального армирования строительных смесей.
1 - подающее горло; 2 - армирующая нить; Э - шаговый двигатель; 4 - зубчатая передача;
5 - игла; 6 - направляющая; 7 - отверждаемый раствор.
Возможен вариант применения комбинированной схемы: горизонтально-вертикальной, отличающейся вынесением дополнительного узла подачи стеклопласти-кового ровинга горизонтально.
Экструдеры устанавливаются на строительные 3D принтеры объемной печати. Они могут иметь различные схемы компоновки для изготовления строительных конструкций зданий и сооружений различного назначения (в том числе жилых домов), а также их частей, элементов, деталей и прочих изделий простой и сложной геометрической формы по аддитивной технологии.
Заключение
Технический результат изобретения состоит в повышении экономичности, расширении эксплуатационных возможностей, а также области использования способа возведения стен и других строительных конструкций с предчистовой обработкой поверхностей на 3D строительном принтере. В предложенном автором изобретении отсутствуют проблемные моменты, связанные с процессом ручного послойного армирования.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для вертикального армирования, состоящего из ёмкости с оборудованным креплением, отверстия для загрузки строительного материала, сопла с выходным отверстием для экструдирования строительного материала, подающий механизм продавливает, через определенное, горизонтальное количество слоев, нить - ровинг (арматура), по принципу швейного механизма, но без принимающей шпильки.
Эффективность достигается за счет выполнения дополнительных операций: заполнение технологических полостей несъемной опалубки пенобетоном и тяжелым бетоном, утепление различными материалами, выравнивание внешних поверхностей несъемной опалубки, а также вертикальном армировании.
Применение устройства вертикального армирования в составе строительного принтера, в первую очередь, улучшит показатели прочности конструкций, а также будет способствовать расширению вариативности проектных решений. Немаловажным фактором также следует считать автоматизацию процесса армирования, что ведет к сокращению объема ручного труда и, как следствие, к сокращению сроков строительства, снижению риска человеческих ошибок и травмоопасности при укладке арматуры вручную и, в конечном итоге, к снижению стоимости строительных работ. Все это будет способствовать дальнейшему развитию строительных технологий и новых возможностей в строительном производстве.
Vertical reinforcement device for construction printer Dorofeev E.P., Yurova A.N.
Pacific State University,
JEL classification: L61, L74, R53
Modern technologies in construction are represented by many developments that significantly improve the production process. The trend of such innovations is the use of construction 3D printers, which allow complex operations to be carried out both within industrial enterprises and directly at the construction site. But, with all the advantages of these technologies, there are a number of disadvantages due to insufficient optimization of new systems.
The article describes the author's invention in the construction field, related to building 3D printers for volumetric printing, used for the manufacture of building structures, elements and parts of buildings and structures. The author proposes for consideration his proposal for automatic vertical reinforcement of building mixtures with fiberglass thread using an additional unit (extruder) to the printer's printing mechanism. Keywords: building 3D 3D printer, building mix extruder, vertical reinforcement. References
1. Patent for the invention of the Russian Federation No. 2683447, IPC E04C
5/07, C04B 7/52, publ. 08.03.2019
2. Patent for invention CN 105715052, IPC E04G 21/02, publ. 06/29/2016
3. Extruders: purpose, device, equipment. PPK LLC "Polyprom Kuznetsk"
[electronic resource]. Access mode: poly-prom.ru/polez
Литература
1. Патент на изобретение Российской Федерации №2683447, МПК Е04С 5/07, С04В 7/52, опубл. 08.03.2019
2. Патент на изобретение CN 105715052, МПК Е04G 21/02, опубл. 29.06.2016
3. Экструдеры: назначение, устройство, комплектация. ППК ООО «Полипром Кузнецк» [электронный ресурс]. Режим доступа: poly-prom.ru/polez Н
О
А
X
го m
о
м о м м
