Лабораторная установка для исследования аддитивных строительных технологий
Владельцы патента RU 2770699:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова" (ФГБОУ ВО ХГУ им. Н.Ф. Катанова) (RU)
Изобретение относится к области строительства, а именно к лабораторным установкам, и может быть использовано для исследования и апробирования аддитивных строительных технологий в лабораторных условиях, в том числе свойств строительных смесей, отдельных характеристик и свойств строительных конструкций и элементов рабочего оборудования, используемого для возведения конструкций, зданий и сооружений способом 3D-печати. Техническим результатом является определение оптимальных параметров аддитивных строительных технологий. Технический результат достигается тем, что лабораторная установка для исследования аддитивных строительных технологий включает рабочий печатающий орган в виде экструдера, опорную раму, на которой закреплены вертикальные направляющие для обеспечения вертикального перемещения по ним рабочего печатающего органа, фиксируемого в требуемом высотном положении с помощью фиксаторов, и колеса, обеспечивающие поступательное движение установки по оси X по горизонтальным направляющим вдоль рабочей зоны, в пределах осуществления послойной укладки строительной смеси в вертикальную стенку, при этом для обеспечения поступательного движения печатающего рабочего органа по осям X и Z, а также вращательного движения шнека экструдера лабораторная установка содержит серводвигатели с ЧПУ, подключенные к ЭВМ. 2 ил.
Изобретение относится к области строительства, а именно к лабораторным установкам, и может быть использовано для исследования и апробирования аддитивных строительных технологий в лабораторных условиях.
Аналога и прототипа нет.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является определение оптимальных параметров аддитивных строительных технологий на примере послойно возведенной вертикальной стенки в лабораторных условиях, приближенных к реальным условиям укладки строительной смеси рабочим органом 3D-принтера (робота, манипулятора), сокращение времени, материальных и трудовых затрат на разработку и апробирование элементов технологий строительной 3D-печати, в том числе свойств строительных смесей, характеристик и свойств строительных конструкций, возведенных способом 3D-печати, элементов рабочего оборудования, используемого для возведения конструкций, зданий и сооружений способом 3D-печати, например, рабочего печатающего органа (экструдера) и/или его составных частей, технологических параметров аддитивных строительных технологий, например скорости укладки строительной смеси, формы и размеров поперечного сечения укладываемого слоя и других параметров, исследование зависимостей технологических параметров от свойств и характеристик строительных смесей и характеристик рабочего оборудования, используемого для строительной 3D-печати.
Для исследования и апробации элементов технологий строительной 3D-печати в лабораторных условиях, в том числе свойств строительных смесей, отдельных характеристик и свойств строительных конструкций и элементов рабочего оборудования, используемого для возведения конструкций, зданий и сооружений способом 3D-печати, достаточно обеспечить перемещение рабочего органа (печатающей головки) по двум координатам: X и Z.
Это обеспечивает возможность исследования:
- в процессе возведения стенки с помощью установки таких свойств строительных смесей как, формуемость, подверженность изломам при экструдирования и (или) продавливании, возможность транспортировки и других свойств строительных смесей, исследования и подбора рабочего органа элементов технологического оборудования;
- во время твердения возведенной с помощью лабораторной установки стенки таких характеристик, как изменение несущей способности уложенных слоев до момента твердения и набора прочности, равномерность твердения (схватывания), трещинообразование и усадка;
- после набора прочности возведенной с помощью лабораторной установки стенки таких характеристик, как адгезия между уложенными слоями строительной смеси, плотность прилегания слоев друг к другу и другие характеристики.
Эти показатели достоверно определить в лабораторных условиях с помощью традиционных способов испытаний и исследований не представляется возможным. Применение для данных исследований цехового оборудования для строительной 3D-печати является затратным и занимает значительны площади.
Технический результат достигается тем, что с помощью лабораторной установки происходит печать конструкции вертикальной стенки послойным нанесением строительной смеси, а именно исследование и апробация аддитивных строительных технологий, в том числе строительных смесей для 3D-печати, в лабораторных условиях, приближенных к реальной работе рабочего печатающий органа (экструдера) с минимальными затратами времени, материальных и трудовых ресурсов.
Схема лабораторной установки представлена на фиг. 1 и фиг. 2.
Лабораторная установка для исследования аддитивных строительных технологий состоит из опорной рамы 1, на которой закреплены вертикальные направляющие 2, обеспечивающие движение рабочего печатающего органа (экструдера) 3 например, рабочего печатающего органа строительного 3D-принтера (робота, манипулятора) по вертикали, фиксируемом в требуемом высотном положении с помощью фиксаторов 4, и колеса 5, обеспечивающие поступательное движение установки по оси X по горизонтальным направляющим 6 (например, зубчатым рейкам) вдоль рабочей зоны 7, в пределах которой идет послойная укладка строительной смеси в вертикальную стенку.
Лабораторная установка для исследования аддитивных строительных технологий может быть использована в научно-исследовательских и учебных лабораториях, занимающимися исследованием и разработкой строительных аддитивных технологий для исследования, апробации и отработки элементов аддитивных строительных технологий.
Опытная лабораторная установка для исследования аддитивных строительных технологий, в течение 4 месяцев использовалась в лаборатории ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова». С ее помощью исследовали и апробировали такие элементы строительных аддитивных технологий, как составы и свойства строительных смесей для 3D-печати, характеристики и свойства строительных конструкций, возведенных способом 3D-печати на примере вертикальной стенки, размеры и иные характеристики элементов рабочего оборудования, используемого для возведения конструкций, зданий и сооружений способом 3D-печати, а именно, рабочего печатающего органа (экструдера) и его составных частей, в частности форма и геометрические размеры сопла. Также были выполнены опытные исследования по подбору строительных смесей под заданные технологические параметры аддитивных строительных технологий, а именно, скорость укладки строительной смеси, формы и размеров поперечного сечения укладываемого слоя и другие параметры. Использование лабораторной установки для исследования аддитивных строительных технологий позволило значительно снизить материальные, трудовые и временные затраты на исследования и получить достоверные результаты, отвечающие реальным условиям послойной укладки строительной смеси 3D-принтером.
В число дополнительного оборудования лабораторной установки для исследования аддитивных строительных технологий при более глубоких и детальных исследованиях могут входить от одного до трех серводвигателей с ЧПУ, обеспечивающие поступательное движение лабораторной установки по осям X и Z, а также вращательное движение шнека печатающего рабочего органа (экструдера) и подключенные к ЭВМ. Это при незначительном удорожании позволяет значительно расширить возможность управления и исследования аддитивных строительных технологий.
Лабораторная установка для исследования аддитивных строительных технологий, обеспечивающая перемещение по двум осям X и Z печатающего рабочего органа, исследования и апробирования элементов технологий строительной 3D-печати в лабораторных условиях, в том числе свойств строительных смесей, характеристик и свойств строительных конструкций и элементов рабочего оборудования, используемого для возведения конструкций, зданий и сооружений способом 3D-печати, включающая рабочий печатающий орган в виде экструдера, опорную раму, на которой закреплены вертикальные направляющие для обеспечения вертикального перемещения по ним рабочего печатающего органа, фиксируемого в требуемом высотном положении с помощью фиксаторов, и колеса, обеспечивающие поступательное движение установки по оси X по горизонтальным направляющим вдоль рабочей зоны, в пределах осуществления послойной укладки строительной смеси в вертикальную стенку, при этом для обеспечения поступательного движения печатающего рабочего органа по осям X и Z, а также вращательного движения шнека экструдера лабораторная установка содержит серводвигатели с ЧПУ, подключенные к ЭВМ.
