阅读说明：本技术 用可硬化材料制造构件的方法以及相应的构件 (Method for producing a component from a hardenable material and corresponding component ) 是由 于尔根·迈尔 于 2019-04-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用可硬化材料制造构件(1)的方法,其中在周期性重复的步骤中,以3D打印法将所述材料的新层(2)打印在具有下加固元件(4)的下方层(3)上,所述下加固元件从所述新层(2)的顶侧伸出；以及一种用相应方法制造的构件。已知的方法及构件无法实现大面积增强。本发明的目的是提供一种方法,使其加固料能够承受较大负荷,本发明用以达成上述目的的解决方案为,在每个层(3)打印完毕后,在所述下加固元件(4)的延长部上将若干上加固元件(5)与所述下加固元件连接在一起,所述上加固元件形成上方的层的下加固元件。一种相应的构件是权利要求11的主题。(The invention relates to a method for producing a component (1) from a hardenable material, wherein in periodically repeating steps a new layer (2) of the material is printed in a 3D printing process on an underlying layer (3) having lower reinforcing elements (4) which project from the top side of the new layer (2); and a component manufactured by a corresponding method. The known methods and components do not allow large area reinforcement. The aim of the invention is to provide a method for making the reinforcing material thereof capable of withstanding large loads, the solution of the invention for achieving the above object being to connect upper reinforcing elements (5) to the lower reinforcing elements (4) in the extension of the lower reinforcing elements, after printing of each layer (3), the upper reinforcing elements forming the lower reinforcing elements of the upper layer. A corresponding component is the subject matter of claim 11.)

用可硬化材料制造构件的方法以及相应的构件

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用可硬化材料制造构件的方法以及一种根据权利要求8的前序部分所述的相应构件。

背景技术

工业国家中同样主要基于手工工艺来用混凝土制造建筑物。原则上可以通过两种不同的方式来制造这类建筑物或这些建筑物的部分。一是可以就地用模板工作，而后往模板浇铸所谓的现浇混凝土，其中涉及承载部件时可以额外置入加固料。随后等待一定时间，直至混凝土部分或全部硬化，而后可以将模板移除、清洁再重新加以使用。这种方法既耗时又需要在建筑工地投入大量员工。

另一方法是，事先在工厂中浇铸建筑物的混凝土部件，即制成预制件并送到建筑工地。此举不仅能用混凝土来制造作为预制件的墙壁或地板组件，还能制造整个房间单元，并送到建筑工地。这种方法极为昂贵，但标准化程度较高，因而仅适用于制造大量相同或类型相同的建筑物或者制造需要大量相同房间单元的大型结构。只有付出较大成本才能实现个别化建筑方式。

以上述已知技术为出发点，当前在用混凝土制造建筑物领域出现了所谓的叠加式制造法，即混凝土的3D打印。其中在计算机上设计建筑物，随后将数据传输给打印机。该打印机是全自动门式机器人，其大于需要创建的建筑物或建筑物部分。作为门式机器人的替代方案，也可以采用多轴机器人或架装型机器人或者移动机器人。门式机器人具有打印头和用来将现浇混凝土输往打印头的混凝土供给装置。随后，这个打印头以多个层重叠地浇铸需要创建的建筑物或其墙壁，其中每个层的厚度均为1至10cm。所用混凝土的粘滞性足以在硬化前，至少在固化前保持稳定性。这样一来，打印头就能以多个叠置的层浇铸墙壁。

用3D打印法创建建筑物的难题在于墙壁的加固料。原则上可以将制成的钢架或类似加固元件一并置入，但此举只有在墙壁至少部分被打印的情况下才能实施，因为加固元件会干扰或阻碍打印头的移动。但如果一直等待至墙壁被全部打印完，则混凝土的下层就会完全或基本上硬化，这样就无法再后续置入任何加固元件。

CN 106313272 A描述一种制造混凝土建筑物的3D打印法，其中混凝土被纤维材料加固，且其中用两个打印头工作，其一打印混凝土，另一打印钢元件。所置入的钢元件各跨越混凝土的两个叠置的层，从而将其连接在一起。

这种方案的缺点是，只能实现相邻混凝土层的点状连接，而无法实现传统制造法例如用钢垫所实现的大面积增强。

发明内容

本发明的目的是提供一种用可硬化材料(特别是混凝土)制造构件的方法，使其加固料能够承受较大负荷。

本发明用以达成上述目的的解决方案为权利要求1的区别特征。

本发明的另一目的是提供一种相应的构件。本发明用以达成上述目的的解决方案为权利要求8的区别特征。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。图中：

图1为根据本发明的方法的第一变体(a)和第二变体(b)部分创建的构件的横截面图；

图2为具有第一打印头的本发明的方法的透视图；

图3为具有第二打印头的图2所示视图；

图4为具有第三打印头的图2和3所示视图；

图5为相邻加固元件的连接的第一变体的示意图；

图6为第二变体中的图5所示视图；

图7为第三变体中的图5所示视图；

图8为第四变体中的图5所示视图；

图9为第五变体中的图5所示视图；

图10为第六变体中的图5所示视图；

图11为第七变体中的图5所示视图；

图12为第八变体中的图5所示视图；

图13为另一变体中的图3所示视图；

具体实施方式

为了实施本发明的方法，按已知方式使用形式为全自动门式机器人的3D打印机，其能够在连续的层中打印某个建筑物的墙壁或整个房间单元或其他竖向单元。图1中示出构件1的产生过程，该构件由多个重叠打印的混凝土层组成，其中最上面的层用参考符号2表示，其下方的层用参考符号3表示。图中绘示在最上面的层2仍处产生过程中，即在打印操作期间。打印头6仅予示意性示出。

图1示出将加固元件4及5置入构件1的层2及3的两种变体。

在这两种所示变体中，首先以3D打印法打印可硬化材料(此处是混凝土)的下层3，再将其他上加固元件与从该层3伸出的下加固元件4连接在一起，这些上加固元件足够长，使其也能穿过未来在其上方打印的上层2并在打印头6打印了该上层2后仍有一小部分自其伸出。在下一处理步骤中，往其上打印上方的层2，其中如前所述，下加固元件4从上层2的顶侧伸出。在下一处理步骤中，在加固元件4的从上层2伸出的顶侧上，例如通过焊接连接将其他同类型的加固元件5与下加固元件4固定连接在一起。下文将对其他连接类型进行说明。随后，以3D打印法将该可硬化材料的未绘示于图中的下一层施覆至最上面的层2，并周期性重复该方法。每个加固元件4及5均由刚性材料，特别是金属(如钢)或由硬质塑料构成。彼此焊接在一起的加固元件4及5形成一个连续的条带。

在图1左边的变体(a)中，由加固元件4、5构成的条带垂直于层2、3，在图1右边的变体(b)中，由加固元件4、5构成的条带与层2、3约成60°角。也可以采用优选介于10°与90°之间的其他角度并视应用领域而各具优势。所述方法同样适用于不同于混凝土的硬化材料，特别是触变材料。

在打印头6打印了可硬化材料的最上面的层2的情况下，加固元件4总是从这个最上面的层2伸出，使得即使在打印下一层时也存在凸出部。因此，优选使用图2所示的打印头6，其具有由于伸出加固元件4、5的凹槽7，以免损伤这些加固元件或将其扯下。特别适用于这种情况的是某种打印头6，其具有通向两个并排的可硬化材料条带的平行出口的连通口。打印头6的这两个连通口之间的区域可以空出并形成凹槽7，这样就能在加固元件4的从下方的层2和3伸出的末端上导引打印头6。

在打印头6打印了最上面的层2后，将上加固元件5与从最上面的层2伸出并回到下方的层3的加固元件连接在一起，其中下文将对连接类型进行进一步说明。随后，打印头6打印下一层。

打印完毕后，可以往这些层施覆(如铺设)更多与采用本发明的构建方案的加固元件大体水平或成直角的加固元件10。这些加固元件例如为刚性元件，如杆材10a。也可以往这些层铺设线材、链(Kette)、绳子等诸如此类。随着构建该下一层，随后覆盖水平加固元件10、10a并且提高该构件沿打印方向的抗拉强度。全自动、半自动或手动地实施置入。并非一定要在每个层中设置水平定向的加固元件。也可以仅在特别受力的区域内额外地置入更多加固元件10、10a。

图3示出打印头的一种替代技术方案，其他方法参数与之前的相同。图3所示打印头6与图2所示打印头6的不同之处在于：可硬化材料的这两个出口以90°朝后弯曲，亦即，可硬化材料的出口并非垂直朝下，而是朝刚打印的层2并反向于打印头6的运动方向地实施。在此情况下，打印头6同样具有凹槽7，从下方的层2、3伸出的加固元件4可以在打印头6经过时穿过该凹槽。

图4示出用柔性打印头6实施该方法的另一替代实施方式。图4所示打印头6不具有凹槽7，而是具有中部区域8，其采用柔性方案，使得从这两个下方的层2、3伸出的加固元件4在打印头经过期间柔性地贴附在其内侧。打印头6的柔性方案可以通过选择中部区域8的区域内的适宜材料，如塑料材料、有机硅材料或橡胶材料，而实现。图4中示意性示出了加固元件4在中部区域8的中央的具体地点以及被打印头6的位于此处的柔性材料包围。借助打印头6的该柔性中部区域8就能对加固元件4的定位错误灵活地进行补偿。在此情形下，加固元件4并不抵住刚性打印头6，因为该柔性套管(Durchführung)会在一定程度上自我调整。此外还能将可硬化材料的这两个离开打印头6的条带更紧密地压在一起。如果加固元件4通过了打印头6，则该套管以其中部区域8贴附在加固元件4上，从而改善加固元件4嵌入可硬化材料。

在图2、3和4所示所有实施例中，打印头6均具有两个用于可硬化材料的出口，其一出口布置在凹槽7或中部区域8的左侧，另一出口布置在右侧。这样就将每个层2及3分成两个并排的层，它们在理想情形下在实施了打印操作后密切混合在一起从而不再看得出界面。

图5-12示出了将相邻的下加固元件4与其上方的上加固元件5连接在一起的不同变体。图5、6和7所示变体主要有利于实施焊接法，特别是螺栓焊接法。可以通过焊接连接来以已知方式将上加固元件5与下加固元件4连接在一起。在图5所示实施方式中，上加固元件5的底侧与下加固元件4的平面表面成锐角以利于焊接连接。

在图6所示实施方式中，上加固元件在其底侧的中部区域内具有凸起按钮形状，而下加固元件4的顶侧是扁平的。

在图7所示变体中，上加固元件5的底侧与下加固元件4的顶侧均呈平面状，以便实现直接的螺栓焊接连接。

图8-10中示出了可能的粘合连接。图8中是在将上加固元件5加压施覆至下加固元件4上之前，将粘合剂置入上加固元件5的锐角形底侧与下加固元件4的呈对应燕尾形的顶侧之间。

在图9所示实施方式中，将粘合剂置入上加固元件5的逐渐变细的下端与下加固元件4的与其互补的逐渐变细的上端之间的间隙。

在图10所示实施方式中，上加固元件5与下加固元件4发生重叠，其中这些侧面发生重叠且将粘合剂置入重叠区域。

图8-10所示所有变体并非仅用于粘合连接。在这些变体中也可以将相邻的加固元件4及5焊接连接在一起。

图11和12示出另两种连接方案。采用的是螺接。在图11所示实施方式中，下加固元件4的上端具有带内螺纹的整合式螺母，而上加固元件5的下端具有外螺纹，其可旋入下加固元件4的整合式螺母。

在图12所示实施方式中，下加固元件4的上区域以及上加固元件5的下区域均具有外螺纹，使用具有内螺纹的压紧螺母，将加固元件4-5的这两个外螺纹旋入该内螺纹以建立可靠连接。

作为通过焊接来将相邻加固元件4连接在一起的替代方案，也可以通过螺旋或粘合来实施连接。采用螺接时，在加固元件4的末端上可以分别设有一个外螺纹，其中一个共同的压紧螺母将这两个末端相连。也可以有一个加固元件4的末端包含内螺纹，而相邻加固元件4具有与其匹配的外螺纹。如果将相邻的加固元件4粘合在一起，建议设置一个面积较大的端面以增强粘合连接效果。

本发明的方法和用该方法制成的构件的优点是加固元件4的连接密切得多并且加固件牢固得多，因为通过由各加固元件4构成的条带5就能实现类似于使用钢垫的传统混凝土浇铸所达到的效果。本发明用各加固元件4来形成条带5，这样就能在无法使用连续式钢垫的3D打印中，实现与在混凝土浇铸法中使用连续式结构钢垫时相同或类似的强度值。

在本发明的方法的一种有利改良方案中，可以在打印期间或打印完毕后嵌入附加的加固元件10。这些加固元件特别是可以构建为线材、杆材、绳子、链或粗纱。本发明的方法和附加构建的加固元件10(如线材、杆材、绳子、链或粗纱)的优点是，所产生的构件的抗拉强度和抗压强度有所提高。本发明特别是能够沿打印方向提高强度。这些附加的加固元件10(如线材、杆材、绳子、链或粗纱)可以在打印期间或者在打印完毕后特别是沿打印方向11被置入挤出的可硬化材料。如图13所示，打印头6可以包括用来在打印期间将附加的加固元件10一同置入的附加的构件。例如可以由卷轴6a将线材、绳子、链或粗纱展开，该卷轴同时与打印头6一起沿打印方向移动。杆材可以按已知方式在打印头6的辅助下或者以与打印头无关的方式被输入，如铺设或***(未绘示)。作为替代方案，也可以提供图2所示的另一构件，其用来将附加的加固元件10铺设在所形成的层2、3上或插在其上。作为杆材的替代方案，也可以铺设或***某个柔性元件绳子、链、粗纱。

在另一有利实施方式中，可以将附加的纤维，特别是聚合物纤维、玻璃纤维或碳纤维混入挤出的可硬化材料。从而进一步提高强度。