本發(fā)明整體涉及建造領域，且具體地講涉及用于建造建筑物的方法。

背景技術(shù)：

在優(yōu)先權(quán)日期為2009年10月27日的法國專利號2,371,557中公開的現(xiàn)有技術(shù)類似物描述了用于建筑物的建造的方法，其中制造墻板、隔板和地板，然后使用高架龍門起重機的電葫蘆來安裝這些板；通過熔化巖石并使用該混合物以澆鑄金屬和巖石碎片來制造墻板、隔板和地板。

由于建筑組件首先被澆鑄到模具中隨后將各個組件組裝成建筑物，所以現(xiàn)有技術(shù)類似物的缺點是效率低下。

用于建筑物3d打印的方法之前在許多專利中已有公開，諸如中國專利cn204728708、德國專利de202015002974和優(yōu)先權(quán)日期為2015年1月6日的中國專利cn204940868，后者被選為包括當打印頭沿未來墻壁的3d坐標移動時由所述打印頭沉積墻壁的材料的原型。

優(yōu)先權(quán)日期為2015年1月6日的中國專利cn204940868所公開的現(xiàn)有技術(shù)裝置原型被選為包含打印頭及用于其3d定位的機構(gòu)的原型。

所述方法的現(xiàn)有技術(shù)原型和所述裝置的原型的缺點包括使用該裝置的該方法所制造的建筑結(jié)構(gòu)的強度不足，這是由于將機械性能差的材料用于打印，因而防止了打印多層建筑物的可能性。

本發(fā)明解決的技術(shù)問題包括確保制造具有更強結(jié)構(gòu)的建筑物的可能性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)成果包括將用于打印建筑物的方法的應用范圍擴展到打印多層建筑物，其中墻壁材料需要具有比單層建筑物的材料更強的特性，而墻壁需要被加強以承受更大載荷；并且還包括確保使用各種材料進行墻壁的多層打印以形成具有輔助功能(包括確保耐磨性和裝飾功能)的涂層的可能性。

在用于建筑物3d打印的方法的第一實施方案中，其中當打印頭沿未來墻壁的3d坐標移動時，由所述打印頭沉積墻壁的材料，技術(shù)問題通過以下方面來解決：同時使用多個打印頭，同時進行以下過程—將材料裝入所述打印頭中，熔化打印頭中的材料，以及在所述頭沿3d坐標移動時通過打印頭中的出口定量供給熔化材料，從而形成建筑物的結(jié)構(gòu)。

在用于建筑物3d打印的方法的第二實施方案中，其中當打印頭沿未來墻壁的3d坐標移動時，由所述打印頭沉積墻壁的材料，技術(shù)問題通過以下方面來解決：同時使用以下過程—將材料裝入打印頭中，在打印頭沿3d坐標移動時通過所述打印頭中的出口定量供給熔化材料，從而形成建筑物的結(jié)構(gòu)；對準非硬化材料，以及在形成最終結(jié)構(gòu)時安裝建筑物的附加結(jié)構(gòu)元件。

在用于實施建筑物3d打印的方法的裝置中，該裝置包含打印頭和用于所述打印頭的3d定位的機構(gòu)，技術(shù)問題通過以下方面來解決：使用玻璃熔爐作為打印頭，存在用于對準墻壁平面的對準裝置，所述對準裝置被定位成使得在墻壁的材料由打印頭沉積之后能夠形成墻壁表面。

附圖說明

圖1示意性地示出打印頭和玻璃熔爐的透視圖。

圖2示意性地示出玻璃熔爐的側(cè)視圖。

圖3示意性地示出安裝正在建造的建筑物的梁的操縱器機構(gòu)。

圖4示意性地示出3d定位機構(gòu)的俯視圖。

具體實施方式

打印頭是圖1和圖2所示的移動式玻璃熔爐，該玻璃熔爐用于以定量方式熔化并供給熔化材料。每個爐都具有出口2。對于墻壁的建造，出口2的橫截面是矩形。出口2具有其自己的自主加熱系統(tǒng)(未示出)，以確保熔體的最佳流動并且用于在緊急停止之后開始操作。加熱系統(tǒng)由多層組成。直接接觸熔體的第一層具有細小的穿孔系統(tǒng)以提供熱空氣并在噴嘴內(nèi)產(chǎn)生“氣墊”效應，這會減少熔體對墻壁的粘附。安裝在爐1的外壁上的超聲換能器(未示出)引起空氣振動并改善熔體流出。穿孔和空氣供應系統(tǒng)形成空氣流沿熔體流出而移動的方向，從而有助于熔體流出。加熱出口2的層形成于氣墊上方；它通常是感應換能器。材料通過柔性軟管3和定量供給單元4供給，其中原材料從柔性軟管3供給。定量供給單元4是管，在該管中，存在旨在使材料移動的螺旋輸送器；它用作緩沖組件并用于確保在原材料到達爐1之前原材料在高壓下穩(wěn)定流動。因為材料在高于大氣壓的壓力下在爐1中熔化，所以需要定量供給單元4。附接至爐1并與爐1一起移動的特殊旋轉(zhuǎn)輥6用于對準墻壁5的新形成部分的材料，該材料在冷卻之前可以是塑性的并且在冷卻期間可容易變形。所述對準旋轉(zhuǎn)輥6的整個表面被穿孔。壓縮空氣從輥6的內(nèi)部供應，從而產(chǎn)生“氣墊”。在熱熔體流出之后輥6對準墻壁邊緣；此后熔體迅速硬化以固定由于輥6的作用而獲得的形狀。如果需要向熔體添加飽和氣體，則安裝位于水平面中并如圖2所示的對準輥7。所述輥的功能包括熔體的垂直壓縮以防止形成凸起的水平表面。

圖3所示的操縱器機構(gòu)8是由計算機發(fā)送的信號控制的機器人夾持臂9。所述操縱器機構(gòu)8用于梁10和其他結(jié)構(gòu)的3d定位，以及用于將錨固件旋擰至建筑砌塊中并放置鋼筋。

使用本方法和裝置建造建筑物的關鍵要素包括使用圖4所示的常規(guī)3d定位機構(gòu)，其中柱11和框架12連接為桁架?？蚣?2沿垂直取向的z軸而沿所述柱11移動。所述框架12包含導向桿13，入口14可沿該導向桿移動(沿y軸)。包含物體的托架15沿x軸而沿入口14的導向桿移動，從而使得在上述移動內(nèi)，可能沿任何方向在正在建造的建筑物內(nèi)的3d空間的任何點處傳送物體。物體沿每條軸的移動由獨立計算機控制的可逆電動機來調(diào)節(jié)。在本方法和裝置中，玻璃熔爐1和操縱器機構(gòu)8是可移動物體。具有爐1的一個托架15通常安裝在一個入口14上。可存在多個入口14。為了更快地澆鑄復雜形狀和大面積結(jié)構(gòu)的壁，所述爐1可在其自身的水平扇區(qū)內(nèi)移動或它們的扇區(qū)可(在相同高度z)部分地重疊，而托架安裝在公共入口14上但是在不同托架15上。其中，在某些時間點，一些附加爐1將等待移動至它們的操作空間中。

現(xiàn)在將更具體地描述使用本發(fā)明的用于建筑物3d打印的方法的第一實施方案的具體實施的一個實施例。

在具體實施的所述實施例中使用三個打印頭。移動式玻璃熔爐1是所述打印頭，其中所述熔爐中的一個在圖1和圖2中示出。爐用于熔化原材料并以定量方式將熔體供給至諸如墻壁的建筑結(jié)構(gòu)的計劃建造位置。因此，與3d打印機相同，在計算機程序的控制下，使用3d定位機構(gòu)沿與建筑物的墻壁5的布置對應的軌跡在3d空間中移動爐。因此，建筑結(jié)構(gòu)的制造過程被稱為打印。在物理學方面，熔體的供給過程稱為澆鑄；因此，我們將隨后使用術(shù)語“澆鑄”來描述熔體的供給。

建造材料的密度由原材料的組成、熔化過程的溫度和爐中產(chǎn)生的壓力控制。第一爐1是旨在用于澆鑄建筑物的墻壁、柱和其他結(jié)構(gòu)的外表面的感應爐，其需要增大的對大氣因素和機械沖擊的抵抗力。所述爐用于澆鑄密度在400kg/m³與4000kg/m³之間的材料。第二爐1是直接電阻加熱電爐。所述爐用于澆鑄低熱導率熔體：以澆鑄建筑物的墻壁5，其中材料的密度范圍為150kg/m³至500kg/m³。進料混合物用作前兩個爐1的原材料。所述進料混合物包含70％-98％的石英砂，而其余部分由各種添加劑諸如碳酸鈉、石灰、白堊、硫酸鈉、粉末狀玻璃和其他化學物質(zhì)組成，以賦予另外的性質(zhì)，諸如顏色、密度和比重。第三爐1是用于由高質(zhì)量金屬原材料、廢金屬或金屬預成型件澆鑄金屬的感應爐。

在豎立建筑物之前，在未來建造現(xiàn)場組裝3d定位機構(gòu)。在打印建筑物之前，將材料裝入附接至所述3d定位機構(gòu)的框架12并位于爐1上方的料斗(未示出)中。料斗保持不動且不會沿爐移動。通過經(jīng)由柔性軟管3在重力作用下排空所述料斗，將材料從所述料斗裝入爐1中。通過用位于定量供給單元4中的螺旋輸送器推動材料，而以定量方式將材料供給至爐1中。在打印之前，啟動控制3d定位機構(gòu)的可逆電動機的計算機程序。在預先裝入爐1中的原材料充分升溫之后，墻壁的材料開始沉積。接下來，將進料混合物或金屬原材料連續(xù)地裝入爐1中以補充被消耗的熔體。具有兩個出口2的第一爐開始通過3d定位機構(gòu)沿未來墻壁5的位置軌跡移動，所述兩個出口間隔的距離等于所構(gòu)造的墻壁的寬度。在移動時，熔化的材料從爐1的出口2流動以形成墻壁的外層。第二爐在第一爐后面移動。所述第二爐澆鑄墻壁的不太致密的中間層。接下來，移動第三爐，從而將金屬供給至由第二爐留下的間隙中。由于這種順序，墻壁的較致密的外層比中間層澆鑄得稍快，從而確保了中間層的動態(tài)“模具”，而中間層中的空腔用作用于澆鑄墻壁的加強金屬組件的模具。移動爐的順序及其數(shù)量可不同于本實施例中所描述的那些。根據(jù)建筑物建造程序來選擇這些參數(shù)。

現(xiàn)在將更具體地描述使用本發(fā)明的用于建筑物3d打印的方法的替代實施方案的具體實施的實施例。

在具體實施的實施例中，移動式玻璃熔爐1用作打印頭；所述爐用于熔化石英砂并以定量方式供給熔化材料。在豎立建筑物之前，在未來建造現(xiàn)場組裝3d定位機構(gòu)。以與該方法的第一實施方案相同的方式定量供給材料。在打印之前，啟動控制3d定位機構(gòu)的可逆電動機的計算機程序。在預先裝入爐1中的原材料充分升溫之后，墻壁的材料開始沉積。爐沿未來墻壁5的位置軌跡移動。在移動過程期間，熔化的材料從爐1的出口2流動以形成墻壁5。由于墻壁的新形成部分的材料是塑性的且在冷卻期間可變形，所以使用與爐1一起移動的專用輥6來對準。使用所述爐1后面(距離3米)的操縱器機構(gòu)8來移動對新澆鑄的墻壁退火的燃燒器(未示出)。從所述爐1流出的熔體具有約1200℃-1400℃的溫度。一旦熔體離開爐，其溫度便驟降至500℃-800℃，以由于材料的低熱導率而在墻壁5的內(nèi)部體積與外層之間產(chǎn)生溫差。因此，爐1之后是所述燃燒器，該燃燒器再次加熱墻壁5的外層以消除內(nèi)部應變。在沒有退火的情況下，墻壁5可由于輕微的外部效應而容易碎裂。

多層建筑物的結(jié)構(gòu)元件通常在門和窗開口上方包含鋼筋混凝土梁10。因此，在使用本方法建造建筑物期間，使用操縱器機構(gòu)8安裝建筑物的附加結(jié)構(gòu)元件。在澆鑄墻壁5限制窗或門開口的部分之后，所述操縱器機構(gòu)8將所需梁安裝在窗或門開口上方。此外，使用操縱器機構(gòu)5來放置托盤，同時將爐1移動至不需要填充材料的位置上方。在這種情況下，從出口2流出的熔體進入放置在出口2下方的所述托盤(未示出)中。托盤用作澆鑄公園和花園結(jié)構(gòu)或小規(guī)模結(jié)構(gòu)單元的模具。爐1在某些開口(其中操縱器機構(gòu)8不可用)上方移動得更快，而流出的熔體在開口上方形成細絲，這些細絲隨后可被容易地移除。根據(jù)建筑物設計來使用一個或多個操縱器機構(gòu)8。

對于本方法的第一實施方案，由于同時使用多個打印頭而實現(xiàn)技術(shù)成果，這使得能夠打印建筑物的結(jié)構(gòu)組件，其中通過鋼筋混凝土梁保持重載荷，外層確保耐磨性，而中間層確保隔熱和隔音。這使得結(jié)構(gòu)堅固。使用本方法制造的結(jié)構(gòu)的最佳重量-強度比允許其用于打印多層建筑物，其中這些因素比在低層建筑物中更重要。

對于本方法的第二實施方案，由于非硬化材料在建筑結(jié)構(gòu)中的對準以及由于安裝了一些附加結(jié)構(gòu)元件(當澆鑄建筑物的整個結(jié)構(gòu)時，無法打印這些附加結(jié)構(gòu)元件)而實現(xiàn)技術(shù)成果。在材料熔化之前對準材料確保了建筑結(jié)構(gòu)尺寸的精確度，從而增強建筑物的強度和穩(wěn)定性。當打印由熔化的硅酸鹽制成的建筑物的結(jié)構(gòu)時，對準過程是不可避免的。此類材料的特性在于多層建筑物的3d打印所需的高強度，同時具有高熔點和低硬化率，這使得打印結(jié)構(gòu)的對準必不可少。在多層建筑的3d打印期間需要安裝附加元件。諸如由鋼或鋼筋混凝土制成的窗和門開口的梁等元件使得可以大大增強地板強度，這在多層建筑物建造中是至關重要的。

對于本裝置，由于使用玻璃熔爐作為打印頭并且由于在設計中存在對準裝置而實現(xiàn)技術(shù)成果。所述玻璃熔爐使得能夠使用具有高強度參數(shù)的材料來對建筑物的結(jié)構(gòu)進行3d打印。在本發(fā)明的設計中存在對準裝置使得能夠在材料硬化之前對其進行對準，從而提供建筑物尺寸的高精確度并且增強建筑物的總體強度和穩(wěn)定性。

本方法的第一實施方案的進一步優(yōu)點包括：

-在與使用相同打印頭打印建筑物的主要結(jié)構(gòu)相同的階段打印裝飾修飾的可能性，

-使用所述方法構(gòu)建的結(jié)構(gòu)與環(huán)境安全和導熱性的高標準的一致性。通過使用石英砂(一種天然惰性材料)作為用于澆鑄建筑物的原材料確保了環(huán)境安全。通過澆鑄具有高含量氣泡的墻壁的可能性確保了低熱導率。在硅化階段的石英砂熔化期間，每體積份的砂釋放約40體積份的氣體。所述氣體形成多孔隔熱結(jié)構(gòu)。