專利名稱：用于自動建造聚結(jié)結(jié)構(gòu)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建造，具體地涉及通過適于減少建造時間并有助于建造 的相關(guān)操作的方法和裝置來自動建造建筑物或其它重型構(gòu)造。本發(fā)明還可用于建造特別組裝的(articulated)和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景公知有許多利用不同的構(gòu)造技術(shù)和材料建造建筑物的方法。一種公知技術(shù)使用以半流體的形式澆鑄在模板中的混凝土 。利用該 技術(shù)可獲得呈所用模板形狀的混凝土形體。該技術(shù)的缺點在于，需要復(fù)雜的作業(yè)來獲得具有凸形和凹形的復(fù)雜 形式，這主要是由于難以提供具有形狀復(fù)合體的模板，并且還因為對混 凝土拉應(yīng)力的較低抵抗(這需要使用必須折疊成符合模板形狀的鋼筋)。另一缺點在于在澆鑄混凝土之前構(gòu)造模板以及硬化后拆除模板的手 工作業(yè)成本。又一缺點在于模板材料的成本。利用混凝土進(jìn)行建造的方法的再一缺點在于硬化所需的等待時間。 因而，需要有這樣一種用于建造建筑物的方法，其迅速而不昂貴、 適于利用自動方法執(zhí)行。發(fā)明內(nèi)容因此本發(fā)明的特征在于提供一種在建筑工業(yè)中用于自動構(gòu)造建筑物 和其它工程結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明的另一特征在于提供一種用于構(gòu)造利用形狀相當(dāng)復(fù)雜的形體 而得到的建筑物的方法，所述形體包括任何形式和尺寸的凹面或凸面以 另一 目的在于提供一種適于形成這樣一種結(jié)構(gòu)的方法，該結(jié)構(gòu)不僅 抵抗壓縮，甚至還抵抗拉應(yīng)力。本發(fā)明的另一特征在于提供一種適于執(zhí)行所述方法的設(shè)備。這些和其它目的通過用于自動建造聚結(jié)結(jié)構(gòu)的方法實現(xiàn)，所述方法 的特征在于其包括以下步驟一對建筑物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行CAD建模，尤其是利用表面建?；蝮w積建模 的CAD功能，從而獲得計算機(jī)文件的結(jié)構(gòu)模型；_采用以預(yù)定節(jié)距間隔開的水平平行平面剖切所述計算機(jī)文件的結(jié) 構(gòu)模型，從而產(chǎn)生所述結(jié)構(gòu)的包括實體區(qū)域和空出區(qū)域的多個截面平面， 所述實體區(qū)域和空出區(qū)域與所述結(jié)構(gòu)的實體部分和空出部分相對應(yīng)，所 述平面從下到上排序；一在限定閉合周邊的容納壁內(nèi)預(yù)先布置適于交替淀積顆粒材料層和 液體粘合劑的設(shè)備；一在所述周邊內(nèi)移動所述設(shè)備，從而淀積厚度與所述預(yù)定節(jié)距相對 應(yīng)的第一均勻水平的顆粒惰性材料層；一通過所述設(shè)備噴灑第一粘合劑層，從而復(fù)制所述截面平面中的第 一平面，僅在所述實體區(qū)域處形成惰性材料層和粘合劑層，所述設(shè)備具 有適于在水平平面中運(yùn)動的操作頭；一根據(jù)所述節(jié)距垂直提升所述設(shè)備；一以與所述結(jié)構(gòu)的所述水平截面的數(shù)量相同的次數(shù)，每次針對不同 的在垂直方向上的下一截面平面重復(fù)顆粒惰性材料的淀積步驟，并在該 顆粒惰性材料上重復(fù)粘合劑噴灑步驟，直到完成最后一層；一清除沒有被所述粘合劑粘合并且已經(jīng)積聚在所述周邊內(nèi)的惰性材 料，脫離出精確再現(xiàn)所述結(jié)構(gòu)模型的實體結(jié)構(gòu)。具體地說，所述方法提供了利用包絡(luò)所述結(jié)構(gòu)的多個單一形體 (volume)包絡(luò)所述結(jié)構(gòu)或其一部分的步驟。具體地說，所述單一形體從包括以下形體的組中選擇平行六面體、 柱體、棱柱、球體或它們的部分或組合。有利的是，所述單一形體具有與所述結(jié)構(gòu)的垂直邊平行的邊緣或垂
直母線，并且具有與所述結(jié)構(gòu)的水平平面平行的水平邊緣。在一優(yōu)選的示例性實施方式中，所述平行并水平的截面平面相對彼 此等距。有利的是，提供具有適于顯示所述模型結(jié)構(gòu)文件的圖形環(huán)境的CAM 系統(tǒng)。始終有利的是，所述設(shè)備包括在所述水平平面上被導(dǎo)引的操作頭，該操作頭根據(jù)笛卡兒坐標(biāo)或極坐標(biāo)作獨立運(yùn)動或內(nèi)插(interpolated)運(yùn)動。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面， 一種用于自動建造聚結(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)備的特征在于其包括一閉合周邊，該閉合周邊由容納壁限定；一水平框架，該水平框架適于支承能夠使操作頭在由所述周邊內(nèi)的 所述水平框架限定的水平平面中運(yùn)動的行車；一用于平行于所述行車在所述水平平面上致動所述操作頭的部件； _構(gòu)架，該構(gòu)架具有至少一個能夠支承所述水平框架的直立件； _用于使所述水平框架沿垂直方向運(yùn)動的裝置；一控制單元，該控制單元適于控制操作順序進(jìn)行，直到完成所述結(jié)構(gòu)；一其中所述容納壁能夠在比所述聚結(jié)結(jié)構(gòu)大的作業(yè)區(qū)域中容納所述 惰性材料。在一優(yōu)選的示例性實施方式中，所述容納壁是垂直的，并在所述作 業(yè)區(qū)域上限定平行六面體形或柱形形體。有利的是，設(shè)置有用于覆蓋所述容納壁的蓋。具體地說，所述蓋能夠密封地堵住(stop)所述形體，從而可在內(nèi) 部形成真空。有利的是，所述操作頭包括一至少一個由受控的電動閥操作的粘合劑噴灑噴嘴；一預(yù)混合頭；一供料泵；一容器；
一清洗系統(tǒng)。在一優(yōu)選的示例性實施方式中，所述操作頭包括用來針對每個形程 向所述操作頭供應(yīng)已知量的惰性材料的體積計量給料器。有利的是，所述操作頭包括鏟板，該鏟板適于在淀積的惰性材料上 滑動以使該惰性材料均勻，從而在整個作業(yè)區(qū)域上實現(xiàn)預(yù)定厚度。 具體地說，所述樹脂從包括以下材料的組中選擇 —環(huán)氧樹脂； 一交聯(lián)聚氨酯。有利的是，所述樹脂具有設(shè)定在3至10泊之間、優(yōu)選在6至8泊之 間的粘度，并且適于具有足夠的流動性以在顆粒材料的顆粒之間穿過與 所述節(jié)距對應(yīng)的高度，從而達(dá)到在前一步驟中粘合的顆粒材料層。具體地說，所述顆粒材料具有設(shè)定在0.1與2mm之間、優(yōu)選在0.5 與1.5mm之間的顆粒度。這樣所述顆粒材料具有適于使所述粘合劑在淀 積的顆粒之間穿過，直至到達(dá)已經(jīng)在前一循環(huán)中噴灑的層的最大有效孔 隙率值。


通過參照附圖對本發(fā)明的一些示例性而非限制性的示例實施方式的 描述，將更清楚本發(fā)明，附圖中圖1表示根據(jù)本發(fā)明的用于自動建造聚結(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)備，該設(shè)備包括 垂直滑動的水平框架，在該水平框架上滑動接合有支承操作頭的行車；圖2表示所述行車的端部；圖3和圖4分別表示根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的立體圖和正視圖，圖5表 示操作頭的圖，其涉及到一定量顆粒材料的第一操作淀積步驟；圖6、圖7和圖8表示在沿著先前淀積層的露出表面鋪開顆粒材料 的步驟中的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備；圖9、圖10和圖11表示在散布粘合劑的行程結(jié)束時的設(shè)備；圖12、圖13和圖14表示回程過程中的設(shè)備，在該回程中，操作頭 將粘合劑噴灑到在剛剛僅淀積于截面的實體區(qū)域上的顆粒材料層上；
圖15、圖16和圖17表示噴灑行程的最后階段；圖18、圖19和圖20表示通過進(jìn)一步淀積一定量的顆粒材料而對第 一步驟的重復(fù)；圖21和圖22分別表示完成建筑物的最后步驟的立體圖和前視圖； 圖23表示包括在兩個連續(xù)步驟中淀積的兩個顆粒材〗抖層61和62的 結(jié)構(gòu)的一部分的剖面圖。
具體實施方式
在以下描述中將示出設(shè)備的實施方式的實施例，該設(shè)備將執(zhí)行根據(jù) 本發(fā)明的方法。具體地說，在圖1中，描述了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，其適于自動構(gòu)造 建筑物的聚結(jié)結(jié)構(gòu)。該設(shè)備包括一構(gòu)架，該構(gòu)架具有能夠支承水平框架1 的四個直立件3、 4、 5、 6，水平框架l可沿著所述直立件垂直運(yùn)動。閉合狀的水平框架1具有至少兩個平行邊2，所述平行邊2用于與 行車15的兩端滑動接合，該行車15保持操作頭16。同時，操作頭16沿著與行車15的滑動方向18垂直的箭頭19運(yùn)動， 且框架l可沿著箭頭ll、 12、 13、 14垂直運(yùn)動。在圖2中，更詳細(xì)地示出了行車15的端部。行車結(jié)構(gòu)15包括梁21， 梁21在每一端部處都具有一對輪23，所述輪23與圖1的梁2的內(nèi)部相 接合。引導(dǎo)件20設(shè)置成與梁21成一體并且平行于梁21，其滑動地保持 操作頭16的滑動件24，操作頭16能夠?qū)⒁后w粘合劑噴灑到剛淀積的顆 粒材料層上。梁21支承細(xì)長狀的漏槽17，漏槽17沿著梁21的長度延伸 并適于在淀積平面的一端處淀積預(yù)定量的顆粒材料。沿著梁21布置有用 于鋪開剛由上述漏槽17淀積的顆粒材料的鏟板(blade)。圖3和圖4分別表示根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的立體圖和正視圖，圖5是操作頭16的圖，涉及到一定量顆粒材料的第一操作淀積步驟，其中框架1位于零點位置(地面高度)，行車15位于其第一停止位置，操作頭16 位于其第一停止位置。該設(shè)備包括四個容納壁31，它們限定將要按照根據(jù)本發(fā)明的方法填
充顆粒材料的體積。圖6、圖7和圖8表示在沿著先前淀積層的露出表面鋪開顆粒材料 的步驟中的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。在該步驟中，行車15朝其第二限位停止 位置運(yùn)動，同時通過鏟板22分布并鋪平在前一步驟中淀積的顆粒材料。圖9、圖10和圖11表示在前一步驟結(jié)束時的設(shè)備?？蚣?仍然位 于地面高度，行車15已經(jīng)到達(dá)其第二限位停止位置并且靜止，而操作頭 16仍位于其第一限位停止位置。圖12、圖13和圖14表示處于回程步驟中的設(shè)備，在該回程中，操 作頭16將粘合劑噴灑到剛剛淀積于計算截面的實體區(qū)域上的顆粒材料層 上。在該步驟中，框架1仍位于零高度，行車15后退，并且操作頭16 噴灑粘合劑并沿著其滑動軸線運(yùn)動。圖15、圖16和圖17表示在噴灑步驟結(jié)束時的設(shè)備，此時框架l仍 位于地面高度，行車15和操作頭16已經(jīng)后退至它們的第一限位停止位 置。在該位置中，向行車15的計量給料器40填充將要在下一步驟中淀 積的一定量顆粒材料。圖18、圖19和圖20表示在通過將框架1提升與節(jié)距相等的高度所 達(dá)到的第二分布高度上對先前步驟、尤其是第一步驟的重復(fù)。在該步驟 中，通過計量給料器40對在前一步驟中存儲的所述量的顆粒材料進(jìn)行淀 積。當(dāng)框架1逐步升高時，行車15和操作頭16位于相應(yīng)的第一限位停 止位置。在圖21中，設(shè)備正在執(zhí)行其在完成聚結(jié)結(jié)構(gòu)之前的最后步驟。 在圖22中，建筑物50的結(jié)構(gòu)已經(jīng)完成。接下來的步驟是清除沒有 被粘合劑粘結(jié)的顆粒材料，從而形成粘結(jié)部分并因而形成所述結(jié)構(gòu)，并 拆除容納壁然后拆除所述設(shè)備。圖23表示包括在兩個連續(xù)步驟中淀積的兩個顆粒材料層61和62的 結(jié)構(gòu)的一部分的剖面圖。樹脂從包括環(huán)氧樹脂和交聯(lián)聚氨酯的組中選擇； 其具有設(shè)定在3至10泊之間、優(yōu)選在6至8泊之間的粘度，并且適于具 有足夠的流動性以在顆粒材料的顆粒之間穿過與節(jié)距68對應(yīng)的高度，從 而到達(dá)在先形成的顆粒材料層64。
具體地說，所述顆粒材料具有設(shè)定在0.1與2mm之間、優(yōu)選在0.5 與1.5mm之間的顆粒度；這樣該顆粒材料具有適于使所述粘合劑在淀積 的顆粒之間穿過直至到達(dá)已經(jīng)在前一循環(huán)中噴灑的層的最大有效孔隙 率。就概念方面而言，以上對具體實施方式
的描述將完全揭示本發(fā)明， 因此其他人通過運(yùn)用現(xiàn)有知識將能夠在不進(jìn)行進(jìn)一步研究且不脫離本發(fā) 明的情況下對所述實施方式的各種應(yīng)用進(jìn)行修改和/或改變，因此應(yīng)理解， 這些改變和修改必須理解成與所述具體實施方式
等同。為此，實現(xiàn)這里 所描述的不同功能的裝置和材料可具有不同的性質(zhì)，這不脫離本發(fā)明的 范圍。應(yīng)理解這里采用的措詞或術(shù)語是為了描述而不是為了限制。
權(quán)利要求
1. 一種用于自動建造聚結(jié)結(jié)構(gòu)的方法，該方法的特征在于其包括以 下步驟一對建筑物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行CAD建模，尤其是利用表面建模或體積建模 的CAD功能，從而獲得計算機(jī)文件的結(jié)構(gòu)模型；一用水平平行平面，尤其是按預(yù)定節(jié)距等距的平面剖切所述計算機(jī) 文件的結(jié)構(gòu)模型，從而產(chǎn)生所述結(jié)構(gòu)的包括實體區(qū)域和空出區(qū)域的多個 截面平面，所述實體區(qū)域和空出區(qū)域與所述結(jié)構(gòu)的實體部分和空出部分相對應(yīng)，所述平面從下到上排序；一在限定閉合周邊的容納壁內(nèi)預(yù)先布置適于交替淀積顆粒材料層和 液體粘合劑的設(shè)備；' 一在所述周邊內(nèi)移動所述設(shè)備，從而淀積厚度與所述預(yù)定節(jié)距相對 應(yīng)的第一均勻水平的顆粒惰性材料層；一通過所述設(shè)備噴灑第一粘合劑層，從而復(fù)制所述截面平面中的第 一平面，僅在所述實體區(qū)域處形成惰性材料層和粘合劑層，所述設(shè)備具 有適于在水平平面中運(yùn)動的操作頭；一根據(jù)所述節(jié)距垂直提升所述設(shè)備；一以與所述結(jié)構(gòu)的所述水平截面的數(shù)量相同的次數(shù)，每次針對不同 的在垂直方向上的下一截面平面重復(fù)顆粒惰性材料的淀積步驟，并在該 顆粒惰性材料上重復(fù)粘合劑噴灑步驟，直到完成最后一層；一清除沒有被所述粘合劑粘合并且己經(jīng)積聚在所述周邊內(nèi)的惰性材 料，脫離出精確再現(xiàn)所述結(jié)構(gòu)模型的實體結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述建模步驟提供了利用多 個基本形體包絡(luò)所述結(jié)構(gòu)或其部分的步驟，且具體地說，所述單一形體 從包括以下的組中選擇平行六面體、柱體、棱柱、球體或它們的部分 或組合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述單一形體具有與所述結(jié) 構(gòu)的垂直邊平行的垂直邊緣或垂直母線，并且具有與所述結(jié)構(gòu)的水平平面平行的水平邊緣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述設(shè)備包括在所述水平平 面上被導(dǎo)引的操作頭，該操作頭根據(jù)笛卡兒坐標(biāo)或極坐標(biāo)作獨立運(yùn)動或 內(nèi)插運(yùn)動。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述樹脂從包括以下材料的組中選擇一環(huán)氧樹脂； —交聯(lián)聚氨酯。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述樹脂具有設(shè)定在3至 IO泊之間、優(yōu)選在6至8泊之間的粘度，并且適于具有足夠的流動性， 以便在顆粒材料的顆粒之間穿過與所述節(jié)距對應(yīng)的高度，從而達(dá)到在先 形成的顆粒材料層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述顆粒材料具有設(shè)定在 0.1與2mm之間、優(yōu)選在0.5與1.5mm之間的顆粒度，從而所述顆粒材 料具有適于使所述粘合劑在淀積的顆粒之間穿過直至到達(dá)已經(jīng)在前一循 環(huán)中噴灑的層的最大有效孔隙率值。
8. —種用于自動建造聚結(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)備，該設(shè)備的特征在于其包括 一閉合周邊，該閉合周邊由容納壁限定；一水平框架，該水平框架適于支承行車，該行車能夠使操作頭在由 所述周邊內(nèi)的所述水平框架限定的水平平面中運(yùn)動；一用于平行于所述行車在所述水平平面上致動所述操作頭的裝置； 一構(gòu)架，該構(gòu)架具有至少一個能夠支承所述水平框架的直立件； 一用于使所述水平框架沿垂直方向運(yùn)動的部件；一控制單元，該控制單元適于控制操作順序進(jìn)行直到完成所述結(jié)構(gòu)； 一其中所述容納壁能夠在比所述聚結(jié)結(jié)構(gòu)大的作業(yè)區(qū)域中容納所述 惰性材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述操作頭包括鏟板，該鏟 板適于在淀積的惰性材料上滑動以使該惰性材料均勻，從而在整個作業(yè) 區(qū)域上實現(xiàn)預(yù)定厚度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述容納壁是垂直的，并 在所述作業(yè)區(qū)域上限定平行六面體形或柱形形體。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，設(shè)置有用于覆蓋所述容納 壁的蓋。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的設(shè)備，其中，所述蓋能夠密封地堵住所 述形體，從而可在內(nèi)部形成真空。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述操作頭包括 一至少一個由受控的電動閥操作的粘合劑噴灑噴嘴；一預(yù)混合頭； 一供料泵； 一容器； 一清洗系統(tǒng)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述操作頭包括體積計量 給料器，該體積計量給料器用來針對每個行程向所述操作頭供應(yīng)已知量 的惰性材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于自動建造聚結(jié)結(jié)構(gòu)的方法和裝置。本發(fā)明涉及通過適于減少建造時間并有助于建造相關(guān)操作的方法和裝置自動建造建筑物或其它重型構(gòu)造。該方法包括以下步驟；通過體積或表面建模步驟對結(jié)構(gòu)進(jìn)行CAD建模；用以預(yù)定節(jié)距隔開的水平平行平面剖切所述結(jié)構(gòu)計算模型；在限定閉合周邊的容納壁內(nèi)預(yù)先布置僅按照所述平面的實體部分交替淀積顆粒材料層和液體粘合劑層的設(shè)備。該方法可通過一設(shè)備執(zhí)行，該設(shè)備具有水平框架(1)，該水平框架適于支承能夠使操作頭(16)在由所述水平框架(1)限定的水平平面中運(yùn)動的行車(15)。所述框架1可沿著四個豎直件(3、4、5、6)垂直(11、12、13、14)運(yùn)動，所述行車(15)水平(18)滑動，所述操作頭水平(19)滑動。
文檔編號B29C67/00GK101146666SQ200680009313
公開日2008年3月19日 申請日期2006年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月22日
發(fā)明者恩里科·迪尼, 羅伯托·南尼尼, 莫雷諾·基亞魯吉 申請人:恩里科·迪尼;羅伯托·南尼尼;莫雷諾·基亞魯吉