УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ СЛОЯ МАТЕРИАЛА ПРИ ТРЕХМЕРНОЙ ПЕЧАТИ ЗДАНИЙ И АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ

Полезная модель относится к аддитивным технологиям методом трехмерной печати и может быть использована при строительстве зданий, архитектурных и строительных модулей из жестких строительных смесей.
Известен 3D-принтер, применяемый для возведения зданий и конструкций с использованием бетонов, состоящий из башни-основания, стрелы с экструдером и устройством фиксации элементов армирующей сетки и стрелы с устройством гибки и резки элементов армирующей сетки, при этом каждая стрела имеет возможность независимо вращаться относительно оси башни, укорачиваться или удлинятся вдоль своей оси, перемещаться вверх и вниз по башне, а устройства на стрелах имеют возможность поворачиваться вокруг оси стрелы, при этом стрела с устройством гибки и резки элементов армирующей сетки расположена на оси башни выше стрелы с экструдером (патент RU на полезную модель №179287, опубл. 07.05.2018, бюл. №13).
Недостатком известного 3D-принтера является низкая производительность в связи с дополнительными функциями гибки, резки и укладки армирующей сетки, а также в связи с необходимостью дополнительной обработки поверхности стен напечатанного сооружения.
Известно устройство для изготовления трехмерного объекта для осуществления способа по патенту DE на изобретение №4400523, опубл. 13.07.1995 г., вид публикации С2, включающее устройство для нанесения слоя материала, который может быть отвержден под действием электромагнитного облучения, устройство для облучения материала в точках слоя, соответствующего объекту. Устройство для нанесения слоя материала включает емкость для материала, установленную на платформе, которая снабжена механизмом для перемещения, а на ее нижней стороне, имеется устройство для регулировки толщины слоя наносимого материала, включающее зачистной элемент, снабженный вибратором, обеспечивающий вибрацию зачистного элемента, кроме того, емкость для материала снабжена устройством для заполнения заданного количества вещества (сырьевой смеси).
Недостатком данного устройства является низкая производительность, в связи с необходимостью затрат времени на процесс облучения для отвердения наносимого материала и необходимость дополнительной обработки боковых поверхностей стен после отвердения материала. Причем, зачистка поверхности нанесенного слоя ухудшает сцепление с последующим слоем и снижает прочность стен здания.
Известно устройство для трехмерной печати зданий и архитектурно-строительных модулей (патент РФ № 2711637, опубл. 17.01.2020, бюл. №2) принятое в качестве прототипа, включающее установленное на поворотной платформе, устройство для нанесения слоя материала, содержащее емкость для материала выполненной в виде гибкой трансформируемой опалубки, боковые стенки которой выполнены из множества шарнирно соединенных вертикальных прямоугольных пластин, снабженных тягами, соединенными с механизмами плоскопараллельного взаимного перемещения противоположных пластин, обеспечивающих заданный профиль стен здания, а торцевые стенки выполнены с возможностью поворота относительно горизонтальной оси в верхней точке на угол не менее чем 90°, вибратор выполнен с горизонтальным распространением акустических колебаний и снабжен механизмом ввода в сырьевую смесь.
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: устройство для нанесения слоя материала, содержащее емкость для материала, выполненной в виде гибкой трансформируемой опалубки, боковые стенки которой выполнены из множества шарнирно соединенных вертикальных прямоугольных пластин, снабженных механизмами для плоскопараллельного взаимного перемещения противоположных пластин, обеспечивающих заданный профиль стен здания, подвижные торцевые стенки, вибратор с горизонтальным распространением акустических колебаний и снабженный механизмом ввода в сырьевую смесь.
Недостатком прототипа является отсутствие технологической возможности выполнения элементов с различными размерами по высоте при возведении стен зданий и архитектурно-строительных модулей сложной геометрической формы.
Полезная модель направлена на расширение технологических возможностей устройства для нанесения слоя материала при трехмерной печати зданий и архитектурно-строительных модулей за счет выполнения элементов с различными размерами по высоте при возведении стен сложной геометрической формы.
Это достигается тем, что в устройстве для нанесения слоя материала при трехмерной печати зданий и архитектурно-строительных модулей, содержащем поворотную платформу, установленную на перемещающейся вдоль координатных осей тележке, связанной с подвижной рамной конструкцией, гибкую трансформируемую опалубку, боковые стенки которой выполнены из множества шарнирно соединенных вертикальных прямоугольных пластин и снабженных механизмами для плоскопараллельного взаимного перемещения, в соответствии с заданным профилем стен здания и подвижные торцевые стенки, согласно предлагаемому решению, подвижные торцевые стенки расположены на вертикальных направляющих, закрепленных на стойках устройства и кинематически связаны с установленными на поворотной платформе механизмами вертикального перемещения на высоту, соответствующей заданной высоте печатающего слоя в любой точке.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом.
На фиг. 1 показан общий вид устройства для нанесения слоя материалапри трехмерной печати зданий и архитектурно-строительных модулей с гибкой трансформируемой опалубкой и с торцевыми стенками, имеющими возможность вертикального перемещения.
Устройство для  нанесения слоя материала включает поворотную платформу 1, установленную на тележку 2 с возможностью поворота вокруг своей оси в соответствии с заданной формой сопряжения стен здания или модуля, например, за счет зубчатой передачи с приводом от электродвигателя. На поворотной платформе 1 закреплена емкость для материала, выполненная в виде гибкой трансформируемой опалубки 3 и, по крайней мере, один или несколько вибраторов с горизонтальным распространением акустических колебаний 4, снабженных механизмами ввода в сырьевую смесь 5. Количество вибраторов определяется размерами опалубки.
Боковые стенки гибкой трансформируемой опалубки 3 выполнены из множества шарнирно соединенных вертикальных прямоугольных пластин 6. Пластины 6 соединены тягами 7 с механизмами плоскопараллельного взаимного перемещения (на фигуре не показаны) противоположных пластин в горизонтальном направлении, обеспечивающим заданный профиль стен здания или модуля.
Над гибкой трансформируемой опалубкой 3 установлен распределитель 8 для равномерного заполнения заданного количества сырьевой смеси.
Торцевые стенки 9 гибкой трансформируемой опалубки 3 установлены на направляющих 10, закрепленных на стойках 11 устройства и кинематически связаны с установленными на поворотной платформе механизмами вертикального перемещения 12 (например, актуаторами) на высоту, соответствующей заданной высоте печатающего слоя в любой точке.
Устройство для нанесения слоя материала при трехмерной печати зданий и архитектурно-строительных модулей работает следующим образом.
Координаты точки печати объекта по оси X, Y и Z обеспечиваются заданным перемещением рамной конструкции (на фигуре не показана) с установленной на ней тележкой 2. Изменение направления печати в горизонтальной плоскости в соответствии с заданной формой сопряжения стен здания или модуля обеспечивается поворотной платформой 1,связанной с гибкой трансформируемой опалубкой 3. Приготовленная сырьевая смесь заданного состава, например бетонная смесь с наполнителем, с размером частиц до 30 мм и в заданном количестве, поступает в трансформируемую опалубку 3 с закрытыми торцевыми стенками 9 по распределителю 8, который обеспечивает равномерной распределение сырьевой смеси. Уплотнение сырьевой смеси обеспечивают вибраторы 4. Заданные геометрические формы стен здания или модуля обеспечиваются изменением радиуса кривизны боковых стенок гибкой трансформируемой опалубки 3 за счет шарнирно соединенных вертикальных прямоугольных пластин 6, снабженных тягами 7 для соединения с механизмами плоскопараллельного взаимного перемещения  (на фигуре не показаны) противоположных пластин 6.
После уплотнения вибраторы извлекаются из отвержденной смеси механизмом 5 и гибкая трансформируемая опалубка 3 перемещается тележкой 2 на расстояние, равное длине опалубки. При этом торцевая стенка 9 гибкой трансформируемой опалубки 3 со стороны напечатанного элемента поднимается вдоль направляющих 10, закрепленных на стойках 11 устройства, за счет приводных механизмов прямолинейного перемещения 12 (например, актуаторов) на высоту, соответствующую заданной высоте печатающего слоя стен здания или модуля и ее функции выполняет торец напечатанного элемента. Последующие элементы печати повторяются аналогично. При начале печати перпендикулярно расположенной стены, торцевой стенкой опалубки будет служить часть боковой поверхности предыдущего напечатанного элемента. Закругление стен производится радиусом кривизны, который обеспечивается перемещением взаимно противоположных боковых пластин 6 гибкой трансформируемой опалубки 3 и плавным поворотом платформы 1.
Применение поэлементной печати стен строительных конструкций и архитектурно-строительных модулей с использованием гибкой трансформируемой опалубки с подвижными торцевыми стенками, обеспечивающими выполнение элементов печати с различными размерами по высоте обеспечивает заданные сложные геометрические формы стен здания.
При этом обеспечивается возможность применять для печати жесткие строительные смеси с наполнителем, для уплотнения которых служат вибраторы с горизонтальным распространением акустических колебаний в пределах опалубки, что повышает прочность печатной конструкции и сокращает время твердения.
Изменение высоты слоя наносимого материала в соответствии с заданной конструкцией стен зданий или модулей обеспечивается перемещением торцевых стенок гибкой трансформируемой опалубки вдоль направляющих за счет приводного механизма прямолинейного перемещения.
Таким образом, совокупность отличительных признаков и получаемых технических результатов обеспечивает при использовании устройства решение поставленной задачи - расширение технологических возможностей устройства для нанесения слоя материала при трехмерной печати зданий и архитектурно-строительных модулей за счет выполнения элементов с различными размерами по высоте при возведении стен сложной геометрической формы.