Печатающая головка строительного 3D-принтера для печати многослойных стен

Из уровня техники известна печатающая головка для строительных 3D-принтеров, предназначенная для изготовления строительных конструкций, в том числе для строительства жилых домов, зданий и сооружений различного назначения, в конструкции которой содержатся 4 экструдера (см. патент РФ №198857, кл. МПК E04G 21/16, опубл. 30.07.2020, бюл. №22). Недостатком данной конструкции является то, что печать производится только строительной смесью и подача теплоизоляционного материала через печатающую головку не предусмотрена. Последующее нанесение/подача теплоизоляционного материала выполняется вручную, что увеличивает стоимость и сроки строительства.
Также из уровня техники известна печатающая головка для строительных 3D-принтеров, предназначена для изготовления строительных конструкций, в том числе для строительства жилых домов, зданий и сооружений различного назначения. Конструкция печатающей головки содержит как минимум пару экструдеров, механизм перемещения каждого из которых выполнен в виде манипулятора, представляющего собой систему подвижно связанных со множеством степеней свободы (см. патент РФ №188386, кл. МПК B33Y 30/00, опубл. 09.04.2019, бюл. №10). Недостатком данной конструкции является то, что она состоит из множества подвижных элементов. Это увеличивает вероятность поломки и срок ремонта. Кроме того, большая длина рычагов – манипуляторов затрудняет их точное позиционирование. А так же, в конструкции не предусмотрена подача теплоизоляционного материала через печатающую головку. Последующее нанесение/подача теплоизоляционного материала также выполняется вручную, что увеличивает стоимость и сроки строительства.
Технической задачей заявленной полезной модели является устранение недостатков прототипа, увеличение производительности строительного 3D-принтера за счет использования нескольких сопел для печати многослойных стен и автоматизации процесса нанесения/подачи теплоизоляционного материала в процессе печати.
Техническим результатом заявленного устройства является создание печатающей головки строительного 3D-принтера, обладающей повышенной производительностью за счёт оснащения её автоматизированным устройством нанесения/подачи теплоизоляционного материала и несколькими соплами для подачи строительного раствора.
Указанный технический результат достигается за счет того, что печатающая головка для строительного 3D-принтера содержит минимум три сопла. Через одно сопло подаётся теплоизоляционный материал. В качестве такого материала может применяться пенополиуретан. Пенополиуретан предварительно смешивается из компонентов А (полиол) и Б (изоцианат). Через остальные сопла подаётся строительный раствор, тем самым производится печать внутренней и внешней (фасадной) частей стены. Пространство между внутренней и внешней частями стены заполняется теплоизоляционным материалом. Таким образом достигается возможность печати многослойных стен. Автоматизированный процесс нанесения/подачи теплоизоляционного материала будет способствовать более качественному утеплению стены, так же сокращению сроков и стоимости строительства.
В частности, печатающая головка выполнена таким образом, что экструдеры с соплами являются быстросъёмными и при необходимости их можно быстро заменить. Каждый экструдер независим и управляется отдельно. Автоматизированное устройство для нанесения/подачи теплоизоляционного материала так же является быстросъёмным и управляется отдельно.
Полезная модель поясняется чертежами, где представлены:
Фиг. 1 - общий вид печатающей головки спереди;
Фиг. 2 -  общий вид печатающей головки в рабочем состоянии;
На фигурах обозначено: 1 – накопительная ёмкость; 2 – экструдер №1; 3 – сопло экструдера №1; 4 – патрубок компонента «А» (полиол); 5 – патрубок компонента «Б» (изоцианат); 6 – смеситель пенополиуретана; 7 – экструдер №2; 8 – сопло экструдера №2; 9 – сопло смесителя пенополиуретана; 10 – верхний слой строительного раствора внешней (фасадной) части стены; 11 – верхний слой строительного раствора внутренней части стены; 12 – внутренняя часть стены; 13 – теплоизоляционный материал (пенополиуретан); 14 – внешняя (фасадная) часть стены.
Полезная модель работает следующим образом. Печатающую головку монтируют к поворотному устройству 3D-принтера (на чертеже на показано), которое отвечает за перемещение и поворот печатающей головки. К печатающей головке подсоединяют трубопроводы для подачи строительного раствора (на чертеже не показан), монтируются экструдер 2 с соплом 3 и экструдер 7 с соплом 8. Размеры экструдеров и сопел выбираются исходя из размеров печатаемого объекта. К патрубкам 5 и 6 подсоединяют трубопроводы для подачи компонента «А» (полиол) и компонента «Б» (изоцианат). Далее в программное обеспечение (ПО), управляющее 3D-принтером, загружают модель печатаемого объекта. Перед началом печати, насос заполняет накопительную ёмкость 1 строительным раствором. Далее шнеки экструдеров 2 и 7 начинают вращаться, подавая строительный раствор из накопительной ёмкости 1 к соплам 3 и 8. После того, как строительный раствор начнёт подаваться из сопел 3 и 8, печатающая головка начинает своё движение. ПО управляет скоростью вращения шнеков каждого экструдера по отдельности. Во время перемещения печатающей головки из сопел 3 и 8 подаётся строительный раствор, тем самым производится печать внутренней и внешней (фасадной) частей стены. После печати одного слоя, печатающая головка поднимается на высоту слоя и печать продолжается. Далее, после печати определённого количества слоёв (определяется ПО), подаётся сигнал на смеситель пенополиуретана 6, через патрубки 4 и 5 в смеситель 6 подаётся компонент «А» (полиол) и компонет «Б» (изоцианат), при этом печать не останавливается. В смесителе 6 происходит смешивание компонентов, в результате чего из сопла 9 подаётся смесь компонентов «А» и «Б». Смесь компонентов попадает в пространство между внутренней и внешней (фасадной) частями стены и происходит вспенивание. В результате вспенивания компонентов «А» и «Б» образуется пенополиуретан. Высота подъёма пенополиуретана не превышает высоты напечатанных слоёв. Заполнение пенополиуретаном может производиться как непрерывно, во время всего процесса печати, так и с периодически, после печати определённого количества слоёв. При необходимости, производится укладка арматуры или сетки для связи внутренней и внешней (фасадной) частей стены.
Технический результат – повышение производительности строительного 3D-принтера достигается за счёт оснащения печатающей головки автоматизированным устройством нанесения/подачи теплоизоляционного материала и несколькими соплами для подачи строительного раствора. А возможность установки в печатающую головку разного количества и размера экструдеров с соплами, позволяет печатать многослойные стены различного размера.