Способ возведения утепленной бетонной стены с предчистовой обработкой поверхностей на 3D строительном принтере и устройство для его осуществления
METHOD OF ERECTING A HEAT-INSULATED CONCRETE WALL WITH PRELIMINARY SURFACE TREATMENT ON A 3D CONSTRUCTION PRINTER AND DEVICE FOR IMPLEMENTING IT

Изобретение относится к строительной отрасли, в частности для малоэтажного строительства сооружений различного назначения методом печати на 3D принтере.
Из-за возрастающих требований к современной организации строительного производства, сокращению сроков и времени на возведение строительных конструкций, проводятся мероприятия по внедрению инновационных методов строительства зданий. На сегодняшний день производителями строительных 3D принтеров предлагается оборудование только для печати несъемной опалубки, при этом остальные операции, такие как заполнение полостей, тяжелым бетоном, утепление различными материалами, выравнивание поверхностей, производятся вручную либо с малой степенью механизации.
Известно исследование о проектировании объектов малоэтажного строительства (см. Шипелев И.Л. Проектирование объектов малоэтажного строительства с использованием метода строительной 3D-печати / И.Л. Шипелев // Дальний Восток: Проблемы развития архитектурно-строительного комплекса. - Изд-во ТОГУ (Хабаровск). - 2017. - №1. - С. 532-534).
Известны результаты применения ЗО-принтера для малоэтажного строительства (см. Козлов С.Д. Применение 3D-принтера для малоэтажного строительства. Преимущества и недостатки / С.Д. Козлов, В.Г. Коридзе, А.В. Бондарь, А.О. Чайковский // Бюллетень науки и практики. Электронный журнал. - 2017. - №5(18). - С. 102-105. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=29111834).
Известно исследование о трех способах создания объемной конструкции с использованием современных моделей 3D принтеров; проанализированы преимущества и недостатки технологии 3D печати в строительстве (см. Лагута И.В. Применение 3D печати в строительстве / И.В. Лагута, А.И. Серков // В сборнике материалов XXVIII Международной научно-практической конференции «International scientific news 2017». - Изд-во: Научный центр Олимп (Астрахань). - 2017. - С. 157-159. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=35275545&).
Известно исследование о технологии строительства методом трехмерной печати, определены преимущества и недостатки метода в сравнении с традиционным способом строительства (см. Ахтямова Э.Р. Перспектива применения 3D принтеров в массовом строительстве / Э.Р. Ахтямова, Р.В. Кропачев // Электронный научный журнал «Apriori. Серия: Естественные и технические науки». - 2018. - №2. Режим доступа: https://vyww.elibrary.ru/item.asp?id=32775148).
Известна группа изобретений - способ возведения бетонной стены, рабочий орган строительного принтера и стена бетонная, предназначенная для изготовления строительных конструкций. Способ возведения бетонной стены, по которому послойно экструдируют через сопло строительного 3D-принтера пластичный раствор, стену армируют и заполняют полость между внешней и внутренними слоями стены теплоизолирующим материалом (см. Патент на изобретение Российской Федерации №2704995, МПК E04G 21/04, Е04В 2/84, B33Y 40/00, опубл. 01.11.2019).
Известен способ возведения монолитного здания, сооружения методом 3D печати и устройство для его осуществления. Устройство для осуществления способа включает принтер 3D печати с раздаточной головкой для послойной укладки филамента бетонной смеси в проектное положение и снабженное узлом канатной арматуры (см. Патент на изобретение Российской Федерации №2683447, МПК Е04С 5/07, С04В 7/52, опубл. 08.03.2019).
Известно изобретение: 3D печатная стена с функцией теплоизоляции и усиления, которая может быть использована в качестве стены здания, при этом достигнут теплоизоляционный эффект стены (см. Патент на изобретение CN 107327045, МПК Е04В 2/00, опубл. 07.11.2017).
Известна также группа изобретений: трехмерное печатающее устройство и способ печати бетона на месте, которая может быть использована на строительной площадке (см. Патент на изобретение CN 105715052, МПК Е04G 21/02, опубл. 29.06.2016).
Основными недостатками указанных аналогов является отсутствие возможности выравнивания уже напечатанной опалубки, отсутствие автоматизации процесса утепления стены.
Задача, на решение которой направлена заявленная группа изобретений, состоит в снижении стоимости строительных работ и сокращении затрат на строительство.
Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, состоит в повышении экономичности, расширении эксплуатационных возможностей, а также области использования способа возведения утепленной бетонной стены с предчистовой обработкой поверхностей на 3D строительном принтере и устройства для его осуществления за счет выполнения дополнительных операций: заполнение технологических полостей несъемной опалубки пенобетоном и тяжелым бетоном, утепление различными материалами, выравнивание внешних поверхностей несъемной опалубки.
Указанный технический результат достигается тем, что способ возведения утепленной бетонной стены с предчистовой обработкой поверхностей на 3D строительном принтере, согласно изобретению происходит циклически: печатающей головкой производится формирование несъемной опалубки способом послойного наложения печатного состава по управляющей программе, при этом по достижению высоты напечатанных слоев 0,5 метра происходит переключение на следующий этап программы, в ходе выполнения этого этапа происходит автоматическое переключение на распределительном узле с печатающей головки на заполняющий патрубок, далее происходит заполнение полостей опалубки предназначенных для утепления пенобетоном, после этого начинается следующий этап программы, в ходе которого наружная поверхность напечатанной опалубки обрабатывается фрезерной головкой, по окончания этого этапа происходит переход на следующий цикл программы и этапы повторяются до окончания программы.
Также после цикла заполнения полостей с помощью фрезерной головки производится обработка внешних поверхностей, при этом согласно заданной программе, можно получить выровненные поверхности, штробы и технологические отверстия под инженерные системы будущего сооружения.
Также армирование напечатанной опалубки производится путем введения в печатный состав полимерной либо стальной фибры, вертикальное армирование всей конструкции производится вручную стальной арматурой перед заполнением полостей опалубки, предназначенных для вертикальных силовых элементов, тяжелым бетоном.
В устройстве для осуществления предлагаемого способа, включающем принтер 3D печати, согласно изобретению, рабочий орган принтера содержит печатающую головку, предназначенную для нанесения смеси на область печати, фрезерную головку, шарнир системы подачи, стрелу, распределительный узел, служащий для переключения подачи смеси с печатающей головки на заполняющий патрубок.
Также устройство содержит несущие узлы принтера ось X, ось Y, ось Z, верхнюю консоль, вертикальную и продольную каретки.
Изобретение поясняется чертежом:
на фиг. 1 - устройство строительного 3D принтера. Портальная схема компоновки.
Устройство для осуществления способа возведения утепленной бетонной стены с предчистовой обработкой поверхностей на 3D строительном принтере включает принтер 3D печати. Основными несущими узлами принтера являются ось X 1, ось Y 2, ось Z 3, верхняя консоль 4, вертикальная каретка 5, продольная каретка 6. Эти механизмы служат для передачи нагрузки от рабочих органов на подстилающую поверхность и позиционирования рабочих органов установки в пространстве.
Рабочий орган принтера содержит печатающую головку 7, предназначенную для нанесения печатного состава и формирования опалубки; манипулятор (фрезерная головка) 8, предназначенный для фрезерования поверхностей напечатанной опалубки; шарнир системы подачи 9, стрелу 10, распределительный узел 11, площадку манипулятора 12 и заполняющий патрубок 13.
Шарнир системы подачи 9, предназначен для соединения стрелы 10 со стойкой оси Z 3. Стрела 10 предназначена для подачи печатной смеси и заполняющего состава от системы приготовления (на чертеже не показано) к распределительному узлу 11.
Распределительный узел 11, служит для переключения подачи смеси с печатающей головки 7 на заполняющий патрубок 13. При этом заполняющий патрубок 13 служит для заполнения полостей напечатанной опалубки утеплителем и тяжелым бетоном.
Способ возведения утепленной бетонной стены с предчистовой обработкой поверхностей на 3D строительном принтере и устройство для его осуществления работает следующим образом.
Работа принтера представляет собой циклический процесс. Печатающей головкой 7 производится формирование несъемной опалубки (на чертеже не показано) способом послойного наложения печатного состава по управляющей программе. По достижению высоты напечатанных слоев 0,5 метра происходит переключение на следующий цикл программ. В ходе выполнения этого этапа происходит автоматическое переключение на распределительном узле 11 с печатающей головки 7 на заполняющий патрубок 13, далее происходит заполнение полостей опалубки (на чертеже не показано), предназначенных для утепления пенобетоном.
После цикла заполнения полостей с помощью манипулятора (фрезерной головки) 8 производится обработка внешних поверхностей.
Согласно заданной программе, можно получить выровненные поверхности, штробы и технологические отверстия под инженерные системы будущего сооружения, а также можно получать любые архитектурные формы и элементы за счет конструктивных особенностей фрезерной головки 8, представляющей собой манипулятор с пятью степенями свободы.
После окончания механической обработки цикл возведения стены повторяется.
Армирование напечатанной опалубки производится путем введения в печатный состав полимерной либо стальной фибры, вертикальное армирование всей конструкции производится вручную стальной арматурой перед заполнением полостей опалубки, предназначенных для вертикальных силовых элементов, тяжелым бетоном. Заполнение тяжелым бетоном производится также автоматически с помощью заполняющего патрубка 13.
Для ускорения отверждения печатного состава узлом ввода добавок в момент печати в смесь вводится укоритель твердения.
Использование способа возведения утепленной бетонной стены с предчистовой обработкой поверхностей на 3D строительном принтере и устройства для его осуществления позволит производить печать утепленной бетонной стены с автоматизированным процессом утепления и подготовкой стен под отделку.
Предложенное изобретение может найти применение для печати стеновых ограждающих конструкций в малоэтажном строительстве.