СМЕСИТЕЛЬ ЭКСТРУДЕРА СТРОИТЕЛЬНОГО ПРИНТЕРА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области аддитивного производства, в частности к смесителю экструдера строительного принтера.
Уровень техники
Известно устройство трехмерной печати (KR20160068565A, опубл. 15.06.2016), в котором раскрывается использование смесителя в сопле строительного принтера.
Однако в данном решении не раскрывается особенностей конструкции смесителя.
Известен, выбранный в качестве прототипа, смеситель (US20190047176A1, опубл. 09.05.2019), который содержит барабан, имеющий по меньшей мере один вход и один выход. Этот смеситель содержит привод и перемешивающий вал, который расположен в барабане и соединен с приводом. Кроме того, смеситель включает транспортирующее устройство, которое расположено в барабане и расположено на одной оси с перемешивающим валом.
Однако в данном решении используется смеситель иной конструкции: входные отверстия для подачи компонентов смеси расположены сбоку (что повышает риск закупоривания входного отверстия), средства перемешивания представляют собой штырьки, которые не обладают высокими характеристиками в аспекте перемешивания компонентов.
Раскрытие полезной модели
В одном аспекте полезной модели раскрыт смеситель экструдера строительного принтера, содержащий
камеру смешения, выполненную в виде корпуса цилиндрической формы;
установленную в камере смешения ось с множеством лопаток, выполненную с возможностью вращения;
привод, выполненный с возможностью приведения оси во вращение;
-вход для приема сухой смеси с торцевой части камеры смешения
характеризующийся тем, что
привод установлен с противоположной стороны от входа для приема сухой смеси;
камера смешения содержит входы для ввода воды и добавок.
В дополнительных аспектах раскрыто, что смеситель дополнительно содержит форсунки для промывки камеры смешения; входы для продувки камеры смешения; камера смешения представляет собой цилиндрический корпус переменного диаметра; лопатки выполнены с возможностью продвигать смесь к выходу; лопатки установлены с поворотом, обеспечивающим продвижение смеси; часть лопаток являются подвижными, а часть лопаток является неподвижными.
Основной задачей решаемой заявленной полезной моделью является качественное смешение компонентов, подаваемых в смеситель экструдера строительного принтера.
Сущность полезной модели заключается в том, что в предложенной конструкции смесителя сухой компонент подается через торец цилиндрического корпуса, жидкие компоненты подаются через отверстия на боковой поверхности корпуса, вращающийся вал с помощью лопаток качественно смешивает компоненты для получения однородной смеси.
Технический результат, достигаемый решением, заключается в повышении качества смешивания компонентов.
Краткое описание чертежей
Фиг.1. показывает структурную схему экструдера с блоком приготовления смеси (смесителем).
Фиг.2 схематично показывает конструкцию экструдера.
Осуществление полезной модели
Известные экструдеры, как правило, представляют собой содержащую бетон емкость с дозирующим устройством, такое техническое решение обеспечивает возможность выдачи только заранее приготовленного бетона неизменного состава. Существует ряд решений, в которых в экструдер подается сухая смесь и необходимые жидкости, и смешивание происходит непосредственно в экструдере, однако качество такого смешивания является крайне низким из-за того, что и средства подачи компонентов раствора (бетона), и средства смешивания находятся на одном валу, в одном корпусе.
Обычно при возведении построек с помощью строительного 3Д-принтера необходимо заранее готовить большой объем смеси, где-то его хранить и постепенно закачивать в упомянутый принтер. При такой реализации непредвиденные простои приводят к порче заранее приготовленного бетона (раствора), требуется дополнительное оборудование для приготовления бетона (раствора).
Для достижения наилучших результатов необходимо использовать смеси с разными составами (разными свойствами) на разных участках постройки. Несущие стены необходимо изготавливать из смеси, обеспечивающей большую несущую способность, межкомнатные перегородки могут быть изготовлены из смеси с меньшей несущей способностью (другого состава), участки над проемами должны обладать повышенной прочностью и т.д.
Поскольку невозможно держать на строительной площадке множество контейнеров с бетоном/раствором с разными составами и постоянно переключать подачу с одного контейнера на другой, то актуальной становится задача создания экструдера, который может самостоятельно готовить строительную смесь с требуемыми свойствами.
Экструдер, показанный на фиг. 1, состоит из блока 101 приготовления смеси, блока 102 выдачи смеси, блока 103 подачи цементосодержащей смеси, блока подачи воды (не показан на фиг. 1), блока 105 подачи добавок.
Блок 101 приготовления смеси представляет собой цилиндрическую емкость, содержащую входы для подачи всех необходимых компонентов: цементосодержащую смесь (или ее аналога) от блока 103 подачи сухого компонента, воды от блока подачи воды, добавок от блока 105 подачи добавок. Добавки (присадки) используются для модификации свойств получаемой смеси.
Подача всех компонентов осуществляется через управление соответствующими средствами: подача цементосодержащей смеси управляется через задание частоты вращения шнека с известными параметрами, подача воды осуществляется через управление клапаном подачи воды (с контролем показаний расходомера), подача добавки или добавок осуществляется через управление клапаном/клапанами подачи добавки/добавок (с контролем показаний расходомера/расходомеров).
Блоки 102, 103, 105 отдельно подробно не раскрываются, так как не относятся к сущности заявленного решения. Для специалиста в данной области техники понятно, как их можно реализовать для обеспечения работоспособности блока 101 приготовления смеси.
Блок 103 может представлять собой цилиндрический корпус со шнеком для дозирования сухой смеси в блок 101, блоки подачи воды и добавок представляют собой шланги с управляемыми клапанами и расходомерами. Соединение блоков друг с другом показано на фиг. 2. Соединение блоков 101 и 102 под углом обеспечивает более качественное смешение, так как приготавливаемая смесь не проваливается под действием силы тяжести из одного блока в другой, а управляемо перемещается по мере ее приготовления.
Состав компонентов для подачи в блок 101 приготовления смеси определяет свойства получающегося на выходе продукта. Однако эти свойства будут достигнуты лишь в случае качественного смешения (обеспечения равномерности состава по объему смеси). Для этой цели блок 101 приготовления смеси, представляющий собой цилиндрическую емкость, содержит привод для вращения вала с установленными на нем лопатками. При вращении вала с лопатками, происходит перемешивание компонентов смеси для обеспечения однородности состава. Для разных смесей может быть подобрана своя скорость вращения вала. Расположение привода на противоположном конце от торцевого входа для цементосодержащей смеси позволяет легко управлять скоростью вращения вала с лопатками (в известных решениях уровня техники шнек подачи и вал с лопатками находятся на одной оси и управляются одним приводом), что повышает качество смешивания.
Экструдер работает непрерывно, поэтому подача цементосодержащей смеси в форме сухого порошка, подача воды, подача жидких (предпочтительно) добавок происходит непрерывно. Подача цементосодержащей смеси осуществляется шнеком, то есть масса цементосодержащей смеси непрерывно продвигается в сторону блока 101 приготовления смеси, аналогично непрерывно с заданным расходом подаются вода и добавка/добавки. В блоке 101 происходит непрерывное перемешивание поступающей смеси компонентов, причем процесс перемешивания продвигает приготавливаемую смесь на выход блока 101 с небольшой интенсивностью, чтобы обеспечить возможность качественного перемешивания смеси.
Выход блока 101 приготовления смеси соединен со входом блока 102 выдачи смеси, который также представляет собой цилиндрическую емкость с установленным шнеком, который перемещает приготовленную смесь в сторону сопла 106 и выдает ее через упомянутое сопло 106.
Экструдер может управляться вручную, в таком случае оператор сам управляет подачей компонентов смеси, имея информацию о том, какую часть строения печатает строительный принтер, но предпочтительно, чтобы этим процессом управляла специально предназначенная для этого схема. Схема может быть реализована на базе интегральной схемы специального назначения, контроллера или процессора. Схема задает режим подачи компонентов смеси (управляя блоками подачи цементосодержащей смеси, подачи воды, подачи добавок), режим смешивания (управляя приводом шнека блока 101), режим выдачи (управляя приводом шнека блока 102).
Конкретное программное обеспечение не раскрывается здесь подробно, так как не относится к сущности решения.
Приводы могут представлять собой сервоприводы, шаговые двигатели, электродвигатели или любые иные подходящие средства.
В некоторых вариантах осуществления блок 101, представляющий собой камеру смешения, реализован в виде цилиндра с переменным диаметром, в центральной части диаметр цилиндра больше диаметров на торцах цилиндра, такое решение позволяет создать воздушное пространство внутри камеры смешения, что позволяет лучше перемешивать цементосодержащую смесь и жидкие компоненты.
В некоторых вариантах осуществления лопатки на валу камеры смешения выполнены с возможностью продвигать смесь от входа к выходу при смешивании. Лопатки представляют собой удлиненные пластины (или перфорированные пластины, причем форма не является существенной в данном решении), закрепленные перпендикулярно валу с поворотом относительно своей оси на угол от -10° до +20°. Суммарный угол поворота должен быть больше нуля, чтобы проталкивать смесь к выходу. В некоторых вариантах лопатки с отрицательными и положительными поворотами чередуются для лучшего смешения смеси.
В некоторых вариантах осуществления часть лопаток выполнены неподвижными, а часть - вращающимися, такое исполнение обеспечивает лучшее перемешивание смеси. Неподвижные лопатки могут быть закреплены на корпусе камеры смешения.
Камера смешения содержит на боковой поверхности входы для подачи воды и присадок, для улучшения качества смешивания входы могут содержать форсунки, которые распыляют жидкость и обеспечивают лучшие начальные условия для перемешивания с точки зрения однородности смеси.
Форсунок подачи воды может быть несколько, например, 3 или 4, они могут использоваться также для промывки экструдера после завершения работы. Подавая воду через форсунки, можно смыть значительную часть смеси со стенок камеры смешения и с лопаток, что улучшает эксплуатационные качества устройства. В некоторых вариантах предусмотрен также вход для подачи воздуха, чтобы продувать экструдер и просушивать его, что также улучшает его эксплуатационные качества, так как предотвращается порча элементов экструдера из-за оставшейся воды и  возникающей из-за этого коррозии.
Описание работы устройства
Строительный принтер содержит средство перемещения экструдера, которое может представлять собой портальную конструкцию; конструкцию, содержащую тросы и приводы; поворотную конструкцию со стрелой или иную подходящую конструкцию.
К средству перемещения крепится экструдер, к нему подключаются шланги для подачи воды, добавок, цементосодержащей смеси; провода для подачи управляющих электрических сигналов.
Под действием управляющих сигналов от блока управления экструдер выдает подготовленную им строительную смесь - слой за слоем, формируя постройку. При этом управление перемещением экструдера и подготовкой, выдачей смеси осуществляется удаленным блоком управления, работа которого не относится к сущности заявляемого решения.
В блок 101 подается заданное количество цементосодержащей смеси, заданное количество воды и присадок, блок 101 с помощью лопаток непрерывно перемешивает подаваемые компоненты так, чтобы обеспечить качественную (однородную) массу итоговой строительной смеси на выходе.
По завершению работы экструдер может быть промыт и просушен.
Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, специалисту в области техники, на основе информации изложенной в описании и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления полезной модели, не выходящие за пределы сущности и объема данного полезной модели.
Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.
Под функциональной связью элементов следует понимать связь, обеспечивающую корректное взаимодействие этих элементов друг с другом и реализацию той или иной функциональности элементов. Частными примерами функциональной связи может быть связь с возможностью обмена информацией, связь с возможностью передачи электрического тока, связь с возможностью передачи механического движения, связь с возможностью передачи света, звука, электромагнитных или механических колебаний и т.д. Конкретный вид функциональной связи определяется характером взаимодействия упомянутых элементов, и, если не указано иное, обеспечивается широко известными средствами, используя широко известные в технике принципы.
Способы, раскрытые здесь, содержат один или несколько этапов или действий для достижения описанного способа. Этапы и/или действия способа могут заменять друг друга, не выходя за пределы объема формулы полезной модели. Другими словами, если не определен конкретный порядок этапов или действий, порядок и/или использование конкретных этапов и/или действий может изменяться, не выходя за пределы объема формулы полезной модели.
В заявке не указано конкретное программное и аппаратное обеспечение для реализации блоков на чертежах, но специалисту в области техники должно быть понятно, что сущность полезной модели не ограничена конкретной программной или аппаратной реализацией, и поэтому для осуществления полезной модели могут быть использованы любые программные и аппаратные средства известные в уровне техники. Так аппаратные средства могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах, цифровых сигнальных процессорах, устройствах цифровой обработки сигналов, программируемых логических устройствах, программируемых пользователем вентильных матрицах, процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, электронных устройствах, других электронных модулях, выполненных с возможностью осуществлять описанные в данном документе функции, компьютер либо комбинации вышеозначенного.
Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкую полезную модель, и что данная полезная модель не должна ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.
Признаки, упомянутые в различных зависимых пунктах формулы, а также реализации, раскрытые в различных частях описания могут быть скомбинированы с достижением полезных эффектов, даже если возможность такого комбинирования не раскрыта явно.
Любые числовые значения, изложенные в материалах настоящего описания или на фигурах, предназначены для включения всех значений от нижнего значения до верхнего значения приращениями в один единичный элемент, при условии, что есть интервал по меньшей мере в два единичных элемента между любым нижним значением и любым верхним значением. В качестве примера, если изложено, что величина составляющей или значения технологического параметра, например, такого как температура, давление, время, и тому подобное, например, имеет значение от 1 до 90, предпочтительно от 20 до 80, более предпочтительно от 30 до 70, подразумевается, что значения, такие как от 15 до 85, от 22 до 68, от 43 до 51, от 30 до 32, и т.д., в прямой форме перечислены в этом описании. Что касается значений, которые являются меньшими, чем единица, при необходимости, один единичный элемент считается имеющим значение 0,0001, 0,001, 0,01 или 0,1. Таковые являются всего лишь примерами того, что определенно подразумевается, и все возможные комбинации многочисленных значений между перечисленными самым низким значением и самым высоким значением должны считаться изложенными в прямой форме в этой заявке подобным образом.